DE2614650A1

DE2614650A1 - Generator fuer konstante oder geregelte ausgangswechselspannung

Info

Publication number: DE2614650A1
Application number: DE19762614650
Authority: DE
Inventors: George Henry Studtmann; Harry James Venema
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1975-04-16
Filing date: 1976-04-05
Publication date: 1976-10-28
Also published as: JPS6035907B2; AU1224376A; SE433153B; JPS51127327A; GB1543407A; FR2308242B1; CH612048A5; FR2308242A1; AU497860B2; CA1051977A; SE7604166L; NL7603769A; DE2614650C2; US3958174A; IT1058748B

Description

Generator für konstante oder geregelte Ausgangswechselspannung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer Ausgang swechse !spannung .

Eine allgemeine Erörterung von Asynchronmotoren wird in der US-Patentschrift 3 829 758: AC-DC Generating System (Wechsel-Gleichstromgenerator) geboten, deren Patent der Anmelderin dieser Erfindung am 13. August 1974 erteilt wurde. Diese Patentschrift

i offenbart, daß der herkömmliche Kondensatorblock oder eine eigenej

j Erregerquelle für einen Asynchronmotor durch einen statischen j

Wechselrichter ersetzt werden kann, der nicht als Wechselrichter arbeitet, sondern als Schaltanlage, um die Blindenergie wieder dem Kreislauf zuzuführen. Die in der früheren Patentschrift bekannt gemachte Anlage erwies sich als wirkungsvoll zur Abgabe einer Ausgangswechselspannung an die Ausgangsleitungen des Motors (Fig. 6 der Patentschrift) bzw. einer Ausgangsgleichspannung

_2-

609844/0326

j an die Sammelschiene]! der Schaltanlage (des Wechselrichters) .

j Außerdem wurde in dieser früheren Patentschrift gezeigt, daß die

ί !

¹ Amplitude der Ausgangsspannung, gleich ob Wechsel- oder Gleich-

i spannung, in einem weiten Bereich von Schwankungen der Wellendrehzahl bzw. der elektrischen Last steuerbar ist. Wie in dieser

; Patentschrift gezeigt wurde, ist die Ausgangsspannung eine Funktion der Schlupffrequenz, welche die Differenz zwischen der (elek-

'. trischen) Schaltfrequenz des Wechselrichters und der (synchronisierten) Frequenz des Motors darstelltο Durch Regelung des

; Schlupfes oder der Differenz zwischen der elektrischen und der ^; synchronisierten Frequenz kann die Amplitude der Ausgangsspannung:

: gesteuert werden. Bei dieser Anlage war jedoch die Wechselspannung im Grunde eine Spannung mit "wilder" Frequenz; d.h., die Frequenz!

i !

. änderte sich in Abhängigkeit von der Synchrondrehzahl des Asyn- ; : chrongenerators. Somit wäre es vorteilhaft, eine solche Anlage

zur Erzeugung einer Ausgangswechselspannung mit einer konstanten • (oder regelbaren) Frequenz zu verwenden, und zwar ungeachtet der Drehzahlschwankungen der Motorenwelle bzw. der Schwankungen der

^; elektrischen Last. \

ι Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Anlage mit

einer Ausgangswechselspannung von konstanter Frequenz zu schaffen, die trotz der Schwankungen der Wellendrehzahl des Asynchronmotors bzw. Änderungen der von der Anlage gelieferten elektrische! Last konstant gehalten (oder geregelt) wird.

Aus der nachfolgenden Erläuterung erhellt, daß die frequenzgeregelte Ausgangswechselspannung einen Gleichspannungsmittelwert

„3- 26H650

besitzt.Somit besteht ein wichtiges Merkmal der Erfindung darin, eine Anlage zu schaffen, deren Ausgangswechselspannung von der mittleren Gleichspannung getrennt werden kann, so daß sowohl Aus-

gangswechsel- als auch Ausgangsgleichspannungen erzeugt und unabhängig voneinander geregelt werden können.

Ein erfindungsgemäßer Generator für eine Ausgangswechselspannung ist durch einen ein- oder mehrphasigen Asynchronmotor mit einer mechanischen Antriebswelle zur Aufnahme von Drehenergie bei einer ersten Frequenz sowie durch eine Anzahl von Ausgangsleitungen gekennzeichnet. Eine Schaltvorrichtung mit einem Mehrphasenwechselrichter ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Ausgangsklemmen mit den Ausgangsleitungen des Asynchronmotors verbunden sind, sowie dadurch, daß zwei Sammelschienen und eine Anzahl von Leistungsschaltern wie Thyristoren sowohl an die Sammelschienen als auch an die Ausgangsklemmen geführt sind. Die Leistungsschalter können auch Leistungstransistoren, Stromtore oder andere bekannte Schalter sein. An den Leistungsschaltern liegen Schaltsignale für ihre Durchsteuerung oder Sperrung an, und die Schalter leiten den Blindstrom von einem Phasenkreis zu einem anderen des Asynchronmotors. Eine logische Schaltung gibt Schaltsignale an die Leistungsschalter in Abhängigkeit von anliegenden Taktsignalen ab, und ein Oszillator ist an die logische Schaltung gekoppelt, um Taktsignale zur Regelung der Arbeit«ι weise der Schalteinrichtung auf einer zweiten Frequenz zu erzeugen, die niedriger ist als die erste Frequenz.

609844/0328

-A-

' - 26H6SU

Erfindungsgemäß ist ein Modulator an den Oszillator angeschlos- ; sen, um an diesen ein Modulationssignal einer gegebenen Frequenz ! abzugeben sowie um die Arbeitsweise der Schaltanlage dahingehend! abzuändern,, daß sie bei einer Frequenz umschaltet, welche ab- ι wechselnd über und unter der zweiten Frequenz liegt. Erfindungsgemäß gibt die Anlage eine modulierte Spannung an die Sammelschienen der Schalteinrichtung ab_y deren Hüllkurve sich bei der gegebenen Frequenz des Modulationssignals ändert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt an einer Vergleichsschaltung das Modulationssignal von gegebener Frequenz sowie ein anderes Signal an, das eine Funktion des Ausgangssignals auf der Sammelschienen ist. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung gelangt an den Oszillator um die gewünschte Frequenz und Amplitude der Ausgangsspannung unabhängig von -Schwankungen der Synchrondrehzahl des Motors oder der von der iinlage abgegebenen elektrischen Last konstant zn halten.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen seigen:

; Fign.1 - 4 für die Edäuterung der Erfindung nützliche Kurvenbilder;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anlage;j

Fig. 6 einen Stromlaufplan einer in Fig. 5 allgemein dar gestellten Schaltung; -5-

6098U/0376

26U6SU

Fig. 7 ein Blockschaltbild mit Einbau eines Regelkreises in die Anlage der Fig. 5;

j Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Trennung der

j Wechsel- und Gleichspannungskomponenten der Ausgangs-

I spannung.

ι Der Inhalt der US-Patentschrift 3 829 758 wird hiermit in die I vorliegende Bekanntmachung eingefügt und als ein Teil von ihr ; erklärt.

j Zunächst sei angenommen, daß sich der Asynchronmotor mit einer ί mechanischen Tourenzahl drehe, welche einer synchronen elektri-I sehen Frequenz von 400 Hz entspreche. Ist die anliegende elek-

I trische Frequenz erheblich niedriger als 400 Hz, dann arbeitet

I der Motor als Generator. Kurve 10 der Fig. 1 zeigt bei einer ge- ί

ι I

! gebenen konstanten Last die Änderung der Generatorausgangsspan- j

j I

nung in Abhängigkeit von der elektrischen Frequenz. Wenn die !

i !

I elektrische Frequenz allmählich von 400 Hz aus verringert wird,

j beginnt der Generator beim Punkt A zu wirken. Die Differenz zwischen der Synchronfrequenz von 400 Hz und der niedrigeren Frequenz am Punkt A ist eine Funktion der Last oder eine umgekehrte Funktion des Lastwiderstandes.

Zu Erläuterungszwecken sei angenommen, daß die Anlage bei einer elektrischen Frequenz von 388 Hz und einer Spannung mit einer Amplitude von 200 V arbeiten soll. Dies entspricht der Arbeitsweise am Punkt B der Kurve 10. Wenn sich nun die elektrische

-6~ 6098 U/03 2 G

26H6bO :

Frequenz in Abhängigkeit von der Zeit ändert, so ist sie manchmal größer und manchmal kleiner als die Bezugsfrequenz von 388 Hz, Fig. 2 zeigt das Verhalten der Ausgangsspannung (auf den Sammelschienen der Schalteinrichtung), wenn die elektrische Frequenz über und unter 388 Hz schwingt. Die Änderungs- oder Modulationsspannung ist durch die Kurve 11, und die Ausgangsspannung durch die Kurve 12 dargestellt. Die Ausgangsspannung versucht der Modulationsspannung nachzueilen, so daß die Ausgangsspannung zwischen Werten über und unter 200 V schwankt. So kann nach Fig. 2 durch Modulation der elektrischen Frequenz eine modulierte Ausgangsspannung erzeugt werden.

Wenn die Motorendrehzahl verdoppelt wird, so daß die Synchronfrequenz jetzt 800 Hz beträgt, kann das in Fig. 3 gezeigte Modulationsverfahren angewandt werden. Kurve 13 stellt den als Generator arbeitenden Motor dar, und der Abstand zwischen Punkte und der 800-Hz-Marke stellt die Dämpfungsverluste dar. Bei dieser Anlage beträgt die Bezugsfrequenz 776 Hz, so daß der Bezugspunkt bei D auf der Kurve 13 liegt. Nach Kurve 14 schwingt die Modu-

lationsfrequenz von etwa 768 bis 784 Hz. Das Ergebnis ist die in Kurve 15 gezeigte modulierte Ausgangsspannung. Die Frequenz ' der Ausgangsspannung hängt nur von der Frequenz der in Kurve 14 .

gezeijben Modulations spannung ab. Die Frequenz der in Kurve 15 j

i gezeigten Ausgangsspannung ist von der Drehzahl des Asynchron- j

motors unabhängig.

609844/03 1 %

26UBbU

w *7 mm

Die Änderung der Motorendrehzahl beeinflußt die Form der in Fig.1 gezeigten Spannungs-Frequenzkurve. Für die Änderung der Kurvenform sind jedoch verschiedene Faktoren maßgebend, und als eine Annäherung erster Größenordnung kann die Kurvenform für verschiedene Betriebsfrequenzen als konstant erachtet werden.

Aus den Fign. 2 und 3 geht hervor, daß Amplitude und Frequenz der durch die Kurve 12 dargestellten Ausgangsspannung direkte Funktionen des durch die Kurve 11 dargestellten Modulationssignals sind. Das heißt, eine Steuerung der Amplitude des Modulationssignals 11 ergibt eine entsprechende Steuerung derAmplitude des Ausgangssignals 12. Ebenso ergibt eine Frequenzänderung des Modulationssignals 11 eine entsprechende Frequenzänderung der Ausgangsspannung 1 2.

Daraus geht hervor, daß die Anlage sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der Wechselspannungshüllkurve auf den gewünschten Werten halten kann, wenn sich die mechanische Drehzahl des Asynchrongenerators ändert.

; Handelt es sich um Laständerungen, und wird bei einer konstanten Synchronfrequenz von 400 Hz die Last beispielsweise verdoppelt (d.h. der Widerstand halbiert), dann wird die Spannungs-Frequenz-

;kurve nach Fig. 4 verändert. Der Anfangsarbeitspunkt als Generator liegt jetzt bei einer niedrigeren Frequenz, die durch den iPunkt E dargestellt ist. Im allgemeinen ist der Schlupf am Anfangsarbeitspunkt des Generators dem Last-widerstand umgekehrt proportional. Außerdem ist die maximale Ausgangsspannung des Mo-

6098U/0326

_Λ "~~"261465 TT

— (J —

tors bei der größeren Last etwas geringer.

Wenn nun dieselbe Amplitude der durch die Kurve 17 dargestellten

Ausgangsspannung beibehalten werden soll, wird die Modulation so

eingestellt, daß sie eine FrequenzSchwankung um den Punkt F auf der Kurve 18 bewirkt. Der Hub der Ausgangsspannung würde dann
innerhalb der durch die gestrichelten Linien 20, 21 gegebenen

Grenzen liegen. Daraus erhält, daß sowohl Frequenz als auch
: Amplitude der modulierten Ausgangsspannung der Anlage durch das \ vorstehend beschriebene Verfahren unabhängig von Änderungen der Wellendrehzahl des Motors oder Änderungen der elektrischen Last [ geregelt wurden können.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild der Hauptbausteine der Er-fin- '. dung. Eine Antriebswelle 26 eines Asynchronmotors 25 erhält mechanischen Antrieb zur Drehung des Motors bei einer ersten oder Synchronfrequenz. Dies entspricht den in den Zeichnungen gezeigten Synchronfrequenzen wie der Frequenz von 400 Hz in Fig. 1.
Die elektrischen Aus gangs leitungen des Motors 27, 28 und 29 sindj an eine Schalteinrichtung 30 geführt, die ein Wechselrichter sein kann, wie es im einzelnen in Fig. 7 der Patentschrift 3 829 758 dargestellt ist. Der Wechselrichter besitzt zwei Sammelschienen 30 und 31, welche den Leitungen 60, 61 der Fig. 7 der angezogenen Patentschrift entsprechen. Außer einer als Schalter 33 ausgebildeten Einschalt- oder Erregereinrichtung ist eine Batterie 34 zur Unterstützung der Anfangsauferregung der Anlage vorgesehen. Dies entspricht dem Kreis 16 der Fig. 7 der angezogenen Patentschrift, und ^ie jene Schaltung kanriauch die vorliegende

6098U/0326

_₉_ 26H65U

nach dem Anlauf der Anlage abgeschaltet werden. Zwischen die Samme1schienen 31 und 32 ist ein Kondensator 35 geschaltet. |

Sechs als mechanische Schalter 36 bis 41 gezeigte Leistungsschal-[ ter sind zur Weiterleitung oder Unterbrechung des Stromes in Ab- j

hängigkeit vom Anliegen von Anschalt- (Steuer-) oder Abschalt- | Signalen (Umpolung) für den Schaltungsbetrieb vorgesehen. Die j

j Leitungsschalter können Thyristoren, Leitungstransistoren, Röhren: oder beliebige geeignete Schalter sein. Das Ein- und Ausschalten der Leistungsschalter innerhalb der Schalteinrichtung wird durch ]

I Signale geregelt, die in einer logischen Schaltung 42 erzeugt j

und über eine Leitung 43 an die Schalteinrichtung 30 angelegt

j werden. Eine solche logische Schaltung kann beispielsweise von | der Art des in Fig. 7.17, S.103 der zweiten Auflage des SCR-Manual der Firma General Eletric gezeigten Three Stage SCR Ring Counter Circuit (Schaltung eines dreistufigen Ringzählers mit siliziumgesteuerten Gleichrichter) sein. Die Ar. jitsweise der logischen Schaltung wird wiederum durch Taktsignale bestimmt, die über eine Leitung 44 von einem Oszillator 45 her anliegen. Ein geeignetes Ausführungsbeispiel des Oszillators wird anhand der Fig. 6 erläutert, doch der Fachmann erkennt, daß verschiedene Arten von Oszillatoren verwendet werden können, solange ein entsprechender Taktimpuls an die logische Schaltung gelangt.

Erfindungsgemäß ist insbesondere ein Modulator 46 vorgesehen, ι der über eine Leitung 47 mit dem Oszillator 45 zur Veränderung

der Taktgabe der vom Oszillator erzeugten Impulse verbunden ist. Der Modulator kann ein beliebiger von verschiedenen auf dem

609844/0326

26T46 5Ü I

Markt erhältlichen Typen wie der Hewlett-Packard Model Nr.2O2A ] Function Generator sein. Bezieht man die Arbeitsweise der Einr ' richtung der Fig. 5 auf die Darstellung der Fig. 2, so wird der

Asynchronmotor 25 mit einer ersten (oder synchronen) Drehzahl ; durch die mechanische Antriebsenergie in Drehungen versetzt. Diese Synchronfrequenz sind die in Fig. 2 gezeigten 400 Hz. Die elektrische Arbeitsfrequenz wird durch Taktsteuerung der Leistungs- \ schalter in der Schalteinrichtung (Wechselrichter) 30 erzeugt. j Diese Taktsteuerung erfolgt durch die Frequenz der vom Oszillaj tor 45 erzeugten Impulse, die ihrerseits durch das Eingangssignal J vom Modulator 46 moduliert sind. Dieses Modulationssignal ist ! durch die Kurve 11 in Fig. 2 dargestellt, wo auch gezeigt ist,

daß die elektrische Frequenz in Abhängigkeit vom angelegten Mo- ! dulationssignal schwankend über und unter 388 Hz verläuft. Ohne

Modulation würde die Schaltfrequenz auf der Bezugsfrequenz von

j 388 Hz konstant bleiben, und die Ausgangsspannung auf den Sammelj schienen der Schalteinrichtung 30 wäre ein GIeichspannungssignal mit einer konstanten Amplitude von 200 V. Mit der Modulation ergibt sich ein Hub oder eine Schwankung der Ausgangsspannung, um im Effekt ein Wechselspannungssignal an die Sammelschienen der Schalteinrichtung abzugeben. Natürlich kann die Gleichspannungskomponente der Ausgangsspannung durch einen in Reihe geschalteten Kondensator in bekannter Weise gesperrt werden, so daß nur das durch die Kurve 12 der Fig. 2 dargestellte Wechselspannungssignal am Ausgang des zugeordneten Geräts erscheint. Daher gibt die Einrichtung der Fig. 5 eine konstante Frequenz an die Ausgangs sammel sch ienen ab.

-11-609844/0326

_ _u _ 26H65Q

Fig. 6 zeigt eine Schaltung, die sich zur Verwendung als Oszillator 45 der in Fig. 5 gezeigten Anlage eignet. In Fig. 6 sind die verschiedenen Bauteile mit ihren speziellen Daten der Transistortypen, Widerstandswerte und so fort gezeigt, um die Erfindung mit i

einem Minimum an Versuchen in die Praxis umsetzen zu können. Eine

^;

allgemeine grundlegende Betriebsbeschreibung eines solchen |

ι ^;

! Oszillators ist unter dem Titel "Oscillator Circuit" in den der j Anmelderin am 15. Oktober 1968 erteilten US-Patent 3 406 355 ge- !

i ; ι

j geben. Der Modulator 46 der Fig. 6 gibt über einen Abschlußwider- ι

Ϊ i

j stand Z₄₆ ein Signal zur Steuerung der Oszillatorfrequenz an den ]

! Oszillator ab. Gegenüber dem Potential an der Masseleitung 49 ; ist der Oszillator für den Betrieb mit einer positiven Spannung

von 15 V an der Leitung 48 ausgelegt. Das Ausgangssignal gelangt _; über zwei Leitungen 44a und 44b an die logische Schaltung.

ι Die bisher beschriebene Einrichtung besitzt alle Bauteile, die zur Erzeugung einer Ausgangsspannung erforderlich ist, deren Fre-j quenz und Amplitude in Abhängigkeit von dem am Oszillator anliegenden Modulationssignal steuerbar sind. Man erkennt, daß der in !

Fig. 5 gezeigten Einrichtung ein Rückführungskreis zugeschaltet j

I

< werden kann, um eine automatische und laufende Regelung der Ausgangsspannung zu erreichen. Fig. 7 zeigt eine Einrichtung unter , Einschluß eines Rückführungskreise·.

Die in Fig. 7 gezeigte Einrichtung ist im allgemeinen wie die in Fig. 5 gezeigte ausgelegt, jedoch ein Rückführungs- oder Regelkreis mit einer Vergleichsschaltung 50 ist hier zugeschaltet. Die Ausgangsspannung (oder ein Teil dieser Spannung) gelangt

6098U/0326

über eine Leitung 51 an einen Eingang der Vergleichsschaltung 50. Das als Bezugssignal dienende Äusgangssignal des Modulators 46 gelangt über eine Leitung 52 aa den anderen Eingang der Vergleicht schaltung 50. Somit wird die Äasgangsspannung mit einer Bezugs- I j spannung in der Vergleichsschaltung 50 verglichen, und das sich {

I i

! ergebende Differenz signal wird über eine Leitung 53 zur Steuerung,·

I !

i des Oszillators 45 übertragen. Wenn nun das Bezugssignal auf der j Leitung 52 bei einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz ampIi- :

·! i

ι tudenmoduliert wird, wird die Ausgangsspannung mit der Bezugs- : ; spannung infolge der Regeleinrichtung in Übereinstimmung gebracht ¹ Daher werden alle Schwankungen der Motorendrehzahl bzw. der Last-I impedanz durch die Regeleinrichtung kompensiert.

; Wie aus einer Untersuchung der verschiedenen Wellenfomen- hervor-¹ geht, insbesondere der Wellenform 12dsr Fign. 2 und 3,besitzt ; die Ausgangs spannung scwohl eins Gisichspaaniangs-= als aueh sine jWsciiselspannungskcHiponen-ce= um eine reine Wechselspannung zu er- : halten, muß der Gleichspannungsanteil getrennt oder gesperrt i werdenJ₇ was durch einen Kondensator erfolgen kann_? wie allgemein ; bekannt ist. Um den reinen Gleichspannungsanteil zu erhalten,kann I ein Tiefpass, _wj__{e e}^_n LC-Filter verwendet werden* um sowohl

die Gleichspannungs- als auch die Wechselspannungskomponenten '

zu erzeugen. Dies ist im einzelnen in Fig. 3 gezeigt« |

In der Schaltung der Fig„ 8 ist sowohl eine Wechselstromlast 55 als auch eine Gleichstromlast 56 vorgesehen. Zwischen die Sammelschienen 31, 32 und die WecnseIstromlast 55 ist ein Sperrkondensator 5? geschaltet? vm. den Gleichstrom zu sperren. Ein LC-Filtei

-13-

609844/0328

_ ₁₃ _ 26U65Ü j

mit einer in Reihe geschalteten Induktivität 58 und einer par- ;

allel geschalteten Kapazität 60 ist zwischen die Sammelschienen! und die Gleichstromlast 56 gekoppel' ^;

Außerdem können durch die Schaltung der Fig. 8 die Amplituden '

j i

j der Ausgangswechselspannung und der Ausgangsgleichspannung un- ι

j ι

abhängig voneinander gesteuert werden. Zu diesem Zweck ist

ein Summierverstärker 61 vorgesehen, an welchem vom Modulator 46 über eine Leitung 52 sowohl eine Modulationswechselspannung i

62 als auch ein Gleichspannungsbezugssignal 63 mit einstellbarer Amplitude von einem Potentiometer 65 über eine Leitung 64 her j anliegen. Somit gelangt ein Ausgangstignal 66 des Summierverstärkers mit Wechselspannungs- und Gleichspannungskomponenten über eine Leitung 67 zur Vergleichsschaltung 50. An dieser liegjb über eine Leitung 51 ein anderes Eingangssignal für die Wechselspannungs- und Glexchsspannungskomponenten der Ausgangsspannung der Anlage an. Somit wird der Oszillator 45 in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Ist-Ausgangsspannung der Anlage und den durch den Modulator 46 und das Potentiometer 65 erzeugten Wechselspannungs- und Gleichspann· gssignalen gesteuert. Wird beispielsweise der durch das Potentiometer 65 eingestellte Gleichspannungspegel verändert, dann würde sich auch der Pegel der Ausgangsgleichspannung der Summlerstufe 61 verändern, jedocji nicht der Pegel der Wechselspannung. Dadurch würde die Oszillatorfrequenz in einer solchen Weise moduliert werden, daß ein entsprechendes Ausgangssignal an die Ausgangssammelschienen 31, 32 abgegeben werden würde. Wenn andererseits Frequenz oder Amplitude vom Wechselspannungssignal 62 alleine verändert wird,

609844/0326

bleibt der Gleichspannungssignalpegel konstant, und der Summier- i

j Verstärker 61 erzeugt ein summiertes Bezugssignal, dessen Wechsel-4

i " i

j spannungsanteil entsprechend verändert ist. Dann wird die Ampli- ^!

j tude des Summenausgangssignals mit der Ausgangsspannung der Anlagt

i ι

! verglichen, und entsprechende Korrekturen werden vorgenommen, I ί bis das Ausgangssignal der Anlage dieselbe Wellenform aufweist.

i Daraus geht hervor, daß die Regelung der Ausgangsspannung der Anlage unabhängig von Änderungen der auf der Ausgangssammelschiene ; ; anliegenden Spannung gehalten werden kann. Die in der angezogenen Patentschrift, insbesondere in Fig. 9 beschriebene Strom- ί j abtastschaltung kann in Verbindung mit der Erfindung für die I '■■ Zwecke der Strombegrenzung eingesetzt werden. '

I ■

: Die Amplitude der Modulationsspannung verläuft stets nach etwa
! dem Beispiel der Fig. 2, so daß der Hub oder eine Veränderung j ί längs der Kurve 10 nicht nach rechts über den Punkt A hinaus ragtj [ wo die Kurve 10 die Frequenzachse schneidet. Dies ist der Punkt, | j an welchem die Generatorwirkung bei sich erhöhender Frequenz auf-I

I !

j hören würde. Wenn die Betriebsfrequenz somit bis zum Punkt A er- j

I i

höht würde, an welchem der Asynchronmotor nicht mehr als Genera- I tor arbeitet, müßte er wieder auferregt werden, nachdem die Frequenz wieder auf die Anfangsauferregungsfrequenz am Punkt A verringert worden ist. Dies würde eine Verzerrung der resultierenden
Ausgangsspannungskurve ergeben. Um diese Verzerrung zu vermeiden,
wird die Amplitude der Modulatinsspannung aufrecht erhalten, so
daß ein geeigneter Bereich der Kurve 10 verwendet wird und niemals eine Auswanderung des Modulationssignals in das Gebiet recht£ vom Punkt A erfolgt. -15-

609844/0326

26U6SÜ

Die beste Betriebsart zur Durchführung der Erfindung ist in Fig.5 gezeigt, wobei der Modulator 46 das durch den Oszillator 45 erzeugte Signal wirksam moduliert. Weitere anhand der Figuren 7 und 8 beschriebene Verfeinerungen können eingebaut werden, jedoch wird die Grundanlage der Fig. 5 in Verbindung mit diesen anderen Ausführungsbeispielen eingesetzt.

In den folgenden Patentansprüchen bedeutet der Ausdruck "Verbunden" oder "geführt" eine Gleichspannungsverbindung zwischen zwei Bau-

teilen mit praktisch Null Gleichstromwiderstand zwischen diesen j Bauteilen. Der Ausdruck "gekoppelt" oder "angeschlossen" besagt, daß eine Funktionsbeziehung zwischen zwei Bauteilen besteht, wobei möglicherweise andere Elemente zwischen die als "gekoppelt"

j und "zusammengeschlossen" oder "zusammengeschaltet" beschriebenen

; zwei Bauteile geschaltet sind.

-16-6098 4 4/0326

Claims

I 6 — P ATE N TA N SPRÜCHE

1./Einrichtungzur Erzeugung einer Ausgangswechselspannung mit einem mittleren Gleichspannungswert, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Asynchronmotor (25) eine mechanische Antriebswelle (26) zur Aufnahme von Drehenergie von einer ersten Frequenz sowie eine Anzahl von Ausgangsleitungen (27,28,29) besitzt, ■

daß eine Schalteinrichtung (30) einen Wechselrichter mit einer;

Anzahl von Ausgangsleifcungen umfaßt, welche an die Ausgangs- ; leitungen des Asynchronmotors (25} angeschlossen sind, ferner ; dadurch, daß die Schalteinrichtung (30) zwei Sammelschienen | (31 a32} besitzt sowie sine Anzahl ?on Leistungsschaltern (36- ; 41) die sowohl an die Sammelschienen (31,32) als auch an die ; Ausgangsleitungen angekoppelt sind, daß an den Leistungsschaltern (36-41) Steuersignale zur Steuerung ihres Leit- und Sperr! zustandes anliegen und ein Kondensator (35) zwischen die Samme'l schienen (31,32) gekoppelt ist, sodann dadurch,

daß eine logische Schaltung (42) Steuersignale an die Lei- ' stungsschalter (36-41) in Abhängigkeit von anliegenden Taktsignalen abgibt,

-17-

6098 4 4/0326

26U6 5O

daß ein an die logische Schaltung (42) angeschlossener Oszillator (45) die Taktsignale zur Steuerung der Arbeits- !

weise der Schalteinrichtung (30) bei einer zweiten Frequenz ;

erzeugt, welche niedriger ist als die erste Frequenz sowie da-i durch, daß ^!

ein Modulator (46) an den Oszillator (45) gekoppelt ist, um ' dem Oszillator (45) ein Modulationssignal von einer gegebenen

Frequenz einzuspeisen und die Arbeitsweise der Schalteinrich- · tung (30) so abzuändern, daß sie bei einer über und unter die j

zweite Frequenz schwingenden Frequenz umschaltet und damit ^j

eine modulierte Spannung an die Sammelschienen (31,32) der Schalteinrichtung (30) abgibt,deren Hüllkurve sich bei d^r gegebenen Frequenz des Modulatinssignals sowie in Abhängigkeit von der Amplitude des Modulationssignals (Fig. 5) ändert.

2. Abgeändertes Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach An- j spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Asynchronmotor (25); ein mehrphasiger Asynchronmotor ist, ferner dadurch, daß der Wechselrichter der Schalteinrichtung (30) eine Mehrphasenschaltung ist, bei welcher der Strom der Blindenergie periodisch von einem Phasenkreis zu einem anderen Phasenkreis des Asynchronmotors (25) geleitet wird sowie dadurch, daß kein Kondensator zwischen die Samme1schienen des Wechselrichters gekoppelt ist (Fig. 5 mit Mehrphaseneinrichtungen und ohne Kondensator).

-18-

609844/0326

-is« 26H650

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein i Kondensator (57) zwischen die Sammelschienen und einer Wech- i selstromlast (55) zur Beaufschlagung durch die Einrichtung ge-; koppelt ist, um den Gleichspannungsanteil der Ausgangswechsel-, spannung zu sperren und nur die Wechselspannung an die Wech- ; selstromlast weiterzuleiten (Fig. 8).

4„ Einrichtung nach Anspruch 2_S dadurch gekennzeichnet_r daß ein zwischen die Sammelschienen (31 _f 32) und eine Gleichstromlast C56) gekoppeltes Filter (58,60) durch die Einrich- ;

tung beaufschlagt wird? um den Gleichspannungsanteil der Aus- ^: gangsspannung weitgehend zu verringern und die gefilterte _: Gleichspannung einer Gleichstromlast zuzuführen (Fig. 8).

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Vergleichsschaltung (50) erste und zweite Eingangsleitungen sowie eine Ausgangsleitung besitzt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches die algebraische Summe der anliegenden Eingangssignale ist, daß

eine Vorrichtung (53) die Ausgangsleitung der Vergleichsschaltung (50) an den Oszillator (45) ankoppelt, ferner dadurch, daß

eine Vorrichtung (52) die erste Eingangsleitung der Vergleichsschaltung (50) zum Empfang des Modulationssignals

609844/0326

-19- 26H65Ü

an den Modulator (46) ankoppelt und schließlich dadurch, daß

eine Vorrichtung (51) die zweite Eingangsleitung der Ver- j

I gleichsschaltung (50) an eine Sammelschiene (31) anschließt, j

j wodurch der Oszillator (45) durch ein Signal für die Diffe- j

renz zwischen dem an den Sammelschienen (31,32) anliegenden i

Ausgangs-Ist-Signal und dem Soll-Signal gesteuert wird, wel- ;

ches durch das vom Modulator (46) an die Vergleichsschaltung (50) geleitete Modulationssignal dargestellt wird (Fig.7).

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Summierverstärker (61) eine Ausgangsleitung und zwei Eingangsleitungen besitzt, daß

eine Vorrichtung (67) die Ausgangsleitung des Summierverstärkers (61) an die erste Eingangsleitung der Vergleichsschaltung (50) ankoppelt, ferner dadurch, daß

eine Vorrichtung (52) die erste Eingangsleitung des Summierverstärkers (61) zum Empfang des Modulationssignals an den Modulator (46) ankppelt, sodann dadurch, daß

eine Vorrichtung (65) ein einstellbares Gleichspannungsbezugssignal erzeugt und schließlich dadurch, daß

eine Vorrichtung (64) die zweite Eingangsleitung des Summierverstärkers (61) an die Vorrichtung (65) zur Erzeugung der

-20-609844/0326

I - 20 -

26U650

einstellbaren Bezugsgleichspannung anschließt, so daß der
Gleichspannungspegel des sich daraus ergebenden, vom Summierverstärker (61) an die erste Eingangsleitung der Vergleichsschaltung C5O'| geleitetem Signals durch die Vorrichtung (65)
sur Erzeugung der einstellbaren Bezugsglexchspannung eingestellt werden kann und ferner daß das resultierende Signal
durch Einstellung des Modulators (46) auf die Frequenz und
Amplitude des Moduiationssignals abgestimmt werden kann, um
eine entsprechende Regelung der an den Sammelschienen der
Einrichtung anliegenden Ausgangsspannung zu erzielen (Fig.8). !

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Vorrichtung (57) zwischen die Saromelschienen (31_ff32} !

und eine Wechselstromlast (3? j gekoppelt ist, um den Gleich- |

j Spannungsanteil der Ausgangswechselspannung zu sperren und ; ivjr eise Wechselspannung sur We-äiselstroHilast "-jeifcerzulei- ^; 'C=Tl_s so daß Isi~F:recr .ens und Ist—Amplitude der Ausgangs— '■ wechselspannung durch Einstellung des "rom Modulator C 461 abgegebenen Mcdulationssignals geregelt werden können» ;

8. Einrichtung nach Anspruch S„dadurch gekennzeichnet _B daß j

ein Filter (58,60) zwischen die Sammelschienen (31^32) und ;

eine Gleichstromlast (56) gekoppelt ist, um den Wechselspan-j nungsanteil der der Last eingespeisten Spannung wirksam weit-| gehend herabzusetzen, so daß die Ist-Amplitude der von den i Sammelschienen (31,32) der Gleichstromlast (56) zugeführten j Spannung durch Einstellung der Vorrichtung (65) zur Erzeugung

-21-

609844/032 6

26U650

des am Summierverstärker (61) anliegenden einstellbaren I Gleichspannungsbezugssignals eingestellt werden kann. ι

I

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die j Leistungsschalter (36-41) des Wechselrichters eine Anzahl von; Thyristoren sind, sowie dadurch, daß der Modulator (46) ein | Modulationssignal von gegebener Frequenz und Amplitude an
den Oszillator ^45) anlegt, so daß sich die Hüllkurve der , modulierten Spannung bei der vorgegebenen Frequenz des Modu- ; lationssignals und in Abhängigkeit von der Amplitude des Mo- J dulationssignals ändert (Fig. 5). I

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Asynchronmotor (25) ein Mehrphasenasynchronmotor ist, daß der Wechselrichter der Schalteinrichtung (30) ein mehrphasiger
Kreis mit einer Anzahl von Thyristoren ist, welche so verbunden sind, daß der Strom der Blindenergie periodisch von \

\ einem Phasenkreis zu einem andere** Phasenkreis des Asynchron- i

motors (25) geleitet wird sowie dadurch, daß kein Kondensatori zwischen die Sammelschienen (31,32) des Wechselrichters ge- j

koppelt ist.

6098 4 4/0326