DE2915950A1 - Wechselrichter fuer beliebige spannungsformen - Google Patents

Description

G.S. Hall 1-1-1 - y -

Wechselrichter für beliebige Spannungsformen

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wechselrichter zu schaffen, dessen ausgangsseitige Wechselspannung in Form und Frequenz in engen Grenzen konstant ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Der Unteranspruch zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes auf.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 das Blockschaltbild eines Wechselrichters gemäß der Erfindung,

Figur 2 einen ersten Wellenzug anhand dessen die Arbeitsweise des Wechselrichters gemäß der Erfindung erläutert wird,

Figur 3 einen zweiten Wellenzug anhand dessen die Arbeitsweise des Wechselrichters gemäß der Erfindung erläutert wird,

Figur 4 die schaltungsmäßigen Einzelheiten der Blöcke 5, 6 und 7 vom Schaltbild der Figur 1.

Die Schaltung gemäß Figur 1 hat einen Taktimpulsgenerator 1. Dieser erzeugt zwei hochfrequente Rechteckimpulsfolgen, die entsprechend der Darstellung A und B in Figur 2 in Gegenphase liegen. Diese zwei Impulszüge werden über Eingänge 2a und 2b

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einem Impulslängenmodulator 2 zugeführt. Ein Vergleichswellengenerator 3 erzeugt ein Wechselsignal· (Figur 2, C), das
der am Ausgang des Wechselrichters gewünschten, üblicherweise sinusförmigen Wellenform entspricht. Dieser Wellenzug gelangt auf eine Nulldurchgangs-Erkennungsschaltung 4, die
in Abhängigkeit der Halbwellenfrequenz zwei in Gegenphase
verlaufende Rechteckimpulszüge erzeugt, deren Flanken mit
den Nulldurchgängen der Bezugswelle synchronisiert sind (Figur 2, D und E). Diese zwei Rechteckimpulszüge werden dem

Impulslängenmodulator 2 über dessen Eingänge 2c und 2d zugeführt und tasten dort die über die Eingänge 2a und 2b zugeführten Signale auf die Ausgänge 2e und 2f. Dieses erfolgt
in der Weise, daß bei einer Auftastung zwischen dem Eingang 2a und dem Ausgang 2e der Ausgang 2f gesperrt bleibt, während bei einer Auftastung zwischen dem Eingang 2b und dem Ausgang 2f der Ausgang 2e gesperrt ist (Figur 2, F und G).

Die beiden, den Modulator 2 ausgangsseitig verlassenden Impulsfolgen werden den Eingängen 5a und 5b einer Verstärkerstufe 5 zugeführt. Die Stufe 5 besteht aus zwei Verstärkern, durch die eine getrennte Verstärkung der beiden Impulszüge
erfolgt. Die entsprechenden Verstärkerausgänge sind jeweils mit einer von zwei parallel geschalteten Primärwicklungen
eines Übertragers 6 verbunden, der sekundärseitig eine
Haupt- und zwei Hilfswicklungen hat (Figur 4). Die Hauptwicklung ist mit den Eingängen 7a und 7b einer Zweitorschaltung verbunden, über die wechselweise eine Filteranordnung angesteuert wird, über die Hiifswicklungen werden steuerbare
Gleichrichteranordnungen in der Zweitorschaltung 7 mit Energie versorgt. Zwei Eingänge 7c und 7d zu den jeweiligen steuerbaren Gleichrichteranordnungen sind mit je einem der Ausgänge der Erkennungsschaltung 4 verbunden, über die auf die steuerbaren Gleichrichteranordnungen Einfluß genommen wird.

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Am Ausgang der bisher beschriebenen Schaltung tritt etwa eine Impulsfolge auf, wie sie in Figur 2, H dargestellt ist. In der Praxis ist die Impulsfrequenz der Signale A und B im Verhältnis zur Frequenz des Bezugssignals wesentlich höher als dargestellt. So beträgt erstere z.B. 20 kHz gegenüber 50 Hz des Bezugssignals. Die gewählte Darstellung entspricht ungefähr dem Verhältnis 250 Hz zu 50 Hz und wurde vor allem aus Gründen der besseren Verdeutlichung gewählt. Die in Figur 2 unter J dargestellte Impulsform gibt eine klarere Vorstellung über das am Ausgang der steuerbaren Gleichrichteranordnungen auftretende Impulsbild/ bevor es die Filteranordnung passiert. Nach der Filteranordnung entspricht das Impulsbild in etwa der Wellenform, wie es das Diagramm Figur 2,C zeigt.

Der Ausgang der Filteranordnung ist jedoch auf den einen Eingang 8a einer Vergleichsanordnung 8 geschaltet, während der andere Eingang 8b direkt mit dem das Bezugssignal liefernden Vergleichswellengenerator 3 verbunden ist. In dieser Vergleichsanordnung wird laufend der momentane Istwert am Ausgang der Filteranordnung mit dem jeweiligen vom Generator 3 angezeigten Sollwert verglichen. Ein möglicherweise auftretender Unterschied führt dazu, daß die Länge der durch den Modulator 2 erzeugten Impulse über den Steuereingang 2g nachgeregelt wird. Ist der Ausgangswert höher als der SoIlwert, so erfolgt eine Verringerung der Länge der vom Modula'-tor 2 erzeugten Impulse; ist der Ausgangswert niedriger, so erfolgt eine entsprechende Impulsverlängerung. Die Wirkung veranschaulicht Figur 3. In diesem Fall sind aus Übersichtlichkeitsgründen wieder nur ein paar wenige Impulse statt der in Wirklichkeit vorhandenen vierhundert Impulse dargestellt. Die gestrichelte Wellenlinie stellt die Form des filterseitigen Ausgangssignals dar und ist eine leidlich treue Wiedergabe des vom Generator 3 gelieferten Bezugssignals .

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G.S. Hall 1-1-1 ~ S ~

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Figur 5 zeigt die Schaltung der Blöcke 5, 6 und 7 der Figur 1 und ihre Zusammenschaltung in detaillierter Form.

Der Verstärker 5 besteht aus zwei in Darlington-Manier gekoppelten Verstärkern. Die Eingänge 5a und 5b dieser Verstärker stehen -wie vorbeschrieben- mit den Ausgängen 2e bzw. 2f (Figur 1) des Modulators 2 in Verbindung. Ausgangsseitig liegen die Verstärker an jeweils einer der beiden Primärwicklungen L1 bzw. L2 des Übertragers 6. Aufgrund der vorbeschriebenen wechselweisen Auftastung der Modulatorausgänge 2e und 2f sind im steten Wechsel nur immer jweils eine der beiden parallel geschalteten Primärwicklungen L1 bzw. L2 impulsweise erregt. Zum Schütz der Kollektoren der Ausgangstransistoren T1 und T2 gegen überspannung ist die jeweilige Kollektor-Ermitter-Strecke durch eine Diode D1 bzw. D2 überbrückt. Dieses ist notwendig, da z.B. beim Abschalten die Spannung am Kollektor des Transistors T1 rapide ansteigt wegen der Gegen-EMK. Die Kollektorspannung am Transistor T2 wird dagegen entsprechend negativ, wobei die Diode D2 leitend wird, sobald die Kollektorspannung am Transistor T2 minus 0,7 Volt erreicht. Weiterhin ist dach die magnetische Kopplung der beiden Wicklungen L1 und L2 ein Ansteigen der Spannung verbunden, die am Kollektor des Transistors T1 auf das zulässige Maß begrenzt sein muß.

Es sei davon ausgegangen, daß dem Verstärkereingang 5a Impulssignale zugeführt werden. Dadurch wird die Primärwicklung L2 des Übertragers 6 erregt, wodurch die eine sekundärseitig angeschlossene Diode D3 in Durchlaßrichtung beansprucht wird, wodurch die Anode eines nachgeordneten steuerbaren Gleichrichters CR1 positiv vorgespannt ist. Gleichzeitig erfolgt eine Aussteuerung von der Nulldurchgangs-Erkennungsschaltung 4 her über einen Transistor T4 und einen Optokoppler 0C1 zum Steuereingang des Gleichrichters CR1, wodurch dieser eben-

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falls durchgeschaltet wird. Somit gelangen die im Verstärker 5 verstärkten Impulse durch den Gleichrichter CR1 als ein breitenmodulierter, positiver Impulszug auf das durch L6 und C1 gebildete Filter. Entsprechendes vollzieht sich, wenn dem Eingang 5b des Verstärkers 5 Impulssignale zugeführt werden, nur mit dem Unterschied, daß in diesem Fall auf das Filter ein Zug negativer, breitenmodulierter Impulse gelangen. Die am Ausgang 7e des Filters auftretende Impulsreihe entspricht dann in etwa der Wellen-■ form des Bezugssignals. Der Ausgang 7e des Filters ist, wie bereits erwähnt, mit dem einen Eingang 8a der Vergleichsanordnung 8 verbunden.

Wie vorstehend bereits erwähnt, steigt die Spannung an den Kollektoren der Transistoren T1 bzw. T2 im Augenblick des Abschaltens an. Die Spannung an der Anode oder Kathode der entsprechenden Dioden D4 oder D3 zeigt eine entgegengesetzte Tendenz. Durch Dioden D6 und D5 werden die jeweiligen Anoden oder Kathoden auf Nullpotential gelegt, so daß die in der Sekundärwicklung L3 auftretenden Schwingspannungen über die Dioden D4 bzw. D3 abgeleitet werden.

3 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanwalt

   DiDl.-Phvs. Leo Thul

   Stuttgart 29 15 950

   G.S.Hall-P.K.Hardcastle-B.J.Simpson 1-1-1

   INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, New York

   Patentansprüche

   1.) Wechselrichter für beliebige Spannungsformen, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (1), der zwei gegenphasige Rechteckimpulsfolgen erzeugt, einen Vergleichswellengenerator (3),dessen Bezugssignalfrequenz wesentlich geringer ist als die Taktfrequenz des Generators (1), eine Erkennungsschal· tung (4) zur Ermittlung der Nulldurchgänge der Bezugssignale, einen Impulslängenmodulator (2), an den eingangsseitig sowohl der Generator (1) als auch die Erkennungsschaltung (4) angeschlossen sind und dem ausgangsseitig Schalteinrichtungen nachgeordnet sind, die aus einem Übertrager (6) und einer Schalt- und Filteranordnung (7) bestehen, deren Ausgang (7e) mit einer Vergleichsanordnung (8) verbunden ist, die andererseits mit dem Vergleichswellengenerator (3) in Verbindung steht und der ausgangsseitig an einen Steuereingang (2g) des Impulslängenmodulators (2) angeschlossen ist.

   2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (6) zwei parallel geschaltete Primärwicklungen (L1 und L2) hat, der sekundärseitig eine Hauptwicklung (L3) und zwei Hilfswicklungen (L4 und L5) zugeordnet sind und daß die Primärwicklungen (L1 und L2) über getrennte Verstärkerstufen (5) mit entsprechend separaten Ausgängen (2e, 2f) des Impulslängenmodulators (2) verbunden sind.

   18.April 1979 -/-

   vHy/mü

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   ORIGINAL INSPECTED