DE1957103A1

DE1957103A1 - Wechselstromerzeuger mit Amplitudenmodulation

Info

Publication number: DE1957103A1
Application number: DE19691957103
Authority: DE
Inventors: Homme Edmond Cord
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-11-14
Filing date: 1969-11-13
Publication date: 1970-06-11
Also published as: NL6916863A; GB1287116A; DE1957103C2; ES373381A1; BE741014A; NL158664B; FR1599042A

Description

Wechselstromerzeuger mit Amplitudenmodulation

Die Erfindung bezieht sich auf Erzeuger elektrischer Energie, die in der Lage sind, die von einer Gleichspannungsquelle gelieferte Energie in eine amplitudenmodulierte Sinusschwingung umzuwandeln.

Bei den bekannten Generatoren dieser Art wird die Sinusschwingung mit Hilfe eines Schwingkreises erzeugt, der periodisch durch Verstärkerelemente, wie Vakuumröhren oder Transistoren erregt wird; die Amplitudenmodulation wird durch Änderung des Verstärkungsfaktors dieser Elemente erhalten.

Die Erregung des Schwingkreises kann auch mit Hilfe von steuerbaren GleichrichtexELeraenten, wie Thyratrons oder Thyristoren erfolgen; diese Elemente weisen den Vorteil auf, dass sie nur einen geringen Teil der umzuwandelnden Inergie verbrauchen, aber sie eignen sich nicht für die Amplitudenmodulation. Mit solcher Anordnung kann die Amplitudenmodulation nur dadurch erhalten werden, dass die Speisegleichspannung verändert wird; diese Notwendigkeit bringt einen beträchtlichen Energieverbrauch mit sich.

Lei/Ba

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_ 2 —

nach der Erfindung ausgeführter Wechsel st Tonerzeuger mit Amplitudenmodulation, mit einer C-leichspannungsquelle, wenigstens einem dreipoligen Schwingkreis in T-Schaltung, der aus zwei induktiven Zweigen und einem von dem Wechselstrom durchflossenen kapazitiven Zweig besteht, und mit steuerbaren Gleichrichtern, welche die induktiven Zweige periodisch mit den Klemmen der Gleichspannungsquelle koppeln , ist dadurch gekennzeichnet, dass die induktiven Zweige von den Primärwicklungen von zwei Transformatoren gebildet sind, und dass die Sekundär wicklungen der Transformatoren über zweite steuerbare Gleichrichter periodisch mit den Klemmen der Gleichspannungsquelle gekoppelt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Pig.1 das Prinzipschaltbild eines Wechselstromerzeugers bekannter Art,

Pig.2 bis 6 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise,

Pig.7 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Wechselstromerzeugers mit Amplitudenmodulation,

Pig.8, 9 , 10 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise und

Pig.11 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Wechselstromerzeugers mit Amplitudenmodulation.

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Pig.1 zeigt einen Wechselstromerzeuger bekannter Art. Dieser './echselstromerzeuger enthält eine Gleichspannungsquelle 7 und einen dreipoligen Schwingkreis mit zwei gleichen .Induktivitäten 1 und 2 und einem Kondensator Der von dem Generator abgegebene Strom ij fliess't durch die Lastimpedanz 4, an deren Klemmen sich die Spannung V-r bildet. Die Spannung E äer Sp_aanungsquelle 7 wird periodisch an die obere Klemme der Induktivität 1 über ein steuerbares Gleichrichterelement 6 angelegt. 3inweiteres Gleichrichterelement 5 ist zwischen der unteren Klemme der Induktivität 2 und dem Masseanschluss des V/echselstroraerzeugers angeordnet.

Durch die Induktivitäten 1 und 2 flieasea die ftröme i.. und i«. Die Spannungen an den Klemmen dieser Induktivitäten sind mit V. uad Vp bezeichnet.Zwischen den Belägen des Kondensators 3. besteht die Spannung Y„.

Die Gleichrichterelemente 5 und 6 besitzen eine Steuerelektrode, an welche Strom- oder Spannungsimpulse angelegt werden, welche diese Elemente zünden und dadurch stromführend machen» Die Stroraführung hört auf, wenn der Dufchlassstrom unter einen Schwellenwert gefallen ist oder seine Polarität umkehrt. Die Elemente 5 und 6 können beispielsweise durch Thyratrons oder durch Thyristoren gebildet sein, wobei die Steuerelektrode im ersten Pail ein Gitter, im zweiten EaIl ein Halbleiterkontakt ist.

Der 3etrieb des V/echselstromerzeugers von 5¹Ig. 1 beginnt mit der Stromführung des Gleichrichterelements

6. Der Schwingkreis empfängt dann die in Pig.2 dargestellte Spannutg U.Äin Strom I₁ , der gleich dem Strom i^ ist, bildet sich in der Induktivität 1, dem Kondensator 3 und

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der Last 4 aus. Der Strom i-r ist in Fig.3 dargestellt; er wächst von O bis t.. und nimmt dann von t.. bis t. ab.

Im Zeitpunkt i. wird das Gleichrichterelement 6 gelöscht, und ein an das Gleichrichterelement 5 angelegter Impuls bringt dieses in den Zustand der Stromführung. Dann bildet sich ein Strom ip gleich dem Strom i-r in der Induktivität 2, dem Sondensator 3 und der Last 4 aus. Dieser Strom wächst dem Absolutwert nach von t, bis t^, und er nimmt anschliessend von t_R bis tg ab. Im Zeitpunkt tg wird das Gleichrichterelement 5 gelöscht, und ein neuer Impuls, der an das Gleichrichterelement 6 angelegt wird, bringt dieses in den Z_ustand der Stromführung, damit der nächste Arbeitszyklus eingeleitet wird. Aus Tig.3 ist zu erkennen, dass der in der Last 4 fliessende Strom L· im wesentlichen sinusförmig ist. Der Spannungsabfall V^ an den Klemmen der Last 4 ist gleichfalls sinusförmig, wie in Fig.4 dargestellt ist. Pig.5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung Yq, die an den Klemmen des Kondensators 3 erscheint, und F^g.6 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannungen V. und V₂, die abwechselnd an den Klemmen der Induktvitäten 1 und 2 nach der Ausbildung des Schwingungszustandes erscheinen.Das Diagramm von Fig.3 zeigt, dass die Induktivitäten 1 und 2 Energie während der Zeitintervalle O, t.. bzw. "fc,-tr- speichern; diese gespeicherten Energiemengen werden im Verlauf der Zeitintervalle "t-i-t/ bzw, "tc-tg zu äera Kondensator 3 und zu der Last 4 übertragen. Der Betrieb des V/echselstromerzeugers von Fig. 1 ist durch die V.'ahl der Bestandteile und durch den Vert E der von der Spannungsquelle 7 gelieferten Spannung vollkommen festgelegt. Eine Amplitudenmodulation der Strom- und Spannungsschwingungen von Fig.3 und"4 kann nur durch Einwirkung aif die Spannung E_Q erfolgen, was die Verwendung eines Spannungsuntersetzers erfordert. Diese Lösung bringt

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eine Energieverschwendung mit sich, die umso grosser ist, je höher der Moduli ο nsgrad ist.

Fig.7 zeigt das elektrische Schaltbild eines Wechselstromerzeugers, der mit Einrichtungen versehen ist, welche die Modulation der Amplitude der Wechselstromschwingung ohne Energieverschwendung ermöglichen. Die Gleichstromquelle 7 erregt einen Schwingkreis, der dem Schwingkreis von Fig.1 analog ist. Die Induktivitäten 1 und 2 sind jedoch von den Primärwicklungen von zwei Transformatoren gebildet, deren Sekundärwicklungen von den Spulen 9 bzw. 8 gebildet sind. Die Spulen 8 und 9 werden über steuerbare Gie'ichrichterelemente 11 und 10 periodisch an die Spannungsquelle angeschlossen. Die Bezugszeichen 3, 4, 5, 6 beziehen sich auf die entsprechenden Elemente von iig.1.

Die Wirkungsweise des Wechselstromerzeugers von Pig.7 ist derjenigen des Wechselstromerzeugers von Fig.1 völlig gleich, solange die Steuerelektroden der Gleichrichterelemente 10 und 11 keine elektrische Erregung empfangen.

In Fig.8 (a) ist durch einen Abschnitt einer Sinuskurve
die Änderung der Spannung V₁ dargestellt, die zwischen
den Zeitpunkten O und t,, welche der Stromführungsphase
des Gleichrichterelements 6 entsprechen, an der Sekundärwicklung 9 besteht. Die gestrichelte horizontale Linie
stellt den Wert E der Spannung der Gleichspannungsquelle 7 dar. Solange die Spannung V₁ kleiner als E ist, kann das Gleichrichterelement 10 in keinem Fall Strom führen. Vom Zeitpunkt t₂ an kann das Zünden des Gleichrichterelements 10 dadurch hervorgerufen werden, dass ein Impuls an seine Steuerelektrode angelegt wird. In Fig.8(a) ist in voller linie die Änderung der Spannung V₁ dargestellt,

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- β —

wenn das Zünden des Gleichrichterelements 10 im Zeitpunkt %2 hervorgerufen wird. Pig.8 (b) zeigt in voller Linie den zeitlichen Erlauf des an die Last 4 abgegebenen Stroms Ij₁; der Strom i-^ wird im Zeitpunkt ^2 zu Null, weil das Gleichrichterelement 10 dann stromführend wird. Zwischen den Zeitpunkten tp und t, wird die in der Induktivität gespeicherte Energie nicht mehr zum Kondensator 3 und zur Last 4 übertragen, sondern sie kehrt zur Spannungsquelle zurück. Die Amplitude des von dem Stromerzeuger abgegebenen Stroms erleidet daher, sobald sich der stationäre Betrieb ausgebildet hat, eine-Verringerung, die von dem Zeitintervall X>₀ abhängt, in welchem die Energierückführung stattfindet.

In Pig. 9 (a) und 9(b) sind die gleichen Diagramme wie in ?ig.8 dargestellt, wobei angenommen ist, dass der Beginn der Stromführung des G-leichrichterelements 10 im Zeitpunkt t, erfolgt. Da die Dauer "^ kleiner als die Dquer T ist, ist die Verringerung der Amplitude des Stroms i-r vermindert. Die Afflplitudenverringerung wird am kleinsten, wenn die Dauer Έ" auf Null herabgesetzt wird. Dieser letzte Fall ist in Fig.10 (a) und 10 (b) dargestellt, wobei das Zünden des G-löichrichterelements 10 im Zeitpunkt t. stattfindet. Das , was soeben für die zwischen den Zeitpunkten O und t. liegende Halbperiode erläutert worden ist, wiederholt sich im Verlauf der folgenden Halbperioden. Insbesondere wird das Gleichrichterelement 11 im Verlauf des Zeitintervalls Έ" stromführend, das vor dem Zeitpunkt tg liegt.

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J ie in Pig.7 schecnatisch dargestellte Anordnung ermöglicht die Amplitudenmodulation des abgegebenen Stroms. Zu diesem Zweck steuert ein nicht dargestellter Impulsgenerator die Gleichrichterelemente 5, 6, 11 und in der V/eise, dass die Zünd.^impuls der Gleichrichterelenente 11 und 10 um die Zeit £ vor den Zündimpulsen der Gleichrichterelemente 5 und 6 liegen. Wenn die Zeit "^zwischen O und Έ" veränderlich ist, erhält man am Ausgang des Generators ein amplitudenmoduliertes Signal. Dieser modulierte Stromerzeuger weist den Vorteil auf, dass eine'Stromversorgungsquelle mit konstanter Spannung verwendet wird, welche die nicht transformierte Energie wiedergewinnt, die während der üodulationstäler zu der Last übertragen wird, Pig,11 zeigt das Schaltbild ein.es amplitudenmodulierten Sinussehwingungserzeugers, in welchem mehrere Gleichrichterelemente nach der Erfindung vorgesehen sind, Die Gleichspaßnungsquelle 7 speist mit Hj.lfe von Thyristoren 6 mehrere Primärwicklungen 1 von Transformatoren, Pie Primärwicklungen 2 weiterer Transforra^toren sind mit den Wicklungen 1 und den Thyristoren 5 verbunden. Jeder Verbindungspunkt zwischen zwei Wicklungen 1 and 2 ist über einen Kondensator 3 mit den Primär^ wicklungen 12, 1j5, 14 , 15 eines Ausgangstransformators verbunden, der eine Sekundärwicklung 16 aufweist, an deren Kleeimen die Last 4 angeschlossen ist. Die Wick^- lungen 1 und 2 sind jeweils mit Sekundärwicklungen 9 bzw, 8 gekoppelt, die ihrerseits über Transistoren bzw. 11 mit der Spanungsquelle 7 verbunden sind, Sin Zündimpulsgenerator 17 steuert die Steuerelektroden der Thyristoren 5 und 6 synchron mit der an der Sekundärwicklung 16 verfügbaren Spannung. Ein Eingang B steuert die Zündfolge der Thyristoren 5 und 6. Sin zweiter Zünu». impulsgenerator 18 steuert die Steuerelektroden der Thyristoren 10 und 11 mit einer Voreilung X

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SAD ORKSINA*.

die sich in Abhängigkeit von der dem Eingang A zugeführten Modulationsspannung ändert.

Die von dem Generator von Pig.11 gelieferte modulierte Schwingung besteht aus aufeinanderfolgenden Halbwellen. Der Arbeitszyklus beginnt mit einem Signal, das an den Eingang B des Generators 17 angelegt wird. Einer der thyristoren 6 wird gezündet und lässt in der Last 4 eine positive Halbwelle fliessen, die durch das Zünden des entsprechenden Thyristors 1o unterbrochen wird. Wenn die erste Halbperiode abgelaufen ist, steuert der Generator 17 das Zünden des Thyristors 5 des gleichen Zweigs, damit eine negative Halbwelle erzeugt wird. Die negative Halbwelle wird unterbrochen, wenn der Generator 18 den entsprechenden Thyristor 11 zündet. Die anderen Thyristoren werden in gleicher '//eise zur Erzeugung der anderen Halbwellen gezündet. In Pig.11 ist zu erkennen, dass der Generator mehrere Gruppen von Elementen 1, 2, 5, 6, 8, 9, 10 und 11 enthält, die gleichzeitig oderjnacheinander in Betrieb gesetzt werden können. Im Fall eines aufeinanderfolgenden Betriebs können die Gruppen geringfügig verschiedene Eigenfrequenzen haben, damit die abgegebene Schwingung frequenzmoduliert ist. Die Amplitudenmodulation hängt von den Werten der Elemente 1, 2, 3, von dem Übersetsungsverhältnis η zwischen den Wicklungen 1, 2 und 9, 8, der von der Last 4 hervorgerufenen Dämpfung und von der in Fig.9 (a) definierten Zeitverschiebung T" ab. Die dem Eingang A des Generators 18 zugeführte Modulationsspannung bestimmt den Wert von Q" , beispielsweise durch Einwirkung auf die Vorspannung einer monostabilen Kippschaltung, welche das Verzägerungseletnent dieses Generators darstellt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

J V/echselstroraerzeuger mit Amplitudenmodulation, mit einer Gleichspannungsquelle mit zwei Klemmen, einem Schwingkreis mit zwei induktivenZweigen und einem kapazitiven Zweig und mit steuerbaren Schaltmitteln, die abwechselnd betätigt werden, um den kapazitiven Zweig und einen der induktiven Zweige und dann den anderen induktiven Zweig und den kapazitiven Zweig in Serie zwischen den Klemmen der Spannungsquelle anzusGhliesaen, dadurch gekennzeichnet, dass die induktiven Zweige jeweils durch eine der Primärwicklungen von zwei (Transformatoren gebildet sind, dass die Sekundärwicklungen der Transformatoren über zweite steuerbare Schaltmittel periodisch mit den Klemmen der Gleichspannungsquelle verbunden werden, und dass verzögerte Auslöseeinrichtungen vorgesehen sind, welche die zweiten steuerbaren Schaltraittel an Zwischenpunkten des Stromführungszyklus der ersten steuerbaren Schaltmittel in den stromführenden Zustand bringen.
2. Wechselstromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweige in Sternschaltung angeordnet sind.
3. Wechselstromerzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Schaltmittel durch Gleichrichterelemente mit einerSteuerelektrode gebildet sind.
4. Wechselstromerzeuger nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichtereletnente Halbleiterschaltungselemente sind.
5. Wechselstromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daöurchjgekennzeichnet, dass er Ii Schwingkreise

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enthält, und dass jeder Schwingkreis über den kapazitiven Zweig eine der Eingangswicklungen eines Ausgangstransformators speist, dessen Sekundärwicklung mit den Ausgangsklemmen des Wech3elstrotnerzeugers verbunden ist.
6. wechselstromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, äaäurch gekennzeichnet, dass die Auslöseeinrichtungen verzögerte Generatorschaltungen enthalten, die einen Steuereingang zum Empfang einer Modulationsspannung aufweisen»

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