DE2458779A1

DE2458779A1 - AC GENERATOR

Info

Publication number: DE2458779A1
Application number: DE19742458779
Authority: DE
Inventors: Istvan Dipl Ing Regaly
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-12-12
Filing date: 1974-12-12
Publication date: 1976-06-16
Also published as: IT1050336B; FR2294578A1

Description

R. 2 4 8 6R. 2 4 8 6

4.12.74 Chr/Sm12/4/74 Chr / Sm

Anlage zurAttachment to

Patent- undPatent and

Gebrauehsmuster-HilfsanmeldungUsage pattern auxiliary registration

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart Alternator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstromgenerator nach der Gattung des Hauptanspruchs. Wechselstromgeneratoren für die Versorgung einer Batterieladeeinrichtung und weiterer Verbraueher in Kraftfahrzeugen werden in einem sehr weiten Drehzahlbereich betrieben. Dabei soll jedoch die Generator-Ausgangsspannung stets konstant sein, dies wird im allgemeinen mit Hilfe eines Spannungs-The invention relates to an alternator according to the preamble of the main claim. Alternators for that Supply of a battery charger and other consumers in motor vehicles are in a very wide speed range operated. However, the generator output voltage should always be constant, this is generally done with the help of a voltage

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2A58.7.792A58.7.79

reglers erreicht. Wie man aus der bekannten Generator-Kennlinie entnehmen kann, steigt bei einer konstanten Ausgangsspannung der erreichbare Ausgangsstrom eines Generators etwa in Form einer liegenden Parabel mit steigender Drehzahl zunächst stark an. Im höheren Drehzahlbereich nimmt der erzielbare Ausgangsstrom jedoch nur noch wenig zu, der Ausgangsstrom wird also begrenzt. Erhöht man die Windungszahl je Phase der Ständerwicklung bei einem Generator, so setzt zwar der Ausgangsstrom schon bei einer niedrigeren Läuferdrehzahl ein, es lassen sich dafür aber nur kleinere Ausgangsströme im oberen Drehzahlbereich erzielen. Man ist daher gezwungen, einen Kompromiß zu schließen dahingehend, daß ein Generator schon im unteren Drehzahlbereich einen ausreichenden Ausgangsstrom liefern kann, im oberen Drehzahlbereich aber ebenfalls einen möglichst großen Ausgangsstrom aufweist. Die Erfahrung hat gezeigt, daß Generatoren, die im unteren Drehzahlbereich die gestellten Leistungsanforderungen erfüllen, im oberen Drehzahlbereich unter den schon im unteren Drehzahlbereich erreichten Betriebstemperaturen arbeiten. Dies ist ein Hinweis darauf, daß diese Generatoren im oberen Drehzahlbereich nicht voll ausgenützt sind.controller reached. How to get from the well-known generator characteristic can be seen, the achievable output current of a generator increases roughly in form with a constant output voltage of a horizontal parabola with increasing speed. The achievable output current increases in the higher speed range but only a little too, so the output current is limited. If you increase the number of turns per phase of the stator winding at a generator, the output current starts at a lower rotor speed, but it can only be achieve lower output currents in the upper speed range. One is therefore forced to make a compromise to the effect that that a generator is sufficient in the lower speed range Can deliver output current, but also has as large an output current as possible in the upper speed range. the Experience has shown that generators that meet the performance requirements in the lower speed range, in the upper Speed range work below the operating temperatures already reached in the lower speed range. This is an indication ensure that these generators are not fully utilized in the upper speed range.

Es sind schon Anordnungen bekanntgeworden, bei denen die Ständerwicklung abhängig von der Läuferdrehzahl von einer Dreieckschaltung in eine Sternschaltung umgeschaltet wird. Es sind auch Anordnungen bekanntgeworden, bei denen die einzelnen Wicklungen des Ständers von einer Sternschaltung in eine Reihenschaltung umgeschaltet werden. Diese Anordnungen bedingen einen verhältnismäßig hohen Aufwand an Schaltmitteln. Außerdem treten beim Umschalten hohe Spannungsspitzen auf. Die Spannungsspitzen erreichen Werte, die ein vielfaches der Nennspannung des Generators betragen. Dadurch können.die bekannten Folgen wie WindungsSchluß und Masseschluß auftreten, bei mehrmaligem Umschalten können sogar die Gleichrichterdioden zerstört werden.Arrangements have already become known in which the stator winding a delta connection is switched to a star connection depending on the rotor speed. There are also orders became known, in which the individual windings of the stator from a star connection in a series connection be switched. These arrangements require a relatively high expenditure of switching means. Also join the Switching high voltage peaks on. Reach the voltage peaks Values that are a multiple of the nominal voltage of the generator. This can cause the well-known consequences such as winding shorts and short circuits to ground occur, repeated switching can even destroy the rectifier diodes.

Die Erfindung befaßt sich mit Möglichkeiten, die Leistung und den Wirkungsgrad von Wechselstromgeneratoren im oberen Drehzahlbereich durch eine neuartige Schaltungstechnik zu verbessernThe invention is concerned with possibilities, the performance and the efficiency of alternators in the upper speed range to be improved by a new type of circuit technology

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- insbesondere während des Betriebes des Generators -, und weist die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs auf. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Generators möglieh.- In particular during the operation of the generator -, and has the characterizing features of the main claim. Through the The measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements of the measures specified in the main claim Generator possible.

Die Erfindung ermöglicht eine besseren Energieversorgung von Kraftfahrzeugen, der erfindungsgemäße Generator weist einen höheren Wirkungsgrad als die bisher üblichen Generatoren auf. Bei gleicher Ausgangsleistung ist ein kleineres "Volumen und ein kleineres Gewicht als bei den bisher üblichen Generatoren erforderlich, daraus ergeben sich bessere Einbaumöglichkeiten insbesondere in Kraftfahrzeugen.The invention enables a better energy supply of Motor vehicles, the generator according to the invention has a higher efficiency than the generators commonly used up to now. With the same output power, a smaller "volume and Less weight is required than with the generators customary up to now, resulting in better installation options especially in motor vehicles.

Daß die verschiedenen bekannten Lösungen sich nicht durchgesetzt haben, ist auf wirtschaftliche und technische Gründe zurückzuführen. Die bekannten Lösungen verlangen eine Mehrzahl von Schaltelementen, die teilweise oder völlig auf den maximalen Strom dimensioniert werden müssen. Während des Umschaltvorganges werden die Phasenwicklungen des Generators voneinander getrennt, was einer völligen Generatorentlastung gleichkommt; die im Läufer akkumulierte magnetische Energie kann aber nicht, momentan abgebaut werden, infolge dessen können in den Ständerwicklungen hohe Spannungen induziert werden, was zu der oben schon geschilderten Zerstörung von Halbleiterelementen führen kann. Die Erfindung vermeidet alle diese Nachteile.That the various known solutions did not prevail is due to economic and technical reasons. The known solutions require a plurality of switching elements, which are partially or completely to the maximum Electricity must be dimensioned. During the switching process, the phase windings of the generator are separated from each other, which equates to a complete generator relief; but the magnetic energy accumulated in the runner cannot, at the moment can be reduced, as a result of which high voltages can be induced in the stator windings, which is the case above the described destruction of semiconductor elements. The invention avoids all of these disadvantages.

Der erfindungsgemäße Generator hat einen Ständer mit einer Drehstromwicklung. Da die Wi cklungs anschlüsse an die Gleichrichterbrücke geschaltet sind, handelt es sich bei dem erfindungs gemäßen Generator um ein Dreimaleinphasensystem. Charakteristisch für diese Schaltung ist, daß man bei einem hoch ausgenützten Generator, der in einem großen Drehzahlbereich arbeitet, im oberen Drehzahlbereich eine bessere Kennlinie erzielt als bei einem üblichen Generator,The generator according to the invention has a stand with a Three-phase winding. As the winding connections to the rectifier bridge are connected, the generator according to the invention is a three-phase system. Characteristic for this circuit is that with a highly utilized generator that works in a large speed range, in the upper speed range a better characteristic is achieved than with a conventional generator,

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der im Dreieck geschaltete Ständerwicklungen aufweist. Der Grund dafür ist, daß die bei hohen Drehzahlen und hohen Belastungen entstehende dritte Oberschwingung der Spannung einen dritten Oberschwingungsstrom erzeugt, für den die Dreieckschaltung eine Kurzschlußwicklung darstellt. Dieser Strom bei den üblichen Generatoren erzeugt die zusätzlichen Kupferverluste, die sich in einer Erwärmung der Phasenwicklung und in einer Vergrößerung des Wicklungswiderstandes äußern und die so zu einer Leistungsverminderung führen. Beim erfindungsgemäßen. Generator können Ströme der dritten Oberschwingung nicht entstehen, weil die Phasenwicklungen durch die Gleichrichteranordnung für die Ströme der dritten Oberschwingung voneinander getrennt sind.which has stator windings connected in a triangle. The reason This is because the third harmonic of the voltage, which occurs at high speeds and high loads, has a third Generates harmonic current for which the delta connection represents a short-circuit winding. This current with the usual generators generates the additional copper losses, which result in a heating of the phase winding and in an increase in size express the winding resistance and thus lead to a reduction in performance to lead. When the invention. Generator can Third harmonic currents do not arise because the Phase windings are separated from one another by the rectifier arrangement for the currents of the third harmonic.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Generators ist auf eine ganz einfache Weise die Dreimaleinphasenschaltung in eine echte Sternschaltung umwandelbar. Im unteren Drehzahlbereich ist die Ständerwicklung im Stern geschaltet, nach einem öffnen der Schaltbrücken der Umschaltvorrichtung arbeitet der Generator im Dreimaleinphasenbetrieb weiter. Das Umschalten von der Sternschaltung in die Dreimaleinphasenschaltung und umgekehrt kann nach verschiedenen Gesichtspunkten geschehen, z. B. laststrom·; drehzahl-, fr\uenz- oder temperaturabhängig oder aber auch manuell.In a further advantageous embodiment of the generator according to the invention is in a very simple way the three-phase single-phase connection can be converted into a real star connection. The stator winding is in the lower speed range Connected in star, after opening the switching bridges of the switching device, the generator works in three-phase operation Further. Switching from star connection to three-phase single-phase connection and vice versa can be done in different ways Points of view happen, z. B. load current ·; speed, frequency or depending on the temperature or manually.

Die Umschaltung vom Sternschaltungsbetrieb in den Dreimaleinphaseribetrieb kann nach weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung auch stufenlos erfolgen, man erhält so einen kontinuierlichen Übergang von der Kennlinie der Sternschaltung zur Kennlinie der Dreimaleinphasenschaltung.Switching from star connection to three-phase operation can also be carried out continuously according to further exemplary embodiments of the invention, so that a continuous one is obtained Transition from the characteristic curve of the star connection to the characteristic curve of the three-phase single-phase connection.

Die Mittel zur Umschaltung können mechanische Kontaktbrücken sein, aber auch steuerbare Halbleiter, Transduktoren, Drosseln, Schwingkreise oder Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizient. Alle Ausführungsbeispiele sind verwendbar bei Generatoren mit Schleifringen oder bei schleifringlosen Generatoren oder bei Permanentmagnetgeneratoren. · ·The means for switching can be mechanical contact bridges, but also controllable semiconductors, transducers, chokes, Resonant circuits or resistors with a positive temperature coefficient. All exemplary embodiments can be used with generators with slip rings or with generators without slip rings or with permanent magnet generators. · ·

¹ — CC — ¹ - CC -

609825/015 3609825/015 3

- 5 - R. ^r2 4 @- 5 - row ^r 2 4 @

Im folgenden sind Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The following are embodiments of the invention by reference explained in more detail on the drawing.

Fig. 1 zeigt ein erstes und ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Generators. Eine Gleichrichteranordnung enthält zunächst drei Plus-Lastdioden 1 und drei Minus-LastdiodenFig. 1 shows a first and a second embodiment of the generator according to the invention. A rectifier arrangement initially contains three plus load diodes 1 and three minus load diodes

2, die in der üblichen Weise geschaltet sind und an der Plus-Ausgangsklemme und der Minus-Ausgangsklemme des Generators liegen. Weiterhin enthält die Gleichrichteranordnung drei Erreger-Dioden 3» Eine Phasenwicklungsanordnung 4 ist in drei Teilwicklungen 4a, 4b, 4c aufgeteilt, die gegeneinander 120 elektrisch versetzt sind. Das eine Ende jeder dieser Teilwicklungen 4a, 4b, 4c liegt an der Anode einer PlusLastdiode 1, der Kathode einer MinusLastdiode 2 und der Anode einer ErregerDiode 3« Parallel zu der oben beschriebenen-Gleichriehteranordnung liegt eine zweite Gleichriehteranordnung, die ebenfalls drei Plus-Lastdioden l^f _s drei Minus-Lastdioden 2' und drei Erreger-Dioden 3' enthält. Die zweiten Enden der Teilwicklungen 4a, 4b, 4c sind jeweils an die Anode einer dieser zusätzlichen Plus-Lastdioden I¹, die Kathode einer zusätzlcihen Minus-Lastdiode· 2^f und die Anode einer zusätzlichen Erreger-Diode 3' angeschlossen. Der erfindungsgemäße Generator weist in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel weiterhin eine Erregerwicklung 5 auf, die einerseits an der Minus-Ausgangsklemme des Generators liegt und andererseits über einen Spannungsregler 6 an die Kathoden der Erreger-Dioden2, which are connected in the usual way and are connected to the plus output terminal and the minus output terminal of the generator. Furthermore, the rectifier arrangement contains three excitation diodes 3 »A phase winding arrangement 4 is divided into three partial windings 4a, 4b, 4c which are electrically offset from one another 120. One end of each of these partial windings 4a, 4b, 4c is at the anode of a plus load diode 1, the cathode of a minus load diode 2 and the anode of an exciter diode 3 « ^f _{s contains} three minus load diodes 2 'and three excitation diodes 3'. The second ends of the partial windings 4a, 4b, 4c are each connected to the anode of one of these additional plus load diodes I ¹ , the cathode of an additional minus load diode 2 ^f and the anode of an additional exciter diode 3 '. In the exemplary embodiment shown, the generator according to the invention also has an excitation winding 5, which is connected on the one hand to the negative output terminal of the generator and, on the other hand, via a voltage regulator 6 to the cathodes of the excitation diodes

3, 3' angeschlossen ist. Von den Kathoden der Erreger-Dioden 3, 3' führt die Serienschaltung eines Zündschalters 7 und einer Ladekontrollampe 8 zu der Plus-Ausgangsklemme des Generators. Über den beiden Ausgangsklemmen des Generators liegt eine Serienschaltung aus einer Last 9 und einem Lastschalter 11 sowie eine Batterie 10. Der Generator ist so, wie er bisher geschildert ist, bereits funktionsfähig und weist alle wesentlichen Vorteile der Erfindung auf.3, 3 'is connected. The series circuit of an ignition switch 7 and one leads from the cathodes of the excitation diodes 3, 3 ' Charge control lamp 8 to the positive output terminal of the generator. There is a series circuit across the two output terminals of the generator from a load 9 and a load switch 11 and a battery 10. The generator is as described so far is already functional and has all the essential advantages of the invention.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ebenfalls in Fig. 1 angedeutet. An die zweiten Enden der Teilwicklungen -4a _s 4b, 4c der Phasenwicklungsanordnung 4 ist je .eine Kontaktbrücke 12a, 12b, 12c einer Umschaltvorrichtung 12.angeschlossen. Die anderenAnother exemplary embodiment is also indicated in FIG. 1. A contact bridge 12a, 12b, 12c of a switching device 12 is connected to the second ends of the partial windings -4a _{s 4b, 4c of the phase winding arrangement 4.} The others

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Kontakte der Kontaktbrücken 12a, 12b, 12c sind miteinander verbunden. Sind die Kontaktbrücken 12a, 12b, 12c der Umschaltvorrichtung 12 geschlossen, dann wird die Dreimaleinphasenschaltung des ersten Ausführungsbeispieles in eine Sternschaltung' umgewandelt.Contacts of the contact bridges 12a, 12b, 12c are connected to one another. If the contact bridges 12a, 12b, 12c of the switching device 12 are closed, then the three-phase single-phase connection is established of the first embodiment is converted into a star connection.

Die Umschaltung der Umschaltvorrichtung 12 kann auf mehrere Arten erfolgen. In Fig. 1 ist die Umschaltung mit Hilfe einer Stromrelaisvorrichtung 13 gezeigt. Die Stromrelaisvorrichtung IJ spricht auf den Ausgangsstrom des Generators, also den Laststrom, an. Wenn der Generator in der Sternschaltung einen Ausgangsstrom liefert, den er bei dieser Drehzahl auch in der Dreimaleinphasenschaltung liefern kann, betätigt die Stromrelaisvorrichtung 13 die Umschaltvorrichtung 12, die Schaltbrücken 12a, 12b, 12c werden geöffnet und der Generator arbeitet statt in der Sternschaltung in der Dreimaleinphasenschaltung. Erhöht sich der Laststrom oder die Drehzahl weiter, so bleibt der Generator in der Dreimaleinphasenschaltung. Verringert sich aber die Drehzahl und/oder der Laststrom, so wird der Generator wieder in die Sternschaltung geschaltet. · ■The switchover device 12 can be switched over in several ways. In Fig. 1, the switch is with the help of a Power relay device 13 is shown. The current relay device IJ responds to the output current of the generator, i.e. the load current. When the generator in the star connection has an output current supplies, which it can also supply in the three-phase single-phase circuit at this speed, actuates the current relay device 13 the switching device 12, the switching bridges 12a, 12b, 12c are opened and the generator works instead of in the star connection in the three-phase single-phase circuit. The load current increases or the speed continues, the generator remains in the three-phase single-phase connection. However, if the speed and / or the load current decreases, the generator is switched back to the star connection switched. · ■

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Generators gezeigt. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Umschaltvorrichtung 12 nur zwei Schaltbrücken 12a, 12b aufweist. Die dritte Schaltbrücke ist durch eine einfache Leitung ersetzt. Man sieht, daß die Wirkungsweise dieselbe>ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel.In Fig. 2 is a second embodiment of the invention Generator shown. The same parts are provided with the same reference symbols. The second embodiment differs differs from the first embodiment in that the switching device 12 has only two switching bridges 12a, 12b. The third switching bridge has been replaced by a simple line. It can be seen that the mode of action is the same as with the first Embodiment.

In Fig. 3a ist angedeutet, wie die Schaltbrücken 12a, 12b und gegebenenfalls 12c durch eine Anordnung mit steuerbaren Gleichrichtern 14 verwirklicht werden kann. Fig. 3b zeigt eine Realisierung der Schaltbrücken 12a, 12b und gegebenenfalls 12c durch Magnetverstärkeranordnungen 15· Die Impedanz der Magnetverstärkeranordnung 15 ist eine Funktion des Laststromes und der Generatordrehzahl. Die Schaltanordnungen 12 in den AusführungsbeispielenIn Fig. 3a it is indicated how the switching bridges 12a, 12b and optionally 12c by an arrangement with controllable rectifiers 14 can be realized. Fig. 3b shows a Realization of the switching bridges 12a, 12b and possibly 12c by magnetic amplifier arrangements 15 · The impedance of the magnetic amplifier arrangement 15 is a function of the load current and the generator speed. The switching arrangements 12 in the Embodiments

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' " ⁷ " ^R· - *248 β'" ⁷ " ^R * - * 248 β

nach Pig. 3a und Fig. 3b müssen von außen gesteuert werden.after Pig. 3a and 3b must be controlled from the outside.

In Fig. 4 sind Schaltungsanordnungen 12 dargestellt, die keiner Steuerung von außen bedürfen. Die Schaltanordnungen 12 nach Fig. 4 ermöglichen eine kontinuierliche Kennlinie. Die Schaltungsanordnung 12 nach Fig. 4a enthält eine Drosse!anordnung 16, deren Impedanz eine Funktion der Generatordrehzahl ist. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4b zeigt eine Umschaltvorrichtung 12, die Schwingkreisanordnungen mit Drosseln 17 und Kondensatoren 18 aufweist; die Impedanz der Schwingkreisanordnungen 17, l8 ist ebenfalls eine Funktion der Generatordrehzahl. In Fig. 4c ist ein Ausführungsbeispiel angedeutet, bei dem die Umsehaltvorrichtung 12 Widerstände 19 mit einem positiven Temperatorkoeffizient aufweist; der Widerstandswert des Widerstandes 19 ist eine Funktion der Temperatur, der Widerstand 19 wird zweckmäßigerweise im Generatorinneren angebracht. In Fig. 4 circuit arrangements 12 are shown, which none Need external control. The switching arrangements 12 according to FIG. 4 enable a continuous characteristic curve. The circuit arrangement 12 according to FIG. 4a contains a throttle arrangement 16, whose impedance is a function of the generator speed. The embodiment of Fig. 4b shows a switching device 12, the resonant circuit arrangements with chokes 17 and capacitors 18; is the impedance of the resonant circuit arrangements 17, 18 also a function of the generator speed. In Fig. 4c an embodiment is indicated in which the changeover device 12 resistors 19 with a positive temperature coefficient having; the resistance value of the resistor 19 is a function of the temperature, the resistor 19 is expediently placed inside the generator.

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Claims

/4.58779 - 8 - R. ■ £ 4 ξ> Claims

1. Alternator, especially alternator for Motor vehicles', with a phase winding arrangement electrically offset from one another by 120, preferably in the stator, with one of the phase winding arrangement downstream,

Rectifier arrangement containing load plus diodes, minus load diodes and exciter diodes and with an exciter winding arrangement, preferably in the rotor, characterized in that the phase winding arrangement (4) contains a partial winding (4a, 4b, 4c) with separately lead-out winding ends for each phase and that each of the partial windings (4a, 4b, 4c) has its own full-wave rectifier bridge with plus load diodes (1, 1 ') and minus load diodes (2, 2 ¹ ) and its own set of excitation diodes (3, 3' ) is connected downstream.

2. AC generator according to claim 1, characterized in that one winding ends of the partial windings (4a, 4b, 4c) ' can be connected to one another by means of a switching device (12) are.

3. AC generator according to claim 2, characterized in that the switching device (12) for each winding end one Contains switching bridge (12a, 12b, 12c).

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4. AC generator according to claim 2, characterized in that the switching device (12) has two switching bridges
(12a, 12b), one contact of which is connected to one winding end (4a, 4b) and the other contacts of which are connected to the third winding end (4c).

5. AC generator according to one of claims 2 to 4, characterized characterized in that the Umsehaltvorrichtung (12) means a current relay device (13) can be controlled by the generator output current.

6. AC generator according to one of claims 2 to 5, characterized characterized in that the switching bridges (12a, 12b; 12c) are realized by thyristors (14) (Fig. 3a).

7. AC generator according to one of claims 2 to 5, characterized in that the switching bridges (12a, 12b; 12c) are realized by magnetic amplifier arrangements (15)
(Fig. 3b).

8. AC generator according to one of claims 2 to 5, characterized in that the switching bridges (12a, 12b, 12c) by inductive resistors, preferably by chokes
(16), are realized (Fig. 4a).

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9. AC generator according to one of claims 2 to 5j, characterized in that the switching bridges (12a, 12b; 12c) are realized _{by resonant circuit arrangements (17 3 l8)}
(Fig. 4b).

10. AC generator according to one of claims 2 to 5 _S, characterized in that the switching bridges (12a, 12b, 12c) are realized by resistors (19) with a temperature-dependent resistance value (Pig. ¹ Ic).

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