DE2653871C2 - Anordnung zur Erzeugung von Wechselspannung mit einem Asynchrongenerator - Google Patents

Description

— in beiden Richtungen stromleitende steuerbare Schalter (43-48)

— eine Hilfssteuerschaltung (58, 101) zur Erzeugung einer einstellbaren und von der ersten Steuerfrequenz (f·) unterschiedlichen zweiten Steuerfrequenz (fi) und

— eine zweite logische Schaltung (57), deren Ausgänge mit den Steuerklemmen der Schalter (43—48; verbunden sind und deren Eingänge mit den Ausgängen der tasten logischen Schaltung (30) und mit dem Ausgang der Hilfssteuerschaltung (58, 10!) verbur. :en sind, derart, daß die zweite logische Schaltung (57) die auf seine Eingänge gegebenen Ausgangssignale der Steuerschaltung (30, 32) bei einem ersten Signalpegel der Hilfssteuerschaltung (58,101) direkt und bei einem zweiten Signalpegel der Hilfssteuerschaltung (58, 101) invertiert an die Schaltersteuerklemmen anlegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite logische Schaltung (57) für jedes Schalterpaar (43,44 bzw. 45,46 bzw. 47,48) ein exklusives ODER-Glied (76 bzw. 77 bzw. 78) aufweist und die einen Eingänge dieser exklusiven ODER-Glieder (76, 77, 78) mit den Ausgängen der Steuerschaltung (30, 32) verbunden sind, während ihre zusammengeschalteten zweiten Eingänge mit so dem Ausgang der Hilfssteuerschaltung (58,101) verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hilfssteuerschaltung (58,101) und die zweite logische Schallung (57) eine Sperrschaltung (96) geschaltet ist, deren Aktivierungsklemme (95) über ein Verzögerungsglied (94), dessen Periode größer als die Abschaltzeit (T) der Schalter (43—48) ist, mit dem Ausgang (31) eines Oszillators (32) der Steuerschaltung (30,32) verbun- t,o den ist, welcher zugleich auf einen Ringzähler (85) der Steuerschaltung arbeitet, dessen Ausgange die Ausgänge der Steuerschaltung (30,32) darstellen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode des Ver/.ögerungsgliedes t5 (94) einem Mehrfachen der Abschallzeit (T) der Schalter (43—48) entsprich! und zwischen den Oszillator (32) und den Ringzähler (35) ein weiteres Verzögerungsglied (93) mit erheblich kleinerer Periode, vorzugsweise der Hälfte der Periode des ersten Verzögerungsgliedes (94) angeordnet ist

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkreis (96) ein Flip-Flop (99, 100) und den Steuerklemmen desselben vorgeschaltete NAND-Glieder (97,98) aufweist und daß die einen Eingänge der letzteren mit deir> ersten Verzögerungsglied (94) verbunden sind, während die zweiten Eingänge der NAND-Glieder (97, 98) mit den beiden Ausgängen eines Frequenzhalbierers (101) verbunden sind, welcher eingangsseitig mit einem Oszillator (58) dor Hilfssteuerschaltung verbunden ist.

6. Anordnung zur Erzeugung von Wechselspannung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von mehreren phasenverschobenen Wechselspannungen der Asynchrongenerator (130) eine Mehrzahl eng gewickelter Wicklungssätze aufweist, daß an jeden Wicklungssaiz eine Schalteranordnung (42a. 42b, 42c) mit jeweils einer Steuerschaltung (30, 32), jeweils einer zweiten logischen Schaltung (57) und einer Hilfssteuerschaltung (58, 101) angeschlossen ist, und daß die ersten Sammelschienen der Schalteranordnungen (42a, 42Z>, 42c) zu einer gemeinsa/nen Leitung (136) zusammengeschaltct sind, während die zweiten Sammelschienen mit Ausgangsleitern (135,137,138) verbunden sind.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Wechselspannung mit einem Asynchrongenerator gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmalen.

Bei einer derartigen bekannten Anordnung (DE-OS 23 05 251 bzw. US-PS 38 29 758) whd eine stabile Asynchronmaschine als Generator verwendet, um Wechselspannung variabler Amplitude und im wesentlichen der Generatordrehzahl entsprechender Frequenz sowie eine Gleichspannung variabler Höhe zu erzeugen. Um eine konstante Frequenz unabhängig von der Generatordrehzahl zu erzielen, kann die Schaltfrequenz eines Wechselrichters moduliert werden, um eine Wechselspannung von einer Frequenz zu erhalten, die von der Generatordrehzahl unabhängig ist, jedoch erheblich niedriger sein muß als die Betriebsfrequenz des Generators. Dies kann nachteilig sein, da die erforderliche Generatorfrequenz sehr hoch werden kann und das gesamte Magnetfeld des Asynchrongenerators moduliert wird, so daß die Erzeugung von mehrphasigen Wechselspannungen getrennte Magnetkreise erfordert. Dann wären zur Erzeugung von Drehstrom drei Asynchrongeneratoren erforderlich.

Es sind ferner Direktumrichter bekannt (Heumann-Stumpe, Thyristoren, 1970, S. 219), bei denen zu beliebigen Zeitpunkten zwischen den Phasen hin- und hergeschaltct werden kann, um eine Wechselspannung entsprechend vorgegebener Steuerfrequenz zu erhalten. Der Verlauf der auf den Sammelschienen anstehenden Spannungen ergibt sich durch entsprechendes Umschalten der antiparallelen Thyristoren.

Ausgehend von dem eingangs erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß der DE-OS 23 05 251 derart auszubilden, daß der Asynchrongenerator eine Wechselspannung einstellbarer Amplitude und einstellbarer von der

Generatordrehzahl unabhängiger Frequenz erzeugt

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Damit können mehrphasige Ausgangsspannungen mit einem herkömmlichen Asynchrongenerator erzeugt werden. Die Arbeitsfrequenz der Schalter wird mit einer ersten Frequenz f\ geregelt, um die Amplitude der an den Sammelschienen anliegenden Gleichspannung zu regeln. Ferner werden die in beiden Richtungen stromleitenden steuerbaren Schalter mit einer zweiten Frequenz h derart geschaltet, daß die an den Sammelschienen anliegende Ausgangsspannung umgepolt wird. Dadurch liegt an den Sammelschienen eine Wechselspannung an, deren Frequenz unabhängig von der Drehzahl des Asynchrongenerators steuerbar ist und deren Amplitude unabhängig sowohl von der Drehzahl des Asynchrongenerators als auch von Laständerungen steuerbar ist

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Die Zeichnungen, in welche gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente bezeichnen, zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Schalteranordnung mit Asynchrongenerator,

Fig.2a—2f vereinfachte Darstellungen zur Erklärung der Erfindung;

Fig.3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schalteranordnung,

Fig.4a—4d mehrere Ausführungsformen für in beiden Richtungen stromleitende Schalter,

Fig.5 ein Blockschaltbild der zweiten logischen Schaltung;

F i g. 6 eine weitere Ausführungsform der Schalteranordnung und

Fig.7 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels.

Die Anordnung der F i g. 1 entspricht im allgemeinen der der Fig 6 in der vorstehend zitierten US-Patentschrift 38 29 758. Nach F i g. 1 wird eine Asynchronmaschine 20 über eine Eingangswelle 21 mit einer Drehfrequenz ω_ο angetrieben und ist über ihre Ausgangsanschlüsse und Leitungen 22,23 und 24 an eine Schalteranordnung 18 angeschlossen, die aus einem herkömmlichen Wechselrichter mit zwei Samirelschienen 25, 26, sechs einzelnen Schaltern Ai-C₂ und zwei in jeder Phase geschalteten Dioden 27a, 28a bestehen kann, wobei die Dioden bei abgeschalteten Schaltern A\ — C₂ den Rückfluß von Energie erleichtern oder den Fluß von Blindstrom gestatten. Obwohl sie als einfache mechanische Schalter dargestellt sind, sind die Schalter A\ — C₂ im allgemeinen Thyristoren oder andere Leistungshalbleiter, um den Fluß in einer Richtung strömen zu lassen, wenn sie durch ein Steuersignal angesteuert werden. Die Polwendekreise für die Schalter A₁-C₂ sind nicht gezeigt, da sie in der Technik allgemein bekannt sind. Die Steuersignale gelangen an eine erste logische Schaltung 30, die ein allgemein bekannter herkömmlicher Ringzähler sein kann, der seinerseits durch von einem Oszillator 32 über eine Leitung 31 anliegende Taktimpulse gesteuert werden kann, wobei der Oszillator 32 eine Einstellung 33 besitzt (wie einen Knopf zur mechanischen Verstellung eines Potentiometerschleifers), um die Frequenz von an die logische Schaltung gelangenden Taktimpulsen zu steuern und damit die Schaltfrequenz der Schalteranordnung 18. Zwischen den Sammelschienen 25, 26 liegt ein Kondensator 34. Durch Regelung der Schaltfrequenz der Schalter gegenüber der mechanischen Antriebsf ''luenz a>_a wird bei dieser Anordnung eine Wechselspannung an die Ausgangsleitungen 37—39 und eine Gleichspannung über Leitungen 35,36 an eine Glcichstromlast 40 abgegeben.

Wenn es bei der gegebenen Gleichspannung an den Leitungen 35,36 der F i g. 1 möglich wäre, die Anschlüsse der beiden Ausgangsleitungen umzupolen, so daß die umgekehrte Polarität an der Last 40 anliegt kann der Last eine Wechselspannung zugeführt werden. In einem allgemeineren Sinne ist dies dadurch möglich, daß einfach vier Schalter Si-S₄ der Fig. 2a zugeschaltet werden. Liegt eine Gleichspannung von einer Polarität am Kondensator 34 an, und sind die Schalter Si, S₂ geschlossen, gelangt eine Spannung der gleichen Polarität an die Last. Bleibt die Polarität der am Kondensator 34 anliegenden Spannung gleich und sind die Schalter Si, S₂ offen und die Schalter S3, S« geschlossen, wird die an die Last gelangende Spannung umgepolt Daher läßt sich eine Schalteranordnung schaffen, bei welcher die an den Sammelschienen erzeugte Gieichsp^nung wirksam umgepolt wird, um eine Last mit einer Wjrkwechseispannung zu beaufschlagen. Es wäre jedoch vorzuziehen, wenn die Umkehr der Spannungspolarität ohne Umschalten der Lastströme erreicht werden könnte, nämlich durch entsprechende Regelung des Ein- und Ausschaltens der Schalter A\ — C₂ in der Schalteranordnung 18. Daher führt die Untersuchung bekannter Einrichtungen, wie die in F i g. 1 gezeigte, zur Erfindung, zu der auch der Schluß gehört, daß die Schalter Ai-C₂ nicht nur mit einer ersten Frequenz /Ί zur Regelung der

:*o Amplitude der Ausgangsspannung auf den Leitungen 35,36 betrieben werden können, sondern auch mit einer zweiten Frequenz /j zur Abgabe einer Ausgangswechselspannung an die Last.

Zur näheren Erläuterung der Arbeitsweise der Erfindung sei zunächst die in Fig.2b gezeigte Anlage betrachtet. Danach arbeitet ein als Halbleiter-Sinuswellenerzeuger ausgelegter Einphasengenerator 19 Zusammen mit einem einzigen Einphasenbrückenwechselrichter, der aus echten Leistungsschaltern Ss-Sa besteht.

Wenn die Schalter mit der Generatorspannung synchron laufen sollen, so daß S5 und Sa schließen, wenn die Generatorspannung die durch die Vorzeichen über dem Generator angezeigte Polarität besitzt uid & sowie S7 schließen, wenn die Generatorspannung die unteren Vorzeichen besitzt, dann liegt eine gleichgerichtete Sinusspannung an den Sammelschienen 25a, 26a an, wie aus den ersten drei Halbperioden der Fig.2c hervorgeht. Wenn sich am Ende der dritten Halbperiode die Synchronisierung ändert, so daß Ss und Sa schließen, wenn die Polarität der Generatorspannung die unten stehenden Vorzeichen annimmt, und auch Se und S7 schlieueii, wenn die Polarität der Spannung die Vorzeichen über dem Generator annimmt, dann liepit eine Ausgangsspannung von der Form der letzten drei Halbperioden der F i g. 2c an. Somit wurde praktisch eine an den Lastklemmen anliegende Wechselspannung erzeugt. Diese Wechselspannung besitzt einen Grundfrequenzanteil, der in diesem Falle ein Drittel der Frequenz der Generatorspannung ist. Natürlich läßt sich die Syn-

to chronisierung auch zu einem anderen Zeitpunkt als am Ende einer Halbperiode der Generatorspannung verändern. F i g. 2d zeigt den Fall, in welchem eine Phasenumkehr nach einer Zei.spanne erfolgt, welche gleich ist 2,5 Perioden der Ansgangsfrequenz. Somit kann durch

b5 eine Phasenumkehr der Schaltfolge in einer Frequenz Z₂ die Ausgangsspannung der Frequenz /i an der Last mit einer Frequenz Z₂ anliegen.

Diese Einrichtung kann ic Zusammenhang mit dem

Asynchrongenerator durch Regelung der Grundarbeitsfrequenz /Ί des Wechselrichters verwendet werden, um den Generatorbetrieb wie in der anhand der F i g. I beschriebenen Anlage aufrecht zu halten, wobei ein zusätzlicher Oszillator und eine logische Schaltung vorgesehen sind, damit die Phasenumkehr bei der Ausgangs-Sollfrequenz /j auftrete. Besteht die Grundschaltung aus einem Dreiphasenwechselrichter, dann würde die Last praktisch einen umgeschalteten Gleichspannungspegel erkennen und somit eine Rechteckwelle der Ausgangsspannung. Wenn Impulslängenmodulationsverfahren (PDM) zur Phasenumkehr verwendet werden, kann die Ausgangswellenform nach allgemein bekannten Verfahren geformt und gesteuert werden.

Die Grundschaltung kann anhand der vereinfachten F i g. 2e und 2f näher erläutert werden. Es sei angenommen, daß die Schalter der Anlage in den in Fi g. 2c gezeigten Stellungen stehen, wobei die Schalter A\, Bj und Ci geschlossen und die anderen Schalter offen sind. Diese Stellungen der Schalter werden durch Signale der logischen Schaltung 30 in Abhängigkeit von Taktsignalen mit einer Frequenz /Ί vorgegeben, um die Amplitude der Gleichspannung an den Sammelschienen 25, 26 zu erhalten. Wenn die Stellungen der Schalter auf irgendeine Weise verstellt werden können, ehe ein anderer Impuls mit der Frequenz f\ anliegt, um eine Änderung der Schalterstellungen zu bewirken, so daß die geschlossenen Schalter der Fig.2e offen sind (Fig.2f). und die offenen Schalter der F i g. 2e wie in F i g. 2f geschlossen sind, dann wird die an den Sammclschicnen anliegende Spannung umgepolt, und die Last nimmt diese umgepolte Spannung wahr. Somit ist es offensichtlich, daß die zweite Schaltfrequenz /j gleichzeitig mit den Schaltimpulsen der ersten Frequenz /Ί verwendet werden kann, um sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der an den Leitungen 25,26 anliegenden Spannung zu regeln.

Nach Fig.3 ergibt sich eine gesteuerte, durch die Wellenform 41 dargestellte Ausgangswechselspannung von den herkömmlichen Sammelschienen 25, 26 einer abgeänderten Schalteranordnung 42. Die Schalter 43—48 unterscheiden sich von herkömmlichen Thyristoren oder Schaltern At-Ci der Fig. 1 dadurch, daß jeder Schalter 43—48 in beiden Richtungen stromleitend ist, wenn er durch einen Zünd- oder Auslöseimpuls durchgesteuert wird. Bei Verwendung von Thyristoren muß eine erzwungene Kommutierung für die Thyristoren vorgesehen werden. Diese Kommutierung ist nicht erforderlich, wenn Leistungstransistoren oder andere Ausiösesperrschalter (GPO) als Schalter dienen. Die normalen Lastanschlüsse der Schalter sind über Leitungen 22—24 an die Ausgangsklemmen der Asynchronmaschine 20 geführt, die nach wie vor mechanisch über die Welle 21 angetrieben wird. Ein Kondensator 50 in Fig.3 ist mit einem anderen Bezugszeichen als der Kondensator 34 der F i g. 1 versehen, da seine Abmessungen viel kleiner sind, und er für die einwandfreie Durchführung nicht erforderlich ist, wenn eine Dreiphasenmaschine 20 verwendet wird. Der Kondensator 50 ist nur bei einer einphasigen Asynchronmaschine erforderlich, und wenn ein Zweig (Bauteile 47,48) der Schalteranordnung entfällt. Diese Anordnung gehört nicht zu den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, da die Wellenform der Ausgangsspannung an den Sammelschienen weniger zweckmäßig ist. Bei der bevorzugten Dreiphasenmaschine der Fig.3 dient der kleine Kondensator 50 zur Glättung der durch die Wellenform 41 dargestellten Ausgangsspannung, die über die Sammelschienen 25, 26 und die Leitungen 35, 36 zur Erregung der Wechsclspannungslast 51 geleitet wird, wobei die Wechselspannungslast eine induktive Last wie ein Motor oder eine beliebige andere Wechstlstromlast sein kann. Eine Anlaufschaltung 62 zeigt eine Batterie 62<i und einen Schalter 62b als ein Mittel zur Energieversorgung während des Starts der Maschine. Dem Fachmann ist bekannt, daß andere Mittel wie Remanenz oder eine Kondensatorentladung ebenfalls für den Anlauf verwendet werden können.

ίο Insbesondere ist eine erste logische Schaltung 30 vorgesehen, um Zündimpulse abzugeben, die normalerweise zur Anschallsteuerung der Schalter 43—48 mit einer Frequenz /Ί verwendet werden, um die elektrische Eigenfrequenz der Asynchronmaschine zu liefern und damit die Amplitude der auf den Leitungen 35, 36 anliegenden gesteuerten Wechselspannung zu regeln. Die logische Schaltung 30 der F i g. 3 besitzt nur drei Ausgangsklemmen, was anhand der F i g. 5 nachstehend näher erläutert wird. Wie vorstehend, wird die ersic lögisehe Schaltung 30 der F i g. 3 durch einen ersten Oszillator 32 geregelt, der so geschaltet ist, daß er Taktimpulse mit einer Frequenz f\ zur Regelung der Arbeitsweise der logischen Schaltung abgibt. Die Darstellung der F i g. 3 unterscheidet sich etwas darin, daß die Anordnung 33 zur Regelung der Ausgangsfrequenz des Oszillators als externe Vergleichsschaltung gezeigt ist, an welcher über eine Leitung 52 ein Bezugssignal von einer Bezugsgiäercinheit wie einem Potentiometer 53 her anliegt, und ein zweites Eingangssignal über eine andere ίο Leitung 54 von einem nicht gezeigten Gleichrichter anliegt, der an die Leitungen 35,36 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal für die Vergleichsschaltung 33 liegt dann an einer Leitung 55 zur Regelung der Grundfrequenz f\ der Impulse an, die vom Oszillator 32 an die logische Schaltung 30 abgegeben werden.

Ferner ist eine zweite logische Schaltung 56 vorgesehen, wc-iehe sowohl eine Steuerschaltung 57 und einen zweiten Oszillator 58 umfaßt. Die Steuerschaltung 57 liegt zwischen der ersten logischen Schaltung 30 und den einzelnen Schaltern 43-48. Der zweite Oszillator 58 umfaßt ein einstellbares Bauteil 60 zur Regelung der Stcuerfrequenz f₂ der an einer Leitung 61 anliegenden Ausgangsimpulse, um die Schaltung 57 anzusteuern (und damit die Phasenumkehr oder die Frequenz der Wechselspannung auf den Leitungen 35, 36 zu regeln). Somit wird die Steuerschaltung 57 nicht nur in Abhängigkeit des vom zweiten Oszillator 58 mit einer Frequenz /j abgegebenen Impulses, sondern auch in Abhängigkeit von der vom ersten Oszillator 32 abgegebenen so Steuerfrequenz Λ über die logische Schaltung 30 geregelt. Somit regeln die einzelnen durch die Steuerschaltung 57 abgegebenen Auslöseimpulse die Ansteuerung der Schalter 43—48. Diese spezielle Anordnung ergibt eine gesteuerte Wechselspannung auf den herkömmlichen Sammelschienen 25, 26 des Wechselrichters zur Beaufschlagung der Wechselstromlast 51.

Man erkennt, daß der Ausdruck »Wechselrichter« zur Kennzeichnung der durch das Bezugszeichen 42 der F i g. 3 dargestellten Anordnung verwendet wird, selbst wenn mit dieser Schalteinrichtung keine Wechselrichterfunktion erzielt wird Das heißt die Schaltung arbeitet nicht in klassischer Weise dadurch, daß sie durch eine Gleichspannungsdifferenz zwischen den Sammelschienen 25,26 erregt wird und an die Leitungen 22, 23 und 24 eine Ausgangswechseispanr.ur.g abgibt. Anstatt dessen liegt an den Leitungen 22—24 eine Wechselspannung als Ergebnis des Betriebes der Asynchronmaschine 20 an. und wenn die Einrichtung durch den Betrieb

der zweiten logischen Schaltung 56 in Verbindung mit den herkömmlichen Bausteinen 30 und 32 richtig durchgesteuert wird, bewirkt sie die Kr/cugung einer Wechselspannung an den Sammcischicncn 25,26.

Zwischen der herkömmlichen Einrichtung der F i g. 1 und der Anordnung der F i g. 3 bestehen zwei Hauptunterschi .<-«. Insbesondere sind die Schalter 43—48 echte Zweiwcgeschalter zur Durchsleucrung von Strom in beiden Richtungen bei geschlossenem Schalter, im Gegensatz zu den herkömmlichen Thyristoren oder gesteuerten Halbleitergleichrichtern, wie sie als Schalter A\ — C₂ in Fig. I gezeigt sind. Die einzelnen Schalter 43—48 können aus einer Vielzahl verschiedener Typen einzelner Schaltungsanordnungen bestehen, von denen einige in den Fig. 4a—4d dargestellt sind. F i g. 4a zeigt einen zwischen den Leitungen 74 und 75 angeordneten Schalter 63, dessen Aufgabe darin besteht, bei angesteuertem Thyristor 64 Ström zwischen diesen beiden Leitungen zu leiten, und zwar unabhängig von der Polarität der Spannungsdifferenz, die dann zwischen den Leitungen 74 und 75 herrscht. Dem Fachmann ist es klar, daß die Diodenbrückenschaltung 65—68 in Verbindung mit dem Thyristor 64 den Strom in beiden Richtungen durchläßt, wenn der Thyristor 64 angesteuert ist.

Bauteile 120—126 der Fig.4a zeigen einen Zwangskommutierungskreis. Vor der Anschaltung des Hauptthyristors 64 wird ein Thyristor 122 zur Aufladung eines Kondensators 120 aus einer Batterie 126 angesteuert. Wenn dann der Thyristor 64 angeschaltet wird, kehrt sich d.c Ladung des Kondensators 120 um (über 64,123 und 121). Wenn dann der Thyristor 64 kommutieren soll, schaltet der Thyristor 122 durch. Dadurch wird wieder die Ladung von 120 umgekehrt, und der Stromkreis für den nächsten Kommutierungsvorgang vorbereitet. Es können auch andere Kommutierungsschaltungen verwendet werden und da diese den· Fsch*?*«·»»·· bekannt sind, brauchen sie nicht in Verbindung mit den Fig.4b und 4c gezeigt zu werden.

F i g. 4b zeigt ein Einzelbauteil, einen Triac 70, der den Strom zwischen beiden Leitungen 74 und 75 leitet, wenn ein Ansteuerungsimpuls anliegt und zwischen den Leitungen eine Spannungsdifferenz herrscht. Auch F i g. 4c zeigt zwei antiparallel geschaltete Thyristoren 72, 73 zur Leitung des Stromes zwischen den Leitungen 74,75, wenn einer der beiden Thyristoren angesteuert ist. Der Fachmann kann leicht entsprechende Kommutierungsschaltungen für die in den Fig.4b und 4c gezeigten Schalter entwickeln. F i g. 4d zeigt zwei antiparallel geschaltete Leistungstransistoren, welche keine Kommutierungsschaltungen brauchen. Für den Fachmann liegen andere Anordnungen für den Einsatz als Schalter 43—48 nahe, doch sind diese als verschiedene Einrichtungen dargestellt, die nach Anschaltung durch einen Auslöseimpuls den Strom in beiden Richtungen leiten und beliebig jeder Zeit abgeschaltet werden können.

Der andere Hauptunterschied zwischen der bekannten Einrichtung der F i g. 1 und der Anordnung der F i g. 3 ist die zweite logische Schaltung 56, deren Einzelheiten in Fig.5 dargestellt sind. Insbesondere ist das Tor 57 in F i g. 5 als Antivaienzglied gezeigt Bei einem normalen ODER-Tor liegt das Signal auf beiden Eingangsleitungen an der Ausgangsleitung aa Wenn eine logische Eins oder ein hochpegeliges Signa! an beiden Eingangsleitungen erscheint, liegt es auch an der Ausgangsleitung an. Bei einem Antivalenzglied jedoch ergibt sich eine logische Eins oder ein hochpegeliges Ausgangssignal des Tores, wenn die Eingangssignale verschieden sind Wenn beide Eingangssignale niederpegelig (0) oder beide hochpegelig (1) sind, ist das Ausgangssignal nicdcrpcgclig (0). Wenn eines der beiden Eingangssignal nicdcrpegelig und das andere hochpegelig ist, gibt das Anlivalen/glicd ein hochpegeliges (1) Aus-

^r, giingssignal ab. Somit ist es offensichtlich, daß die auf den Leitungen 80, 81 und 82 anliegenden Signale, die normalerweise in der gezeigten Weise an die Treiberstufen gelangen würden, durch eins auf der Leitung 84 anliegende Signal umgeschaltet werden können.

in Der Torsignalgenerator 85 der Fig. 5 entspricht im allgemeinen der herkömmlichen logischen Schaltung 30 der F i g. 3. Der Torsignalgeber umfaßt fünf Stufen 86—90. Die NAND-Stufen 86,87 sorgen für die richtige Ansteuerung und den Start des Torsignalgebers. Drei Flip-Flop-Stufen 88—90 sind als herkömmlicher Ringzähler geschaltet, um an die Leitungen 80, 81 und 82 Ausgangssignale in Abhängigkeit von den Taktein- £αΓΪ£33ί£Ναι€Π uvZügCl/Cn, uiC VGiI uCf i_Ciiuiig -/■ ||C~ anliegen. Das heiDt. die Frequenz der auf der Leitung 91 anliegenden Impulse wird in bekannter Weise herabgeteilt, um einzelne phasenverschobene Signale an die Leitungen 80—82 abzugeben. Andere Ringzähler- oder Teileranordnungen können zur Erzeugung der entsprechenden Signale auf den Leitungen 80—82 verwendet werden.

Eine Verzögerungsstufe 92 ist vorgesehen, um schädliches oder ungenaues Auslösen des Antivalenztors 57 zu verhindern, wenn ein Übergang des Taktsignals auf einer der Leitungen 80,81 im wesentlichen gleichzeitig

mit einem Übergang oder einem Schaltvorgang der Signale auf der Leitung 84 erfolgt. Zu diesem Zweck umfaßt die Verzögerungsstufe 92 zwei eigene Zeitverzögerungsstufen 93 und 94, welche für Zeitverzögerungen verschiedener Dauer sorgen.

Gilt »T« als normale Abschaltzeit der Leistungsschalter 43 48 oder läßt man die Th"ristorkom"onente im

Leistungsschalter gelten, dann Hefen die Stufe 93 eine Zeitverzögerung von 2 Tund die Stufe 94 eine Verzögerung von 4 T. Somit werden die auf der Leitung 31 vom herkömmlichen Oszillator her anliegenden Taktimpulse der Frequenz /ι in Stufe 93 verzögert und gelangen nach dieser vorgegebenen Zeitverzögerung über die Leitung 91 an den Ringzähler im Torsignalgenerator 85. Nach der Verzögerung in Stufe 94 gelangen die erheblich länger verzögerten Impulse (um die Zeit 4 T) über die Leitung 95 an eine Eingangsklemme eines Verriegelungskreises 96 mit den herkömmlich beschalteten logischen Stufen 97,98,99 und 100. Die anderen Eingangssignale des Verriegelungskreises gelangen über die Leitung 61

so an ^inen Halbierungszähler 101, der seinerseits Ausgangssignale der Frequenz /·> an die Leitungen 102 und 103 für den Verriegelungskreis abgibt Außerdem ergibt eine Leitung 104 eine Rückführung zum Halbierungskreis, und auf einer Leitung 105 liegt ein Löschsignal an.

Der Fachmann erkennt, daß der Halbierungskreis dazu dient, ein Tastverhältnis von 50% der Ausgangswechselspannung zu liefern und dadurch eine Rechteckwelle unabhängig von der Impulslänge des Signals auf der Leitung 61 zu erzeugen. Außerdem gibt die Leitung oder Stufe 61 komplementäre Ausgangssignale ab, die an dem Verriegelungskreis angelegt werden. Infolge deverlängerten Verzögerung 4 T der Stufe 94 im Gegensatz zur Verzögerung 2 T in Stufe 93 kann das Ausgangssignal des Verriegelungskreises nicht die Signale auf den Leitungen 80—82 stören.

Die Anordnung wurde in Verbindung mit einer Einrichtung zur Abgabe einer gesteuerten Ausgangswechselspannung an eine Last beschrieben. Durch Verwen-

dung des Halbierungskreises ergibt sich ein Tastverhältnis von 50% und damit eine Rechteckausganguspannung an den Sammelschienen. Die Ausgangsspannung braucht jedoch keine Rechteckwelle zu sein, doch kann Impulslängenmodulation mit entsprechenden Kreisen in der zweiten logischen Schaltung 56 erreicht werden. Der Fachmann kann leicht ohne weiiere Erklärung solche Anordnungen entwickeln.

Die Ausgangssignale des Antivalenztors 57 werden in entsprechenden Inversionsstufen 106, 107 und 108 umgekehrt, um an die Leitungen 110, 111 und 112 Signale abzugeben, die gegenüber denen auf den Leitungen 113, 114 und 115 gegengepolt sind. Da sich aus den drei Signalen der Ausgangsseite des Antivalcnztors sechs Anschaltsignale entwickeln brauchen nur drei Schaltsignale (auf den Leitungen 80—82) durch den Ringzähler im Torsignalgenerator 85 erzeugt zu werden. Die sich ergebenden sechs Anschaltsignale werden in bekannter Weise über Verstärkerstufen zur Regelung des Betriebes der Schalter 43—48 geleitet.

Allgemein ist die zur Erregung des Asynchrongenerators dienende Schalteinrichtung als Brückenwechselrichter gezeigt, doch können auch andere Anordnungen verwendet werden. F i g. 6 zeigt beispielsweise eine Last

150, deren eine Seite an den Mittelabgriff einer Asynchrongeneratorwicklung 15 (, 152 geführt ist. Die Schalter 153,154 sind über ihren gemeinsamen Anschluß an die andere Seite der Last 150 gekoppelt, und ihre weiteren Anschlüsse sind an die anderen Enden der Wicklung

151, 152 geführt Ein Filterkondensator 155 ist parallel ia zur Last geschaltet

Angenommen, die Spannung an den Wicklungen sei durch die Vorzeichen angezeigt, dann ist es offenstehtlieh, daß ein Schließen des Schalters 153 eine Spannung einer gegebenen Polarität an der Last 150 erzeugt, wenn js jedoch der Schalter offen steht und 154 geschlossen ist. dann hat die Spannung an der Last 150 die emgegengesetzte Polarität Daher umfaßt der Begriff »Schalteinrichtung« nicht nur die Brückenwechselrichterkreise. sondern andere Anordnungen wie die in F i g. 6 gezeigte, um die Phasenumkehr an eine Last bei wahlweiscm Schließen eines oder mehrerer Schalter zu bewirken.

Fi g. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem anstelle der einzelnen Schalteranordnung 42 der F i g. 3 drei getrennte Schalteranordnungen 42a, 42i> und 42c gezeigt sind. Bei der Anlage der Fig.7 ist die herkömmliche Asynchronmaschine 20 durch eine Maschine 130 mit Mehrfachwicklungen, vorzugsweise doppelfädig oder eng gewundene Wicklungen ersetzt, um praktisch drei getrennte Anschlußgruppen (Fig.7) zu erhalten. |ede dieser Gruppen von Ausgangsklemmen ist dann an die Eingangsseite einer der Schalteranordnungen 42a, 426 und 42c geführt Natürlich ist die logische Schaltung dahingehend abgeändert, um die Schalteranordnungen 42a, 426 und 42c so auszulösen, daß sie in 120°-Abständen schalten, um drei getrennte Spannungen zu erzeugen, die durch die Wellenformen 132,133 und 134 dargestellt sind. Die durch 132 dargestellte Spannung liegt zwischen den Leitungen 135 und 136 an. Ebenso liegt die zweite Spannung 133 zwischen den Leitungen 138 und 136 an. Die Leitung 136 dient als Sammelschiene für die Ausgangskreise einer jeden Schalteranordnung und könnte erweitert werden, wenn eine Wechselspannungsanlage mit vier Leitungen erforderlich wäre. Die über die Leitungen 135, 137 und 13S herangeführten bi Spannungen dienen zur Erregung einer Dreiphasenlast 140, wobei eine quasi Rechteckfunktion entsteht Auf diese V/eise kann die Grundausführung der Rechteck wellenschaltanoHnung nach Fig.3 vervielfältigt werden, und praktisch die Ansteuerung einer Wechselspannungslast 140 über eine dreiphasige Dreileiteranordnung zu bewirken.

Wenn sie mit einer Dreiphasenmaschine nach Fig.3 verwendet wird, kann die Anordnung eine sehr gute Spannungsregelung des Pegels der gesteuerten Ausgangswechsclspannung auf den Sammelschienen 25, 26 über einen sehr großen Drehzahlbereich der Maschine 20 liefern.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung von Wechselspannung mit einem Asynchrongenerator, mit einer Schalteranordnung aus jeweils zwei in der selben Richtung stromleitenden steuerbaren Schaltern für jede Phase des Asynchrongenerators, wobei die Schalter in Reihe zwischen einer ersten und einer zweiten Sammelschiene geschaltet sind und die Verbindung zwischen den Schaltern jeweils an eine Phase des Asynchrongenerators angeschlossen ist, mit einer mit den Schaltersteuerklemmen verbundenen Steuerschaltung zur Einstellung der Höhe der zwischen den Sammelschienen anliegenden Spannung, wobei die Steuerschaltung aus einem Oszillator und einer ersten logischen Schaltung zur phasenrichtigen einanderfolgenden Aktivierung der Schalter mit einer ersten Steuerfrequenz (f\) besteht, und mit einem zwischen den Sammelschienen angeordneten Kondensator, gekennzeichnet durch