DE2528658A1

DE2528658A1 - Frequency doubler for AC circuit - employs triacs to change supply polarity every half cycle at voltage maximum

Info

Publication number: DE2528658A1
Application number: DE19752528658
Authority: DE
Inventors: Jan Dipl Ing Vacek
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1975-06-27
Filing date: 1975-06-27
Publication date: 1977-01-13

Abstract

A frequency doubler does not produce use saturable cores and their windings, by switching the supply voltage to the load at each voltage peak from one polarity to the other. Thus in alternate half cycles the voltage applied to the load changes abruptly from maximum to minimum, whilst in the other half cycle it changes sinusoidally from minimum to maximum. The switching may be done with four triacs. Two are connected directly between input and output, whilst the other two are connected diagonally for the polarity reversal to the load. Thus the frequency at the output terminals is twice that at the input. A solid state triggering circuit (top part of diagram) forms the require pulses using the zero cross-over points of a phase advanced voltage in synchronism with the main supply.

Description

Anordnung zum Verdoppeln der Frequenz einer Wechselspannung. Arrangement for doubling the frequency of an alternating voltage.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Umwandlung einer niederfrequenten Wechselspannung in eine Wechselspannung mit doppelter Frequenz.The invention relates to an arrangement for converting a low frequency Alternating voltage to alternating voltage with twice the frequency.

Für eine Reihe von Anwendungsfällen wäre es zweckmäßig, ein Gerät zur Verfügung zu haben, das mit gutem Wirkunasgrad aus einer Wechselspannung der Frequenz f, beispielsweise 50 Hz, eine Wechselspannung mit der Frequenz 2f(100Hz) erzeugt. Mit einem solchen Gerät könnte beispielsweise ein handelsüblicher Induktionsmotor durch Umschalten von der einen Wechselspannung auf die andere wahlweise mit zwei verschiedenen Drehzahlen betrieben werden, wozu bisher ein Getriebemotor mit zwei verschiedenen Übersetzungen erforderlich ist.For a number of applications it would be useful to have a device to have available that with good efficiency from an alternating voltage of the Frequency f, for example 50 Hz, an alternating voltage with the frequency 2f (100Hz) generated. Such a device could, for example, be a commercially available induction motor by switching from the one alternating voltage to the other alternatively can be operated at two different speeds, including a geared motor with two different translations is required.

Für die Verdopplung von niederfrequenten Wechselspannungen ist der Joli-Epstein-Frequenzverdoppler bekannt, bei dem ein im Sättigungsbereich betriebener Ubertrager verv7endet wird. Um nach dem bekannten Prinzip einen Frequenzverdoppler zu schaffen, dem auch die Wechselspannung mit doppelter Frequenz mit erheblicher Leistung entnommen werden kann, bedarf es eines erheblichen Aufwandes an Kupfer und Eisen. Dieser Aufwand wird noch erhöht durch den schlechten Wirkungsgrad der Übertrager, welcher u.a.For the doubling of low-frequency alternating voltages is the Joli-Epstein frequency doubler known, in which a operated in the saturation range Transmitter is used. To use the well-known principle of a frequency doubler to create, which also the alternating voltage with twice the frequency with considerable Power can be drawn, a considerable amount of copper is required and iron. This effort is increased by the poor efficiency of the Transformer, which i.a.

durch die Eisen- und Ummagnetisierungsverluste bedingt ist.is caused by the iron and magnetic reversal losses.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzverdoppler zu schaffen, der einen geringsmöglichen Aufwand an Bauteilen erfordert und mit dem die Wechselspannung mit doppelter Frequenz ohne wesentliche elektrische Verluste, d.h. mit gutem elektrischen Wirkungsgrad, und mit ausreichender Leistung erzeugt werden kann.The invention is therefore based on the object of a frequency doubler to create, which requires the least possible expenditure on components and with the the alternating voltage with twice the frequency without significant electrical losses, i.e. generated with good electrical efficiency and with sufficient power can be.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in der Frequenz zu verdoppelnde Wechselspannuna in einer Umpolvorrichtung fortlaufend jeweils bei maximaler Amplitude der Wechselspannung mittels einer Steuerung ungepolt wird.According to the invention, this object is achieved in that the frequency Alternating voltage to be doubled in a polarity reversal device continuously in each case at the maximum amplitude of the alternating voltage by means of a controller without polarity will.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 enthalten und werden nachstehend anhand der Figuren 1 bis 4 erläutert. Es zeigen.Further advantageous details of the invention are in the claims 2 and 3 and are explained below with reference to FIGS. It demonstrate.

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der neuen Anordnung; Fig.2 den Verlauf der Wechselspannungen a Eindrang und Ausgang der Anordnung aem Fig. 1; Fig.3 ein Schaltbild für die praktische Verwirklichung der neuen Anordnung; und Fig.4 einige Spannunaen in der Schaltungsanordnung gemäß Fig.3.1 shows a basic circuit diagram of the new arrangement; 2 shows the course the alternating voltages a penetration and output of the arrangement aem Fig. 1; Fig. 3 a Circuit diagram for the practical implementation of the new arrangement; and Fig. 4 some Spannunaen in the circuit arrangement according to Fig.3.

Anhand von Fig.1 kann die Arbeitsweise der neuen Anordnung verdeutlicht werden. Diese besteht im Prinzip aus einer Umpolvorrichtung mit dem Eingang AB und dem Ausgang A'B', an den der Lastwiderstand RL anqeschlossen ist.The mode of operation of the new arrangement can be clarified with the aid of FIG will. This basically consists of a polarity reversal device with the input AB and the output A'B 'to which the load resistor RL is connected.

Die Umpolvorrichtung enthält die heiden miteinander gekonpelten Schaltkontakte al und a2. In der gezeichneten Schaltstellung sind A mit A' und B mit B' verbunden.The polarity reversal device contains the two switching contacts that are connected to one another al and a2. In the switching position shown, A is connected to A 'and B to B'.

Werden die Schaltkontakte al und a2 nun in die andere Schaltstellung umgelegt, so sind A mit B' und B mit ' verbunden, d.h. eine an AB anliegende Spannung erscheint an A'B' mit umgekehrter Polarität.If the switch contacts a1 and a2 are now in the other switch position when switched over, A is connected to B 'and B to', i.e. a voltage applied to AB appears at A'B 'with reversed polarity.

Wird nun an die. Klemmen AB der Schaltung in Fig.1 die sinusförmige Wechselspannung ul gemäß Fig.2a angelegt und werden die Schaltkontakte al und a2 derart gesteuert, daß sie immer dann umschalten, wenn ul die maximale Amplitude erreicht, dann besitzt u2 an RL die Schwingungsform gemäß Fig.2b. Dies ist eine Wechselscannung mit Grundfreouenz 2f, wenn ul die Frequenz f besitzt. Die Grundfreguenz 2f kann in an sich bekannter Weise aus u2 herausgesiebt werden. Für manche Anwendunasfälle ist dies jedoch nicht erforderlich. So können Induktionsmotore unmittelbar mit u2 betrieben werden.Is now going to the. Terminals AB of the circuit in Fig.1 the sinusoidal Alternating voltage ul is applied according to FIG. 2a and the switching contacts a1 and a2 controlled in such a way that they switch whenever ul reaches the maximum amplitude reached, then u2 at RL has the waveform according to Fig.2b. this is a Alternating scanning with a fundamental frequency of 2f, when ul has the frequency f. The basic frequency 2f can be screened out of u2 in a manner known per se. For some application accidents however, this is not necessary. Induction motors can be used directly with u2 operate.

Fig.3 zeigt eine funktionsfahige, nach dem anhand der Figuren 1 und 2 erläuterten Prinzip arbeitende Schaltung.3 shows a functional, according to the reference to Figures 1 and 2 explained principle working circuit.

Wie aus Fig.3 ersichtlich, sind bei dieser Schaltung die Schaltkontakte al und a2 der Fig.1 durch die Triacs T1 bis T4 ersetzt. Die Triacs T1 und T4 sind unmittelbar zwischen die Klemmen A und A' bzw. B und B' geschaltet, die Triacs T2 und T3 dagegen sind diagonal zwischen die Klemmen B und A' bzw. A und B' geschaltet. Damit die Triacpaare T1 und T4 bzw. T2 und T3 auch jeweils fortlaufend zum richtigen Zeitpunkt leitend geschaltet werden, ist eine, eine Impulsformerstufe enthaltende Steuerung vorgesehen, deren Wirkungsweise nun beschrieben wird.As can be seen from Figure 3, the switching contacts are in this circuit al and a2 of Figure 1 replaced by the triacs T1 to T4. The triacs are T1 and T4 connected directly between the terminals A and A 'or B and B', the triacs T2 and T3, on the other hand, are connected diagonally between terminals B and A 'or A and B'. So that the triac pairs T1 and T4 or T2 and T3 also continuously to the correct one Time to be switched conductive is one that contains a pulse shaper stage Control provided, the operation of which will now be described.

An den Klemmen AB der Schaltung gemäß Fig.3 liegt die sinusförmige Wechselspannung ul (z.B. 220V, 50 Hz) an, wie aus Fig.4a ersichtlich. Aus der Wechselspannung ul wird mit dem Netzwerk aus Rl, R2, P3, C1, C2 die Wechselspannung ul' erzeugt (Fig.4a), die um eine Viertelperiode oder 900 gegenüber u1 phasenverschoben ist.The sinusoidal is at the terminals AB of the circuit according to FIG AC voltage ul (e.g. 220V, 50 Hz), as can be seen from Fig. 4a. From the alternating voltage The AC voltage ul 'is generated with the network of Rl, R2, P3, C1, C2 (Fig.4a), which is phase shifted by a quarter period or 900 with respect to u1.

Die Wechselspannung ul' wird durch die Dioden D1 und D2 einer Doppelweggleichrichtung unterworfen. Die daraus resultierende pulsierende Gleichsnannung gelangt über den Widerstand R4 an die Basis des Transistors Trl.The alternating voltage ul 'is full-wave rectification through the diodes D1 and D2 subject. The resulting pulsating DC voltage passes through the Resistor R4 to the base of transistor Trl.

Da Trl eine sehr niedrige Schwellspannung besitzt (z.B. 0,8v), welches durch U in Fig. 4a angedeutet ist, ist die Kollektor-Emitter-Streckve von Tr1 meist leitend; sie ist nur gesperrt, wenn die pulsierende Gleichspannung unter die Schwellspannung sinkt. Es entsteht daher an Tr1 eine Kollektor-Emitter-Spannung, wie sie aus Fig.4b ersichtlich ist. Diese gelangt an den IC, bei dem es sich um einen bistabilen Multivibrator handelt, einen sogenannten Teiler-Flin-rlop, welcher die Impulse gemäß Fig. 4b im Verhältnis 2:1 teilt, d.h. aus zwei kurzen Impulsen gemäß Fig. 4b entsteht ein langer Impuls gemäß Fig.4c.Since Trl has a very low threshold voltage (e.g. 0.8v), which is indicated by U in Fig. 4a, the collector-emitter-Streckve of Tr1 is mostly conductive; it is only blocked when the pulsating DC voltage falls below the threshold voltage sinks. There is therefore a collector-emitter voltage at Tr1, as shown in Fig. 4b can be seen. This reaches the IC, which is a bistable multivibrator acts, a so-called divider Flin-rlop, which the pulses according to FIG. 4b in Ratio 2: 1 divides, i.e. two short pulses according to Fig. 4b result in a long one Pulse according to Fig. 4c.

Die Impulsreihe gemäß Fig. 4d gelangt über R6 und Tr2, wo sie verstärkt wird, an die Primärwicklung PA des Zündübertragers A. Die Impulsreihe gemäß Fig.4c qelangt über R7 und Tr3, wo sie verstärkt wird, an die Primärwicklunq PB des Zündübertragers B. Jeder Zündübertrager A und B besitzt zwei Sekundärwicklungen nämlich SAl und SA2 bzw. SB1 und SB2. In den Sekundärwicklunqen SAl und SA2 werden die Nadelimpulse gemäß Fig.4 f erzeugt und in den Sekundärwicklungen SB1 und SB2 die Nadelimpulse gemäß Fig.4e. Ihre Lage entspricht den Amplitudenmaxima von ul. Da die Sekundärwicklungen der Zündübertrager A und B sämtlich über Dioden (D3 bis D6> mit den Steueranschlüssen der Triacs Tl bis T4 verbunden sind, sind nur die negativen Nadelimpulse gemäß Fig.4e und 4 f wirksam.The pulse series according to FIG. 4d passes through R6 and Tr2, where it amplifies is to the primary winding PA of the ignition transformer A. The pulse series according to Fig.4c It reaches the primary winding PB of the ignition transformer via R7 and Tr3, where it is amplified B. Any ignition transformer A and B has two secondary windings namely SA1 and SA2 or SB1 and SB2. In the secondary windings SAl and SA2 the needle pulses generated according to Figure 4 f and in the secondary windings SB1 and SB2 the needle pulses according to Figure 4e. Their position corresponds to the amplitude maxima of ul. Since the secondary windings of the ignition transformers A and B all have diodes (D3 to D6> are connected to the control connections of the triacs T1 to T4 are only the negative needle pulses according to Fig.4e and 4f effective.

Das bedeutet, daß durch die negativen Nadelimpulse gemäß Fig.4e die Triacs T1 und T4 leitend gesteuert werden und durch die Nadelimpulse gemaß 4f die Triacs T2 und T3. Da dies stets im Amplitudenmaximum von ul geschieht, entsteht an den Klemmen A'B' (Fig.3) die Wechselspannung u2 gemäß Fig.4g.This means that the negative needle pulses according to Fig.4e Triacs T1 and T4 are controlled conductive and by the needle pulses according to 4f the Triacs T2 and T3. Since this always happens in the amplitude maximum of ul, arises at the terminals A'B '(Fig. 3) the alternating voltage u2 according to Fig. 4g.

Die Umschaltung von den Triacs T1 und T4 auf die Triacs T2 und T3 sowie umgekehrt wird durch den Kommutierunaskondensator CK unterstützt, während LK und RK den Entladestrom des Kondensators CK begrenzen. Wenn beispielsweise die Triacs T1 und T4 leitend sind, müssen beim nächsten Nadel impuls diese gesperrt und dafür die Triacs T2 und T3 leitend aesteuert werden. Zum Zeitpunkt der Kommutierung ist der Kommutierungskondensator CK auf den Maximalwert von ul aufgeladen. Nachdem die Triacs T2 und T3 auch leitend geworden sind, kann sich CK auf zwei Wegen entladen, nämlich über T1 und T2 sowie T3 und T4.Switching from triacs T1 and T4 to triacs T2 and T3 and vice versa is supported by the commutation capacitor CK while LK and RK limit the discharge current of the capacitor CK. For example, if the Triacs T1 and T4 are conductive, they must be blocked with the next needle pulse and for this the triacs T2 and T3 are electrically controlled. At the time of commutation the commutation capacitor CK is charged to the maximum value of ul. After this the triacs T2 and T3 have also become conductive, CK can discharge in two ways, namely via T1 and T2 as well as T3 and T4.

Der Entladestrom von CK ist somit dem Stromfluß durch Ti und T4 entgegengerichtet und verursacht das Sperren dieser Triacs. Den Laststrom übernehmen bis zur nächsten Kommutierung die Triacs T2 und T3.The discharge current from CK is thus opposite to the current flow through Ti and T4 and causes these triacs to be blocked. Take over the load current until the next one Commutation the triacs T2 and T3.

Claims

Expectations

Arrangement for converting a low-frequency alternating voltage into an alternating voltage with double frequency, characterized in that the in the frequency to be doubled alternating voltage in a rtmpol device continuously polarity reversed by means of a controller at the maximum amplitude of the x AC voltage will.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the polarity reversal device consists of four triacs T1 to T4), two of which (T1, T4) are immediate between input and output and the other two (T2, T3) each diagonally between The input and output of the polarity reversal device are connected, and the triacs in this way are controlled that a triac pair (T1, T4) and the other pair of triac (T2, T3) conducts during the next half period is.

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that that the control of the triacs from two ignition transformers controlled by a pulse shaper stage (A, B) each with one primary (PA, PB) and two secondary windings (SAl, SA2, SB1, SB2), whose secondary windings are connected to the control connections via diodes (D3 to D6) the triacs are connected to that Control connections of all triacs receive ignition pulses in the period spacing of the input voltage, the ignition pulses of the directly and the diagonally switched triacs out of phase with each other by a half period are. L e r s e i t e