DE2648758A1

DE2648758A1 - Sinusleistungsgenerator

Info

Publication number: DE2648758A1
Application number: DE19762648758
Authority: DE
Inventors: Rudy Tellert
Original assignee: Sachs Systemtechnik GmbH
Current assignee: Sachs Systemtechnik GmbH
Priority date: 1976-10-27
Filing date: 1976-10-27
Publication date: 1978-05-03
Also published as: JPS5380945A; FR2369736A1; FR2369736B3; IT1091020B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Wejckmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A. Ve ι ckmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

HO/ba

Sachs Systemtechnik GmbH

Johann-Georg-Gademann-Str. 13 872o Schweinfurt

Sinusleistungsgenerator

Die Erfindung betrifft einen Sinusleistungsgenerator, bei dem ein Parallelschwingkreis mit einer ersten Spule an einen Rechteckspannungsgenerator angeschlossen ist/ dessen Grundfrequenz auf die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises abgestimmt ist, wobei die Ausgangsspannung an der ersten Spule abnehmbar ist.

Es sind Induktions-Heizgeräte bekannt, die auf dem Prinzip der Wirbelstrombildung in einem elektrisch leitenden, zu erhitzenden Körper, welcher sich in einem magnetischen Wechselfeld befindet, beruhen. Bei derartigen Geräten ist es auch bekannt, daß die das Wechselfeld erzeugende Spule Teil eines Parallelschwingkreises ist, der von einem Wechselrichter ge-

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speist wird. Wenn der Wechselrichter als Schaltglieder Transistoren besitzt, dann soll die Kollektorspannung der Transistoren möglichst rechteckig mit scharfen Flanken verlaufen, damit die Transistoren ihre Bereiche hoher Verlustleistung während der Schaltzeiten schnell durchlaufen. Zum anderen soll der Kollektorstrom erst dann hohe Werte annehmen, wenn der jeweilige Transistor seinen Sättigungszustand erreicht hat. Dies ist bei einem mehr oder weniger sinusförmigen Stromverlauf der Fall. Eine rechteckfönnige Ausgangsspannung eines Wechselrichters oder Rechteckgenerators setzt sich jedoch neben einer Sinusgrundschwingung aus einer Vielzahl von Oberschwingungen zusammen. Ein an diesen Rechteckgenerator angeschlossener Parallelschwingkreis, dessen Resonanzfrequenz auf die Frequenz der Grundwelle der Rechteckspannung abgestimmt ist, stellt, zumindest im Leerlauf, für Ströme seiner Resonanzfrequenz einen recht hohen Widerstand dar. FUr die Ströme der Oberwellen ist der Widerstand dieses Parallelschwingkreises aufgrund des Kondensatoreinflusses jedoch sehr gering, so daß die hochfrequenten Anteile der Rechteckspannung steile, von der Sinusform abweichende Stromanstiege und die damit verbundene Verlustleistung zur Folge haben. Diese Verlustleistung bedingt hohe Leerlaufverluste und geringe Wirkungsgrade einer solchen Schaltung, verbunden mit starker Erwärmung der Schalttransistoren, die entsprechend aufwendig gekühlt werden müssen.

Zur Vermeidung dieser Probleme ist bereits vorgeschlagen worden (DT-OS 24 53 924), in Reihe zu dem auf die Grundfrequenz abgestimmten ersten Parallelschwingkreis einen zweiten, auf die dritte Oberwelle oder Harmonische abgestimmten zu schalten. Dieser Versuch geht von der Erkenntnis aus, daß die dritte Harmonische neben der Grundwelle den größten Anteil an einer Rechteckspannung hat. Der auf die dritte Harmonische abgestimmte zusätzliche Parallelschwingkreis besitzt nur für Ströme mit der Frequenz der dritten Harmonischen einen hohen Widerstand, so daß im Leerlauf noch Ströme höherer Har-

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monisoher durch die Reihenschaltung beider Parallelschwingkreise fließen und in den Tranaistoren Umschaltverluste hervorrufen können. Deshalb stellt auch dieser Versuch noch keine befriedigende Lösung des aufgezeigten Problems dar, zumal die immer noch vorhandenen Ströme höherer Harmonischer einen mehr oder weniger reinen Sinusverlauf des Stroms verhindern. Die vorgeschlagene Schaltung ist daher als Sinusgenerator fUr andere Anwendungen als Induktionsheizgeräte wenig geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sinusgenerator der eingangs genanntenArt zu schaffen, der sich durch einen geringen Schaltungsaufwand auszeichnet und gleichwohl einen höheren Wirkungsgrad und niedrigere Leerlaufverluste als vergleichbare bekannte Schaltungen sowie eine tatsächlich sinusförmige Ausgangsspannung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit dem Parallelschwingkreis eine zweite Spule in Reihe geschaltet ist.

Die Induktivität der zweiten Spule wird so bemessen, daß sie für die Grundfrequenz der Rechteckspannung vom Rechteckgenerator einen vertretbaren Widerstand aufweist. Für die Harmonischen der Grundschwingung steigt der Widerstand dieser zweiten Spule dann mit der Ordnungszahl der Harmonischen an. Die zweite Spule verhindert daher, daß die steilen Schaltflanken der Rechteckspannung zu entsprechend steilen, von den Harmonischen herrührenden Stromanstiegen führt. Diese Wirkung der zweiten Spule ist unabhängig davon, ob der Parallelschwingkreis durch galvanischen oder induktiven Anschluß einer Last bedämpft wird. Da der Parallelschwingkreis im unbelasteten, d.h. unbedämpften Zustand für die Grundfreguenz einen hohen Widerstand darstellt, sind die Leerlaufverluste des erfindungsgemäßen Sinusgenerators extrem niedrig. Mit einer Belastung des Parallelschwingkreises fällt dessen Widerstand

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für die Grundfrequenz und steigt damit der Strom in der Grundfrequenz. Dieser Strom ist aufgrund der erwähnten Wirkung der zweiten Spule gegenüber der reinen Sinusform nur unwesentlich verzerrt. Das bedeutet, daß der Strom durch die Schalt- transistoren des Rechteckgenerators entsprechend der Sinusform relativ langsam ansteigt und höhere Werte erst erreicht, nachdem die Transistoren längst den Sättigungszustand, d.h. ihre minimale Kollektorspannung angenommen haben. Auch bei Belastung ergeben sich daher nur geringe Transistorschalt- Verluste, was einen Wirkungsgrad der erflndungsgemäfien Schal tung von weit über 80 % zur Folge hat. Wegen dieses hohen Wirkungsgrads und der nahezu Oberwellenfreien Sinusspannung am Parallelschwingkreis, die entweder galvanisch, kapazitiv oder induktiv entnommen werden kann, eignet sich der erfln dungsgemäße Generator für alle denkbaren Anwendungen eines Sinusleistungsgenerators.

Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Generators läßt sich noch dadurch steigern, daß zu der Reihenschaltung aus Parallelschwingkreis und zweiter Spule noch ein zusätzlicher Konden- sator, der mit der zweiten Spule einen Reihenschwingkreis bildet, in Reihe geschaltet wird. Der Widerstand dieses Reihenschwingkreises gegenüber einem Strom seiner Resonanzfrequenz ist äußerst gering, und gegenüber Strömen aller anderen Frequenzen hoch. Wenn daher die Resonanzfrequenz des aus zwei- ter Spule und zusätzlichem Kondensator bestehenden Reihenschwingkreises der Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises entspricht, oder, wie sich zeigte, gegenüber dieser noch besser um ca. 25 bis 3o % erhöht ist, dann wird die strombegrenzende Wirkung der zweiten Spule hinsichtlich Strömen mit der Grundfrequenz aufgehoben, ohne ihre Wirkung hinsichtlich der Ströme mit höheren Frequenzen zu beeinflussen. Dabei bietet der zusätzliche Kondensator den weiteren Vorteil der Verhinderung eines Gleichstromflusses durch die Reihenschaltung der beiden Schwingkreise, was die Flexibilität hinsieht-

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licht der Ansteuerung der Reihenschaltung vom Rechteckgenerator erhöht.

Wenn ein den Parallelschwingkreis belastender Verbraucher eine Blindkomponente aufweist, führt die Belastung zu einer Ände rung der Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises. Bei einer induktiven Auskopplung wird dies schon wegen der nicht völlig vermeidbaren Steuinduktivitäten der Fall sein. Eine vorteilhafte Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Generators sieht daher vor, daß der Rechteckspannungsgenerator ei- nen auf der lastabhängigen Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises selbst^erregten Oszillator umfaßt. Die für diese Selbsterregung erforderliche Rückkopplungsspannung kann z.B. mit Hilfe einer mit der ersten Spule verkoppelten. Rückkopplungsspule erzeugt werden.

Der Rechteckspannungsgenerator besitzt vorzugsweise zwei mit ihren Kollektor-Emitterstrecken in Reihe an die Versorgungsspannungsquelle geschaltete und lückend gegenphasig angesteuerte Transistoren, wobei die Reihenschaltung aus Parallelschwingkreis und zweiter Spule bzw. Reihenschwingkreis zwi- sehen dem Verbindungspunkt der Transistoren und einem Pol einer zweipoligen Versorgungsspannungsquelle bzw. dem Nullpunkt einer geteilten Versorgungsspannungsquelle liegt. Die lückende Ansteuerung der beiden Transistoren soll sicherstellen, daß nicht beide Transistoren gleichzeitig leitend sind und die Versorgungsepannungsquelle kurzschließen. Die Länge dieser Lücke hängt davon ab, wie schnell die verwendeten Transistoren aus dem Sättigungs- in den Sperrzustand gelangen.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Generators sieht vor, daß antiparallel zur Kollektor-Emitter-Strecke jedes der beiden Transistoren eine Diode geschaltet ist. Durch diese Dioden wird der Rechteckspannungsgenerator

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für alle Stromrichtungen niederohmig. Dabei ermöglichen diese Dioden eine die Leerlaufleistungsaufnahme welter verringernde Energierückgewinnung, indem die Magnetisierungsenergie der Reihenresonanzspule von den Dioden gleichgerichtet und zum Ladekondensator zurückgeführt wird. Die Induktivität und/oder die Kapazität von zweiter Spule bzw. Kondensator des Reihenschwingkreises können abstimmbar sein, damit die optimale Resonanzfrequenz des Reihenschwingkreises eingestellt werden kann. Sofern ein nicht selbsterregter Rechteckspannungsgenerator verwendet wird, kann auch dessen Frequenz einstellbar sein.

Obwohl sich der erfindungsgemäße Generator wegen seiner geringen LeerlaufVerluste, des hohen Wirkungsgrades und der Oberwellenfreiheit von ihm abnehmbarer Spannungen oder Ströme für alle denkbaren Anwendungsgebiete eines Sinusleistungsgenerators eignet, liegt ein bevorzugtes Anwendungsgebiet in der Erzeugung eines der Übertragung elektrischer Energie dienenden Magnetfeldes. Der mit elektrischer Energie zu versorgende Verbraucher wird dabei . wenigstens, vorzugsweise nur, mit der Spule des Parallelschwingkreises magnetisch gekoppelt. Bei der erwähnten vorgeschlagenen Schaltung, die von der Reihenschaltung zweier Parallelschwingkreise Gebrauch macht, wird vorausgesetzt, daß ein induktiv anzukoppelnder Verbraucher beide Parallelschwingkreise gleichermaßen bedämpft. Da andererseits die Spulen der beiden Parallelschwingkreise gegeneinander entkoppelt sein müssen, ergeben sich sehr komplizierte Spulenformen. Bei dem erfindungsgemäßen Generator ist eine mit der Belastung des Parallelschwingkreises einhergehende Dämpfung auch des Reihenschwingkreises bzw. der zweiten Spule nicht erforderlich, so daß eine hohe Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der der Energieübertragung dienenden ersten Spule des Parallelschwingkreises besteht. Der induktiv anzuschließende Verbraucher kann beispielsweise ein zu erhitzender, metallener Gegenstand, etwa ein Kochtopf sein, der in das magnetische Wechselfeld der

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ersten Spule gebracht wird. Als Verbraucher kann jedoch auch

ein elektrisch betreibbares Gerät einschließlich eines Heizgas oder Kochgeräts verwendet werden/ eine transformatorisch mit der ersten Spule des Parallelschwingkreises koppelbare Empfangsspule besitzt. In diesem Fall ergeben sich besondere

Vorteile, wenn die Empfangsspule Teil eines Schwingkreises im Verbraucher ist,dessen Resonanzfrequenz mit der des Parallelschwingkreises übereinstimmt. Dies führt nämlich zu einer Bandfilterkopplung zwischen dem Parallelschwingkreis des Gene-Ιο rators und dem Schwingkreis des Verbrauchers, der auch bei einem relativ geringen Kopplungsfaktor eine ausreichende Energieübertragung sicherstellt.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Parallelschwingkreis als erste Spule mehrere Parallelspulen besitzt, die jeweils mit gesondertem Verbraucher zur Energieübertragung magnetisch koppelbar sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausfuhrungsform des

erfindungsgemäßen Sinusgenerators, und

Fig. 2 ein entsprechendes Schaltbild einer anderen Ausfuhr ungs form.

Gemäß Fig. 1 besteht der erfindungsgemäße Sinusgenerator aus einem Rechteckspannungsgenerator 1, an dessen Ausgangsanschlüsse 2 eine Reihenschaltung bestehend aus einem Parallelschwingkreis 3 mit einer Spule 4 und einem Kondensator 5 und einer weiteren Spule 6 angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung Ua des Generators tritt über dem Parallelschwingkreis 3 auf. Mit 7 ist ein gestrichelt dargestellter Verbraucher

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bezeichnet, der galvanisch oder kapazitiv direkt an den Reihenschwingkreis 3 angeschlossen werden kann. Dem Generator kann . aber auch durch induktive Kopplung mit der Schwingkreisspule 4 Energie entnommen und einem Verbraucher zugeführt werden.

Beispielsweise kann ein metallener Gegenstand 7', z.B. eine Pfanne oder ein Kochtopf oder dergleichen, dadurch erhitzt werden, daß er in die Näheder Spule 4 gebracht wird. Infolge der magnetischen Kopplung zwischen der Spule 4 und dem Gegenstand T werden in letzterem Wirbelstürme induziert, die die gewünschte Erwärmung hervorrufen. Der erfindungsgemäße Generator kann also als Warmhalte- bzw. Heiz- oder Kochgerät verwendet werden. Statt einen Verbraucher 7 direkt anzuschließen oder in einem Gegenstand T Wirbelströme zu erzeugen, kann dem Generator auch dadurch Leistung entnommen wer- den, daß eine nicht dargestellte Empfangsspule in das magnetische Wechselfeld der Spule 4 des Parallelschwingkreises gebracht wird, so daß sich eine Transformatorkopplung ergibt. In der Empfangsspule wird dann eine Spannung induziert, die zum Betrieb irgendeines elektrischen Geräts dienen kann, wo bei auch dieses Gerät wiederum ein Heiz- oder Kochgerät sein kann. Auf diese Weise können insbesondere, jedoch keinesfalls ausschließlich, Küchengeräte ohne galvanische Verbindung zum Netz betrieben werden.

Der Rechteckspannungsgenerator 1 besitzt zwei Transistoren 8 und 9, die mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken in Reihe zwischen zwei Speisespannungsleitungen 1o und 11 geschaltet sind. Die Leitung 1o wird von einer nicht dargestellten Spannungsquelle auf einem gegenüber Masse positiven Potential +ü_ gehalten. Die Leitung 11 wird von der Spannungsquelle auf dem gegenüber Masse negativen Potential -U_ß gehalten.

Zwischen den Leitungen 1o und 11 und Masse befinden sich jeweils Ladekondensatoren 12 bzw. 13. Die Ladekondensatoren können auch als Teil einer Spannungsverdopplerschaltung selbst die Spannungsquelle darstellen. Die Transistoren 8, 9

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werden von einer Steuerschaltung 14 so lückend im Gegentakt angesteuert, daß sichergestellt ist, daß ein Transistor erst dann leitend wird, wenn der vorher leitende Transistor seinen Sperrzustand wieder erreicht hat. Je nach Eigenschaften der verwendeten Transistoren und insbesondere der Schnelligkeit, mit der sie aus dem Sättigungszustand in den Sperrzustand zurückkehren, muß diese in der Ausgangsspannung als Lücke zwischen den positiven und den negativen Rechteckimpulsen erscheinende Zeit länger oder kürzer sein. Den Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 8 und 9 sind jeweils eine Freilaufdiode 15 bzw. 16 antiparallel geschaltet. Durch diese Freilaufdioden wird der Rechteckspannungsgenerator 1 in jedem der Gegentaktzweige für Ströme beider Richtungen niederohmig.

Ein Rechteckspannungsgenerator wird deshalb verwendet, weil bei ihm die als Leistungsverstärker dienenden Transistoren 8 und 9 im Schalterbetrieb arbeiten und daher die Bereiche hoher Verlustleistung während der Schaltvorgänge schnell durchlaufen. Eine weitere Voraussetzung zur Verringerung der Schaltverluste in den Transistoren 8 und 9, die einen großen Einfluß auf den Wirkungsgrad und die Leerlaufleistungsaufnahme des Generators haben, ist, daß der Stromfluß durch die Transistoren während der Schaltvorgänge möglichst niedrig ist. Diese Voraussetzung kann als erfüllt angesehen werden, wenn der Strom durch die Transistoren einen Sinusverlauf hat, der mit der an den Transistoren auftretenden Rechteckspannung in Phase ist. Der Strom erreicht dabei nämlich erst dann höhere Werte, wenn der jeweilige Transistor beim Einschaltvorgang längst den Sättigungszustand erreicht hat, bei dem nur noch die geringe Kollektor-Emitter-Restspannung an ihm anliegt. Würde man den Parallelschwingkreis 3 direkt mit den Ausgangsanschlüssen 2 des Rechteckspannungsgenerators 1 verbinden, dann ließe sich ein sinusförmiger Stromverlauf nicht erreichen. Wenn die Resonanzfrequenz des Parallel-

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Schwingkreises 3 mit der Grundfrequenz der Rechteckspannung des Rechteckspannungsgenerators 1 übereinstimmt, dann stellt der Schwingkreis, zumindest im unbelasteten Fall, für diese Grundfreguenz zwar einen hohen Widerstand dar, der sich natürlich mit zunehmender Belastung verringert. Die Rechteckspannung enthält jedoch bekanntermaßen neben der Grundschwingung Harmonische, deren höherfrequente umso stärker sind, je steiler die Flanken der Rechteckspannung sind. Für diese Harmonischen überwiegt der kapazitive Anteil des Parallelschwing-kreises 3, d.h. für diese Frequenzen st eilt der Kondensator 5 praktisch einen Kurzschluß dar. Dieser Kurzschluß hätte einen von der Sinusform völlig abweichenden steilen Anstieg des Stroms im gerade eingeschalteten Transistor zur Folge. Daraus würden sich in den Transistoren in Wärme umgesetzte Verluste ergeben, die sowohl eine hohe Gleichstromleistungsaufnahme des Generators bei unbelastetem Parallelschwingkreis 3 (LeerlaufVerluste) als auch einen schlechten Wirkungsgrad im Belastungsfall zur Folge hätten.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß in Reihe mit dem Parallelschwingkreis 3 eine weitere Spule 6 geschaltet ist. Diese Spule 6, deren Induktivität so bemessen ist, daß sie für die Grundfrequenz der Rechteckspannung keine ins Gewicht fallende strombegrenzende Wirkung hat, stellt für die in der Rechteckspannung enthaltenen Harmonisehen einen hohen Widerstand dar und verhindert so einen steilen Stromanstieg während des Einschaltvorgangs der Transistoren. Die zusätzliche Spule 6 sorgt somit dafür, daß der Stromverlauf tatsächlich sinusförmig ist und sich die Verlustleistungen entsprechend vermindern. Dies hat außerdem zur Folge, daß die Ausgangsspannung Ua geringe Verzerrungen aufweist und sich der Generator daher für viele Anwendungsfälle, beispielsweise zur Ultraschallerzeugung, ausgezeichnet eignet. Die in der zusätzlichen Spule 6 entstehenden Blindströme werden über die Dioden gleichgerichtet den

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Ladekondensatoren zurückgeführt.und ermöglichen so eine Rückgewinnung der Magnetisierungsenergie und damit eine weitere Verringerung der Leerlaufleistungsaufnähme.

Jede der oben aufgezählten Möglichkeiten einer Energieentnähme aus dem Generator läßt eich auf den äquivalenten Fall eines zum Parallelschwingkreis 3 parallel geschalteten Dämpfungswiderstand; (entsprechend dem Widerstand 7) zurückführen. Je höher die Belastung ist, desto kleiner wird der äquivalente Parallelwiderstand und umso stärker wird die Dämpfung des Parallelschwingkreises 3. Eine Bedämpfung des Parallelschwingkreises 3 durch einen angeschlossenen Verbraucher hat eine Abflachung der Resonanzkurve zur Folge. Durch die Wirkung der zusätzlichen Spule 6, die die Oberwellen blockiert, hat dies beim erfindungsgeraäßen Generator jedoch keinen nennenswerten Einfluß auf die Sinusform des dem Rechteckspannungsgenerator entnommenen Stroms.

FUr den Fall der induktiven Ankopplung eines Verbrauchers an den Sinusgenerator findet eine Induktive Kopplung vorzugsweise nur mit der Spule 4 des Parallelschwingkreises 3 statt. Obwohl auch die Spule 6 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, ergibt sich keine Verbesserung, wenn ein Verbraucher gleichzeitig mit beiden Spulen 4 und 6 gekoppelt wird. Hierdurch ergeben sich nur Probleme hinsichtlich der Ausgestaltung der Spulen 4 und 6, die vorzugsweise gegeneinander entkoppelt sein sollen.

Bei bekannten Induktionsheizgeräten werden hohe Leerlaufverluste mit Hilfe eines sogenannten Lastdetektors vermieden, der das Vorhandensein oder Fehlen eines Verbrauchers prüft. Stellt der Lastdetektor fest, daß mit der Induktionsspule kein Verbraucher magnetisch gekoppelt ist, daß also der Leerlauffall vorliegt, dann bewirkt er über eine entsprechende

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Steuerschaltung, daB die Ansteuerung des die Induktionsspule speisenden Wechselrichters zurückgenommen wird. Das führt zu einem erheblichen Schaltungsaufwand, der infolge der geringen Leerlaufleistungsaufnahme beim erfindungsgemäßen Sinusgenerator nicht erforderlich ist. Eine Steuerung der abgegebenen Leistung läßt sich bei dem beschriebenen Sinusgenerator beispielsweise durch eine Änderung des Kopplungsfaktors zwischen dem Verbraucher und der Spule 4 oder der Speisespannung ü_ durchführen. Es ist ferner möglich, daß die Spule 4 des Parallelschwingkreises aus mehreren parallel geschalteten Spulen besteht, die jeweils gesondert mit einem anderen Verbraucher zur Übertragung elektrischer Energie magnetisch bzw. induktiv gekoppelt werden können.

In Fig. 2 ist eine andere AusfUhrungsform des erfindungsgemässen Sinusgenerators dargestellt. Die Teile, die in Fig. 2 Teilen von Fig. 1 entsprechen, sind mit derselben Bezugszahl bezeichnet. Eine Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 2 gegenüber derjenigen von Fig. 1 besteht darin, daß statt der Speisung mit einer positiven und einer negativen Spannung von einer geteilten Spannungsquelle eine einpolige Spannungsquelle verwendet wird. Dadurch entfällt der Kondensator 13. Eine weitere Abwandlung besteht darin, daß ein Kondensator in Reihe mit dem Parallelschwingkreis 3 und der Spule 6 geschaltet ist. Die Spule 6 und der Kondensator 17 bilden einen Reihenschwingkreis. Es sei darauf hingewiesen, daß die beiden Veränderungen der Ausführungsform von Fig. 2 gegenüber derjenigen von Fig. 1 unabhängig voneinander sind, so daß der Kondensator 17 beispielsweise auch in Verbindung mit der Ansteuerung durch eine geteilte Spannungsquelle gemäß Fig. 1 eingesetzt werden kann.

Wenn die Kapazität des Kondensators 17 und. die Induktivität der Spule 6 so aufeinander abgestimmt sind, daß sich eine bestimmte Resonanzfrequenz des Reihenschwingkreises ergibt, dann kann die anhand von Fig. 1 erläuterte vorteilhafte

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Wirkung der Spule 6 noch weiter verbessert werden. Der Reihenschwingkreis stellt für seine Resonanzfrequenz einen geringeren Widerstand dar, als die Spule 6 allein bei derselben Frequenz. Wenn die Resonanzfrequenz des Reihenschwingkreises daher der Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises 3 im wesentlichen entspricht, dann hat der Reihenschwingkreis auf Ströme der mit dieser Resonanzfrequenz Übereinstimmenden Grundfrequenz der Rechteckspannung praktisch keinen Einfluß mehr.Dabei wird die Wirkung der Spule 6 bezüglich der in der Rechteckspannung enthaltenen Oberwellen durch den Kondensator 17 in keiner Weise beeinträchtigt, sondern sogar noch gesteigert. Die Wirkung der Spule 6 kann z.B. dadurch erhöht werden, daß ihre Induktivität verglichen mit der Ausführungsform von Fig. 1 vergrößert wird. Diese Vergrößerung der Induktivität ist deshalb möglich , weil die Spule 6 als Teil des Reihenschwingkreises auf die Grundwelle keinen Einfluß hat. Untersuchungen haben ergeben, daß optimale Ergebnisse bei der Ausführungsform von Fig. 2 erzielt werden, wenn der Reihenschwingkreis nicht genau auf die Frequenz der Grundwelle und damit die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises abgestimmt ist, sondern gegenüber dieser Frequenz um ca. 25 bis 3o % verstimmt, vorzugsweise erhöht ist. Die Ursache hierfür kann vielleicht in einer gegenseitigen Beeinflussung der beiden Schwingkreise liegen.

Bei der gemäß Fig. 2 gewählten Form der Gleichstromspeisung des Sinusgenerators bringt der Kondensator 17 neben den bereits genannten Vorteilen den weiteren Vorteil, daß er einen Gleichstromfluß durch die Reihenschaltung der Schwingkreise verhindert, dafür allerdings auch gleichspannuagsbelastet ist.

Abgesehen von den erwähnten Änderungen ist die grundsätzliche Wirkungsweise der in Fig. 2 gezeigten Schaltung die gleiche, wie sie in Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurde. Messungen an einer gemäß Fig. 2 praktisch realisierten Ausführungsform der Erfindung ergaben Leerlaufleistungen in der Größenord-

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nung von ca. 3 bis 4 % der Vollastleistung. Im Lastbetrieb wurden Wirkungsgrade von weit über 80 % erreicht. Dabei ist die Erwärmung der Transistoren 8 und 9 infolge ihrer geringen Verlustleistungen vergleichsweise niedrig, so daß nur ein geringer Kühlungsaufwand erforderlich ist. Der nahezu oberwellenfreie Sinusverlauf der Ausgangsspannung Ua sichert dem erfindungsgemäßen Sinusgenerator in Verbindung mit dem geringen Schaltungsaufwand über das Induktions-Heizgerät hinaus ein weites Anwendungsfeld.

Zur Erzielung der Übereinstimmung zwischen der Grundfrequenz der Rechteckspannung vom Rechteckspannungsgenerator 1 und der Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises 3 kann die Steuerschaltung 14 des Rechteckspannungsgenerators 1 einen auf der Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises 3 selbst^erregten Oszillator enthalten. Die Selbsterregung kann in üblicher Weise durch Rückkopplung eines Teils der Schwingkreisspannung auf den Oszillator erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, den Rechteckspannungsgenerator 1 mittels eines fremderregten Oszillators zu betreiben, dessen Frequenz einstell- bar sein kann. Die optimale Resonanzfrequenz des Reihenschwingkreises ist leicht einstellbar, wenn die Spule 6 und/ oder der Kondensator 17 abstimmbar sind.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Sinusgenerators zur Erzeugung eines der übertragung elektrischer Energie dienenden Magnetfeldes, die in einer Empfangsspule dee angeschlossenen Verbrauchers aufgenommen wird, hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Empfangsspule des Verbrauchers Teil eines Schwingkreises ist, dessen Resonanzfrequenz mit derjenigen des Parallelschwingkreises 3 übereinstimmt. In diesem Fall läßt sich eine Energieübertragung bei kleineren Kopplungsfaktoren, d.h. über größere Entfernungen erzielen.

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Patentansprüche

,'' 1. /Sinusleistungsgenerator, bei dem ein Parallelschwingkreis ^v -— mit einer ersten Spule an einen Rechteckspannungsgenerator angeschlossen ist, dessen Grundfrequenz auf die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises abgestimmt ist, wobei die Ausgangsspannung an der ersten Spule abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Parallelschwingkreis (3) eine zweite Spule (6) in Reihe geschaltet ist.
2. Sinusleistungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß mit dem Parallelschwingkreis (3) ein die zweite Spule (6) und einen zusätzlichen Kondensator (17) umfassender Reihenschwingkreis in Reihe geschaltet ist.
3. Sinusleistungsgenerator nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Reihenschwingkreises (6, 17) im wesentlichen der des Parallelschwingkreises (3) entspricht.
4. Sinusleistungsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Resonanzfrequenz dee Reihenschwingkreises (6,17) um ca. 25 bis 3o % gegenüber der des Parallelschwingkreises (3) verstimmt, vorzugsweise erhöht ist.
5. Sinusleistungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Rechteckspannungsgenerator (1) einen auf der lastabhängigen Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises (3) selbst_werregten Oszillator umfaßt.

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6. Sinusleistungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Rechteckspannungsgenerator (1) zwei mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken in Reihe an die Versorgungsspannungsquelle geschaltete und lückend gegenphasig angesteuerte Transistoren (8, 9) umfaßt und daß die Reihenschaltung aus Parallelschwingkreis (3) und zweiter Spule (6) bzw. aus Parallelschwingkreis und Reihenschwingkreis zwischen dem Verbindungspunkt der Transistoren und einem Pol einer zweipoligen Spannungsquelle bzw. dem Nullpunkt einer geteilten Spannungsquelle liegt.
7. Sinusleistungsgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß antiparallel zur Kollektor-Emitter-Strecke jedes der beiden Transistoren (8) 9) eine Diode (15, 16) geschaltet ist.
8. Sinusleistungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz des Rechteckspannungsgenerators (1) einstellbar ist.
9. Sinusleistungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Spule (6) und/oder der Kondensator (17) des Reihenschwingkreises abstimmbar sind.
10. Sinusleistungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Verbraucher ein zu erhitzender, metallener Gegenstand, z.B. ein Kochtopf oder dergleichen ist.
11. Sinusleistungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Verbraucher ein elektrisch betreibbares Gerät einschließlich eines Heizgeräts ist, das eine transformatorisch mit der Spule (4) des Parallelschwingkreises (3) koppelbare Empfangs-

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spule besitzt.
12. Sinusleistungsgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangsspule Teil eines Schwingkreises im Verbraucher ist, dessen Resonanzfrequenz mit der des Parallelschwingkreises (3) überein-· stimmt.
13. Sinusleistungsgenerator nach einem der Ansprüche 1o bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Spule (4) des Parallelschwingkreises (3) aus mehreren parallelen Spulen zur jeweils gesonderten Energieübertragung mittels magnetischer Kopplung besteht.
14. Sinusleistungsgenerator nach einem der Ansprüche 1o bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Verbraucher nur mit der Spule (4) des Parallelschwingkreises magnetisch gekoppelt ist.

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