DE2453924C2

DE2453924C2 - Circuit for generating an open magnetic field

Info

Publication number: DE2453924C2
Application number: DE19742453924
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter 8581 Neudrossenfeld Doetsch; Klaus Dipl.-Ing. 8581 Ahorntal Thiele
Original assignee: Sachs Systemtechnik 8720 Schweinfurt De GmbH
Current assignee: Sachs Systemtechnik 8720 Schweinfurt De GmbH
Priority date: 1974-11-14
Filing date: 1974-11-14
Publication date: 1985-12-05
Also published as: DE2453924A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeugung eines offenen Magnetfeldes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein offenes Magnetfeld kann zur induktiven Obertragung von elektrischer Energie von einem die Schaltung enthaltenden Primärgerät über einigen räumlichen Abstand hinweg auf entsprechend ausgestattete bzw. ausgebildete Sekundärgeräte dienen, die in den Wirkungsbereich dieses offenen Magnetfeldes eingebracht werden. Art und Weise, vor allem Leistungsumsatz und Wirkungsgrad der Gleichstrom-Wechselstrom-Umformung sind von Frequenz und/oder Wellenform des das offene Magnetwechselfeld erzeugenden elektrischen Stromes und der hierbei eintretenden Spannungsform abhängig.The invention relates to a circuit for generating an open magnetic field according to the preamble of claim 1.
An open magnetic field can be used for the inductive transmission of electrical energy from a primary device containing the circuit over some spatial distance to appropriately equipped or designed secondary devices that are brought into the effective area of this open magnetic field. The manner, especially the power consumption and the efficiency of the direct current / alternating current conversion are dependent on the frequency and / or waveform of the electric current generating the open magnetic alternating field and the voltage form occurring in this connection.

Aus der FR-PS 12 92 970 ist eine Schaltungsanordnung bekannt bestehend aus vier in Brückenschaltung angeordneten Halbleiterschaltern, wobei in der Brükkendiagonale eine Serienschaltung aus einem Parallelschwingkreis und einem Serienschwingkreis angeordnet ist Serienschwingkreis und Parallelschwingkreis sind auf dieselbe Grundfrequenz abgestimmt.From FR-PS 12 92 970 a circuit arrangement is known consisting of four in a bridge circuit arranged semiconductor switches, with a series circuit of a parallel resonant circuit in the bridge diagonal and a series resonant circuit is arranged series resonant circuit and parallel resonant circuit are tuned to the same basic frequency.

Die Wechselstrom-Ausgangsleistung wird am Parallelschwingkreis transformatorisch abgenommen. Der Serienschwingkreis in der Brückendiagonale begünstigt die Ausbildung eines zur Rechteckform hin verzerrten zeitlichen Verlaufes der Gesamtspannung in der Brükkendiagonale und verringert dadurch die Schaltverlustc in den Transistoren. Die geänderte Phasenlage verringert jedoch die Ausgangsspannung am Ausgangstransformator, so daß eine Steigerung des Leistungsumsatzes nicht zustande kommt.The AC output power is taken from the parallel resonant circuit by means of a transformer. Of the Series resonant circuit in the bridge diagonal favors the formation of a distorted rectangular shape time course of the total voltage in the bridge diagonal and thereby reduces the switching lossc in the transistors. However, the changed phase position reduces the output voltage at the output transformer, so that there is no increase in output.

Eine weitere Schaltung für einen Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer ist in der GB-PS 10 93 741 beschrieben. Um die Schaltverluste im Transistor zu vcrringern, werden die geradzahligen Harmonischen im Ausgangsstrom durch parallele zum Transistor geschaltete Serienschwingkreise, ungeradzahlige Harmonische durch als Sperrkreise wirkende Parallelschwingkreise vom Grundwellenverbraucherwiderstand ferngehalten.Another circuit for a DC-AC converter is described in GB-PS 10 93 741. To reduce the switching losses in the transistor, the even harmonics in the output current are switched by parallel to the transistor Series resonant circuits, odd harmonics through parallel resonant circuits acting as trap circuits kept away from the fundamental wave consumer resistance.

Die in den Oberwellen vorhandene Energie gelangt nicht zum Verbrauchswiderstand, so daß der gesamte Umformungswirkungsgrad gering bleibt.The energy present in the harmonics does not reach the consumption resistance, so that the entire Forming efficiency remains low.

Rs ist bekannt, daß bei Gleichstrom-Wechselstrom-Rs is known that with direct current-alternating current

Umformern mit Transistoren sich ein hoher Leistungsumsatz bei geringen Schaltverlusten nur dann erreichen IaBt, wenn Kollcklorstrom und Kollektorspannung nahezu rcchteckförmig sind und zueinander in Gegenphase verlaufen. Dann sind Wirkungsgrade bis zu 85% erreichbar. Wird ein solcher Umformer jedoch nicht rein ohmseh, sondern induktiv oder kapazitiv belastet, so sinkt der Wirkungsgrad erheblich ab.Converters with transistors have a high power consumption IaBt can only be achieved with low switching losses if the collector current and collector voltage are close to are rectangular and are in phase opposition to each other get lost. Then efficiencies of up to 85% can be achieved. However, such a converter does not become pure ohmic, but inductively or capacitively loaded, the efficiency drops considerably.

Soll die Übertragung der Wechselenergie auf eben Verbraucher mit Hilfe der induktiven Ankopplung vorgenommen werden, so tritt die Streuinduktivität der offenen Primärspule störend in Erscheinung, so daß selbst bei Verwendung eines reinen ohmschen Verbrauchers der Umformer immer induktiv belastet ist, wodurch sein Wirkungsgrad absinktIf the transmission of the alternating energy is to be carried out on even consumers with the help of inductive coupling then the leakage inductance of the open primary coil occurs in a disturbing manner, so that even when using a pure ohmic load, the converter is always inductively loaded, which means that it is Efficiency drops

Bei Leistungsumformern, beispielsweise für Induktionsöfen, ist es bekannt, die induktive Komponente der Primärspule mit Hilfe von zu- und abschaltbaren Parallelkondensatoren zu kompensieren, so daß — angepaßt an das jeweils zu erhitzende Gut — eine günstige, phasenreine Last für die Generatorfrequenz eingestellt werden kann. Das bedeutet jedoch, daß jedesmal, wenn sich die elektrischen Eigenschaften des zu erhitzenden Gutes verändern, Parallelkondensatoren zu- oder abgeschaltet werden müssen, um phasenreine Belastung des Generators zu gewährleisten.In power converters, for example for induction furnaces, it is known to use the inductive component of the To compensate primary coil with the help of parallel capacitors that can be switched on and off, so that - adapted to the item to be heated in each case - an inexpensive, phase-pure one Load can be set for the generator frequency. However, this means that every time the electrical properties of the goods to be heated change, parallel capacitors are switched on or off must be in order to ensure phase-pure loading of the generator.

Um die Kompensation durch Zu- und Abschalten von Parallelkondensatoren vermeiden zu können, wurde bereits vorgeschlagen, den Verbraucher in geeigneter Weise auszubilden. So sind beispielsweise schon induktiv zu erwärmende Kochtöpfe mit kombinierten Topfböden aus Eisen- und Kupferblech vorgeschlagen worden, wobei der ferromagnetische Eisenanteil frequenzerniedrigend, der nicht ferromagnetische Kupferanteil dagegen frequenzerhöhend wirkt Derartige Töpfe sind dann von den wechselnden Ankopplungsbedingungen weniger abhängig, so daß bei fester Generatorfrequenz eine wenigstens einigermaßen gleichbleibende Sinusbelastung erreichbar ist.In order to be able to avoid the compensation by connecting and disconnecting parallel capacitors, has already been made proposed to train the consumer in a suitable manner. For example, they are already inductive Cooking pots to be heated with combined pan bases made of sheet iron and copper have been proposed, whereby the ferromagnetic iron component lowers the frequency, the non-ferromagnetic copper component on the other hand, it has a frequency-increasing effect. Such pots are then affected by the changing coupling conditions less dependent, so that with a fixed generator frequency an at least somewhat constant sinusoidal load is attainable.

Zusammenfassend ist jedoch festzuhalten, daß Umformer mit Sinusbelastung auch theoretisch einen maximalen Wirkungsgrad von 64% bei Rechteckstromsteuerung, bzw. 77% bei Halbwellensinussteuerung erreichen. In summary, however, it should be noted that converters with sinusoidal loads also theoretically have a maximum Achieve efficiency of 64% with square-wave control or 77% with half-wave sine control.

Höhere Wirkungsgrade lassen sich erreichen, wenn mit periodischen Stromimpulsen gearbeitet wird, die sehr kurz gegen eine Sinushalbwelle sind. Allerdings ergibt sich dabei gleichzeitig ein stark eingeschränkter Leistungsumsatz, da die Stromergiebigkeit der Schaltiransistoren schlecht ausgenutzt wird. Außerdem müssen Hochspannungstransistoren verwendet werden, wenn man die theoretisch möglichen Grenzwirkungsgrade erreichen will, weil nur dann die nichtnutzbare Kollektorsättigungsspannung im Vergleich zur Betriebsspannung vernachlässigbar klein bleibtHigher efficiencies can be achieved when working with periodic current pulses that are very short against a half sine wave. At the same time, however, there is a very limited effect Power conversion, as the current yield of the switching transistor badly exploited. In addition, high-voltage transistors must be used, if you want to achieve the theoretically possible limit efficiencies, because only then the unusable The collector saturation voltage remains negligibly small compared to the operating voltage

Bekannt sind weiterhin sogenannte Transistor-Treppenspannungsumformer, bei welchen eine Vielzahl von Transistoren mit Hilfe eines taktgesteuerten Ringzählcrs stufenweise auf- und absteigend abwechselnd an die Anzapfungen eines ferromagnetischen, geschlossenen Ausgangstransformators geschaltet werden. Je nach Zahl der verwendeten Schalttransistoren läßt sich die sinusförmige Ausgangsspannung durch eine Treppenspannung annähern. Da bei den in Frage stehenden Geräten die Frequenz der Ausgangsspannung bereits im Ultraschallbereich liegen muß, um akustische Belästigungen zu vermeiden, muß die Schaltfrequenz für die Transistoren mindestens das sechsfache der Ausgangsfrequenz betragen. Dadurch ergeben sich jedoch wiederum kurze Transistorschaltperioden mit entsprechend schlechter Ausnutzung der Transistor-Stromergiebigkeit So-called transistor staircase voltage converters are also known, in which a large number of transistors with the help of a clock-controlled ring counter gradually ascending and descending alternately to the taps of a ferromagnetic, closed Output transformer can be switched. Depending on the number of switching transistors used, the Approximate the sinusoidal output voltage using a staircase voltage. As with the devices in question the frequency of the output voltage must already be in the ultrasonic range in order to avoid acoustic annoyance To avoid this, the switching frequency for the transistors must be at least six times the output frequency be. However, this in turn results in short transistor switching periods with correspondingly poor utilization of transistor current yield

Schließlich ist auch schon ein Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer zur Wirbelstrombehci/.ung von Kochtöpfen bekannt, in welchem mit Hilfe von Thyristoren ein Reihenschwingkreis aus Induktionsspule und Kondensator nach Art einer Kippschaltung periodisch angestoßen wird. Als Speisespannung für diesen Generator wird eine ungesiebte gleichgerichtete Netzwechselspannung mit doppelter Netzfrequenz verwendet, welche vom Thyristor in hochfrequente Spannungsimpulse zerhackt wird und in der offenen Magnetspule einen Sinusstrom erzeugt Damit ist also auch bei diesem Umformer nur ein maximaler Wirkungsgrad von 64% zu erwarten. Im übrigen benötigt dieser Umformer einen nicht unbeträchtlichen Aufwand an zusätzlichen elektronischen Steuerorganen, um das schlechte Regelverhaften des Thyristorumformers bei veränderlicher Wirbelstrombelastung wenigstens einigermaßen zu beherrschen. After all, there is already a DC-AC converter known for the eddy current treatment of saucepans, in which with the help of thyristors a series resonant circuit consisting of induction coil and capacitor is triggered periodically in the manner of a flip-flop will. An unfiltered, rectified AC mains voltage is used as the supply voltage for this generator used with double the mains frequency, which is converted from the thyristor into high-frequency voltage pulses is chopped up and a sinusoidal current is generated in the open solenoid. So this is also the case with this converter only a maximum efficiency of 64% can be expected. In addition, this converter needs one not inconsiderable expenditure on additional electronic control organs to the bad rule arresting of the thyristor converter with a variable eddy current load at least to some extent.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs beschriebenen Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer mit Schalttransistoren so weiterzubilden, daß er bei jeder Art von Belastung sowohl einen hohlen Wirkungsgrad als auch einen ebenso hohen und damit befriedigenden Leistungsumsatz ermöglicht Darüber hinaus soll dies mit dem geringstmöglichen schaltungstechnischen Aufwand erreicht werden.The present invention is based on the object of the DC-AC converter described at the outset with switching transistors so that it can be used with any type of load allows a hollow efficiency as well as an equally high and thus satisfactory power conversion In addition, this should be achieved with the least possible circuitry effort will.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.This object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments and refinements of the invention emerge from the subclaims.

Damit ergeben sich die Vorteile, daß bei geeignetem zeitlichem Kollektorstromverlauf sich die beiden entstehenden Resonanzspannungen zu einem angenähert rechteckigen Spannungsverlauf addieren, daß die Leistung weitgehend ungedämpft an die angekoppelten Sekundärgeräte abgegeben wird, daß ein Nachstimmen der Umformerschaltung nicht nötig ist und daß alle Voraussetzungen für einen hohen Wirkungsgrad der Transistoren und damit eine gute wirtschaftliche Ausnutzung derselben gegeben sind.This results in the advantages that, given a suitable collector current curve over time, the two arise Resonance voltages add to an approximately rectangular voltage curve that the power largely unattenuated is given to the coupled secondary devices that retuning the converter circuit is not necessary and that all requirements for a high efficiency of the transistors and thus a good economic utilization of the same are given.

Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten verschiedenen Schaltungsmöglichkeiten und Ausbildungsformen der Spulen.Further features of the invention and details of the advantages achieved by the same emerge from the following description of the various circuit options shown in the drawings and forms of construction of the coils.

F i g. 1 zeigt rein schematisch die Anordnung vonF i g. 1 shows the arrangement of FIG

Grundwellen- und drittem Oberwellenkreis in einer Einfach-Brückenschaltung mit Komplementärtransistoren, F i g. 2 gibt die elektrischen Gegebenheiten dieses Schaltkreises wieder,Fundamental and third harmonic circuit in a single bridge circuit with complementary transistors, F i g. 2 gives the electrical characteristics of this Circuit again,

F i g. 3 ist die Prinzipschaltung eines Gegentakt-Transistorgenerators mit phasenreiner Rückkopplung durch Phasenumkehrstufe^F i g. 3 is the basic circuit of a push-pull transistor generator with phase-pure feedback through phase reversal stage ^

Fig.4 zeigt die gleiche Schaltung mit Rückkopplungsübertrager und Phasenkorrektur,4 shows the same circuit with a feedback transformer and phase correction,

F i g. 5 ist eine abgewandelte Schaltung nach F i g. 4, zur Herstellung trapezförmiger Kollektorströme,F i g. 5 is a modified circuit according to FIG. 4, for the production of trapezoidal collector currents,

F i ?. 6 gibt den zeitlichen Verlauf einer solchen günstigen Trapezform des Kollektorstromes wieder,
F i g. 7 zeigt eine Schaltung mit Übertrager- und Impulsanordnung für eine Kollektorstromform nach,F i?. 6 shows the time course of such a favorable trapezoidal shape of the collector current,
F i g. 7 shows a circuit with a transformer and pulse arrangement for a collector current form according to

Fig. 8 mit verkürztem Rechleckstromverlauf und einem Vorimpuls,Fig. 8 with a shortened square wave current curve and a Pre-impulse,

Fig.9 dient als Beispiel für eine Doppelbrückenschaltung mit Komplementärtransistoren und Übertragerrückkopplung, Fig. 9 serves as an example of a double bridge circuit with complementary transistors and transformer feedback,

Fig. 10 ist eine Abwandlung der Schaltung nach F i g. 9 mit gleichsinnig leitenden Transistoren, schließlich zeigt,FIG. 10 is a modification of the circuit of FIG. 9 with transistors conducting in the same direction, finally shows,

F i g. 11 ein Schaltungsbeispiel für einen Grundwellen- und dritten Oberwellenkreis in Gegenkontaktschaltung, F i g. 11 a circuit example for a fundamental wave and third harmonic circuit in mating contact circuit,

Fig. 12 ist die schematische Darstellung der räumlichen Ausbildung und Zuordnung der Induktionsspulen für die Grundwelle und dritte Oberwelle,Fig. 12 is the schematic representation of the spatial Training and assignment of the induction coils for the fundamental and third harmonic,

F i g. 13 gibt eine Flachspulenbauart wieder,F i g. 13 shows a flat coil type,

Fig. 14 zeigt ebenfalls eine Flachspulenbauart mit kreisförmig angeordneten Spulen.14 also shows a flat coil type with coils arranged in a circle.

Die Schaltung nach F i g. 1 weist zwei Schalttransistoren t und 2, zwei in Serie geschaltete Parallelschwingkreise 3,4 für die Grundfrequenz und 5,6 für die dritte Oberwellenfrequenz auf. Die Spulen 3 und 5 der beiden Schwingkreise sind zugleich die das offene Magnetfeld erzeugenden Induktionsspulen, in welche ein Verbraucher, z. B. in Gestalt einer einzigen geschlossenen Spulenwindung 7 eingebracht wird. Zur Schaltung gehören des weiteren zwei Sperrdioden 8 und 9 an den Kollektoren der Transistoren 1 und 2. Während das Schaltbild nach F i g. 1 im Zusammenhang mit F i g. 2 im wesentlichen der Erläuterung der Erfindung dient, sind für die Praxis vorgesehene Schaltungen in den weiteren F i g. 3 bis 11 dargestelltThe circuit according to FIG. 1 has two switching transistors t and 2, two parallel resonant circuits connected in series 3.4 for the fundamental frequency and 5.6 for the third harmonic frequency. Coils 3 and 5 of the two Oscillating circuits are also the induction coils that generate the open magnetic field and into which a consumer, z. B. is introduced in the form of a single closed coil winding 7. Belong to the circuit further two blocking diodes 8 and 9 at the collectors of transistors 1 and 2. While the circuit diagram according to FIG. 1 in connection with F i g. 2 essentially serves to explain the invention, are for Circuits provided in practice in the further FIGS. 3 to 11 shown

Die durch die erfindungsgemäße Schaltung gewonnene rechteckähnliche Summenspannung ist besonders vorteilhaft. Die Energieanteile der Frequenzen /und 3f, die in zeitlich rechteckig gesteuerten Kollektorströmen + Ic und — I_c der Schalttransistoren 1 und 2 enthalten sind, werden durch die Parallelschwingkreise 3,4 und 5, 6 aufgenommen und können auf den Schwingkreisspulen 3 und 5 über induktive Ankopplung an den durch das Sekundärgerät 7 dargestellten Verbraucher abgegeben werden.The total square-wave voltage obtained by the circuit according to the invention is particularly advantageous. The energy components of the frequencies / and 3f controlled in temporally rectangular collector currents + Ic and - I of the switching transistors contained 1 and 2 _c are represented by the parallel resonant circuits 3,4 and 5, was added to 6 and can on the resonant circuit coil 3 and 5 via inductive Coupling to the consumer represented by the secondary device 7.

Der an den Komplementärtransistoren t und 2 größtzulässige Spannungsbereich zwischen den Betriebsgleichspannungen + U- bzw. — U- abzüglich der Kollektor Emitter Sättigungsspannungen U_5S, ist bei rechteckähnlichem Verlauf der Kollektorwechselspannung U~ sehr viel besser ausnutzbar, als vergleichsweise bei einer Sinusspannung. Die Amplitude der Grundwellenspannung kann bis zum l,27fachen dieses Gleichspannungsbereiches betragen. Hinzu kommt ein Amplitudenanteil von etwa 0,43 der dritten Oberwelle, ohne daß der Spannungsbereich überschritten wird. Gleiches gilt aber auch für den rechteckigen Kollektorstrom. Das Produkt aller Ströme und diesen zugehörigen Spannungen ergibt daher eine Wechselstromleistung von etwa 90% der zugeführten Gleichstromleistung.The maximum permissible voltage range at the complementary transistors t and 2 between the operating DC voltages + U- or - U- minus the collector-emitter saturation voltages U _5S can be used much better with a square-wave curve of the collector AC voltage U ~ than with a sinusoidal voltage. The amplitude of the fundamental wave voltage can be up to 1.27 times this DC voltage range. In addition, there is an amplitude component of approximately 0.43 of the third harmonic without exceeding the voltage range. The same also applies to the rectangular collector current. The product of all currents and these associated voltages therefore results in an alternating current power of approximately 90% of the supplied direct current power.

Daneben ist die Kollektor-Emitter-Spannung an dem betreffenden stromführenden Transistor über die größte Zeit einer Halbwelle niedrig. Sie erreicht nur während der kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten der rechteckähnlichen Summenspannung hohe Spitzenwerte. Die Summe aller Produkte aus Kollektorstrom mal Kollektor-Emitter-Spannung ergibt daher über die Gesamtzeit einer Periode eine sehr niedrige Kollektorverlustleistung Mc- Auch dies trägt zum erreichten hohen Transistorwirkungsgrad bei.In addition, the collector-emitter voltage on the relevant current-carrying transistor is low for most of a half-cycle. It only reaches high peak values during the short rise and fall times of the square-shaped total voltage. The sum of all products of collector current times collector-emitter voltage therefore results in a very low collector power dissipation Mc- This also contributes to the high transistor efficiency achieved over the entire period of a period.

Des weiteren bedeutet voller Kollektorstrom I_c während einer Halbwelle und weitgehender Ausnutzung der Betriebsgleichspannung U- einen großen Leistungsumsatz. Es sind deshalb nur verhältnismäßig kleine Transistoren notwendig, was die bei großen Transistoren bei hohen Frequenzen nachteiligen Schaltverzögerungen ausschließt und zu einer entsprechend wirtschaftlichen Arbeitsweise beiträgt.Furthermore, full collector current I _c during a half-wave and extensive utilization of the DC operating voltage U- means a large power consumption. Only relatively small transistors are therefore necessary, which excludes the switching delays which are disadvantageous with large transistors at high frequencies and contributes to a correspondingly economical mode of operation.

Schließlich ergibt die Anordnung vom Grundwellen- und dritten Oberwellenschwingkreis bei Abschwächung der Verbraucherankopplung ein besonders günstiges Regelverhalten des Generators. Mit dem Belastungswiderstand steigt nämlich die Summenspannung und überto schreitet mit ihren Höckern zeitweise die Kollektorsättigungsspannung U_ah so daß der Kollektorstrom zunächst in diesen Zeitbereichen ausbleibt. Mit fortschreitender Verbraucherentkopplung bis zum Leerlauf verbleiben im Kollektorstrom pro Halbwelle nur noch zwei kleinere Randzacken als Anstöße für den dritten Oberwellenschwingkreis und ein schwacher Mittelimpuls für den Grundwellenschwingkreis. Dabei können die Spannungshöcker nicht allein die Kollektorsättigungsspannung überschreiten, sondern auch erheblich über die Nullspannungsgrenze hinausgehen. Eine damit verbundene Umpolung der Transistoren wird mit den Sperrdioden 8 und 9 verhindert Ansonsten würden inverse Transistorströme eine unerwünschte Schwingungskreisdämpfung ausüben. Der Kollektorgleichstrom geht im Leerlauf auf wenige Prozente des Maximalstromes bei Voll-Last zurück und dient vorwiegend dazu, die geringen Eigenverluste der Schwingungskreise zu dekken. Finally, the arrangement of the fundamental wave and third harmonic resonance circuit results in a particularly favorable control behavior of the generator when the consumer coupling is weakened. The total voltage increases with the load resistance and the collector saturation voltage U _ah temporarily increases with its humps, so that the collector current initially does not occur in these time ranges. As the consumer decoupling progresses to idle, only two smaller edge spikes remain in the collector current per half-wave as impulses for the third harmonic resonance circuit and a weak central pulse for the fundamental oscillation circuit. The voltage bumps can not only exceed the collector saturation voltage, but also go well beyond the zero voltage limit. A related polarity reversal of the transistors is prevented with the blocking diodes 8 and 9. Otherwise, inverse transistor currents would cause undesirable oscillation circuit damping. When idling, the collector direct current drops to a few percent of the maximum current at full load and is mainly used to cover the low intrinsic losses of the oscillation circuits.

Die Generatortransistoren mit fester Frequenz zu steuern, wäre jedoch in der Praxis ungünstig, weil sich die Resonanzlage der Schwingungskreise 3,4 und 5,6 je nach Verbraucher ändert, so daß bei Verstimmung gegen Festfrequenz die Transistoren nicht mehr phasenrein belastet sind und thermische Überlastungsgefahr besteht Durch Selbsterregung des Generators mit phasenreiner Rückkopplung kann dies vermieden werden. Es erregt sich dann stets diejenige Frequenz, die genau der jeweiligen Resonanzlage des Schwingungskreises einschließlich des durch das Sekundärgerät gegebenen Verbrauchers entspricht Bei der erfindungsgemäßen Schaltung bestehen sogar zwei Resonanzkreise und es könnten sich Selbsterregungsbedingungen für zwei verschiedene Frequenzen ergeben, wenn die Rückkopplungsspannung aus der rechteckähnlichen Kolleklor-Spannung gewonnen wird. In den nachstehend erläuterten Spannungen ist deshalb die Rückkopplungsspannung allein vom Grundwellenschwingkreis abgezweigt, bzw. mittels Übertrager herabtransformiertTo control the generator transistors with a fixed frequency, however, would be unfavorable in practice because the resonance position of the oscillation circles 3, 4 and 5, 6 each changes according to consumer, so that when detuned from the fixed frequency, the transistors are no longer phase-pure are loaded and there is a risk of thermal overload. Self-excitation of the generator with phase-pure This can be avoided by feedback. It is then always the frequency that excites that exactly the respective resonance position of the oscillation circuit including that given by the secondary device Consumer's equivalent. In the circuit according to the invention, there are even two resonance circuits and it Self-excitation conditions for two different frequencies could result if the feedback voltage is obtained from the square-like collector voltage. In the below explained Voltages, the feedback voltage is branched off solely from the fundamental resonant circuit, or transformed down by means of a transformer

Die phasenreine Rückkopplung erfordert, daß der Basiswechselstrom um genau 180° gegen die Kollektorspannung des Grundwellenschwingkreises gedreht ist.The phase-pure feedback requires that the base alternating current is exactly 180 ° against the collector voltage of the fundamental oscillation circuit is rotated.

Dies kann durch Einfügen einer Transistorumkehrstufc 30 jeweils zwischen Grundwellenkreis und Basis der Schalttransistoren 1 und 2 erfolgen, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist Bei der wiedergegebenen Gegentaktschaltung der Transistoren werden entsprechend zwei getrennte Umkehrstufen 30 benötigtThis can be done by inserting a transistor reversing stage 30 between the fundamental wave circuit and the base of the Switching transistors 1 and 2 take place as shown in FIG. 3 is shown in the illustrated push-pull circuit of the transistors, two separate inverting stages 30 are required accordingly

Eine bessere, weil sparsamere Lösung, ist in F i g. 4 wiedergegeben, wo die Schaltung mit einem Übertrager 31 ausgestattet ist Hier wird nicht so viel Leistung in Vor- und Zusatzwiderständen verbraucht wie in den Umkehrstufen 30 nach F i g. 3. Die Herabsetzung der zumeist hohen Grundwellenspannung auf die zum Übersteuern der Basis der Schalttransistoren 1 und 2 ausreichenden Spannungswerte von etwa 2 bis 3 V ~ bedingt ein hohes Übersetzungsverhältnis des Übertragers und stellt demgemäß genügend Steuerstrom auf der Basisseite zur Verfügung. Um den PhasenfehlerA better, because more economical, solution is shown in FIG. 4 reproduced where the circuit with a transformer 31 is equipped Here, not as much power is used in the series and additional resistors as in the Inversion stages 30 according to FIG. 3. The reduction of the mostly high fundamental wave voltage to the Overdrive the base of the switching transistors 1 and 2 sufficient voltage values of about 2 to 3 V ~ requires a high transmission ratio of the transformer and accordingly provides sufficient control current the base page available. To the phase error

möglichst klein zu halten, ist der Übertrager 31 mit einem geschlossenen ferromagnetischen Kern ausgestattet. Bei Basis-Wechselspannung über 3 V ~ ist es zweckmäßig, je einen Vorwiderstand 34 als Strombegrenzer zur Kleinhaltung von Obertragerlast und Phasenfehler vorzusehen. Zum Ausgleich des Phasenfehlers kann des weiteren ggf. ein primärseitiges, aus Widerstand 32 und Kondensator 33 bestehendes Phasenkorrekturglied vorgesehen sein. Ein Hochohm-Widerstand 35 dient als Anschwinghilfe.To keep as small as possible, the transformer 31 is with a closed ferromagnetic core. With base alternating voltage above 3 V ~ it is expediently, a series resistor 34 as a current limiter to keep the upper carrier load and phase error small to be provided. To compensate for the phase error, a resistor on the primary side can also be used 32 and capacitor 33 existing phase correction element can be provided. A high-ohm resistor 35 serves as an oscillation aid.

Die Schaltung mit einem Übertrager nach F i g. 4 bietet den Vorteil mehrerer galvanisch getrennter Niederspannungswicklungen, z. B. für die Anwendung von Doppelbrücken-Transistorenschaitungen, bei weichen die Transistoren auf sehr verschiedenen Gleich- und Wechselspannungspotentialen liegen können. Des weiteren kann der Übertrager zur Impulsformung des KoI-lekiorstromes herangezogen werden, wie es nachstehend noch an entsprechenden Beispielen gezeigt werden wird.The circuit with a transformer according to FIG. 4 offers the advantage of several galvanically separated low-voltage windings, e.g. B. for the application of Double-bridge transistor circuits, with the transistors on very different DC and AC voltage potentials can lie. In addition, the transformer can be used for pulse shaping of the KoI-lekiorstromes can be used, as will be shown below using appropriate examples will.

Die durch über die volle Halbwellenzeit der Grundfrequenz andauernden rechteckverlaufenden Kollektorstromimpulse gegebene Wirkung auf die Summenspannung von Grundwellen- und dritten Oberwellenschwingkreis läßt sich noch verbessern, wenn es gelingt, den Kollektorstromimpulsen Trapezform zu geben. Eine solche Trapezform des Kollektorstromes läßt sich mit einer Schaltung nach Fig.5 mit sinusförmiger Basisspannung von 1,3 bis 1,5 V ~, angehoben um 0,6 bis 0,8 V., gegen Emitter aussteuern, wozu ein Vorwiderstand 38 mit Stabilisierungsdioden 39 dient.The square collector current pulses that last over the full half-wave time of the fundamental frequency given effect on the total voltage of the fundamental and third harmonic resonant circuit can be improved if it is possible to give the collector current pulses a trapezoidal shape. One Such a trapezoidal shape of the collector current can be obtained with a circuit according to FIG. 5 with a sinusoidal base voltage from 1.3 to 1.5 V ~, increased by 0.6 to 0.8 V., against the emitter, including a series resistor 38 with stabilizing diodes 39 is used.

Die dergestalt erzielten trapezförmig verlaufenden KollektorstromiiTipulse sind in F i g. 6 dargestellt. Mit solchen Impulsen kann innerhalb der kritischen Zeitintervalle der auf- und absteigenden Flanken der Summenspannung der Kollektorstrom kleiner als bei Rechteckverlauf gehalten werden. Damit werden die in F i g. 2 dargestellten Kollektorverlustspitzen N_c vermindert. Ein Optimum ist erreichbar bei Trapezströmen mit χ zwischen 15° und 20°. Die Amplituden von Grundwelle und dritter Oberwelle sind nur geringfügig kleiner als bei Rechteckstrom, jedoch geht der vom Generator aufgenommene Gleichstrom etwas zurück (entsprechend der Trapezfläche gegenüber der Rechteckfläche), so daß ein Maximalwirkungsgrad von etwa 95% als oberste Grenze errechenbar ist.The trapezoidal collector current pulses achieved in this way are shown in FIG. 6 shown. With such pulses, the collector current can be kept smaller than in the case of a square wave within the critical time intervals of the rising and falling edges of the total voltage. Thus the in F i g. 2 collector loss peaks N _{c shown} reduced. An optimum can be achieved with trapezoidal currents with χ between 15 ° and 20 °. The amplitudes of the fundamental wave and the third harmonic are only slightly smaller than with square-wave current, but the direct current consumed by the generator decreases somewhat (corresponding to the trapezoidal area compared to the rectangular area), so that a maximum efficiency of about 95% can be calculated as the uppermost limit.

Weitere Umdrehungen haben ergeben, daß sich dagegen reine Rechteckimpulse, die gegenüber einer Halbwelle von 180° beidseitig merklich verkürzt sind, sich nicht so gut eignen, weil ihr dritter Oberwellengehalt zugunsten anderer Oberwellen zum Teil falsche Phasenlage aufweist und demgemäß nicht ausreicht, um am Grundwellen- und dritten Oberwellenschwingkreis die angestrebte rechteckähnliche Summenspannung herzustellen. Sie erweisen sich aber dann als brauchbar, wenn entweder die Schaltung zur Erzeugung eines einzelstehenden Vorimpulses (eines Vortrabanten) kurz nach erfolgtem Grundwellen-Nulldurchgang oder zur Erzeugung einer Stromlücke in der Mitte des Rechteckimpulses vorgesehen wird.Further revolutions have shown that, on the other hand, there are pure square-wave pulses that are opposite to a half-wave of 180 ° are noticeably shortened on both sides, are not so well suited because their third harmonic content in favor of other harmonics has partially incorrect phase position and is therefore not sufficient to am Fundamental wave and third harmonic resonant circuit to produce the desired square-wave total voltage. But they prove to be useful when either the circuit is used to generate a single Pre-pulse (of a pre-satellite) shortly after the fundamental wave zero crossing or for generation a current gap is provided in the middle of the square pulse.

Der erwünschte Kollektorstromverlauf mit Vortrabant kann mit geringem technischen Aufwand mit einer Schaltung nach F i g. 7 mit Hilfe des Übertragers 31 und der Parallelschaltung je eines Widerstandes 40 mit einem Kondensator 41 zu den Transistoren herbeigeführt werden.The desired collector current curve with Vorrabant can with little technical effort with a Circuit according to FIG. 7 with the help of the transformer 31 and the parallel circuit each have a resistor 40 with one Capacitor 41 are brought about to the transistors.

In Fig.8 ist der Kollektorstromverlauf dargestellt. Durch den einzelstehenden Vortrabanten kurz nach erfolgtem Grundwellen-Nulldurchgang wird der dritte Oberwellenschwingkreis energisch angestoßen, der für die Grundwellenleistung maßgeblich lange Rechteckimpuls wird getrennt nachgeliefert. Die Impulsform dieses Vortrabanten ist nicht kritisch. Es genügt eine Schaltvorgang-Zacke von etwa 18° bis 26° Dauer, worauf nach weiteren ca. 8° Zwischenpause der Hauptrechteckimpuls erfolgt. Dieser ist im Vergleich zu einer Halbwelle am Ende um etwa 26° verkürzt, damit der Ausräumvorgang noch zu einer Zeit erfolgt, in welcher die Summenspannung der Schwingkreise noch nicht wieder hohe Werte erreicht hat. Der Vortrabant versteuert auffallend die absteigende Spannungsflanke der Summenspannung und unterdrückt weitgehend das Zustandekommen einer nachteiligen Kollektorverlustspitze in diesem Intervall.The collector current curve is shown in FIG. The third is due to the stand-alone pre-rider shortly after the fundamental wave has passed zero The harmonic resonance circuit is energetically triggered, the long square-wave pulse that is decisive for the fundamental wave power will be delivered separately. The pulse shape of this pre-satellite is not critical. One switching operation spike is sufficient of about 18 ° to 26 °, followed by the main rectangular pulse after a further 8 ° interval he follows. Compared to a half-wave, this is shortened by about 26 ° at the end, so that the clearing process takes place at a time in which the total voltage of the oscillating circuits has not yet returned has achieved high values. The presenter noticeably taxed the falling voltage edge of the total voltage and largely suppresses the occurrence of a disadvantageous collector loss peak in this interval.

Bei dieser Schaltung wird die sekundäre Steuerspannung des Übertragers 31 verhältnismäßig hoch gewählt, um zu erreichen, daß mit aufsteigender Spannung die Transistorschwellgrenze zeitlich dicht auf den Spannungs-NuIldurchgang folgt. Dort setzt Basisstrom ein und löst basisseitig einen kurzen Einschwingvorgang aus. Durch entsprechende Bemessung der Streuinduktivität des Übertragers 31 und der Größen von Kondensator 40 und Widerstand 41 läßt sich ein etwa aperiodischer Verlauf erzielen. Eine Vollschwingung des Vorganges würde größenordnungsmäßig etwa der 10- bis 30fachen Frequenz der Grundwelle entsprechen. Ferner erzeugen Kondensator und Widerstand eine mit bestimmter Zeitkonstante ansteigende Basis-Gleichspannung, die sich der steuernden Basis-Wechselspannung entgegenwirkend überlagert, so daß sich eine erwünschte, gegenüber der Grundhalbwelle verfrühte Sperrung des Kollektorstromes erzielen läßt. Der Widerstand 35 dient wiederum als Anschwinghilfe beim Einschalten des Generators. Mit dieser Schaltung kann angenähert der Leistungsumsatz wie bei Trapezform des Kollektorstromes erreicht werden, zugleich ergeben sich wiederum Transistorwirkungsgrade von praktisch über 90%.In this circuit, the secondary control voltage of the transformer 31 is selected to be relatively high, in order to achieve that, with increasing voltage, the transistor threshold limit is chronologically close to the voltage zero passage follows. This is where the base current sets in and triggers a short transient process on the base side the end. By appropriately dimensioning the leakage inductance of the transformer 31 and the sizes of the capacitor 40 and resistance 41, an approximately aperiodic curve can be achieved. A full oscillation of the process would correspond in order of magnitude to about 10 to 30 times the frequency of the fundamental wave. Further The capacitor and resistor generate a base DC voltage that increases with a certain time constant, which counteracts the controlling base alternating voltage, so that a desired, can achieve premature blocking of the collector current compared to the fundamental half-wave. Resistance 35 in turn serves as an oscillation aid when switching on the generator. With this circuit can be approximated the power conversion can be achieved as with the trapezoidal shape of the collector current, at the same time result in turn Transistor efficiencies of practically over 90%.

Die F i g. 9 und 10 zeigen weitere Beispiele für Schaltungen mit einem Übertrager zur Steuerung mit Vortrabant und nachfolgendem gegenüber der Grundhalbzeitwelle zeitlich verkürztem Kollektorstrom. Es handelt sich um Vollbrückenschaltungen mit jeweils vierTransistören 1,2 und Γ, 2', von denen in der ersten Halbwelle der Grundfrequenz das erste Diagonalpaar 1, 2 gleichzeitig durchschaltet, während in der zweiten Halbwelle das zweite Diagonalpaar 1', 2' abwechselnd mit dem ersteren durchschaltet. Auch hier wird das vorstehendThe F i g. 9 and 10 show further examples of circuits with a transformer for control with a forwarder and the collector current that is shorter in time than the basic half-time wave. It deals are full bridge circuits with four transistors each 1,2 and Γ, 2 ', of which in the first half-wave the fundamental frequency, the first diagonal pair 1, 2 switches through at the same time, while in the second half-wave the second diagonal pair 1 ', 2' switches through alternately with the former. Here, too, that becomes the foregoing

so erläuterte Grundprinzip angewendet. Die Schaltung nach Fig.9 verwendet Komplementärtransistoren 1,2 und Y, 2'. Dies hat den Vorteil, daß die Höhe der Wechselspannung der Schwingkreise ausschließlich an den Kollektoren der Transistoren zunimmt, während deren Basis-Emitter-Steuerseiten, wenn auch auf positiver bzw. negativer Betriebsgleichspannung V_, so doch wechselspannungsmäßig auf Null liegen. Bei der Schaltung nach Fig. 10 mit Transistoren I₁ 2 und Γ, 2', von nur einer Leitfähigkeitsrichtung entfällt der Vorteil der Schaltung nach F i g. 9, so daß an Durchschlagsfestigkeit und geringere Kapazitäten zwischen den einzelnen Übertragerwicklungen erhöhte Anforderungen, vornehmlich bei hoher Generatorfrequenz, zu stellen sind. Diese Schaltung ist jedoch bei Generatoren größerer Leistungen, z. B. über ein Kilowatt, verwendbar, so lange auf dem Markt geeignete Hochspannungs-Komplementärtypenpaare von Transistoren noch nicht zur Verfugung stehen. Der Anschwinghilfswiderstand 35' erhältso explained basic principle applied. The circuit of Figure 9 uses complementary transistors 1, 2 and Y, 2 '. This has the advantage that the level of the alternating voltage of the resonant circuits increases exclusively at the collectors of the transistors, while their base-emitter control sides, even if they are on the positive or negative DC operating voltage V_, are at zero in terms of alternating voltage. In the circuit according to FIG. 10 with transistors I ₁ 2 and Γ, 2 ', of only one conductivity direction, the advantage of the circuit according to FIG. 9, so that increased demands are to be made on dielectric strength and lower capacities between the individual transformer windings, especially at high generator frequencies. However, this circuit is used in generators with higher power, z. B. over one kilowatt, usable as long as suitable high-voltage complementary types of transistors are not yet available on the market. The initial oscillation auxiliary resistor 35 'receives

zusätzlich eine hochinduktive Vorschaltdrossel 36, um zur Aufrechterhaltung der Schaltungssymmetrie dessen gegenkoppelnde Wirkung auf den oberen linken Schalttransistor 1 zu unterdrücken.additionally a highly inductive series choke 36 to to maintain the circuit symmetry, its negative feedback effect on the upper left switching transistor 1 to suppress.

Schließlich kann nach F i g. 11 auch die klassische Gegentaktschaltung mit zwei Schalttransistoren 1 und 2 gewählt werden, falls Transistoren gleicher Leitfähigkeitsrichtung mit besonders hoher Kollektorspannungsfestigkeit zur Verfügung stehen. Diese Schaltung erlaubt die unmittelbare Stromversorgung über Gleichrichter aus dem 220 V --Netz. Hier erhält der Grundwellenschwingkreis 3,4 zwecks Zuführung der Gleichspannung eine Mittelanzapfung 50. Der dritte Oberwellenschwingkreis besteht aus zwei einzelnen abgestimmten Teilen 5', 6' und 5", 6", die zusammen gegen die Grundwelie entkoppelt sind. Bei geeigneter Dimensionierung des Kondensators 40 und des Widerstandes 41 sowie der Streuinduktivität des Übertragers 31 Vortrabantsteuerung nach F i g. 8 erzielbar. Es können aber auch trapezförmige Kollektorstromimpulse nach F i g. 6 ausgebildet werden, wenn der Kondensator 40 und der Widerstand 41 durch eine Diode entsprechend der Diode 39 nach F i g. 5 oder durch einen 0,8 V--Spannungskonstanthalter ersetzt werden.Finally, according to FIG. 11 also the classic push-pull circuit with two switching transistors 1 and 2 can be selected, if transistors with the same conductivity direction are available with particularly high collector dielectric strength. This circuit allows the direct power supply via rectifiers from the 220 V network. Here the fundamental oscillation circuit is given 3, 4 a center tap 50 for the purpose of supplying the DC voltage. The third harmonic resonance circuit consists of two individual matched parts 5 ', 6' and 5 ", 6" that go together against the Basically they are decoupled. With suitable dimensioning of the capacitor 40 and the resistor 41 as well as the leakage inductance of the transformer 31 Vortrabantsteuerung according to FIG. 8 achievable. But it can also trapezoidal collector current pulses according to FIG. 6 can be formed when the capacitor 40 and the Resistance 41 through a diode corresponding to the diode 39 according to FIG. 5 or a 0.8 V voltage stabilizer be replaced.

Die mit den vorstehend beschriebenen Schaltungen unter Zugrundelegung des Transistor-Wechselrichter-Prinzips mit Grundwellen und dritten Oberwellen-Induktionskreisen unter Voraussetzung bestimmter Kollektorstromformen nicht nur theoretisch, sondern auch praktisch erreichbaren hohen Wirkungsgrad und Leistungsumsätze bedeuten gegenüber den bisher vorgeschlagenen und verwirklichten Möglichkeiten eine außerordentliche Verbesserung, die noch dazu überraschenderweise mit gegenüber dem bekannten Schaltungsaufwand einfachen und billigen Mitteln erzielt werden können.The circuits described above based on the transistor-inverter principle with fundamental waves and third harmonic induction circuits assuming certain collector current forms not only theoretically, but also practically achievable high efficiency and power conversions mean compared to the previously proposed and realized opportunities an extraordinary improvement, surprisingly too achieved with simple and inexpensive means compared to the known circuit complexity can be.

Neben den beschriebenen Schaltungen und den angewandten Schaltmitteln spielt für Wirkungsgrad und Leistungsumsatz die Ausbildung der Spulen 3 und 5 der Schwingkreise 3,4,5,6 eine wichtige Rolle. Diese Spulen vom Grundwellenkreis und vom dritten Oberwellenkreis sollen ja gemeinsam auf das Sekundärgerät einwirken und dessen Dämpfung auf jeden der beiden Kreise bei den entsprechenden Resonanzfrequenzen in gleichen Maßen übertragen. Beim Verändern der Belastung durch das Sekundärgerät sollen die eintretenden Verschiebungen der Resonanzlagen nicht zu groß werden. Vor allem soll das Frequenzverhältnis von 1 :3 eingehalten werden, so daß stets eine rechteckähnliche Summenspannung zustande kommt Um die Frequenzverschiebung der Grundfrequenz abhängig vom speziellen Sekandärgcrät ir, annehmbaren Grenzen um etwa 15 bis 2ü% zu halten, muß das Verhältnis Sb = Rg/Rbi größer als 2, ggf. bis zu 5, gewählt werden, wobei Rg den kollektorseitigen Grundwiderstand und Ru den Spulenblindwiderstand bedeutet Ein großer Wert von Sb begünstigt bei den angewandten Kollektorstromimpuisformen die Schwungradeigenschaften eines Resonanzkreises. Damit auch am dritten Oberwellen-Schwingkreis eine gleiche relative Resonanzverschiebung durch den Verbraucher des Sekundärgerätes herbeigeführt wird, sind die Spulen so zu bemessen, daß sich die Selbstinduktion im Grundwellenschwingkreis zu der im dritten Oberwellenschwingkreis, desgleichen die zugehörigen Kapazitäten wie 3 :1 verhalten. Des weiteren müssen beide Spulen etwa mit gleicher Windungszahl ausgeführt werden, damit die Transformationsbedingungen erfüllt sind, die ein gleiches Obersetzungsverhältnis von primären Grund- und von dritter Oberwellenspule gegenüber der sekundären Last fordern. Das wird damit erreicht, daß die dritte Oberwellenspule räumlich mit ihrem Spulenfeld oder durch ihren Formfaktor so verkleinert wird, daß sie bei gleicher Windungszahl das vorstehend geforderte Drittel der Selbstinduktion der Grundwellenspulen aufweist.In addition to the circuits described and the switching means used, the design of the coils 3 and 5 of the oscillating circuits 3, 4, 5, 6 plays an important role in terms of efficiency and power conversion. These coils from the fundamental wave circuit and from the third harmonic circuit are supposed to act together on the secondary device and transmit its damping to each of the two circuits at the corresponding resonance frequencies to the same extent. When changing the load caused by the secondary device, the shifts in the resonance positions that occur should not become too great. Above all, the frequency ratio of 1: 3 should be adhered to, so that a total voltage similar to a square is always generated greater than 2, optionally up to 5, are chosen, Rg wherein the basic collector-side resistor Ru and the coil reactance means a large value of Sb favored by the applied Kollektorstromimpuisformen the flywheel characteristics of a resonant circuit. So that the same relative resonance shift is brought about on the third harmonic resonant circuit by the consumer of the secondary device, the coils must be dimensioned so that the self-induction in the fundamental harmonic circuit is related to that in the third harmonic resonant circuit, and the associated capacitances are also 3: 1. Furthermore, both coils must be designed with approximately the same number of turns so that the transformation conditions are met, which require the same conversion ratio of the primary fundamental and the third harmonic coil with respect to the secondary load. This is achieved in that the third harmonic coil is spatially reduced with its coil field or by its shape factor so that it has the above-required third of the self-induction of the fundamental wave coils with the same number of turns.

Schließlich sind die Spulen von Grundwellen- und drittem Oberwellenschwingkreis so angeordnet daß die Kreise sich nicht gegenseitig dämpfen, im einfachsten Falle mit zueinander senkrecht stehenden Magnetfeldern. Eine beispielsweise Anordnung zeigt die F i g. 12, wo die Spulen konzentrisch einander zugeordnet sind. Diese Spulenanordnung e: zeagt am Sekundärteil, z. B.Finally, the coils of the fundamental and third harmonic oscillating circuit are arranged so that the Circles do not mutually attenuate each other, in the simplest case with mutually perpendicular magnetic fields. An example of an arrangement is shown in FIG. 12, where the coils are concentrically assigned to one another. This coil arrangement e: zeagt on the secondary part, z. B.

einem zu erhitzenden Objekt 7, ein axiales und ein radiales Feld. Hierzu ist eine der Spulen, vorzugsweise die des dritten Oberwellenschwingkreises, in zwei Teile mit gegenläufig stromdurchflossenen Wicklungen 10 und 11 unterteilt so daß diese insgesamt gegen die Grundwellenschwingkreisspule 12 entkoppelt sind. Die Bemessung erfolgt nach oben gegebenen Anweisungen. Die der Grundwellenspule 12 zugeordnete Kapazität ist mit C, die der dritten Oberwellenspule zugeordnete Kapazität mit C/3 bezeichnetan object 7 to be heated, an axial and a radial field. For this purpose, one of the coils, preferably that of the third harmonic resonant circuit, is divided into two parts with windings 10 and 11 through which current flows in opposite directions, so that they are overall decoupled from the fundamental resonant circuit coil 12. The dimensioning is carried out according to the instructions given above. The capacitance assigned to the fundamental wave coil 12 is denoted by C, and the capacitance assigned to the third harmonic coil is denoted by C / 3

In Fig. 13 ist eine einlagige Flachspule dargestellt, wie sie z. B. vorzugsweise für die Wirbelstrombchci zung eines entsprechend ausgebildeten Sekundärgerätes angewendet werden kann. Die ovale Grundwellenspule 15 umschließt zwei gleiche, gegenläufig stromdurchflossene halbkreisförmige Oberwellenwicklungen 16 und 17. Die elektrischen Daten bemessen sich selbstverständlich wiederum nach den vorstehend genannten Regeln.
Auch F i g. 14 zeigt eine Flachspule, deren Wicklungen nun alle in gleicher Wicklungsrichtung kreisförmig fortlaufen. Eine solche Flachspule eignet sich deshalb zur Herstellung auf einer normalen Wickelvorrichtung. Die Wicklungen beginnen mit dem Innenteil der Oberwellenspulen mit den Endpunkten 20, 21. Es folgt eine Isolierstoffauflage 22. Dann kommt die Grundwellenspule mit den Endpunkten 23,24. Das Wicklungsende 24 bildet zugleich den Anfangspunkt des Außenteils der Oberwellenspule mit den Endpunkten 24, 25. Mit einer Drahtverbindung 26 zwischen den Punkten 21 und 24 sind beide Spulen derart geschaltet daß die Oberwcllenspulenteile gegenläufigen Strom erhalten und insgesamt gegen die Grundwellenspule magnetisch entkoppelt sind. Zugleich bilden beide Spulen wie gehabt mit ihren zugehörigen Schwingkreiskondensatoren C und O3 die benötigte Schwingkreisserienschaltung.In Fig. 13, a single-layer flat coil is shown as it is, for. B. can preferably be used for the Wirbelstrombchci tion of a correspondingly trained secondary device. The oval fundamental wave coil 15 encloses two identical semicircular harmonic windings 16 and 17 through which current flows in opposite directions. The electrical data are of course again measured according to the rules mentioned above.
Also F i g. 14 shows a flat coil, the windings of which now all continue in a circular manner in the same winding direction. Such a flat coil is therefore suitable for production on a normal winding device. The windings begin with the inner part of the harmonic coils with the end points 20, 21. This is followed by a layer of insulating material 22. Then comes the fundamental wave coil with the end points 23, 24. The winding end 24 also forms the starting point of the outer part of the harmonic coil with the end points 24, 25. With a wire connection 26 between the points 21 and 24, both coils are connected in such a way that the harmonic coil parts receive opposing currents and are magnetically decoupled from the fundamental wave coil. At the same time, as before, both coils with their associated resonant circuit capacitors C and O3 form the required resonant circuit series circuit.

Diese Flachspulen sind sowohl zur Wirbelstrom-Erhitzung entsprechender, in einigem Abstand befindlicher Sekundärgeräte, als auch zur kontaktlosen und berührungssicheren elektrischen Energieübertragung auf eine entsprechende Induktionsspule eines Strom weiterverarbeitenden Sekundärgerätes gleichermaßen geeignet Eine solche Induktionsspule würde z. B. einer primären Flachspule nach F i g. 14 nahe gegenüberstehend angeordnet, ebenfalls von ringförmiger Gestalt sein.These flat coils are more appropriate for eddy current heating and are located at a certain distance Secondary devices, as well as for contactless and touch-safe electrical energy transmission a corresponding induction coil of a current processing secondary device is equally suitable Such an induction coil would e.g. B. a primary flat coil according to F i g. 14 close opposite arranged, also be of annular shape.

Wenn deren mittlerer Durchmesser ca. 63% des Primärspulensatz-Außendurchmessers beträgt ergibt sich ein Optimum des Verhältnisses von Windungsspannung zu Streuinduktivität also eine günstige Leistungsauskopplung. Weist die Sekundärspule den gleichen Aufbau und die gleiche Schaltung wie der Primärspulcnsatz auf, dann ermöglicht dies infolge geringerer Streuung eine besonders hohe Stromentnahme bei rechteckähnlicher Ausgangsspannung.If their mean diameter is approx. 63% of the primary coil set outer diameter If the ratio of winding voltage to leakage inductance is optimum, that is, favorable power decoupling. If the secondary coil has the same structure and circuit as the primary coil set, then this enables a particularly high current draw in the case of rectangular ones due to the lower scattering Output voltage.

Die spezielle Ausbildung der Primärspulen, die ja zugleich Teile der Schwingkreise sind und zur Erzeugung
der offenen Magnetfelder dienen, trägt also entscheidend zur Verbesserung von Wirkungsgrad und Leistungsumsatz der erfindungsgemäßen Schaltungen bei.The special design of the primary coils, which are at the same time part of the oscillating circuits and are used to generate them
serve the open magnetic fields, thus contributes decisively to the improvement of the efficiency and power conversion of the circuits according to the invention.

Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings

1010

1515th

2020th

2525th

3030th

3535

4040

4545

5050

5555

6060

6565

Claims

Patent claims:

1. Circuit for generating an open magnetic field, with at least two push-pull controlled transistors and these switched on Resonant circuit, the coil of which is also the induction coil generating the open magnetic field and is tuned to a fundamental frequency by a parallel capacitance and one of these first coils in Series connected second coil, thereby characterized in that the second coil (5) is in resonance by a second parallel capacitance (6) is tuned to the third harmonic of the fundamental frequency and to generate the open magnetic field contributes, the two coils (3, 5) of the two dergesialt on the fundamental and on the Third harmonic resonance tuned oscillating circuits in mutually non-attenuating assignment and dimensioning are arranged and the control of the transistors (1,2) takes place in such a way that to generate an approximately rectangular voltage curve by adding the resulting sets a suitable temporal collector current curve for both resonance voltages

2. A circuit according to claim I _1, characterized in that a phase-pure feedback via a separate transformer (31) for self-excitation of the generator at the frequency that is determined by the respective, on the change in the load by the secondary device (7) dependent resonance position of the fundamental resonant circuit (3 , 4) is provided is provided

3. Circuit according to claim 5 or 2, characterized in that that the means for determining the temporal collector current curve for the delivery of collector current pulses are designed in a trapezoidal shape.

4. A circuit according to claim 3, characterized in that the rise and fall times of the trapezoidal Collector current pulse of about 15 ° to 20 °, based on 180 ° half-wave time of the fundamental frequency, are designed.

5. A circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the means for determining the Temporal collector current curve for the delivery of collector current pulses in a shortened rectangular shape are designed with a pre-impulse (Vorrabant).

6. A circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the means for determining the Temporal collector current curve for the delivery of collector current pulses in a shortened rectangular shape are designed with a central gap.

7. Circuit according to claims 1 to 6, characterized in that the values of the inductances (3,

5) and capacities (4, 6) of the fundamental oscillating circuit (3, 4) and the harmonic oscillating circuit (5,

6) are designed in a ratio of 3: 1 that the two Coils (3, 5) have approximately the same number of turns and that the reactances in the fundamental resonant circuit (3, 4) and in the harmonic resonance circuit (5, 6) a ratio of effective resistance to Have reactance of the consumer (7) of greater than two resulting rating.

8. Circuit according to claims 1 to 7, characterized in that the magnetic field coils at the same time serving coils of fundamental and harmonic oscillating circuits concentric to each other

are arranged, with the coil of the harmonic resonant circuit divided into two equal parts (10, 11) with windings through which current flows in opposite directions is

9. Circuit according to claims 1 to 7, characterized in that the coils of fundamental waves and harmonic resonant circuit are designed as flat coils, with an oval fundamental wave coil (15) encloses two equal, semi-circular harmonic windings (16, 17) through which current flows in opposite directions

10. Circuit according to claims 1 to 7, characterized in that the coils of the fundamental wave and harmonic oscillating circuit are designed as flat coils, with all windings continuing in the same direction in a circle, the fundamental wave coil (23-24) between an inner part (20-21) and an outer part (24-25) of the harmonic coil is arranged and the two harmonic coil parts are interconnected with opposing current flow.