DE2642028A1 - Selbsterregter statischer wechselstromgenerator - Google Patents

Selbsterregter statischer wechselstromgenerator

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Werner Gaertner
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HIMMELWERK AG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
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    • H02M7/539Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency

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Description

  • Selbsterregter statischer Wechselstromgenerator
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen selbsterregten statischen Wechselstromgenerator mit Parallelschwingkreis zur Lieferung von Wechselstromleistung insbesondere höherer Frequenzen aus einer Gleichspannungsquelle an eine an den Schwing kreis angeschlossene oder angekoppelte Last e wobei das zwischen die Gleichspannungsquelle und den Schwingkreis eingeschaltete elektronische Schaltelement ein Halbleiter (Schalttransistor, abschaltbarer Thyristor, abschaltbare Thyristor Kombination oder dgl.) ist. Wechselstromgeneratoren der vorstehenden Gattung finden beispielsweise als Energieerzeuger in Geräten zur induktiven Erhitzung Verwendung. Ein weiterer, als Beispiel zu nennender Verwendungszweck ist die Erzeugung von Wechselströmen, deren Frequenz höher liegt als die Netzfrequenz, wobei die Gleichspannungsquelle aus dem Netz abgeleitet wird und dieses somit als primäre Energiequelle dient.
  • Gegenüber Generatoren mit Vakuumröhren als elektronisches Schaltelement zeichnen sich Generatoren nach dem Gattungsbegriff,bei denen ein Halbleiter-Schaltelement Verwendung findet, durch den geringeren Aufwand, der für eine bestimmte erzielbare Leistung getrieben werden muß, sowie die Möglichkeit, auch sehr hohe Ströme noch relativ einfach erzielen zu können, aus. Sie werfen aber auch im Stande der Technik noch nicht zufriedenstellend gelöste Probleme auf, die nach stehend stehend näher besprochen werden.
  • Bei einem im B- oder C-Betrieb arbeitenden Röhrengenerator hat die Röhre die Funktion eines variablen Widerstandes, der dem Schwingkreis von der Gleichspannungsquelle her sinusförmige Stromkuppen liefert, wobei die Verlustleistung in der Röhre selbst durch die Summe aller Produkte aus den Momentanwerten von Strom und Spannung gegeben ist. Wird nun, wie dies bei den bekannten Generatoren nach dem Gattungsbegriff der Fall ist, die Röhre durch ein Halbleiter-Schaltelement, z.,B einen Schalttransistor, einen abschaltbaren Thyristor oder eine abschaltbare Thyristor-Kombination ersetzt, so können anstelle des sinusförmigen Verlaufs nur zwei definierte Schaltzustände, nämlich "Ein" und "Aus" auftreten. Es sei angenommen, daß beim Einsatz solch eines Schaltelementes der "Eirl-Zustand sich über die Hälfte oder auch etwas weniger als die Hälfte einer Wechselstromperiode erstreckt, d.h. der Stromflußwinkel fast 1800 beträgt. In diesem Falle wären die Stromimpulse durch sehr große Stromspitzenwerte am Anfang und am Ende einer Stromflußphase gekennzeichnet,und sie hätten in der Mitte den Wert 0, wenn eine Spannungsaussteuerung von 100 % angenommen wird. Es hat sich gezeigt daß diese Aussteuerung aufgrund der vorgenannten großen Stromwerte praktisch nicht zu gebrauchen ist, da zum einen das Halbleiter-Schaltelement beim Aus- und Einschalten zu stark belastet wird und zum anderen die Stromwerte am Anfang und am Ende, wie die Fourieanalyse zeigt, nur wenig zur Grundwellenerregung beitragen. Um eine gute Wirkung zu erzielen, müßte der Strom demgegenüber in der Mitte einen hohen Wert aufweisen.
  • Die vorstehenden Erfahrungen und Überlegungen führten dazu, daß man die bisher verwendeten Generatoren mit Halbleiter-Schaltelementen so gestaltete, daß sie entweder erst durch 50 Hz-Anregung oder durch das Hochlaufen eines gesonderten Frequenz-Generators mit Umschaltung ton Fremdsteuerung auf selbsterregten Betrieb gestartet werden können, wobei allerdings leicht Synchronisierungsfehler auftreten können.
  • aber Der Der Aufwand, der hierfür getrieben werden muß ist groß und die bekannten Wechselstrom-Generatoren nach dem Gattungsbegriff neigen auch dazu, außer Tritt zu fallen, wenn induktive oder kapazitive Blindwiderstände zu- und abgeschaltet werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängel der bekannten Wechselstrom-Generatoren nach dem Gattungsbegriff zu beseitigen, d.h. einen Generator dieser Gattung so zu gestalten, daß er sich wohl ähnlich wie ein Röhrengenerator jedoch mit dem Vorteil verhält, daß keine Anodenverlustleistung auftritt, daß ferner eine leistungslose Amplituden-Einstellung möglich ist, daß ein spannungsstabilisierender Effekt vorhanden ist, daß er ohne Stromspitzen anschwingen kann, daß induktive oder kapazitive Blindwiderstände zu- und abgeschaltet werden können ohne den Generator außer Tritt zu bringen,und daß bei einer zu groß gewählten Dämpfung die Schwingungen aufhören und ein Starten erst dann wieder möglich ist, wenn die Belastung verkleinert worden ist, so daß es unmöglich ist, den Generator zu überlastet Dabei soll mit einfachen Mitteln auch eine genaue und zuverlässige Steuerung der an die Last abzugebenden Wechselstromenergie möglich sein.
  • Gemäß der Erfindung wird die vorstehende Aufgabe dadurch gelöst, daß zu dem elektronischen Halblei ter-Schaltelement eine verhältnismäßig große Induktivität in Serie geschaltet ist0 die zusammen mit einer Lnr zugeordneten Diode den unter der Steuerung durch das Halbleiter-Schaltelement entstehendep,dem Schwingkreis zugeführten Stromimpulsen Rechteckform aufzwingt, und daß der Stromflußwinkel dieser rechteckförmigen Stromimpulse mittels einer Rückkopplungs- und Regeleinheit von kleinen Winkelwerten beliebig bis zur Größe von 1800 regelbar ist.
  • Die gemäß der Erfindung vorgesehene Hinzuschaltung einer großen; Induktivität hätte für sich allein die Wirkung, daß der Strom in der "Ein"-Phase des Schaltelementes vom'Wert 0 zu Beginn der Phase nach einer sägezahnähnlichen Kurve bis zu einem Maximalwert am Ende der Stromflußphase ansteigt bei der die Ausschaltphase schaltphase beginnt. Durch die dann folgende Unterbrechung des Stromflusses durch das Schaltelement würde das letztere ohne die weitere Maßnahme der Bei ordnung der Diode infolge des Ausschaltspannungsimpulses der Drosselspule zerstört werden. Die Diode verhindert aber eine solche unerwünschte Wirkung und bewirkt in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zusätzliche daß die Stromimpulse nicht mehr einen sägezahnähnlichen Verlauf haben, sondern rechteckig werden. Die Summe aller Produkte aus Strom und Spannung über der aus dem elektronischen Halbleiter-Schaltelement, der Induktivität und der zugeordneten Diode bestehenden Schaltungsanordnung ergibt beim erfindungsgemäßen Generator keine Wirkverlustleistung, sondern erscheint als Blindleistung in der Drosselspule . Eine echte Verlustleistung gibt es nur in Form des Stromwärmeverlustes in dem Draht der Drosselspule in der Diode und im elektronischen Halbleiter^-Schaltelement, und diese Verlustleistung ist wegen der sehr kleinen Widerstände der vorgenannten Elemente vernachlässigbar gering.
  • Vorzugsweise werden die rechteckförmigen Stromimpulse über eine weitere, in Serie liegenden Diode, die einen inversen Betrieb des elektronischen Halbleiter-Schaltelementes verhindert, an den Schwingkreis abgegeben. Bei einer mehr als 100 % betragenden Spannungsaussteuerung würde der Strom nämlich seine Richtung umkehren, was durch die vorstehende Ausgestaltung der Erfindung vermieden wird.
  • Die Rückkopplungs- und Regeleinheit wird so gestaltet, daß sie eine phasenrichtige Rückkopplung bewirkt. Dies wäre bereits mit nur einem fest eingestellten Diskriminator erreichtbar, der je 0 doch immer einen Stromwinkel von fast 180 ergeben würde. Um auch kleinere Stromflußwinkel realisieren zu können, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Rückköpplungs und Regeleinheit z.wei Pfade aufweist, von denen der eine aus dem fest eingestellten Komparator, der im schwingenden Zustand immer ein Signal mit einem Stromflußwinkel von 1800 liefert, und und der andere aus einem Integrator, einem Doppelweg-Gleichrichter und einem einstellbaren Komparator, der ein phasenvariables Signal liefert, besteht.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung besteht ferner darin, daßder Integrator und der Doppelweg-Gleichrichter so ausgeführt sind, daß ein im interessierenden Bereich dreieckähnlicher Spannungsverlauf entsteht, dessen Nullpunkt etwa in der Mitte des Stromflußwinkels der Schwingkreisspannung liegt,und daß der nachgeschaltete variable Komparator eine sowohl von der Höhe der Vergleichsspannung als auch von der Höhe der Schwing kreisspannung abhängige Stromflußwinkeländerung bewirkt. Aufgrund dieser Weiterbildung kommt der Stromimpuls zeitlich genau in die Mitte einer Halbwelle zu liegen,und der Stromflußwinkel wird zum einen bestimmt durch die Höhe der Vergleichsspannung und zum anderen durch die Höhe der Schwingkreisspannung, womit sowohl ein Steuereffekt als auch ein Regeleffekt erzielt wird.
  • Das Ausgangssignal des fest eingestellten Komparators und das Ausgangssignal des variablen Komparators werden vorzugsweise mittels eines Und-Gatters miteinander verknüpft, das ein Ausgangssignal liefert; wenn und solange die beiden vorgenannten Ausgangssignale eingangsseitig bei Anwesenheit eines weiteren, an einen dritten Eingang des'Und-Gatters angeschlossenen Signals anliegen. Dieses an den dritten Eingang angeschlossene Signal ist vorhanden, wenn sich der Wechselsttrom-Generator im Betrieb befindet und es kann zur Stillsetzung des Generators unterbrochen werden.
  • Das Anschwingen des Generators wird vorzugsweise mittels eines mit einem Oder-Gatter zusammenwirkenden Startimpulsgebers herz beigeführt.
  • Bei dem vorstehend geschilderten Wechselstrom-Generator ist also der Stromflußwinkel durch Anderung der variablen Verqleichsspannunq gleichsspannung von außen beeinflußbar, und er beeinflußt sich selbst, da mit einer kleiner werdenden Schwingkreisspannung beispielsweise infolge größerer Schwingkreisbelastung automatisch eine Vergrößerung des Stromflußwinkels verbunden ist und dem Schwingkreis mehr Energie zugeführt wird, woraus sich ein stabilisierender Effekt ergibt.
  • Der erfindungsgemäße Wechselstrom-Generator wird durch einen einmaligen Impuls mittels des Startimpulsgebers zu einem weichen Anschwingen ohne Stromspitzen veranlaßt. Während des Startvorganges hat der Stromflußwinkel eine Größe von fast 1800, und er reduziert sich erst dann, wenn die wachsende Halbwellenspannung am Schwingkreis eine vorgegebene Beziehung zu der variablen Vergleichsspannung am einstellbaren Komparator überschreitet, wobei sich dann ein Gleichgewichtszustand einstellt zwischen der abgegebenen Leistung am Schwingkreis und derjenigen zugeführten Leistung, die durch die Stromgroße und durch den Stromflußwinkel bestimmt wird. Infolge der Induktivität in Verbindung mit der zugeordneten Diode ist der Stromfluß im ersten Moment nicht übermäßig groß, sondern er fängt im Gegenteil bei O an und steigt nach einer e-Funktion an. Die weiter folgenden Stromimpulse vergrößern sich treppenförmig, wobei die Hüllkurve einer e-Funktion folgt.
  • Zusammenfassend ist also festzustellen; 1. Bei dem erfindungsgemäßen Wechselstrom-Generator wird der Parallel-Schwingkreis ähnlich angeregt wie bei einem konventionellen Röhren-Generator, wobei jedoch die Anodenverlustleistung in Fortfall kommt.
  • 2. Das Rückkopplungssystem bietet die Möglichkeit, die Schwingkreisspannung und die damit verbundene Ausgangsleistung ohn zusätzlichen Leistungsverlust einzusteldie len und/einmal eingestellte Wechselspannung am Schwingkreis unabhängig von der Belastung zu stabilisieren, und 3. die Kombination von 1.) und 2.) führt zu einem problemlosen losen weichen überstromlosen Start des Generators.
  • Die Leistungsabgabe kann über das Leistungsschaltvermögen einer einzelnen Schalteinheit hinaus gemäß einer Weiterbildung der Erfindung.auf einfache Weise dadurch vergrößert werden, daß mehrere Halbleiter-Schaltelemente, insbesondere Transistoren, im Parallelbetrieb auf einen gemeinsamen Schwingkreis arbeiten. Ferner ist es nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung möglich den Wechselstrom-Generator für einen Betrieb mit beiden Halbwellen auszulegen, und zwar dadurch, daß er für die zweite Halbwelle der Schwingkreisspannung noch einmal die gleichen Schaltungselemente in gleicher Zusammenschaltung aufweist, die für die erste Halbwelle vorgesehen sind.
  • Wenn es gewünscht wird, die Schwingkreisspannung genau auf dem Aussteuerungspunkt 100 %-iger Spannungsaussteuerung konstant zu halten,-so ist dies nach einer die Erfindung weiterbildenden Maßnahme durch einen Indikator zum Feststellen der Einsattelung des Stromimpulses bei Überschreiten der 100 %-igen Spannungsaussteuerung möglich, der die Vergleichsspannung am variablen Komparator so beeinflußt, daß ein Regelkreis entsteht.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Generators dargestellt. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 das Schaltbild des Generators und Fig. 2 den zeitlichen Verlauf einiger Spannungen und Ströme an verschiedenen Punkten der Generatorschaltung nach Fig. 1.
  • Der Generator nach Fig. 1 weist einen Parallel-Schwingkreis 2 auf, zu dem die Leistungsspule gehört, welche auf die Belastung wirkt, die sich als Parallelwiderstand (gestrichelt eingezeichnet) zum Parallel-Schwingkreis darstellt. Der Paralle]-Schwingkreis 2 ist über eine Leistungs-Schalteinheit 1 an eine der Energieversorgung dienende Cleichspallnungsquelle angeschlos-sen.
  • schlossen. Es sei angenommen, daß die Spannung dieser Spannungsquelle 200 V beträgt.
  • An die mit der Schalteinheit 1 verbundene Klemme des Parallel-Schwingkreises 2 ist ein fest eingestellter Komparator 3 ange-i schlossen, der ein Ausgangssignal B liefert, wenn die an seinem Eingang anliegende Schwingkreisspannung A negativ und ihre Amplitude größer als beispielsweise -5 V ist. Im eingeschwungenen Zustand, wenn die Amplitude der Schwingkreisspannung 200 V beträgt, liefert dieser Komparator während jeder negativen Halbwelle ein praktisch 1800 langes Ausgangssignal, durch welches die Leistungsschalteinheit 1 in der nachstehend beschriebenen Weise über eine Treiberstufe 11 angesteuert und der Schwingkreis 2 phasenrichtig mit Strom beaufschlagt wird.
  • An die vorgenannte Klemme des Parallelschwingkreises 2 ist des weiteren ein Integrator 5 angeschlossen0 der eine gegenüber der Schwingkreisspannung A um 900 verschobene Wechselspannung abgibt, die durch einen ihm nachgeschalteten Doppelweg-Gleichrichter 6 in eine pulsierende, aus Sinushalbbögen bestehende Gleichspannung C verwandelt wird. Diese Halbwellenspannung C und eine variabel einstellbare Gleichspannung 8 werden einem Komparator 7 zugeführt, der ein Ausgangssignal D liefert, wenn die Vergleichsspannung 8 größer als die Amplitude der Halbwellenspannung C ist. Ist die Vergleichsspannung beispielsweise halb so groß wie die Amplitude der Halbwellenspannung C, so beträgt der Phasenwinkel des Ausgangssignals D 600. Wird bei konstanter Halbwellenspannung die Vergleichsspannung abgesenkt, so verkleinert sich der Stromflußwinkel des Ausgangssig nals D, während eine Erhöhung der Vergleichsspannung zu einer Vergrößerung des Stromflußwinkels führt. Der letztere erreicht 0 180 , wenn die Vergleichs spannung schließlich genau so groß ist wie die Amplitude der Halbwellenspannung. Umgekehrte Verhältnisse ergeben sich bei konstanter Vergleichsspannung und veränderlicher Halbwellenspannung.
  • I Das mit der vorstehend erläuterten Anordnung am Ausgang des Komparators Komparators 7 erzeugte Steuersignal D liegt symmetrisch zur Spannungsspitze der Schwingkreisspannung A, und sein Stromflußwinkel wird sowohl durch die Höhe der Vergleichsspannung 8 als auch durch die Größe der Schwingkreisspannung A beeinflußt.
  • Die Ausgangsspannungen B und D der beiden Komparatoren 3 und 7 und eine abschaltbare Gleichspannung 9 beaufschlagen ein Steuergatter 10, das eine Und-Funktion hat. Bei kleinen Schwingkreis spannungen A beträgt der Stromflußwinkel des Signals E 0 am Ausgang des Steuergatters 10 180 , weil dieses Signal bei kleiner Schwingkreisspannung vom Komparator 3 geliefert wird, während der Komparator 7 ein Dauersignal abgibt. Sobald sich die Schwingkreisspannung A aber so weit vergrößert, daß die von ihr abgeleitete Halbwellenspannung C über die eingestellte Vergleichsspannung 8 ansteigt, nimmt der Stromflußwinkel des Signals E am Ausgang des Steuergatters 10 auf Werte, die entsprechend kleiner sind als 1800, ab.
  • Mit dem Signal E wird eine Treiberstufe 11 angesteuerte die die Leistungsschalteinheit 1 beaufschlagt, so daß der Stromflußwinkel der letzteren mit demjenigen am Ausgang des Steuergatters 10 identisch ist. Dabei verhindert eine Seriendiode in der Leistungsschalteinheit 1 einen inversen Betrieb des Leistungstransistors der Leistungsschalteinheit dann, wenn die Schwingkreisspannung A größer als die Versorgungsspannung wird.
  • In Abhängigkeit von der Höhe der Vergleichsspannung 8 stellt sich aufgrund der vorstehend beschriebenen Anordnung eine bestimmte Amplitude der Schwingkreisspannung A ein, wobei ein spannungsstabilisierender Effekt vorhanden ist, da - wie oben angegeben - eine größer werdende Schwingkreisspannung einen kleiner werdenden Stromflußwinkel zur Folge hat, so daß weniger Energie in den Schwingkreis geliefert wird, und umgekehrt bei fallender Schwingkreisspannung A (z.B. infolge stärkerer Belastung des Schwingkreises) der Stromflußwinkel vergrößert wird.
  • Die Abschaltung des Generators erfolgt dadurch, daß die das Steuergatter 10 beaufschlagende Gleichspannung mittels des Schalters 9 unterbrochen wird. Dies hat zur Folge, daß das Steuergatter 10 kein Signal mehr abgibt und der Generator aufhört zu schwingen.
  • Zum Einschalten des Generators wird durch Betätigen eines Schalters an einem Impulsgeber mit Starter 4 ein einmaliger Impuls erzeugt. Dieser einmalige Impuls hat ungefähr die zeitliche Länge einer Halbwelle der Schwingkreisspannung A und öffnet für diese Zeit den Komparator 3, der über das Steuergatter 10 und über die Treiberstufe 11 den Leistungstrnsistori der Leistungsschalteinheit 1 in den eingeschalteten Zustand bringt, so daß der Schwingkreis 2 über die in der Leistungsschalteinheit 1 vorgesehene Drossel an die Versorgungsspannung kurzzeitig angeschaltet ist. Die Induktivität dieser Drosselspule ist relativ groß, so daß sich ein sägezahnförmiger Strom+ impuls ergibt, der den Schwingkreis anregt. Dieser erste der Stromimpulse F muß so stark sein, daß er den Schwingkreis auf eine so große Spannung (z.B. mehr als -10 V) anregt, daß in der übernächsten Halbwelle die Schwingkreisspannung noch größer als -5 V ist, damit der Komparator 3, der gemäß obiger Annahme auf -5 V eingestellt ist, ansprechen kann. Ist diese Bedingung erfüllt, so wird in der dritten Halbwelle dem Schwingkreis automatisch erneut Energie zugeführt, so daß seine Spannungsamplitude zunimmt. Dieser Vorgang wiederholt sich nunmehr nach! jeder zweiten Halbschwingung der Schwingkreisspannung A, wobei; sich durch phasenreine Energiezufuhr die Amplitude der Schwingt kreisspannung A immer weiter vergrößert. Mit diesem Amplitude den zuwachs nimmt auch die Halbwellenspannung C am Ausgang des Doppelweggleichrichters 6 zu, und es kommt der Augenblick, bei dem die Amplitude der Halbwellenspannung C größer als die ein gestellte Vergleichsspannung 8 ist. Bei weiterem Zuwachs der Schwingkreisspannung A verkleinert sich wegen des nunmehr auf Werte von weniger als 1800 zurückgehenden Stromflußwinkels der Spannung D und der entsprechenden Abnahme der Stromflußwinkel winkel der Ausgangsspannungen der dem Komparator 7 nachgeschalteten Schaltungseinheiten der Stromflußwinkel der Stromimpulse F, so daß dem Schwingkreis pro negative Halbwelle weniger Energie zugeführt wird und sich seine Spannung A nicht weiter vergrößern kann, da ein Gleichgewichtszustand eingetreten ist.
  • Die zur Drossel in der Leistungseinheit 1 parallel geschaltete Diode dient nicht nur in bekannter Weise dazu, Induktionsspan nungsspitzen beim Ausschalten des Transistors zu verhindern, sondern sie ermöglicht darüber hinaus im Zusammenwirken mit der Drossel überhaupt erst einen Schaltbetrieb, bei dem die Stromimpulse F während der negativen Halbwelle der Schwingkreisspannung A rechteckige Form besitzen.
  • Beim Startvorgang durch den Impulsgeber 4 steigt im Verlaufe des ersten Stromimpulses der Strom F von Null beginnend aufgrund der relativ hohen IndUktivität praktisch geradlinig bis auf beispielsweise 1 A an. Während der positiven Halbwelle der Schwingkreisspannung A ist der Leistungstransistor der Leistungsschalteinheit 1 gesperrt, und die parallel zur Drossel liegende Diode übernimmt deren Strom, der langsam abklingt. Er soll beispielsweise kurz vor dem Wiedereinschalten des Transistors 0,9 A betragen. Somit beginnt der zweite Stromfluß nicht wie der erste bei Null sondern bereits bei 0,9 A. Er würde ähnlich wie der erste.Stromfluß um 1 A ansteigen, so daß am Ende des zweiten Stromimpulses ein Wert von 1,9 A vorhanden ist. Dieser zweite Stromimpuls ist bereits energiereicher, so daß sich der Einschwingvorgang beschleunigtr Dieses Spiel wiederholt sich bis zum Erreichen des Endstromimpulswertes im eingeschwungenen Zustand. Die Anschwingkurve besteht also aus ansteigenden Rechteckimpulsen, wobei die Hüllkurve angenähert von einer e-Funktion dargestellt wird.
  • Damit wird durch diese Anordnung der Anschwingvorgang wesentlich stärker beschleunigt, als wenn dem Schwingkreis nur konstante Stromimpulse zugeführt würden, so daß schon nach wenigen Schwingungen der Endzustand erreicht und aufgrund des selbststabilisierenden Effekts ein Überschwingen nicht gegeben ist. Der Der vorstehend beschriebene Generator, der auch als statischer Umrichter bezeichnet werden kann, läßt sich also problemlos starten und anschwingen, wobei durch Verstellen der Vergleichs spannung 8 die Schwingkreisspannung A und, damit verbunden, die Ausgangsleistung leicht einstellbar sind und sich ein spannungsstabilisierender Effekt ergibt. Darüber hinaus ist es ersichtlich auch möglich, nicht nur die Belastung0 sondern auch Blindwiderstände während des'Betriebes zuzuschalten und abzuschalten, ohne daß der Generator aus dem Tritt fällt.
  • Die Seriendiode in der Leistungsschalteinheit 1 verhindert nicht nur einen inversen Betrieb des Leistungstransistors, wenn die Amplitude der Schwingkreisspannung A größer als die Verscrgungsspannung von 200 V wird, sondern sie verhindert auch ein Rückfließen der Schwingkreisleistung in das Versorgungsnetz. Bei diesem ''überspannten" Zustand tritt eine Einsattelung in der Mitte des Stromimpulses F auf, der die zugeführte Leistung entsprechend automatisch reduziert. Diese Einsattelung kann beispielsweise dafür verwendet werden, die Amplitude der Schwingkreisspannung A -auf den Wert der Speise spannung relativ genau einzuregeln, da sie bereits bei einer sehr geringen Überschreitung der Versorgungsspannung durch die Wechselspannungsspitze auftritt.
  • Anstelle des Leistungstransistors in der Leistungsschalteinheit 1 können auch ein abschaltbarer Thyristor oder eine abschaltbare Thyristoreinheit Verwendung finden. Ebenso ist der Einsatz von Leistungsröhren möglich.
  • Mit einer zweiten Schalteinheit und einer weiteren, umgekehrt gepolten Spannungsquelle ist ein Pusch-Pull-Betrieb möglich.
  • Es können auch zur Leistungsvergrößerung leicht mehrere Leistungsschalteinheiten 1 parallel geschaltet auf einen einzigen Schwingkreis zur Wirkung gebracht werden.
  • Patentansprüche

Claims (9)

  1. P a t e n t a n 5 p r ü c h e foh Seibsterregter statischer Wechselstromgenerator mit Parallelschwingkreis zur Lieferung von Wechselstromleistung insbesondere höherer Frequenzen aus einer Gleichspannungsquelle an eine an den Schwingkreis angeschlossene oder -angekoppelte Last, wobei das zwischen die Gleichspanntngsquelle und den Schwingkreis eingeschaltete elektronische ScHaltelement ein Halbleiter (Schalttransistor, abschaltbarer Thyristor, abschaltbare Thyri stor-Kombination, oder dgl.) ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß zu dem elektronischen Halbleiter-Schaltelement (l) eine verhältnismäßig große Induktivität (la) in Serie geschaltet ist, die zusammen mit einer ihr zugeordneten Diode (lb) den unter der Steuerung durch das Halbleiter-Schaltelement (1) entstehenden, dem Schwingkreis (2) zugeführten Stromimpulsen Rechteckform aufzwingt, und daß der Stromflußwinkel dieser rechteckförmigen Stromimpulse mittels einer Rückkopplungs- und Regeleinheit (3, 5, 6, 7, 8, 10) von kleinen Winkelwerten beliebig bis zur Größe von 1800 regelbar ist.
  2. 2. Wechselstrom-Generator nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die rechteckförmigen Stromimpulse über eine weitere, in Serie liegende Diode (lc), die einen inversen Betrieb des elektronischen Halbleiter-Schaltelementes (1) verhindert, an den Schwingkreis (2) abgegeben werden.
  3. 3. Wechselstrom-Generator nach Anspruch 1 oder 2, d a.-d u r c h gekennzeichnet, daß die Rückkopplungs- und Regeleinheit zwei Pfade aufweist, von denen der eine aus einem fest eingestellten Komparator (3), der im schwingenden Zustand. immer ein Signal mit einem Stromflußw inkel.
    0 flußwinkel von 180 liefert, und der andere aus einem Integrator (5), einem Doppelweg-Gleichrichter (6) und einem einstellbaren Komparator (7, 8), der ein phasenvariables Signal liefert, besteht.
  4. 4. Wechselstrom-Generator nach Anspruch 3, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Integrator (5) und der Doppelweg-Gleichrichter (6) so ausgeführt sind, daß ein im interessierenden Bereich dreieckähnlicher Spannungsverlauf entsteht, dessen Nullpunkt etwa in der Mitte des Stromflußwinkels er Schwingkreisspannung liegt, und daß der nachgeschaltete variable Komparator (7, 8) eine sowohl von der Höhe der Vergleichsspannung (8) als auch von der Höhe der Schwingkreisspannung abhängige Stromflußwinkeländerung bewirkt.
  5. 5. Wechselstrom-Generator nach Anspruch 3 oder 4, d a -d u r c h gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (B) des fest eingestellten Komparators (3) und das Ausgangssignal (D) des variablen Komparator (7, 8) mittels eines Und-Gatters (10) miteinander verknüpft sind, das ein Ausgangssignal liefert, wenn und solange die beiden vorgenannten Ausgangssignale (B und D) eingangsseitig bei Anwesenheit eines weiteren, an einen dritten Eingang des Und-Gatters (10) angeschlossenen Signals (9) anliegen.
  6. 6. Wechselstrom-Generator nach einen der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch einen mit einem Oder-Gatter (3b) zusammenwirkenden Startimpulsgeber (4) zum Anschwingen des Generators.
  7. 7. Wechselstrom-Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiter-Schaltelemente (1) mit Induktivität (la) und Diode (lb) ohne die sonst üblichen Zusatzmittel für Parallelschaltungen von HaLbleiter-Schaltellementen, insbesondere Transistoren, im Parallelbetrieb zur Leistung vergrdßerung auf einen gemeinsamen Schwingkreis (2) arbeiten arbeiten.
  8. 8. Wechselstrom-Generator nach einem der Ansprüche 1 - 7, d a d u r c h gekennzeichnet, daß er für einen Betrieb mit beiden Halbwellen für die zweite Halbwelle der Schwingkreisspannung (A) noch einmal die gleichen Schaltungselemente in gleicher Zusammenschaltung aufweist, die gemäß den vorhergehenden Patentansprüchen für die erste Halbwelle vorgesehen sind.
  9. 9. Wechselstrom-Generator nach einem der Ansprüche 1 - 8, gekennzeichnet durch einen Indikator zum Feststellen der Einsattelung des Stromimpulses bei Überschreiten der 100%-igen Spannungsaussteuerung, der die Vergleichsspannung (8) am variablen Komparator (7, 8) so beeinflußt, daß ein Regelkreis entsteht, der die Schwingkreisspannung genau auf dem Aussteuerungspunkt 100%-iger Spannungsaussteuerung konstant hält.
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