DE2743152A1 - Phasenzahl- und frequenz-umformer - Google Patents

Description

Phasenzahl- und Frequenz-Umformer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromumformer und insbesondere auf einen Umformer, der Drei-Phasen-Vechselstroa mit hoher Frequenz in einen Ein-Phasen-Wechselstrom mit geringer Frequenz, z.B. 60 Hertz umwandelt.

Ein Umformer dieser Art ist beispielsweise in der älteren deutschen Patentanmeldung P 26 00 422*8 näher beschrieben·

Mit dem Bedarf an elektrischer Energie in entlegenen Gebieten ist das Bedürfnis entstanden, tragbare Aggregat· oder sog. Notstromaggregate zu schaffen. Diese Aggregate werden dazu benutzt, Geräte zu speisen, die mit niederfrequentem Wechselstrom, z.B, mit 60 Hertz betrieben werden. Hierbei besteht ein besonderer Bedarf an solchen Aggregaten,

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die nicht nur leicht transportabel sind, sondern auch billig ι

in der Anschaffung und in denen handelsübliche Komponenten verwendet werden.

Die Üblichen Mittel zur Erzeugung von Wechselstrom bestehen in einem Generator, der von einem Antriebsmotor angetrieben wird. Es ist bekannt, daß die Größe und damit die Kosten eines Generators zur ^Zeugung einer vorbestimmten Leistung in dem Maße abnehmen, in dem die Frequenz des erzeugten Wechselstromes ansteigt.

Es besteht jedoch das Problem, daß die Standard-Frequenz in den Vereinigten Staaten und in vielen anderen Lindern der Welt zu 60 Hertz festgesetzt wurde, so daß der Gebrauch von Hochfrequenzgeneratoren für viele Anwendungen nicht zweckmäßig ist.

Die Erfindung bezweckt, einen Generator zu schaffen, der in dem vorstehend genannten Sinne wirtschaftlicher arbeitet und dabei kleiner und leichter als vergleichbare herkömmliche Generatoren sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Weehselstrom-Aggregat zu schaffen, welches unter Verwendung handelsüblicher Teile uad Baugruppen einen hochfrequenten Wechselstrom erzeugt und diesen anschließend in einen niederfrequenten

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Wechselstrom umwandelt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß ein üblicher Antriebsmotor mit einer hohen Leistung bei einer Drehzahl von 9.600 U/min, einen Schnellaufenden Drei-Phasen-Generator antreibt, der eine große Anzahl von Polen z.B. 12 bis 16 aufweist. Derartige Wechselstromgeneratoren sind bekannt und werden in Fahrzeugantrieben verwendet.

Bei einem AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird der Antriebsmotor mit 9.600 U/min, betrieben, der die Feldwicklungen eines zwölfpoligen Generators antreibt, der einen mehrphasigen Wechselstrom von 960 Hertz an einer Ausgangs-Stern-Schaltung liefert. Der Ausgang der Drei-Phasen-Wieklung entspricht ungefähr der gewünschten Spitzenspannung eines sinusförmigen Spannungsverlaufes, die das Aggregat an seinen Ausgang liefart. Diese Spitzenspannung beträgt annähernd 160 Volt. In diesem Zusammenhang ist der Begriff "Hertz" in der Form verwendet, daß er auch wiederholte Wellenformen umfaßt, gleich ob wechselnd oder unipolar.

Der Ausgang des 960 Hertz liefernden dreiphasigen Wechselstromgenerators wird einer Vollwellen-GleichriohterbrUcke über einen Phasenwandler zugeführt, der dazu benutzt wird, den Ausgang der Brücke in Synchronisation mit dem Arbeiten des Generators über den Antriebsmotor zu steuern, damit ein· modulierte, annähernd sinusförmige Wellenform erzielt wird.

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Sinngemäß wird das Schalten des Ausgangs der gesteuerten Gleichrichter durch einen Umformer bewirkt,und erfolgt zweimal pro Ausgangs-Zyklus. Dieser Umformer 1st so ausgebildet und synchronisiert, daß er seine Schaltfunktion an einem Punkt ausführt, an dem die Ausgangsspannung 0 ist. Wenn die gespeiste Last einen ohm'sehen Widerstand enthält, wird Strom und Spannung in Phase sein, so daß das Durchschalten bei 0 Volt Spannung auch bei der Stromstärke 0 Ampire erfolgt. Wenn jedoch Lasten mit induktivem Widerstand oder geringem Leistungsfaktor gespeist werden, kann der Strom bei der Spannung 0 Volt einen nicht vernachlässigbaren W|rt erreichen, so daB an den Schaltern des Phasenwandlers und/oaer des Umformers Funken auftreten. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch einen Funken-Löeeh-Stromkrels gelöst, der vor des öffnen des Laststromkreises eingeschaltet wird und einen Nebenschluß Über die Schalterstrecke bildet, der ein Schalten ohne das Auftreten von Funken ermöglicht.

Der Hauptantriebsmotor ist bei einem Aueführungsbeispiel der Erfindung zum direkten Antrieb eines Generators mit 9.600 U/min ausgebildet. Der Phasenwandler und der Umformer sind untereinander verbunden und werden ihrereseits über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben, wobei diese mit der Hälfte der Drehzahl des Antriebsmotors oder mit 3.600 U/min, umlaufen. Auf diese Weise erzeugt der Phasenwandler (Resolver) eine modulierte, pulsierende Gleichspannung mit 120 Hertz. Der Umformer arbeitet so, daB er aufeinanderfolgende Zyklen des - 5 -

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Ausgange des Phasenwandlerβ unkehrt und einen an die Last zu speisenden Aaagang von 60 Hertz liefert.

Vie aus der weiteren Beschreibung der Erfindung ersichtlich ist, liefert der Ausgang des Umformers keine im strengen Sinne sinusförmige Wellenform. Dieser Ausgang besitzt eher eine annähernd konstante Spannung, z.B. 160 V. Der Mittelwert an den Ausgangsklemmen des Umformers variiert jedoch wie eine 60 Hertz-Wellenform mit sinusförmigem Verlauf. In einem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Phasenwandler zunächst eine erste Phase von dem Generator (nach dem Gleichrichten) einschaltet und so einen kurzzeitigen Impuls mit einer Amplitude von 160 V liefert. Danach wird eine zweite, gleichgerichtete Phase eingeschaltet, die Energie zu der ersten Phase hinzufügt. Danach wird die dritte Phase des Generators zugeschaltet, so daß alle drei Phasen leiten und von dem Ausgang des Umformers im wesentlichen kontinuierlich Energie abgegeben wird.

Danach kehren sioh die Verhältnisse um, wobei die erste Phase abgeschaltet wird und dabei nur noch die zweite und dritte Phase annähernd 2/3 des mittleren Stromes bei voller Last abgegeben werden. Dann wird die zweite Phase abgeschaltet, so daß nur noch die dritte Phase Strom liefert. Am Ende dieses Zyklus werden alle drei Phasen abgeschaltet und der Umformer schaltet die nachfolgende Halbwelle auf «ie entgegengesetzte Polarität. Beim Abschalten der dritten Phase wird

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der Funkenlöschkreie eingeschaltet· Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß jede Phase einen ungefähr gleichen Anteil des Ausgangsstromes im Verhältnis zu den anderen Phasen liefert. Keine der Phasen muß daher merkbar mehr Energie liefern als jede der anderen Phasen des Systems.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung sieht Schaltungsanordnungen vor, um den Generator vor nicht angepaßten Lasten zu schützen, wobei diese Schaltungsvorrichtungen übermäßige Spannungsanstiege mm Ausgang abtasten und nachfolgend den Generator abschalten.

Die Erfindung sieht außerdem Mittel vor, um den Generator vor Fehlern in der Last zu schützen und ihn in Abhängigkeit hiervon abzuschalten. Nach der Erfindung wird ein verbessertes Stromerzeugungsaggregat geschaffen, welches niederfrequenten Wechselstrom liefert. Hierbei arbeitet der Generator mit einer Hochfrequenz, die in eine relativ niedrige Frequenz umgeformt wird. Bei einem erfindungsgemäßen Aggregat soll der Ausgang des Generators in einen mittleren Strom mit im wesentlichen sinusförmiger Wellenform umgewandelt werden.

Nach der Erfindung wird ein verbessertes Stromerzeugungs-Aggregat geschaffen, das einen Generator für eimen mehrphasigen, hochfrequenten Wechselstrom enthält und einen einphasigen, niederfrequenten Wechselstrom liefert. Ein erfindungsgem&ßes Aggregat umfaßt demnach einen Generator für

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hochfrequenten Wechselstrom, der In niederfrequenten Strom umgewandelt wird, wobei der niederfrequente Strom In seiner Form wechselt und sein Leistungsverlauf am Ausgang eine zeltmodulierte Wellenform mit annähernd sinusförmigem Verlauf 1st.

Die Erfindung sieht In einem Stromerzeugungs-Aggregat der oben genannten Art vor, daß es einen Funkenlöschkreis enthält, der die In Ihm enthaltenen Sohalter gegen das Auftreten von Funken schützt.

Weiterhin sieht die Erfindung bei einem Aggregat der vorstehend genannten Art vor, daß sie Schaltungsmittel zum Schutz des Stromerzeugers gegen hohe Spannungen aufweist, die von einer ungeeigneten Lastanpassu^ng oder fehlerhaften Lasten stammen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsjweise näher erläutert und zwar zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung

der mechanischen Teile eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der

elektrischen Teile eines Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3A eine Schaltungsanordnung für ein Ausführungs-3B beispiel der Erfindung

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sit

Fig. 4 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung der an einzelnen Punkten der Schaltung auftretenden Spannungsverläufe,

Fig. 5 schematiech eine Draufsicht auf den Stator und eine Fläche des Phasenwandlers und Umformers nach der Erfindung und

Fig. 6 schematisch eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 5, wobei einige Teile weggelassen sind und die Anordnung in einer Winkelstellung gezeigt ist, in der der Funkenlöschkreis arbeitet.

Die Blockschaltbilder nach den Fig. 1 und 2 veransch&ichen •in Stromerzeugungsaggregat 10, welches ein mechanisches System 10a und elektrisches System 10b umfaßt und einen Wechselstromgenerator 12 und einen Ausgangswandler 14 umfaßt, an welchen der Ausgang des Generators Über einen Vollwellen-Gleich richter 16 Über einen Phasenwandler 18 verbunden ist.

Der Generator 12 ist ein typischer Mehrphasen-Hochfrequenz-Generator, wie er z.B. in Verbindung mit Stromerzeugungsaggregaten verwendet wird, die von einem Kraftfahrzeugmotor angetrieben werden. Der Generator 12 ist als Generator zur Erzeugung von drei Phasen-Wechselstrom mit 960 Hertz Ausgang ausgebildet. Er wird von einem Üblichen Verbrennungsmotor mit verhältnismäßig geringer Leistung angetrieben, wie sie auf dem Markt erhältlich sind. Dieser Antriebsmotor 13» der für das Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ausgewählt, aber nicht dargestellt wurde, ist so gewählt, daß er mit einer bestimmten Geschwindigkeit läuft und den Generator 12

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mit 9.600 U/min, antreibt, wobei seine Leistung der zu er-

zeugenden elektrischen Leistung angepaßt ist. Solche Motoren

liegen in der Größenordnung von 5 - 10 PS, d.h. bei 3,5 bis 7,5 kw.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Antriebswelle des Antriebsmotors direkt mit einem Rotor gekoppelt, der die Feldwicklungen des Generators 12 trägt und diese mit einer nahezu konstant bleibenden Geschwindigkeit antreibt. Es sei angenommen, daß der Generator über ein Zahnradgetriebe oder einen Riemenantrieb mit 9.600 U/min, von dem Antriebsmotor her angetrieben wird, der mit einer optimalen Drehgeschwindigkeit umläuft. Die Welle 19 des Generators 12 ist mit einem Untersetzungsgetriebe 22 verbunden, welches eingangsseitig ebenfalls mit 9.600 U/min, umläuft. Die Ausgangswelle 11 des Untersetzungsgetriebes 22 ist mit dem Phasenwandler 18 und dem Umformer 14 verbunden, die demnach mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Generator angetrieben werden. In dem gewählten AusfUhrungsbeispiel, in dem der Generator mit 9.600 U/min, läuft, ist die übersetzung des Untersetzungsgetriebes 22 so gewählt, daß der Phasenwandler 18 und der Wandler 14 mit 3.600 U/min, angetrieben werden. Mit einem handelsüblichen Untersetzungsgetriebe und mit einem 12-poligen Generator ist die Ausgangsspannung des Umformers 14 ein Einphasen-Wechselstrom mit einer Frequenz von 60 Hertz.

Die elektrischen Teile des Aggregats sind in Fig. 2 schematisch dargestellt. Der Generator 12 besitzt - 10 -

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Feldwicklungen 24 auf dem Rotor 17, die mit diesem umlaufen. Der Generator 12 besitzt ferner Stator-Wicklungen 26, deren Ausgang einem Gleichrichter 16 zugeführt werden, der selektiv arbeitet. Der Gleichrichter 16 ist mit dem Phasenwandler 18 verbunden, der mit dem Gleichrichter 16 in der Welse zusammenarbeitet, daß er die Anzahl der gleichzeitig gleichzurichtenden Phasen selektiv steuert, so daß ein modulierter Ausgang entsteht, der eine Reihe von Halbwellen-Impulsen umfaßt, deren Form annähernd einer Serie von Sinus-Halbwellen entspricht. Einzelheiten hierzu sind weiter unten näher beschrieben. Die modulierte Wellenform wird dann umgeformt bzw. für aufeinanderfolgende Impulse mittels des Umformers 14 umgekehrt, so daß ein Wechselstrom entsteht, der einer Last 32 zugeführt wird.

Wie sich aus der weiteren Beschreibung ergibt, stellen der Phasenwandler 18 und der Umformer 14 eine einem Commutator ähnliche Anordnung dar, d.h. sie enthalten mechanisch arbeitende Schalter, z.B. in Form von Bürsten. Es hat sich herausgestellt, daß bei angeschlossenen Lasten mit ohm'schein Widerstand oder mit geringem Leistungsfaktor, bei denen Spannung und Strom nahezu in Phase zueinander liegen,kein Problem bezüglich der Funkenbildung an diesen Schaltern entsteht, wenn der Stromkreis während des Schaltvorganges geöffnet wird. Jedoch kann bei Lasten, die einen mittleren bis niedrigen Leistungsfaktor besitzen oder induktiven Widerstand aufweisen, eine beträchtliche Funkenbildung auftreten, die eine Beschä-

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digung der Schalterelemente, d.h. der Bürsten usw. hervorruft. Diese Funkenbildung wird erfindungsgemäß durch einen Funkenlöschkreis 34 auf ein Mindestmaß reduziert.

Außerdem wird der Ausgang des Generators 12 mittels eines Feld-Regelkreises 36 geregelt, der die Ausgangespannung abtastet und den Strom zu den Feldwicklungen 24 entsprechend regelt.

Unter extrem induktiver Last können beim öffnen des Letzten Schalters des Phasenwandlers 18 hohe Ströme auftreten. Diese Ströme können so hohe Werte erreichen, daß der Funkenlöschkreis 34 nicht einwandfrei oommutieren kann und während des nachfolgenden mechanischen Schaltens Strom fließt. Um hier Schaden zu verhüten, wird diese extreme Bedingung von einem Stromdetektorkreis 38 abgetastet, der den Feldreglerkreis 36 so steuert, daß der Generator 12 abgeschaltet wird. Es ist zu bemerken, daß diese letztere Bedingung nur dann auftritt, wenn eine ungeeignete Lastanpassung vorliegt oder die Last 32 wesentlich über der zu erwartenden Leistungsfähigkeit des Generators 12 liegt.

Außerdem kann ein augenblicklicher Fehler an der Last 32 auftreten, die dann die Leistungsfähigkeit des Generators übersteigt. Für diesen Fall ist ein thermischer Schutzschalter vorgesehen, der diese Bedingung abtastet und den Stromkreis der Feldwicklung öffnet, wodurch der Generator 12 abgeschaltet wird. - 12 -

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Diesem Zweck dient der Uberlast-Schutzkreis 37. Außerdem können hohe Spannungsspitzen auftreten, die von dem Detektor 38 nicht erfaßt werden. Für diesen Fall wird eine thermisch arbeitende Vorrichtung verwendet, die das Auftreten dieser Spannungsspitzen abtastet und auf den Regelkreis 36 einwirkt, der dann den Generator 12 abschaltet. Zu diesem Zweck ist ein Impulsspitzen-Detektor 40 vorgesehen.

Nach diesen Vorbemerkungen ist im folgenden die Schaltungsanordnung nach den Fig. 3A und 3B näher beschrieben. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die mit den Ziffern 1-9 bezeichneten Klemmen der Fig. 3A mit den entsprechend bezeichneten Anschlußklemmen in Fig. 3B Über nicht dargestellte Leitungen miteinander verbunden sind.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß der Generator 12 eine Anzahl von Stator-Wicklungen 44, 46, 48 umfaßt, die in Sternschaltung ohne Mittelanzapfung zusammengeschaltet sind und den Phasen 1-3 zugeordnet sind. Die Wicklungen 44, 46, 48 sind auf den Polen des Stators wie üblicherweise aufgebracht und magnetisch mit den Feldwicklungen 24 gekuppelt, die ihrerseits auf dem Rotor 17 von üblicher Bauart aufgebracht sind. Die Feldwicklungen 24 werden von dem Erreger- bzw. Regelkreis 36 über Zuleitungen 50 und 34 erregt.

Die Ausgangsspannung an den Wicklungen 44, 46 und 48 werden dem Gleichrichter 16 zugeführt, der Dioden D1 - D6 umfaßt,

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die in Form einer Vollwellen-Brücke geschaltet sind. Die Arbeitsweise des Gleichrichters 16 wird jedoch durch den Phasenwandler 18 moduliert, um den gewünschten Ausgang zu erhalten.

Die Kathoden der Dioden D1 - D3 sind über eine Leitung 56 an Masse gelegt, während die Anoden gesondert an je eine der Wicklungen 44, 46 und 48 angeschlossen sind. Die Dioden D4 - D6 sind mit ihren Kathoden jeweils an eine der Wicklungen 44, 46, 48 angeschlossen, während ihre Anoden an die Zuleitungen 64, 66 bzw. 68 von Schaltern 58, 60 und 62 des Phasenwandlers 18 gelegt sind. Dieser Phasenwandler ist symbolisch durch die Schalter 58, 60 und 62 angedeutet, die Schaltelemente 70,u72 und 74 umfassen, welche mit den Zuleitungen 64, 66 und 68 zusammenarbeiten und mit diesen die Schaltfunktion ausüben. Die Schaltelemente sind am Ausgang des Phasenwandlers 18 an einer gemeinsamen Leitung 76 angeschlossen, die zusammen mit der Leitung 56 die Ausgangsspannung am Phasenwandler 18 liefert. Die Ausgestaltung des Phasenwandlers ist weiter unten beispielsweise näher erläutert* Er moduliert den gleichgerichteten Ausgang mittels einer Impulsbreiten-Modulation und erzeugt so eine Wellenform, die nach der Integration einer Sinuswelle sehr ähnlich ist. Der Ausgang an den Leitungen 76 und 56 erscheint jedoch als pulsierende Gleichspannung mit Halbwellen. Die Umformung aufeinanderfolgender Halbwellen erfolgt dann durch den Umformer 14, der als doppelpoliger Umpolschalter dargestellt

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ist und Eingangskontakte 77 und 57 aufweist, die elektrisch mit den Leitungen 76 und 56 verbunden sind. Ein Paar von Ausgangskontakten 79 und 59 wird abwechselnd mit den Kontakten ?7 und 57 bzw. 57 und 77 verbunden und zwar während aufeinanderfolgender Halbwellen. Dies führt dazu, daß die pulsierende Gleichspannung nun in eine Wechselspannung überführt wird, bei der jede Halbwelle eine Form besitzt, die einer Sinuswelle als Folge der oben erwähnten PuIs-■ modulation ähnelt. Die Kontakte 59 und 79 sind an Ausgangs_t leitungen 81 und 83 angeschlossen, an die die Last 32 gelegt wird. Die Schalter 58, 60 und 62 stellen symbolisch ι den Aufbau des Phasenwandlers 18 dar, in welchem die Schal-

ter selbst als Schleifringe und Bürsten ausgebildet sind, wie die Fig.5 und 6 zeigen. In gleicher Weise symbolisieren die Kontakte 57, 77 und 59, 79 den Aufbau des Umformers und sind ebenfalls als Schleifringe und Bürsten ausgebildet.

In den FIg.5 und 6 sind der Phasenwandler 18 und der Umformer 14 als einheitliche Anordnung dargestellt, die einen Rotor 80 und einen Stator 82 umfaßt. Die Rotoranordnung 80 umfaßt ein Grundsegment 84 und ein gemeinsames Segment 87· Beide Segmente bestehen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff und sind gegeneinander isoliert. Die Rotoranordnung 80 umfaßt zwei nebeneinander angeordnete isolierende Segmente 86a und 86b, die diametral gegenüber

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zwei weiteren, nebeneinander angeordneten isolierenden Segmenten 88a und 88b angeordnet sind. Die isolierenden, paarweise angeordneten Segmente 86a, 86b und 88a, 88b umfassen jeweils einen Bereich von 90 auf dem äußeren Umfang der Rotoranordnung 80, so daß zwei äußere elektrisch leitende Bereiche 99 und 1«
Segments 87 stehenbleiben.

leitende Bereiche 99 und 101 von jeweils annähernd 90° des

Das Grundsegment 84 weist einen radial weiter außen liegenden Bereich 90 auf, der sich nur über einen Teil des Umfanges erstreckt und von einander gegenüberliegenden isolierenden Bereichen 92 und 94 begrenzt wird. Die Segmente 92 und 94 sind umfangsmäßig verhältnismäßig klein ausgebildet und im wesentlichen nur so breit, daß sie die Breite einer Bürste abdecken.

Einschließlich der isolierenden Bereiche 92 und 94 erstreckt sich der radial äußere Bereich 90 des Grundsegments 84 über etwas weniger als 180°. Ein komplementärer, radial innen liegender Bereich 96 des gemeinsamen Segments 87 erstreckt sich ebenfalls über etwa 180°. Das Grundsegment 84 besitzt einen durchgehenden inneren Bereich 98, der radial innerhalb des äußeren Bereiches 90 liegt.

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Die Statoranordnung 82 weist eine an Masse liegende BUrste

100 auf, die so angeordnet 1st, daß sie den Inneren Bereich 98 des Grundsegments 84 überstreicht. Ein Paar Bürsten 102 und 104, die als Inverter arbeiten, sind einander diametral gegenüberliegend auf der Statoranordnung 82 angeordnet, und zwar in einer solchen radialen Lage, daß sie den inneren Bereich 96 des Grundsegmentes 87» die isolierenden Segmente 92 und 94 und den radial äußeren Bereich 90 des Segments überstreichen. Drei weitere Bürsten 106, 108 und 110 sind so angeordnet, daß sie die äußeren Bereiche 99 und 101 des Segments 87 sowie die isolierenden Segmente 88a, 88b und 86a 86b überstreichen. Die Bürsten 102 und 104 entsprechen den Kontakten 59 und 79 nach Fig.3a des Umformers 14, während dLe Bereiche 90 und 96 der Segmente den Kontakten 57 und 77 des Umformers 14 nach Fig.3a entsprechen.

Die Bürsten 106, 108 und 110 entsprechen den Zuleitungen 64, 66 und 68 des Phasenwandlers 18, während die Bereiche 99 und 101 und die isolierenden Segmente 86a, 86b und 88a, 88b den Schaltelementen 70, 72 und 74 des Phasenwandlers 18 entsprechen. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß der gemeinsame leitende Bereich der äußeren Bereiche 99 und ■

101 des Segmentes 87 zusammen mit den inneren Bereichen 96 des Segments 87 den Leiter 76 nach Fig.3a bildet.

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Die Bürsten 106 und 110 sind um 60° gegeneinander versetzt, wobei jede dieser beiden Bürsten wiederum um 150° gegenüber der Bürste 108 versetzt angeordnet ist. Vom elektrischen Aufbau her gesehen wirkt die Bürste 108 jedoch genauso, als ob sie in einem Abstand von 30° zwischen den Bürsten 106 und 110 liegen würde.

Es sei angenommen, daß die Rotoranordnung 80 entgegen dem Uhrzeigersinn im Sinne der Pfeile in Fig.5 und 6 umläuft. Dann ergeben sich die unterschiedlichen Wellenformen der Zeilen A bis H nach Fig.A. Die Zeilen A bis C geben die gleichgerichteten Phasenspannungen jeder einzelnen Phase ( 0.. bis 0, ) gegenüber Masse dar, d.h. an den Kontaktpunkten 64, 66 bzw. 68. Die Zeilen D bis F der Fig.4 zeigen den modifizierten Ausgang ( 0^₁ bis 0?_t) jeder Phase am Ausgang des Phasenwandlers 18. Es ist aus Fig.4 ersichtlich, daß jeder Phasenausgang zu unterschiedlichen Zeiten eine Spannung oder keine Spannung liefert, und zwar über jeweils 90°. Dies wird durch die sich über 90° erstreckenden isolierenden Segmente 86a, 86b und 88a, 88b bewirkt, die mit den leitenden Bereichen 99 und 101 des leitenden Segments 87 abwechseln. Wie oben erwähnt, sind die Bürsten 106, 108 und 110 im elektrischen Sinne um 30° gegeneinander versetzt. Infolgedessen wird, wie die Kurven D bis F in Fig.4 zeigen, die Spannung 0«., zuerst eingeschaltet, um einen Betrag von

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30° versetzt wird dann die Spannung 0~ zugeschaltet und um weitere 30° versetzt wird schließlich die Spannung 0, zugeschaltet. Die Unterbrechung der modifizierten Phasenspannungen 0₁, bis 0,, erfolgt dann in der gleichen Reihenfolge, wobei die Spannung 0,, zuletzt abgeschaltet wird. Die modifizierten Phasenspannungen 0₁, bis 0,, werden dann aufsummiert, wie die Zeil· G in Fig.4 andeutet, so daß sich eine in der Impulsbreite modellierte Wellenform ergibt. Nach der Umkehr von aufeinanderfolgenden Halbwellen mittels des Umformers 14 entsteht die Wellenform, wie sie in der Zeile H in Fig.4 dargestellt ist. In integrierter Form ähnelt die Wellenform nach der Zeile H sehr stark der Sinuswelle, die in der Zeile I in Fig.4 gezeigt ist. Der Phasenwandler 18 kann daher in Kombi nation mit dem Gleichrichter 16 als gesteuerter Gleichrichter angesehen werden, da der Phasenwandler in einer Weise schaltet daß er die Gleichrichtung durch den Gleichrichter 16 steuert.

Das Untersetzungsgetriebe 22 ist so ausgewählt, daß es die Drehzahl des Phasenwandlers 18 und des Umformers 14 von den 9.600 U/min, des Generators auf 3.600 U/min, untersetzt. Da der Generator 12 eine Zwölfpol-Maschine ist, ergibt sich die Umwandlung der Frequenz von 960 Hz und Drehstrom der Wicklungen 44, 46, 48 des Generators in einen einphasigen Wechselstrom von 60 Hz. Nach den vorstehenden Ausführungen soll nun der Feldregler 36, der als Erregerkreis und zugleich

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als Regelkreis für die Felderregung arbeitet, beschrieben werden. Der Feldregler 36 ist, wie bereits oben erwähnt, elektrisch mit den Feldwicklungen 24 über Leitungen 50 und 5^L verbunden» Da sich die Feldwicklung 24 auf dem Rotor des Generators 12 befindet, erfolgt die elektrische Verbindung über übliche Schleifringe und Bürsten 89 und 91.

Eine Vollwellen-Gleichrichterbrücke 103 liefert ein Gleichstrompotential für die Feldwicklung 24 und besteht im wesentlichen aus in üblicherweise zusammengeschalteten Dioden D 7 bis D 10. Der Eingang der Brücke 103 ist mit der Sekundärwicklung 105 eines Stromtransformators T 1 verbunden (Fig.3a), dessen Primärwicklung 107 in Reihe mit dem Zweig 48 der dritten Phase zwischen den Verbindungspunkten 1 und geschaltet ist„ Das eine Ende der Primärwicklung 107 ist an den Punkt 2 gelegt, während das andere Ende mit dem Punkt 1 über die Primärwicklung eines Erreger-Transformators T2 mittels der Leitung 109 verbunden ist. (siehe Verbindungslinie zur Fig.3b).

Der Ausgang der Brücke 103 ist über die Leitung 111 und 113 abgenommen., Die Leitung 111 ist mit der Leitung 50 und der Bürste und dem Schleifring 89 über einen Thermoschalter

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CB verbunden, während die Leitung 113 über die Leitung mit der Bürste und dem Schleifring 91 verbunden ist. Der Thermoschalter CB ist normalerweise geschlossen und kann von Hand eingeschaltet werden, d.h. er ist nicht selbsteinschaltend. Der Thermoschalter CB liegt einerseits an der Masseleitung 115, durch die das eine Ende der Feldwicklung 24 und des Ausgangskreises der Brücke 103 ebenfalls an Masse gelegt ist. Die andere Seite des Ausgangskreises der Brücke 103 ist über einen Filterkondensator C1 mit der Masse verbunden.

Eine Schutzdiode D 11 ist in entgegengesetzter Polarität über die Feldwicklung 24 gelegt um die Kontakte des Thermoschalters CB gegen den induktiven Strom der Feldwicklung zu schützen, wenn der Thermoschalter öffnet.

Die Erregerspannung für die Feldwicklung 24 wird durch eine Schaltungsanordnung geregelt, die das Element SCR 1 enthält, welches in zu beschreibender Weise dazu dient, über einen Strompfad mit geringer Impedanz ausgewählte Halbwellen des Ausgangs der Sekundärwicklung 105 des Transformators T1 zu überbrücken bzw. kurzzuschließen, so daß der Eingang der Brücke 103 ebenfalls kurzgeschlossen ist. Zu diesem Zweck ist die Ano/de von SCR1 zwischen die

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Kathoden eines Paares von Dioden D12 und D13 für eine Leitung 121 angeschlossen. Die Anoden der Dioden D12, D13 sind jeweils zu entgegengesetzten Enden der Sekundärwicklung des Transformators T1 angeschlossen. Die Kathode von SCR 1 ist über einen Strombegrenzungswiderstand R1 und die Leitung 115 an Masse gelegt. Ein Kondensator C2 überbrückt den Widerstand R1 und trägt dazu bei, den SCR1 nach jedem Abschalten abgeschaltet zu halten. Hier ist zu bemerken, daß die Dioden D12 und D13 als Vollwellen - Gleichrichteranordnung arbeiten, so daß jede Halbwelle für ausgewählte Intervalle überbrückt werden kann. Ein Kurzschließen der Brücke 103 vermindert die Spannung und den Strom im Erregerkreis und begrenzt daher die Größe der erzeugten Spannung. Die Dioden D12 und D13 isolieren den SCR1 und helfen vermeiden, daß dieser sperrt. Ein Kondensator C3 überbrückt die Dioden D12 und D13 und arbeitet als Filter.

Der Zweck der Stromregulierung im Erregerkreis besteht darin, die Ausgangsspannung an den Klemmen 81, 83 auf einem vorbestimmten Niveau, z.B. 100 bis 125 Volt Wechselstrom zu halten, so daß das gesamte Aggregat als Ersatz für die Netzspannung dienen kann. Aus diesem Grunde wird die Größe der Ausgangsspannung abgetastet und entsprechende Trigger -Signale an das Gitter des Elementes SCR1 gelegt. Ein Filter-

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kondensator C4 ist zwischen das Gitter und die Kathode von SCR1 gelegt, während der GitterStromkreis eine Serienschaltung enthält, die eine Diode D14, eine Zenerdiode Z1 und einen Reihenwiderstand R2 enthält. Die Diode D14 verhindert einen Spannungsdurchbruch an dem Gitter, während die Durchbruchspannung der Zenerdiode Z1 in Verbindung mit den übrigen Schaltungselementen die Gitterspannung von SCR1 bestimmt.

Die Spannung an dem Gitterstromkreis wird von dem Ausgang eines n-p-n - Transistors Q1 bereitgestellt, der in Emiterschaltung an den Gitterstromkreis von SCR1 über den Widerstand R2 und andererseits über einen Lastwiderstand R3 an Masse gelegt ist.

Der Kollektor von Q1 ist an einen geregelten Gleichstromkreis 123 über eine Leitung 117 angeschlossen. Dieser Gleichstromkreis 123 ist an die eine Ausgangswicklung 44 des Generators 12 mittels einer Leitung 119 angeschlossen, die einen Lagewiderstand R4 und eine Diode D15 enthält. Der Gleichstromkreis 123 umfaßt einen Kondensator C5, der über die Anschlußleitung 119 gegenüber Masse (Leitung 125) aufgeladen wird. Das Spannungsniveau an dem Kondensator C5 wird mittels des Stromkreises «ines n-p-n - Transistors Q2

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auf der gewünschten Größe gehalten, dessen Emiter an Masse und dessen Kollektor über einen Entladewiderstand R5 an den Kondensator C5 gelegt ist. Die Vorspannung von Q2 wird von den Widerständen R6 und R7 bestimmt, die in Reihe über die Emiter-Kollektorstrecke von Q2 gelegt sind, dessen Basis zwischen diesen Widerständen anliegt. Die Vorspannung des Transistors Q2 ist so gewählt, daß die Ladung des Kondensators C5 auf einem bestimmten Niveau gehalten wird und daß eine verhältnismäßig kurzzeitige Entladestrecke geschaffen wird, wenn das Potential an dem Kondensator C5 die eingestellte Größe überschreitet. Die geregelte Gleichspannung an dem Kondensator C5 und damit auf der Leitung wird auch an anderer Sblle der Schaltung gebraucht und wird an der Klemme 9 abgegriffen.

Die Leitung 119 ist über eine Diode D16 und eine Lampe L über eine Leitung 124 mit der Feldwicklung 24 verbunden. Dieser Strompfad gestattet den anfänglichen Fluß des Lagestromes zur Feldwicklung 24 und trägt so zum Anlaufen des Generators bei. Die Lampe L wird als übliches Widerstandselement benutzt.

Der EmÜter-Stromkreis des Transistors Q1 spricht auf ein

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Eingangssignal an der Basis dieses Transistors an und erzeugt so ein ähnliches Ausgangssignal am Emitter. Die Basis des Transistors Q1 ist an einen Gleichrichterstromkreis angeschlossen. Dieser Stromkreis umfaßt Dioden D17 bis D20, die als symmetrischer Gleichrichter geschaltet sind, dessen Eingangskreis zwischen die Ausgangsleitungen 81 und 83 geschaltet ist und dessen Ausgangskreis zwischen der Leitung 114 und der Masse über die Leitung 26 und 115 liegt. Ein Tiefpaß-Filterkreis 116 umfaßt Widerstände R8 und R9, die mit ihren einen Enden an entgegengesetzte Seiten eines Kondensators C6 gelegt sind. Der Widerstand R8 ist mit dem gleichen Ende an den Verbindungspunkt der Dioden D17 unc D18 und mit seinem gegenüberliegenden Ende an die Ausgangsleitung 83 über eine Leitung 118 gelegt. Der Widerstand R9 ist mit dem einen Ende an den Verbindungspunkt der Dioden D19 und D20 und mit seinem anderen Ende an die Ausgangsleitung 81 gelegt. Der Filterkreis 116 schließt hochfrequente Spannungen kurz, so daß ein gleichförmigerer gleichgerichteter Ausgang erhalten werden kann.

Die Leitung 114 ist über einen Stromkreis an die Basis des ' Transistors Q1 gelegt, der Widerstände R10 und R11 in Hintereinanderschaltung enthält. Ein veränderbarer Wider-

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stand R12 ist an den Verbindungspunkt der Widerstände R10 und R11 einerseits und an die Masseleitung 115 andererseits angeschlossen und bildet zusammen mit dem Widerstand R10 einen Spannungsteiler, mit dessen Hilfe die Basisspannung am Transistor Q1 durch Einstellen des Spannungsabfalls über R12 eingestellt werden kann. Ein Filterkondensator C7 ist über den Widerstand R12 gelegt und trägt zu dem Filtereffekt bei«, Eine Diode D21, die zwischen den Emiter und die Basis des Transistors Q1 gelegt ist, verhindert das Auftreten einer Gegenspannung zwischen Basis und Emitter. Auf diese Weise wird eine verhältnismäßig saubere, pulsierende Gleichspannung auf der Leitung 114 und über den Widerstand R12 erhalten, wodurch die Leitfähigkeitsbedingungen des Transistors Q1 gesteuert werden. Die Spannung am Emiter von Q1 folgt derjenigen, die an seiner Basis auftritt. Wenn diese Spannung eine Größe erreicht, die die Schwellwertspannung der Zenerdiode C1 überschreitet, wird ein Trigger-Impuls auftreten, der das Schaltelement SCR1 einschaltet und infolgedessen den Eingang der Brückenschaltung 103 im wesentlichen kurzschließt. Dies kann während aufeinanderfolgender Halbwellen erfolgen, solange die Ausgangsspannung zwischen den Leitungen 81 und 83 die gewünschte Größe übersteigt. Auf diese Weise wird eine Steuerung dieser Ausgangsspannung des Aggregats erzielt.

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Ein Stromkreis 120 ist zur Erzielung einer negativen Rückkopplung vorgesehen, um die Schaltungsanordnung weiter zu stabilisieren. Ein Widerstand R13 ist in Reihe mit einem Kondensator C8 geschaltet und bildet mit diesem einen integrierenden Stromkreis, der zwischen die Leitungen 113 und den Masseleiter 113 gelegt ist. Auf diese Weise wird das Potential am Kondensator C8 das Integral der Ausgangsspannung am Ausgangskreis der Brücke 103 bilden. Da Spannungsschwankunjgen Änderungen der Erregerspannung hervorrufen würden, kann j

ein Pendeln durch Vergrößerung der Ansprechzeit des Schaltelementes SCR1 in Übereinstimmung mit der Änderung der Erregerspannung verhindert werden. Es ist deshalb ein erster Differenzierkreis vorgesehen, der einen Kondensator C9 und einen in Reihe mit ihm verbundenen Widerstand R14 enthält und mit dem Kondensator C8 verbunden ist. Dieser Differenzieifkreis schafft eine Ausgangsspannung in Übereinstimmung mit der Änderungsrate des Potentials an C8. Auf diese Weise kann schnellen Potentialänderungen an C8 entgegengewirkt werden, was wiederum ein Mittel darstellt, schnellen Änderungen der Erregerspannung entgegenzuwirken. Der Bereich dieses Schaltkreises wird durch eine zweite, parallel zu ihm angeordnete Differenzierschaltung mit einem Kondensator C10 und einem Widerstand R15 erweitert. Beide Schaltungen enthalten einen gemeinsamen Widerstand R16, der zwischen den Ver-

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bindungspunkt der Widerstände R14 und R15 einerseits und der Masseleitung 115 andererseits gelegt ist.

Der Ausgang der Differenzierschaltung ist mit der Basis des Transistors Q1 über Widerstände R17 und R18 angeschlossen. Eine Diode D22 ist zwischen die Masseleitung 115 und den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R17 und R gelegt und verhindert, daß der Stromkreis ein negatives Potential annehmen kann. Die Basisspannung des Transistors Q1 ist positiv und bewirkt, daß Q1 das Schaltelement SCR1 schneller einschaltet, wobei Anstiege der Erregerspannung verzögert und ein Pendeln der Spannung verhindert wird. Die Basisspannung an Q1 ist außerdem mittels eines Signals modifizierbar, welches an die Verbindungsklemme 3 angelegt und von dem Detektor 38 erzeugt wird und zur Stabilisierung des Laststromkreises beiträgt.

In der Darstellung nach Fig.6 ist der Rotor 80 in einer Lage dargestellt, in der sich der Inverter bzw. Umformer 14 kurz vor der Umkehrung der Polarität befindet. Aus Fig.6 ist daher ersichtlich, daß das Potential 0, das letzte ist, welches unterbrochen wird, wenn der Stromkreis zwischen der Bürste 110 und den Bereichen 99 bzw. 101 der Schleifringe unterbrochen wird, Zu diesem Zeitpunkt sind die Bürsten 102 I

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und 104 immer noch in teilweisem elektrischen Kontakt mit dem inneren Bereich 96 des Segments 87 und dem äußeren Bereich 90 des Grundsegments 84. Diese Lage ist aus Fig.6 ersichtlich, bei der die Bürste 110 gerade in einer Lage steht, in der der Stromkreis geöffnet wird. Zu diesem Zeitpunkt sind die Bürsten 102 und 104 gerade beim Einlaufen j in die isolierenden Bereiche 92 und 94, aber gerade noch in Kontakt mit den Bereichen 90 und 96 der Schleifringe. i

Das endgültige Abschalten der Spannung der dritten Phase und ;

damit der Spannung und des Stromes an den Ausgangsklemmen \ 81 und 83 erfolgt demnach durch die Bürste 110 und der ihr :

ι zugeordneten Leitungsbahn 101. |

Bei Lasten mit hohem Widerstand oder mit hinein Leistungsfaktor sind Spannung und Strom zu diesem Zeitpunkt im wesentlich in Phase und ein Schalten kann ohne Schwierigkeit erfolgen, da es so synchronisiert ist, daß zu diesem Zeitpunkt die Spannung null beträgt. Wenn jedoch Lasten mit mittleren oder geringen Leistungsfaktoren, d.h. im wesentlichen induktive Lasten versorgt werden, kann der Strom zum Zeitpunkt der Spannung "null" bzw. zum Zeitpunkt des Abschaltens durch die Bürste 110 beträchtliche Werte besitzen Ein Betrieb solcher Lasten kann zum Auftreten von Funken-

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bildung und damit der Zerstörung der Bürste 110 und der ihr zugeordneten Leitungsbahn führen. Dieses Problem wird durch das Vorhandensein des Funkenlöschkreises 34 gelöst. Der Funkenlöschkreis 34 tastet im wesentlichen die beginnende Verringerung des Laststromes beim Öffnen des Schalters (110 - 101) ab. Wenn hier ein voreingestellter Wert erreicht wird, wird ein Schaltkreis betätigt, der als "Solid State"-Schaltkreis bezeichnet wird, der einen Strompfad parallel zu der Bürste 110 herstellt. Dieser Schaltkreis bleibt solange in Betrieb, bis die Bürste 110 geöffnet hat und wird abgeschaltet bevor die Bürsten 102 und 104 zur Umkehrung der Spannung geöffnet haben. Die Bürsten 102 und 104 stellen einen neuen Kontakt zur Spannungsumkehr her, kurz bevor die Bürste 106 der ersten Phase einschaltet.

Wie bereits erwähnt, bildet der Funkenlöschkreis 34 einen überbrückenden Strompfad für den Strom von der Last 32 bei einer Spannung von null Volt im Augenblick des Schaltens, sobald der Schalter für die Phase 3 innerhalb des Phasenwandlers 18 zu öffnen beginnt. Dieser Strompfad wird im wesentlichen von den Hauptelektroden eines Schaltelementes SCR2 gebildet. Wenn der Schaltvorgang des Schalters der Phase 3 anfängt den Stromkreis von dem Phasenwandler 18 zur

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Last 32 vollständig zu öffnen, so fällt der Strom schnell ab. Wenn das Öffnen des Schalters weitergeführt würde, würde der Stromabfall von einem Spannungsanstieg infolge der Induktivität der Last 32 begleitet sein. Eine solche hohe Spannung an diesem Schalter, d.h. an der Bürste 110 und dem Segment 87 würde Funken erzeugen. Der Funkenlöschkreis 3^ arbeitet nun in der Weise, daß er einen Nebenschluß - Pfad bereitstellt, bevor der Schalter geöffnet hat, d.h. bevor die Funkenbildung angeregt werden kann. Der Funkenlöschkreis umfaßt daher einen Impulstransformator C3> dessen Primärwicklung 128 in Reihe mit dem Ausgang des Vollwellengleichrichters 16 an die Anschlüsse 4 und 5 der Leitung der dritten Phase gelegt ist. Bei einem plötzlichen Stromabfall in der Zuleitung zu der Bürste 110 beim Beginn des öffnens wird in der Sekundärwicklung 130 des Transformators T3 ein Impuls erzeugt. Die Sekundärwicklung ist über das Gitter an das Schaltelement SCR2 gelegt. Dieses Schaltelement ist über einen Kuppelkondensator C12 und einen Widerstand R19 in Reihe mit dem einen Ende der Sekundärwicklung 130 verbunden. Die andere Seite der Sekundärwicklung 130 ist über eine Leitung 132 mit der Kathode des Schaltelements SCR2 verbunden. Ein Widerstand R20 und eine in Reihe mit ihm gelegte Diode D14 überbrücken die Sekundärwicklung 130 und bilden mit dem

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yt -

Kondensator C12 ein Bandpass-Filter zur Aufsteilung der Impulsflanken des Impulses aus der Sekundärwicklung 130. Ein Kondensator C13 liegt zwischen der Leitung 132 und dem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator C12 und dem Widerstand R19 und bildet ein Tiefpass-Filter zur Unterdrückung hochfrequenter Signalkomponenten, wodurch der Trigger-Impuls weiterhin verschärft wird. Eine Diode D25 ist parallel zu dem Kondensator C13 gelegt und bildet einen Strompfad für induzierte Ströme des Transformators T3» wenn der Schalter der Phase 3 öffnet und den Stromfluß durch die Primärwicklung 128 über die Anschlußklemmen und 5 öffnet. Ein Kondensator C14 ist an die Kathode des Schaltelements SCR2 mittels einer Leitung 132 angeschlossen und über dessen Gitter über einen Widerstand R21 angeschlossen. Diese Elemente bilden einen Stromkreis, der das Schaltelement SCR2 in der Zeit nach der Stromrichtungsumkehr im nicht leitenden Zustand halten.

Die Kathode dieses Schaltelements SCR2 liegt an der Leitung 132, während die Anode über die Masseleitung 134 an Masse

liegt_o Hier ist zu erwähnen, daß die erwähnten Masseleitun- \

gen und Masseanschlüsse als System-Masse anzusehen sind und !

- 32 - j 809815/0604

daß alle diese untereinander elektrisch verbunden sind; diese System-Masse ist gegenüber allen anderen Masseanechlüssen, z.B. an der Last 32 und gegenüber Erde isoliert. Jede der Anschlußleitungen 81 bzw. 83 wird abwechselnd an i diese Masse über den Umformer angelegt, dessen eine Schalter-j seite mit der Masseleitung 56 verbunden ist. Diese ist wiederum mit den Masseleitungen 115 und 134 verbunden. Die Ausgangsleitungen 81 und 83 sind andererseits mit der I Kathode des SCR2 über die Dioden D27 und D28 und mit einer Primärwicklung 136 eines Impulstransformators T4 mit einer | Leitung 132 verbunden. Die Dioden D27 und D28 sind mit ihren Anoj^den zusammengeschaltet, während ihre Kathoden mit ■

j der jeweils zugeordneten der Leitungen 81 und 83 verbunden ;

sind. Die von der Last 32 beim Schalten induzierte Spannung j wechselt ihre Polarität mit aufeinanderfolgenden Halbwellen ebenso wie der Strom. Wenn daher die Leitung 83 positiv und die Leitung 81 negativ waren, so wird ein positiver Strom von 83 nach 81 auftreten, der weiterfließen will, wenn die Spannung zwischen 83 und 81 den Wert null erreicht. Wenn dieser Strom in seiner Größe abfällt, sobald der Schalter zu öffnen beginnt, wird die Last 32 eine positive Spannung in der Leitung 81 gegenüber der Leitung 83 induzieren. Die Leitung 81 ist jedoch zu diesem Zeitpunkt über

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ι* -

den Inverter 14 und die Leitung 56 an Masse gelegt, so daß ein positives Potential über den Leiter 134 an die Anode von SCR2 gebracht wird. Gleichzeitig liegt die Ausgangsleitung 83 über die Diode 28 an der Kathode von SCR2, wodurch ein Nebenschlußpfad zu dem Schalter der Phase 3 vervollständigt wird. Bei der folgenden Halbwelle wird die Polarität der Ausgangsleitungen 81 und 83 umgekehrt und der Schalter der Phase 3 befindet sich in seiner gegenüberliegenden Stellung, so daß die nunmehr positive Ausgangsleitung 83 mit dem Masseanschluß und der Anode von SCR2 und die negative Leitung 81 über die Diode 27 mit der Kathode von SCR2 verbunden wird. Der Strom durch die Primärwicklung 128 des Transformators T3 besitzt jedoch stets dieselbe Richtung, da er vor dem Umformer an den Anschlüssen 4 und 5 abgegriffen wird, wo ein pulsierender Gleichstrom anliegt. Der Impulstransformator T3 und der zugeordnete Trigger-Stromkreis für SCR2 liefert bei normalem Stromabfall keinen Triggerimpuls, sondern vielmehr nur dann, wenn ein plötzlicher Stromabfall mit dem Öffnen des Schalters der Phase 3 auftritt.

Das Schaltelement SCR2 kann bei jeder Halbwelle in den leitenden Zustand geschaltet werden, und zwar bevor der

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Schalter der Phase 3 den Stromkreis vollständig geöffnet hat. Zu diesem Zeitpunkt sind, wie bereits erwähnt, die Bürsten 102 und 104 noch leitend und haben noch nicht vollständig geöffnet, d.h. sie sind noch nicht vollständig auf die isolierenden Bereiche 92 und 94 gelangt. Tatsächlich benutzt der oben erwähnte Strompfad zur Überbrückung des Schalters der Phase 3 den Stromkreis durch die Bürsten 102 und 104 zum Masseanschluß. Es ist daher wichtig, daß SCR2 in den nicht leitenden Zustand gebracht ist und den Uberbrückungsstromkreis öffnet, bevor die Bürsten 102 und 104 vollständig geöffnet haben, weil sonst eine Funkenbildung auftreten würde. Deshalb wird das Abschalten von SCR2 so gesteuert, daß es vor dem Öffnen der von den Bürsten 102 und 104 gebildeten Schaltern erfolgt.

Das Schaltelement SCR2 wird abgeschaltet bzw. kommutiert durch das Schaltelement SCR3, dessen Kathode mit der Ka thode von SCR2 Über einen Widerstand R 22 Mittels der Leitung 132 verbunden ist. Die Kathode von SCR3 ist mit einem Kondensator C15 über eine Drosselspule L 1 verbunden. Die eine Seite des Kondensators C15 ist an Nasse gelegt. Venn SCR3 !■ leitenden Zustand ist, führt es über die Lei tung 132 der Kathode von SCR2 eine positive Spannung zu, die diejenige an der Kathode von SCR2 übertrifft und

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HS

daher SCR2 in den nicht leitenden Zustand schaltet. Die Spannung für die Hauptelektroden von SCR3 wird von der Ladung des Kondensators C15 abgegriffen. Dieser wird von einem Vollwellengleichriohter 136 aufgeladen, der Dioden D29 bis D32 umfaßt, die in üblicherweise in einer Brücke geschaltet sind. Ein Ausgang der Brücke I36 ist an den gleichgerichteten Ausgang der Phase 3 an der Diode D6 über die Leitung 142 angeschlossen, so daß ein positiver Ladungsstrom zum Kondensator CI5 fließen kann. Die Spannung wird mittels des Treiber-Transformators T2 erhöht, so daß der Eingangskreis für die Brücke 136 von der Sekundärwicklung 138 des Transformators T2 gespeist wird, dess^en Primärwicklung 140 mit der dritten Phasenwicklung 48 über die Anschlußklemme 1 und die Primärwicklung 102 des Transformators T1 zur Anschlußklemme 2 verbunden ist. Der Treiber-Transformator T2 wird in Verbindung mit dem Ladestrom von der Phase 3 über die Leitung 142 benutzt, um dem Kondensator C15 eine Ladung zuführen zu können, die ausreicht, um SCRE abzuschalten, wenn SCR3 leitend wird.

Der gleichgerichtete Ausgang des Gleichrichters 136 ist mit dem Kondensator C15 und der Drossel L1 über eine Diode D33 und einen Ladewiderstand R28 verbunden. Die Diode D33 schützt den Gleichrichter 136 gegen RUckspannung.

Das Schaltelement SCR3 wird von einem Trigger-Impuls geschaltet, der seinem Gitter über einen UniJunction-Transistör UJ

zugeführt wird.

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Das Triggern von UJ 1 isfvso gwsteuert, daß ein· vorbestiimte Zeitverzögerung von dem Zeitpunkt zu dem SCR 2 leitend wird, gegeben ist, so daß die Bürste 110 ihren Schaltvorgang beendet hat. Der N_ebenschlußkreie, der von SCR2 im leitenden Zustand geschaltet wird, wird mit anderen Worten, aufrecht erhalten, bis die Bürste 110 ihren Schaltvorgang beendet hat. Zu diesem Zeitpunkt umfaßt dieser Nebenschlußkreis auch die Bürsten 102 und 104. Dieser Nebenschlußkreis muß geöffnet werden, bevor die Bürsten 102 und 104 öffnen, so daß deren Offnen ebenfalls lastfrei erfolgen kann. Die Zeitgabe für diesen Nebenschlußkreis schafft die richtige Reihenfolge, wobei das letzte Abschalten des Laststromkreises über SCR2 erfolgt. Infolge dieser Maßnahmen kann die Bürste 110 unter geringer Last oder lastfrei öffnen und das nachfolgende öffnen des Nebenschlußkreises gestattet ein Offnen des Umschaltkreises über die Bürsten 102 und 104 unter lastfreien Bedingungen. Das Aufrechterhalten dieses Stromkreises über die Bürsten 102 und 104 bis zum öffnen der Bürste 110 kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß diese Bürsten breiter als die Bürste 110 ausgebildet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde eine Zeitverzögerung von 100 Mikrosekunden vorgesehen.

Das Auslösen der Zeitverzögerung erfolgt durch den Impuls-Transformator T4 (Fig. 3B), dessen Primärwindung 136 in dem Nebenschlußpfad von SffR2 liegt. Die Sekundärwicklung 144 liefert Impulse in Abhängigkeit von dem Stromfluß durch

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die Primärwicklung 136. Eine Diode D 34 ist über die Sekundärwicklung 144 gelegt, um einen Rückfluß der Spannung zu ermöglichen. Das eine Ende der Sekundärwicklung 144 ist an den Emitter von UJ1 über einen feadekondensator C 16 gelegt, während das andere Ende der Wicklung an die eine Basis von UJ 1 über die Diode D 35 und einen Widerstand R 29 gelegt ist. Ein Ladewiderstand R 30 ist zwischen den Emitter von UJ 1 und den Anschlußpunkten von D 35 und R 29 geschaltet und bildet einen Teil des Ladestromkreises für den Kondensator C 16. Eine Zener-Diode Z2 ist parallel zu dem Speicherkondensator C 17A gelegt, der Spannung zum Aufladen des Kondensators C 16 bereitstellt. Die Zener-Diode Z2 sichert eine verhältnismäßig gleichförmige Spannung über C 17A und damit auch über R 30 und C 16, wobei die Spannung über %2 und damit das Aufladen von C17 Aschnell auf das eingeregelte Niveau infolge des Arbeitens des Transistors T4 ansteigt. Der Widerstand R 30 und der Kondensator C16 besitzen eine vorbestimmte Zeitkonstante als RC-Glied, so daß das Potential «ntiEmitter von UJ 1, welches von dem Kondensator C 16 bereitgestellt wird, den Zündpunkt zu einer vorbestimmten Zeit nach der Auslösung durch den Strom über den Transformator T 4 erreicht. Z2 stellt sicher, daß die Vorspannung an UJ 1 gleichförmig erhalten bleibt, so daß das Zünden mit demselben Potential am Kondensator C 16 erfolgt, und damit zu derselben ZeAt, die seit dem Herstellen des Nebenschlusses vergangen ist.

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Die andere Basis von UJ 1 ist an das Gitter von SCR 3 über einen Widerstand R 31 gelegt, während ein Rückkoppelungeweg zum Kondensator C 16 Über eine Leitung 126 von der Kathode von SCR 3 besteht. Es ist zu beachten, daß es die Ladung des Kondensators C 16 ist, die SCR 3 Über UJ schaltet.

Sobald SCR 3 durohgesehaltet hat, liefert der Kondensator C 15 das positive Potential, welches zum Abschalten von SCR 2 erforderlich ist, so daß der Strompfad Über SCR 2 geSffnet wird. Wenn der Strom von dem Kondensator C 15 abnimmt, erzeugt die Drossel L 1 eine Spannung von umgekehrter Polarität, die SCR 3 umsteuert. Damit gelangt der Funkenlöschkreis in seine Ausgangsstellung, in der er für den nächsten Schaltvorgang bereit ist.

Um sicherzustellen, daß SCR 3 abgeschaltet bleibt und nicht durch zusätzliche Impulse von UJ1 Über C 16 leitend geschaltet wird, ist ein Haltekreis vorgesehen. Zu diesem Zweok ist ein Kondensator C 17 parallel zu dem R 22 mittels einer Diode D 35 geschaltet. C 17 wird aufgeladen, wenn SCR 3 leitend ist. Die Ladung des Kondensators C 17 wird an das Gitter von SCR 3 über einen Widerstand R 32 gekoppelt. Die Ladung des Kondensators C 17 kehrt die Vorspannung am Gitter von SCR 3 um. Diese umgekehrte Vorspannung erscheint nur, nachdem UJ1 das Element SCR 3 in den leitenden Zustand geschaltet hat und trägt dazu bei,

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daß SCR 3 nicht durch Impulse von UJ 1 wieder eingeschaltet werden kann, und verbessert gleichzeitig die Abschaltcharakteristik von SCR 3 beim öffnen gegenüber der hohen Nebenschlußspannung, die auftritt, wenn L1 und C 15 eingeschaltet sind.

Die vorstehend beschriebene Schaltung verhindert eine Funkenbildung an den Kontakten des Phasenwandlers und Umformers.

Es können jedoch extreme Lastbedingungen auftreten, unter denen der Funkenlöschkreis 34 übermäßig hohen Strömen ausgesetzt ist. In diesem Falle kann eine Funkenbildung an den Bürsten des Umformers 14 auftreten, und zwar wenn scharfe Spannungs- und Stromspitzen auftreten. Diese Spitzen bauen sich normalerweise über eine Reihe von Wellenlängen auf und treten nicht unbedingt plötzlich auf. Das Auftreten solcher hohen Spannungs- und Stromspitzen ist jedoch ein Anzeichen für eine ungenügende Lastanpassung an den Generator 12, der unter diesen Bedingungen abgeschaltet werden sollte. Dies erfolgt über einen Strompegel-Detektor 38.

Ein Kondensator C 18 mit verhältnismäßig großer Kapazität ist parallel zur Last 32 geschaltet. Dieser bildet einen Strompfad zum Unterdrücken eines induktiven Stromes, nachdem das Einschalten des Nebenschlußkreises beendet ist, d.h. nachdem SCR2 abschaltet. Es wird der Spannungsanstieg über C 18 abgetastet, um einen überhöhten Strompegel zu ermitteln.

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Zu diesem Zweck ist ein Differenzierkreis 148 vorgesehen, der einen Kondensator C 19 und einen Widerstand R 30 in Parallelschaltung enthält und mit den Anoden von Dioden D und D 28 Über einen Vorschaltwiderstand R 31 verbunden ist und Über einen Widerstand R 32 an dem Masseleiter 150 liegt. Auf diese Weise wird die Änderung der Spannung an C 18 durch den Differenzierkveis 148 abgetastetes. Fig. 3B), die bei steilen Spannungsanstiegen an C 18 größer sein wird und ein Anzeichen für die Größe des Strompegels bildet.

Die differenzierte Spannung wird an einen Vergleichsschaltkreis 151 gekoppelt, und zwar Über einen Kondensator C 20 und eineji Diode D 37. Eine Diode D 38 ist parallel zu C 20 und R 32 gelegt und ein Vergleichskondensator C 21 liegt zwischen der Diode D 37 und der Masseleitung 150. Der Kondensator C 21 wird eine Ladung aufnehmen, deren Größe eine Funktion des Spitzenwertes der Spannungsänderung an C 18 ist, so daß die Spannung an C 18 umso größer ist, je schneller der Spannungsanstieg erfolgt und je größer die Ladung am Kondensator C 21 ist. C 21 ist mit dem Eingang eines Paares von NPN-Transistoren Q 2 und Q 3 gelegt, die einen Darlington-Verstärker bilden, der als Emitter-Folger geschaltet ist. Der Kondensator 21 liegt an der Basis von Q 2, dessen Emitter mit der Basis von Q 3 verbunden ist. Der Emitter von Q 3 liegt über einem Widerstand R 33 an Masse. Die Kollektoren von Q 2 und Q 3 sind miteinander verbunden und liegen

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SA

ihrerseits über die Anschlußklemme 9 an dem Versorgungsstromkreis 123 des Feldreglers 36. Die beschriebene Transietorschaltung bildet für den Kondensator C 21 einen Eingang mit hoher Impedanz, so daß dessen Ladung erhalten bleibt. Mit aufeinanderfolgenden Wellen steigt die Spannung über C 18 an und erzeugt einen vergrößerten Ausgang an Q 3 über den Lastwiderstand R 33.

Das Potential am Emitter von Q 3 wird der Basis eines Unijunction-Transistors UJ 2 über ein Zeitglied oder einen Integrierkreis 132 zugeführt. Dieser Schaltkreis 152 umfaßt einen Filterkondeneator 23, der zwischen den Emitter von Q 3 und die Masseleitung 150 geschaltet ist, einen Widerstand R 34, der zwischen den Emitter von Q 3 und der Basis von UJ 2 liegt und einen Kondensator C 24, der zwischen dessen Basis und dem Masseleiter 150 gelegt ist.

Das Zeitglied 152 verhindert ein Triggern von UJ 2 für eine bestimmte Zeitdauer, z.B. 15 - 20 Wellen eines Ausgangs von 60 Hertz, so daß ein Abschalten nicht infolge des normalen Anlaufens des Antriebsmotors oder infolge vagabundierender Ströme er fügen kann. Die zweite Basis von UJ 2 ist an den verschiebbaren Arm 154 eines Potentiometers R 36 gelegt, dessen eines Ende an der Masseleitung 150 und dessen anderes Ende über einen Widerstand 38 über eine Leitung 156 und die Anschlußklemme 9 an den geregelten Versorgungskreis 123 gelegt ist. Die Spannung über R 36 wird ferner von einer

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Zener-Diode Z 3 gesteuert, die parallel zu ihm geschaltet ist. Die Spannung am Arm 154, die der zweiten Basis von UJ zugeführt wird, stellt den Schwellwert zum Zünden dieses Elementes dar. Der Emitter von UJ 2 ist an einen Steuerkreis 158 (Fig. 3A) über eine Diode D 40 und eine Leitung 160 gelegt. Eine Diode D 40 dient als Schutzdiode für UJ 2.

Wie oben erwähnt, erfolgt ein Abschalten in Abhängigkeit von einem hohen Stromniveau durch Betätigung eines thermischen Unterbrecherschalters CD. Dies wird durch den Steuerkreis 158 bewirkt. Ein Element SCR 4 ist mit seinem Gitter an den Ausgang von UJ 2 über eine Leitung 160 angeschlossen. Ein Widerstand R 39 und ein Kondensator C 25» (Fig. 3B), liegen zwischen der Leitung 160 und Masse und dienen zum Ausfiltern des Rauschens und dergl., um ein falsches Zünden zu verhindern. Die Anode von SCR 4 liegt parallel zu den Leitungen 81 und 83 über entgegengesetzt geschaltete Dioden D 41 und D 42. Die Kathode von SCR 4 ist mit dem Masseleiter 115 über einen Widerstand R 40 mit geringer Impedanz, eine Leitung und den Thvrmosohutzschalter CB angeschlossen. Eine Diode D liegt zwischen der Kathode von SCR 4 und dem Kondensator C Ein Widerstand R 41 liefert die Basisspannung mittels der Ladung des Kondensators C 26, um SCR 4 leitend zu halten, bis der Thermoschalter CB geöffnet hat und den Generator abschaltet. Wenn nun am Ausgang einer Serie von ansteigenden

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Spannungen auftritt} die Anzeichen für ein Überhöhtes Stromniveau ( ring current condition ) wird UJ 2 betriggert, wodurch der Gitterstromkreis von SCR 4 angeregt wird und SCR 4 leitend wird. Der Stromkreis von SCR 4 wird auf diese Weise einen Nebenschlußpfad mit geringer Impedanz vom Ausgang zum Thermoschalter CB schalten, wodurch der Überhöhte Strom den Thermoschalter betätigt und diesen öffnet, so daß der Erregerstromkreis ebenfalls geöffnet wird. Hierdurch wird der Generator 12 abgeschaltet und keine Spannung mehr erzeugt. Der Thermoschalter CB muß von Hand wieder eingeschaltet werden. Auf die beschriebene Weise ist ein Schutz gegen eine ungenügende Lastanpassung durch den Detektor-Stromkreis 38 gegeben. Es ist Jedoch auch möglich, daß in der Last 32 selbst ein Fehler auftritt, der überhöhte Spannungsspitten erzeugt, wobei Jedoch die Breite, die Frequenz oder die Polarität j der hohen Spannungsspitzen nicht ausreicht, um den Detektor- ' Stromkreis 38 ansprechen zu lassen. Gegen diese Bedingung \

ist Jedoch Vorsorge getroffen mittels eines thermischen I Detektorkreises 40. Es ist hler anzumerken, daß die hier erwähnten Spannungsspitzen nicht ein Ergebnis des "Klingeins* j nach der Kommutierung sind, sondern daß sie ausschließlich \

von der Last induziert werden. Dieser thermische Impulsspitzendetektor 40 arbeitet in Verbindung mit dem Gitterkreis von SCR 4 des Steuerkreises 158 (Fig. 3A) . Ein Metalloxyd-Varistor MOV ist parallel zur Last 32 geschaltet und damit über die Anschlußleitungen 81 und 83·

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Wenn Spannungsspitzen an der Last 32 auftreten, steigt die Temperatur von MOV. Es ist zu beachten, daß in Abhängigkeit von auftretenden Spannungsspitzen, die über dem Niveau liegen, das während des Kommutierens erzeugt wird, der MOV betätigt wird, d.h. ein bipolarer Abfall des Widerstandes auftritt. Ein PTC-Widerstand ist mit dem MOV integriert und spricht auf dessen Temperatur an. Dieser PTC-Widerstand besitzt einen positiven Temperaturkoeffizient mit einer Widerstandscharakteristik , die niedrig und konstant ist, bis eine vorbestimmte höhere Temperatur erreicht wird, bei der der Widerstand steil ansteigt. Auf diese Weise erzeugt der PTC-Widerstand einen schnellen Temperaturanstieg, sobald der MOV genügend Wärme infolge der Störungen in der Last 32 erzeugt.

Der PTC-Widerstand ist einerseits an die Masseleitung 150 gelegt und andererseits über die Anschlußklemme 9 und den Widerstand R 42 an den geregelten Spannungskreis 123 (Fig. 3B). Eine Diode D 45 ist zwischen dem Verbindungspunkt von R 42 und dem PTC-Widerstand zu dem Gitter von SCR 4 über die Leitung 160 geschaltet. Der Widerstand R 42 und der PTC-Widerstand bilden einen Spannungsteiler. Solange der PTC-Widerstand seinen normalen niedrigen Widerstandswert besitzt, ist das Potential an der Diode D 45 und damit an dem Gitter von SCR 4 niedrig und SCR 4 ist nicht leitend. Wenn der PTC-Widerstand auf die erhöhte Temperatur des MOV anspricht und einen höheren Widerstandswert erreicht, steigt das Potential

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an die 45 auf ein Niveau an, das ausreicht, um das Gitter von SCR 4 durchzusteuern. Damit wird SCR 4 leitend und betätigt den Thermoschalter CB in der Weise, daß der Erregerstromkreis geöffnet und der Generator 12 in der oben beschriebenen Weise abgeschaltet wird. Der thermisch arbeitende Impuls-Spitzendetektor 40 stellt somit einen Schutz gegen fehlerhafte Lasten dar.

Es ist hier festzuhalten, daß der Generator 12 von dem Thermoschalter CB abgeschaltet wird, wenn der Erregerstrom für eine ausgewählte Zeitdauer den normalen Wert übersteigt und der Thermoschalter einen zusätzlichen Schutz gegen Überlastung darstellt, wenn der am Ausgang des Generators auftretende Strom Übermäßig ansteigt, z.B. infolge eines Kurzschlusses, mangelhafter Lastanpassung usw.

Ein Kondensator C 22 ist zwischen den Emitter von Q 3 in dem Vergleichsstromkreis 151 zur Basis von Q 1 in dem Regelkreis 36 geschaltet. Bei Induktionsmotoren und Synchronmotoren besteht die Tendenz, bei zusammengesetzten Wellenformen unter bestimmten Lastbedingungen "durchzugehen". Eine solche Drehzahlerhöhung kann eine Instabilität in dem Feldregler 36 erzeugen, so daß der Motor weiterhin "aufgedreht" wird. Wenn der Motor mit überhöhter Drehzahl läuft, sinkt der Leistungsfaktor infolge der größeren Induktion, wodurch ein erhöhter Ringstrom auftritt. Dieser Strom wird von dem Detektorkreis 38 in einem Niveau abgetastet, welches unterhalb des Niveaus

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liegt, bei welchem der Generator 12 abgeschaltet wird. Die Größe des Ringstromes und damit des Widerstandes und des Maßes an Drehzahlerhöhungen erscheint als Potential am Emitter von Q 3 und wird an die Basis von Q 1 in dem Feldregler 36 über den Kondensator C 22 rückgekoppelt. Ein Spannungsanstieg an der Bais von Q 1 beschleunigt seine Ansprechzeit und damit das Zünden von SCR 1, wodurch der Erregerstrom vermindert wird. Die Verringerung des Erregerstromes wirkt einem Hochdrehen des Motors entgegen und trägt zur Stabilisierung des Induktionsmotors bei. Hier wird demnach der Anstieg des Ringstromes als Folge eines beginnenden Hochdrehens des Motors erfaßt.

Der Gleichrichter wird beim Anmeldungsgegenstand selektiv geschaltet, wodurch die Gleichrichtung so variiert wird, daß eine Impulsbreiten-Modulation erfolgt. Eine Vollwellen -Gleichrichtung erfolgt demanch nur, wenn alle Steuerelemente leitend sind, d.h. wenn eine Wellenform mit acht Impulsen erzeugt wird. Nach der Erfindung wird die Modulation nicht nach der Gleichrichtung erzeugt, d.h. am Ausgang einer gleichgerichteten Sinuswelle, sondern vielmehr während des Gleichrichtens, wodurch das Maß des Gleichrichtens der vollen ₍

i Phasen variiert wird. Eine Aufgabe der Erfindung besteht ' darin, eine Wellenform zu erzeugen, die eine Sinuswelle I simuliert, was erfindungsgemäß durch die Auswahl der Anzahl voa Phasen geschieht, die jeweils zur gleichen Zeit gleichgerichtet werden. - 47 -

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27 A3 Ί 5"?

Die Impulsbreite, die in dem Ausgang enthalten ist, kann selektiv variiert werden, in Abhängigkeit von den verwendeten Frequenzen usw.

Us ist Jedoch besonders kennzeichnend und hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Schaltvorgänge an beiden gesteuerten leitenden Vorricntungen vorzunehmen und bei einer Spannung von null Volt umzuformen. Die Ausgangsspannung besitzt eine konstante Amplitude. Tatsächlich kann diese Amplitude jedoch in Abhängigkeit von der Art der Last, der Impedanz der Steuerkreise des Generators usw. variieren. Wenn hier Bezug genommen wird auf eine Ausgangsspannung mit einer Wellenform mit konstanter Spannung, so ist damit gemeint, dan die Simulation der Sinuswelle durch Impulsbreiten-Modulation una nicht durch Variation der öpannungsamplituden erreicht wird.

Das dargestellte und beschriebene Ausfuhrungsbeispiel kann für abweichende bedingungen im Rahmen des Erfindungsgedankens und der in den Ansprucnen gekennzeicnneten Maßnahmen umgestaltet werden. £s sind duner in Abhang!gKeit von den jeweiligen Erfordernissen, die an ein Stromerzeugungsaggregat gestellt werden, weitere Ausfuhrungsbeispiele denkbar.

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Claims (1)

1. Dr.-Ing. Holzhäuser

   D I ρ I. - U β t. Qoldbach
   Dipl.-ir.-:. Scf-.ioffciftsckor

   ä t'e η t a π >v 5 I t e
   HetfrV.raC» i7 · b-iCü OrHliJQACH Ί ^r7 / O 1 C *i

   Ansprüche :

   (i. Phasenzahl- und Frequenz-Umwandler zur Umwandlung eines hochfrequenten Wechselstroms in einen niederfrequenten, einphasigen Wechselstrom zum Betreiben einer Last, der einen Gleichrichter enthält, welcher an den Ausgang des Generators angeschlossen ist, ferner eine Vorrichtung zur Steuerung des Gleichrichters umfaßt, der auf diese Weise Gleichstromimpulse liefert, und der ferner einen Inverter umfaßt, der aufeinanderfolgende Gleichstrom-Impulszüge zu einem Wechselstrom umformt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Laststromkreis ein Funkenlöschkreis (34) zugeschaltet ist, der eine überbrückung des Gleichrichters (16) und des Inverters (14) mit geringer Impedanz zu einem ausgewählten Zeitpunkt nach Jedem der Gleichstrom-Impuls züge schafft.

   2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektorschaltung (38) dem Laststromkreis zugeschaltet ist, die auf ein vorbestimmtes Spannungsniveau anspricht und den Generator (12) abschaltet.

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   3. Umformer nach Anspruch 2 mit einem einer Erregerwicklung (24) aufweisenden Generator (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (38) Schaltmittel zum Abschalten des Erregerstromkreiees der Feldwicklung enthält.

   4. Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Impulsspitzen-Detektor (40), der dem Laststromkreis zugeschaltet ist und auf einen übermäßigen Spannungsanstieg der Spannungsimpulse anspricht und Schaltmittel zum Abschalten des Generators enthält.

   5. Umformer nach Anspruch 4, wobei der Generator eine Feldwicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsspitzendetektor (40) Schaltmittel zum Unterbrechen des ErregerStromkreises aufweist.

   6. Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Ausgang des Generators über eine Steuerung des Erregerstromkreises gesteuert ist und im Laststromkreis ein In-

   i duktionsmotor oder dergleichen angeordnet ist, dadurch !

   gekennzeichnet, daß ein Feldregler (36) vorgesehen ist,

   der den gleichgerichteten Ausgang des Generators regelt, und daß dieser Feldregler Schaltelemente zum Abtasten des Maßes der Änderung des induktiven Rückstromes von der Last (32) aufweist und Schaltmittel zur Steuerung der Felderregung in Abhängigkeit von höheren Änderungsraten enthält

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   und ein Durchgehen des Induktionsmotors verhindert.

   7. Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungs-Impulszüge eine vorbestimmte Frequenz besitzen, die geringer ist als die Frequenz des Wechselstrom-Ausgangs.

   8. Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

   gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (16) von Schaltelementen gesteuert ist, die mit diesen verbunden sind und daß diese Schaltelemente und der Umformer (14) Schaltkreise enthält, die den Laststromkreis öffnen und eine Schleifringanordnung mit Bürsten umfassen, (Fig. 5 und6), die mindestens zeitweise ein Öffnen des Stromkreises zwischen dem Gleichrichter und der Last ermöglichen.

   9. Umformer nach Anspruch 5» wobei der Gleichrichter (16) von Schaltmitteln gesteuert ist, die mit diesem verbunden sind, wobei das eine dieser Schaltelemente und der Umformer Schaltkreise umfassen, die ein Öffnen des Laststromkreises ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß der i Impulsspitzendetektor (40) über dem LastStromkreis auftretende Impulsspitzen abtastet und den Erregerstromkreis der Feldwicklung in Abhängigkeit von dem Niveau der aufstrebenden Spannungsspitzen öffnet.

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   10. Umformer nach einem der Ansprüche 4,5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsspitzendetektor (40) ein !

   parallel zur Last geschaltetes Schaltelement mit bi-polare*

   I Kurzschluß-Chrakteristik enthält, welches in Abhängigkeit |

   von Spannungen vorbestimmter Größe den Laststromkreis kurzschließt, ferner einen PTC-Widerstand mit einer stei-

   len Kennlinie aufweist, der mit dem Schaltelement zum _{ Kurzschließen verbunden ist und auf den Temperaturanstieg des Kurzschlußelementes anspricht und eine scharfe Wider-

   Standsänderung bewirkt, und ferner Schaltmittel umfaßt, \

   die auf diese Widerstandsänderung anspnchen und den Erreger-Stromkreis der Feldwicklung öffnen.

   11. Umformer nach Anspruch 10 gekennzeichnet durch einen Hermisch gesteuerten Unterbrecherschalter in dem Erregerstromkreis der Feldwicklung(24),der diesen Stromkreis in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Maß des Erregerstrome^ unterbricht, wobei die Auslöseschaltung den Unterbrecherschalter einen Strom zuführt, der den Erregerstrom in j Abhängigkeit von der Widerstandsänderung übersteigt, so daß der Unterbrecherschalter öffnet. I

   ; ί

   ! 12. Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch I j gekennzeichnet, daß der Funkenlöschkreis (34) die über- ' brückung des Laststromkreises öffnet bevor der Umformer _{ (14) den nächsten Gleichspannungs-Impulszug umkehrt.

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   13. Umformer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Funkenlöschkreis (3A) ein erstes gesteuertes Schaltelement aufweist, welches Hauptelektroden und eine Steuerelektrode besitzt, die dieses Schaltelement in Abhängigkeit vom Auftreten eines ersten Triggereignais in einen leitenden Zustand schaltet, daß die Hauptelektroden dieses ersten Schaltelementes in den Kurzschlußpfad derart angeordnet sind, daß dieser geschlossen wird, wenn die Hauptelektroden leitend sind und geöffnet wird, wenn die Hauptelektroden nicht leitend sind, daß Abtastelemente vorgesehen sind, die die Größe des Stromflusses durch die Schleifringanordnung abtasten und das genannte erste Triggersignal auslösen, sobald der Stromfluß durch die Schleifringanorndung abfällt, so daß diese Hauptelektrode! leitend geschaltet werden und der Kurzschlußpfad geschlossen wird.

   14. Umformer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dez Funkenlöschkreis (34) Umsehaltelemente enthält, die die Hauptelektroden des ersten Schaltelementes nicht-gleitend schalten, und daß diese Umsehaltelemente ein Zeitglied enthalten, welches das Arbeiten des Umschaltelementes für eine vorbestimmte Zeit nach dem Durchschalten der Hauptelektroden verzögert.

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   15. Umformer nach Anspruch(i4), dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltelemente einen zweiten Steuerschalter aufweisen, der Hauptelektroden und eine gesteuerte Elektrode aufweist, die die Hauptelektroden in Abhängigkeit vom Auftreten eines zweiten Trigger-Signals in den leitenden Zustand schaltet, daß die Elektroden des ersten und des zweiten Schaltelementes durch einen Stromkreis in der Weise verbunden sind, daß die Hauptelektroden des ersten Schaltelementes nichtleitend geschaltet werden, sobald die Hauptelektroden des zweiten Schaltelementes leitend geschaltet sind, und daß das Zeitglied mit der Steuerelektrode des zweiten Schaltelementes verbunden ist und ein Triggersignal an diese liefert, welches die Hauptelektroden des zweiten Schaltelementes nach einer vorbestimmten Zeitdauer in den nichtleitenden Zustand schaltet.

   16. Umformer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltelemente einen Kondensator und einen Ladekreis umfassen, der den Kondensator auf einen vorbestimmten Wert auflädt bei welchem das zweite Schaltelement nicht leitend ist, und daß ein Entladestromkreis für den Kondensator vorgesehen ist, der die Hauptelektroden des zweiten Schaltelementes enthält, und daß die Ladung des Kondensators den Hauptelektroden des ersten Schaltelementes zugeführt wird und diese in den nicht leitenden Zustand schaltet.

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   ~⁷~ 27431B2

   17. Umformer nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen über die Last (32) geschalteten Kondensator und durch Abtastelemente zum Abtasten der Größe des Stromflusses durch diesen Kondensator.

   18. Umformer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastelemente einen Differenzierkreis umfassen, der die Spannung über diesen Kondensator differenziert und ein Signal erzeugt, dessen Größe eine Funktion der Größe des genannten Stromflusses ist.

   19. Umformer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ErregerStromkreis ein thermisch gesteuerter Unterbrechungsschalter (CB) angeordnet ist, der in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Größe des Erregerstroms den Erregerstromkreis unterbricht, daß Elemente vorgesehen sind, die auf das Signal ansprechen, welches eine Funktion des Stromflusses über den Kondensator (C 18) ist und die dem thermisch gesteuerten Schalter (CB) Strom zum öffnen dieses Schalters zufuhren.

   20. Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der am Ausgang des Phasenwandlers (18) auftretende Gleichstrom-Impulszug zeitmoduliert ist und den Charakter einer halben Sinuswelle aufweist.

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   21. Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch j gekennzeichnet, daß der Ausgang des Generators ein hoch- ■ frequenter, mehrphasiger Wechselstrom ist. -

   I

   22. Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch j gekennzeichnet, daß der Phasenwandler (18) und der den ; eigentlichen Umformer bildende Inverter als Anordnung von

   Sqgteifringen und Bürsten ausgebildet sind, die auf mindestens

   einer in einer Drehbewegung angetriebenen Scheibe angeordnet sind, deren Drehgeschwindigkeit etwa ein Drittel ι der Drehgeschwindigkeit des Generators beträgt. '

   ! 23* Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenwandler (18) für jede der drei eingehenden Phasen einen Schalter aufweist, daß die j Schalter um je 30° gegeneinander versetzt sind und über jeweils 90° öffnen und über jeweils 90° schließen, wobei der erste Schalter zuerst schließt und den Ausgang des Gleichrichters (16) durchschaltet, danach der zweite Schalter schließt und den zweiten Ausgang des Gleichrichters durchschaltet und danach der dritte Schalter schließt und den dritten Ausgang des Gleichrichters durchschaltet, worauf der erste Schalter öffnet, während der zweite und ; dritte Schalter noch geschlossen sind, der zweite Schalterj

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   öffnet, während der dritte Schalter noch geschlossen ist und der dritte Schalter öffnet während der erste und zweite Schalter geöffnet sind.

   24. Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dereigentliche Umformer als Inverter (14) ausgebildet ist und drei Bürsten (100, 102, 104) als Schaltelemente umfaßt, die mit einer Schleifringanordnung (84) 87) zusammenarbeiten, daß die Bürsten des Inverters und des Phasenwandlers ortsfest gegenüber den umlaufenden Schleifringanordnungen angeordnet sind, daß eine der Bürsten (100) ständig mit einem der Schleifringe verbunden ist, während die beiden anderen Bürsten (102,

   104) einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind

   ο und über jeweils einen Bereich von weniger als 180 mit dem einen (84) ader dem anderen (87) der Schleifringe verbunden sind, zwischen denen diametral gegenüberliegend« isolierende Bereiche (92, 94) angeordnet sind, die um einen geringen Betrag breiter als die Bürsten sind, und dai) der eine Schleifring (87) mit der Bürstenanordnung des Phasenwandlers (18) zusammenarbeitet.

   25. Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Funkenlöschkreis (34) einen Kurzschlusspfad mit geringer Impedanz über den Phasenwandler

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   schließt bevor dessen dritten Schalter öffnet und diesen Kurzschlußkreis öffnet bevor der Schalter des Inverters (14) öffnet, daß der Funkenlöschkreis ein steuerbares Schaltelement in einem ersten Hauptstromkreis und einem ersten Gitter-Stromkreis enthält, wobei der Hauptstromkreis in Abhängigkeit von einem ersten Gitter-Signal leitend geschaltet wird und Abtastelemente zum Abtasten der Änderung des Stromflusses durch den dritten Schalter des Phasenwandlers aufweist, die das Gitter-Signal auslösen, daß ein auf den ersten Hauptstromkreis ansprechendes Zeitglied vorgesehen ist, welches beim Schließen ein zweites Signal zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem j Schließen des ersten Hauptstromkreises liefert, und daß mit dem ersten Hauptstromkreis Schaltmittel verbunden sind, die diesen in Abhängigkeit von dem zweiten Signal in den nicht leitenden Zustand schalten, wobei die vor- |

   bestimmte Zeitverzögerung des Zeitgliedes endet bevor j

   zwei Schalter des Inverters (14) öffnen, so daß der | Kurzschlußpfad vor dem Öffnen dieser Schalter geöffnet wird.

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