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Dreiphasen-Wechselrichter
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Die Erfindung betrifft einen Dreiphasen-Wechselrichter mit drei an
eine Gleichspannung angeschlossenen Zerhackerstufen, welche durch einen Taktgeber
jeweils um 1200 phasenverschoben im Rhythmus einer vorgegebenen Betriebs frequenz
die anliegende Gleichspannung zerhacken und die zerhackte Gleichspannung jeweils
an einen Ausgangstransformator liefern, dessen Sekundärwicklungen die gewünschte
Wechselspannung abgeben und in Dreieckschaltung verbunden sind.
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Derartige Wechselrichter haben die Aufgabe, aus einer beispielsweise
von einer Batterie gelieferten Gleichspannung eine dreiphasige Wechselspannung mit
Sternpunkt zu erzeugen. Während die zur Verfügung stehende Gleichspannung im allgemeinen
relativ niedrig ist und beispielsweise 6, 12 oder 24 V beträgt, soll die dreiphasige
Wechsel spannung in etwa der normalen setzt spannung entsprechen. Eine Phase soll
beispielsweise eine Wechselspannung von etwa 200 V liefern. Die Frequenz der Wechselspannung
soll ebenfalls in etwa der Frequenz eines Wechselstromnetzes entsprechen, also beispielsweise
50 Hz betragen.
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Die Erfindung will einen Dreiphasen-Wechselrichter schaffen, der aufgrund
seines niedrigen Gewichtes und seiner hohen Betriebssicherheit besonders für den
Einsatz in Luftfahrzeugen geeignet ist. Da der Dreiphasen-Wechselrichter auch bei
Segelflugzeugen eingesetzt werden können soll, kommt es auf einen hohen Wirkungsgrad-an,
der möglichst größer als 80 % sein soll.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Dreiphasen-Wechselrichter
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, dessen Sternpunkt voll belastbar ist
und bei dem die Amplituden und Phasenwinkel der Wechsel spannungen auch bei stark
unsymmetrischer Belastung und variablem Leistungsfaktor stabil sind.
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Die Wechselspannung soll weitgehend sinusförmig sein.
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Weiter soll der erfindungsgemäße Wechselrichter kurzzeitig um 150
% überlastbar sein. Bei Kurzschluß am Wechselspannungsausgang müssen 300 % Nennstrom
geliefert werden, um die Sicherungen der Verbraucher auszulösen.
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Weiter sollen Schutzschaltungen gegen Falschpolung, Unterspannung,
Überspannung, Überlastung und Kurzschluß vorgesehen sein. Vor allem ist bei allen
Bauteilen auf ein niedriges Gewicht zu achten.
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Zur Erzeugung von um 1200 phasenverschobenen exakten Rechteckspannungen
auf einfache Weise sieht die Erfindung zunächst vor, daß der Taktgeber mit einem
Vielfachen der Betriebsfrequenz drei Steuer-Flip-Flops parallel ansteuert welche
um 120° phasenverschobene Rechteckspannungen mit einem Mehrfachen der Betriebsfrequenz
abgeben. Insbesondere soll der Taktgeber mit dem 12-fachen der Betriebsfrequenz
arbeiten, während die Steuer-Flip-Flops eine Ausgangsspannung mit der doppelten
Betriebsfrequenz abgeben können. Jedes Steuer-Flip-Flop steuert zweckmäßigerweise
ein Referenz-Flip-Flop an, das zwei gegenphasige Ausgangsrechteckspannungen mit
der Betriebsfrequenz liefert.
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Weiter steuert zweckmäßigerweise jedes Steuer-Flip-Flop über einen
Sägezahngenerator und einen Komparator ein verzögertes Flip-Flop an, welches zwei
gegenphasige Rechteckspannungen mit Betriebsfrequenz liefert, deren Phasenlage gegenüber
den Referenzspannungen der Referenz-Flip-Flops insbesondere vo-0 bis 1800 stufenlos
einstellbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zweite Eingang jedes Komparators
vorzugsweise über einen individuellen Regelverstärker an einen gemeinsamen Referenzspannungsgeber
angelegt ist. Die synchrone Sägezahnspannung mit doppelter Betriebsfrequenz wird
auf diese Weise in dem Komparator mit der Regelspannung aus dem Regelverstärker
verglichen. Übersteigt die ansteigende Flanke der Sägezahnspannung die Regelspannung,
so schaltet der Komparator um und triggert das verzögerte
Flip-Flop.
Je nach der Größe der Regelspannung wird der Komparator durch die synchrone Sägezahnspannung
früher oder später umgeschaltet. Dadurch entstehen an den Ausgängen des verzögerten
Flip-Flops zwei gegenphasige Rechteckspannungen mit Betriebsfrequenz, deren Phasenlage
gegenüber den Referenz-Rechteckspannungen durch Einstellung der Spannung am Referenzspannungsgeber
stufenlos von 0 bis 1800 einstellbar ist.
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Zur Erzielung einer exakten Leistungs-Rechteckspannung ist nach einer
weiteren, auch ohne die vorgenannten Merkmale verwendbaren Ausführungsform der Erfindung
vorgesehen, daß die gegenphasige Referenz-Rechteckspannung und die gegenphasige
verzögerte Rechteckspannung jeweils über eine Treiberstufe einen Treibertransformator
mit wenigstens zwei Sekundärwicklungen ansteuern, an welche jeweils zwei zu einer
Brücke zusammengeschalteten Leitungstransistoren angeschlossen sind, wobei die Brückenspannungen
die Primärwicklung des Ausgangstransformators beaufschlagen. Zwischen den beiden
Brückenhälften entsteht erfindungsgemäß eine Rechteckspannung bzw.
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eine Treppenspannung mit variabler Impulsbreite je nach der Phasenlage
zwischen der Referenz- und der verzögerten Rechteckspannung. Diese Rechteck- bzw.
Treppenspannung liegt also an der Primärwicklung des Ausgangs-Leistungstransformators
an.
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Die Primärwicklung beider Treibertransformatoren jeder Zerhackerstufe
weist vorzugsweise eine Mittelanzapfung auf, die jeweils über Widerstände an der
Gleichspannung anliegen. Der an dieser Mittelanzapfung jeder Primärwicklung anliegende
Gleichspannungsanteil ist durch die Stromrückkopplung lastabhängig und kann daher
als Slergroße für eine im folgenden noch zu beschreibende Strombegrenzung verwendet
werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet
sich dadurch, daß die Treibertransformatoren eine dritte Sekundärwicklung aufweisen,
über welche der Brückenstrom
zur Primärwicklung des Ausgangstransformators
fließt.
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Weiter soll in dem Kreis der Primärwicklung jedes Ausgangstransformators
eine Drossel eingeschaltet sein, so daß jede Primärwicklung des Ausgangs-Leistungstransformators
von der Brückenspannung über die Drossel gespeist wird. Vorzugsweise sind die beiden
Klemmen der Primärwicklung des Ausgangstransformators gegebenenfalls über die Drossel
jeweils über sperrende Dioden an die Gleichspannung und Masse angelegt.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches auch ohne die vorgenannten
Merkmale verwendbar ist, weist der Ausgangstransformator außer der Sekundärwicklung
eine Meßwicklung auf, von der eine zur Ausgangsspannung proportionale Meßspannung
abgenommen wird. Diese Meßspannung wird zweckmäßigerweise über einen Gleichrichter
und einen Integrator an einen zweiten Eingang des Regelverstärkers angelegt, dessen
erster Eingang an dem Referenzspannungsgeber anliegt. In dem Regelverstärker erfolgt
ein Vergleich mit der vom Referenzspannungsgeber abgegebenen Referenzspannung. Auf
diese Weise besitzt jeder Zerhacker eine eigene Regelschleife, wodurch auch bei
unsymmetrischer Belastung eine exakte Ausregelung der Phasenspannung erfolgt. Durch
die Verkettung der drei Phasen in Dreiecksschaltung ist damit auch eine stabile
Phasenverschiebung gewährleistet.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet
sich dadurch, daß die Mittelanzapfung der Primärwicklung jedes von der Referenzrechteckspannung
gespeisten Treibertransformators über den Integrator an den zweiten Eingang des
Regelverstärkers angelegt ist. Da der Mittelanzapfung der Primärwicklung der Treibertransformatoren
über Widerstände ein Gleichstrom zugeführt wird, ist der an der Mittelanzapfung
der Primärwicklung anliegende Gleichspannungsanteil durch die Stromrückkopplung
lastabhängig. Er wird als Meßgröße für eine Strombegrenzung verwendet, indem die
Meßgröße ohne Gleichrichtung direkt über den Integrator dem Regelverstärker zugeführt
wird. Dadurch erfolgt eine Strombegrenzung bei Überlastung,
welche
beispielsweise auf 150 % des Nennstromes eingestellt werden kann.
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Von besonderer Bedeutung ist eine auch von den vorangehenden Merkmalen
zumindest teilweise unabhängige Ausführungsform, bei der jeder Ausgangstransformator
zwei Hilfswicklungen und jede Sekundärwicklung eine Mittelanzapfung aufweist und
bei der zyklisch. jeweils zwei Hilfswicklungen unterschiedlicher Augangstransformatoren
hintereinandergeschaltet sind und jede: Reihenschaltung einseitig an einem gemeinsamen
Sternpunkt und anderseitig an der Mittelanzapfung des jeweils dritten Ausgangstransformators
anliegt. Aufgrund dieser Zick-Zack-Schaltung der Mittelanzapfungen und Hilfswicklungen
wird ein stabiler, phasenstarrer Sternpunkt erzeugt.
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Weiter ist es zweckmäßig, wenn im Magnetkreis jedes Ausgangs-Leistungstransformators
ein definierter Luftspalt von solcher Dimensionierung vorliegt, daß durch die Induktivität
der Sekundärwicklung bei der Nennspannung und der Betriebs frequenz eine induktive
Blind leistung in der Größe der Nennleistung erzeugt wird. An jeder Sekundärwicklung
jedes Ausgangstransformators soll außerdem ein Kondensator anliegen, der mit dem
Ausgangstransformator einen auf die Betriebsfrequenz abgestimmten Parallelschwingkreis
bildet. Hierdurch wird aus der Rechteckspannung eine Sinusspannung gebildet.
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Um im Falle eines Kurzschlusses eine Verdoppelung des Ausgangsstromes
auf 300 % des Nennstromes zu erzielen, ist nach einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung vorgesehen, daß die drei Ausgangsklemmen über einen Dreifachumschalter
an die Sekundärwicklung der Ausgangstransformatoren angeschlossen sind und daß bei
umgeschaltetem Dreifachumschalter die Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen mit
den Ausgangsklemmen verbunden werden.
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Zweckmäßigerweise wird der Umschalter von einem Relais angesteuert,
das bei Kurzschluß die Umschaltung automatisch vollzieht. Nachher Umschaltung arbeiten
also die drei Ausgangstransformatoren als sogenannte Spar- oder Autotransformatoren.
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Da die bei Kurzschluß ohnehin gegen Null gehende Ausgangsspannung
theoretisch halbiert wird, steigt bei Kurzschluß der Ausgangsstrom auf 300 % des
Nennstromes an. Gleichwohl werden im Kurzschlußfall trotz des dreifachen Nennstroms
die Bauteile nur einer 1,5-fachen Belastung ausgesetzt.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform ist so ausgebildet, daß die
drei Sekundärwicklungen des Ausgangstransformators derart in Reihe schaltbar sind,
daß sich durch vektorielle Addition ihrer Ausgangsspannungen eine einphasige Ausgangsspannung
ergibt Dabei bleibt die einfache Siebschaltung Zt' Umwandlung von Rechteck- bzw.
Treppenspannungen in Sinusspannungen erhalten, weil die einphasige Wechselspannung
wie beim Dreiphasen-Betrieb aus drei um 1200 phasenverschobenen Spannungen erzeugt
wird.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung ist das Gewicht des Dreiphasen-Wechselrichters
außerordentlich gering, denn die verwendeten Transformatoren werden mehrfach ausgenutzt,
so daß die Zahl der magnetischen Bauelemente wesentlich reduziert wird.
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Durch den automatischen Wechsel der Betriebsart bei Kurzschluß kann
die Forderung von 300 % des Nennstromes erfüllt werden1 wobei jedoch sämtliche Komponenten
des Wechselrichters nur für 150 % des Nennstromes zu bemessen sind. Diese Maßnahme
hat eine weitere Gewichtsreduzierung zur Folge.
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Die Verwendung einer speziellen Zusammenschaltung der Leistungstransformatoren
für die Erzeugung eines stabilen Sternpunktes erlaubt es, die Regelung der Amplitude
und des Phasenwinkels der Wechselspannungen auf eine Amplitudenregelung zu reduzieren,
wodurch eine wesentliche Vereinfachung erreicht wird.
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Aufgrund der vektoriellen Addition der drei Wechselspannungen kann
die gewichtsarme Bauweise außerdem zur Erzeugung von einphasigen Wechselspannungen
verwendet werden.
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Zusammenfassend erfüllen die erfindungsgemäß verwendeten Ausgangs-Leistungstransformatoren
folgende Aufgaben: a) Transformator im Normalbetrieb; b) Autotransformator bei Kurzschluß;
c) Blindstromdrossel mittels Luftspalt im Magnetkreis; d) Sternpunkterzeugung im
Drei-Phasenbetrieb; e) Spannungswandler für Meß- und Regelaufgaben.
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Diese Mehrfachausnutzung führt zu der wesentlichen Gewichtseinsparung.
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Die beiden Treibertransformatoren erfüllen folgende Aufgaben: a) Ansteuerung
der Leistungstransistoren mit Stromrückkopplung; b) Stromwandler für Meß- und Regelaufgaben.
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Durch die Mehrfachausnutzung der Treibertransformatoren entfallen
separate Stromwandler.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigen: die Fig. 1a und ib ein Schaltbild einer bevorzugten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dreiphasen-Wechselrichters, wobei die Punkte
A' bis F', A" bis F" und A"' bis F"' der Fig. 1a bzw.
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ib zur Erzielung eines einheitlichen Schaltbildes miteinander verbunden
zu denken sind, Fig. 2 ein Diagramm der an den verschiedenen Schaltstufen des Schaltbildes
nach Fig. la,b erhaltenen Ausgangs spannungen,
Fig. 3 das Dreiphasen-Diagramm
der Schaltung nach Fig. 1a, b, Fig. 4 das Dreiphasen-Diagramm der Schaltung nach
Fig. 1a, b nach der Umschaltung auf Ein-Phasenbetrieb und die Fig. 5,6 Einzelheiten
bzw. Ergänzungen der Schaltung nach Fig. 1.
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Nach Fig. 1a,b erzeugt ein Taktgeber 11 eine Rechteckspannung mit
12-facher Betriebsfrequenzt In Fig. 2 gibt das erste Diagramm U schematisch die
Betriebsfrequenz wieder, während das zweite Diagramm 11 schematisch den Verlauf
der vom Taktgeber 11 abgegebenen Rechteckspannung wiedergibt.
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Der Taktgeber 11 ist parallel an drei Flip-Flops 12a,b,c angelegt,
an deren Ausgängen drei um jeweils 1200 phasenverschobene Ausgangsspannungen mit
der zweifachen Betriebsfrequenz anstehen, welche in den Diagrammen 12a,-12b, 12c
der Fig. 2 angedeutet sind.
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Alle drei Phasenzweige der erfindungsgemäßen Schaltung sind gleich
aufgebaut, so daß diese im folgenden gemeinsam beschrieben werden.
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Die Ausgangsspannung der Steuer-Flip-Flops 12a,b,c triggert jeweils
ein Referenz-Flip-Flop 15a,b,c und erzeugt an deren Ausgängen Q, Q zwei gegenphasige
Referenz-Rechteckspannungen mit Betriebsfrequenz, welche in den beiden Diagrammen
15a Q bzw. 15a Q in Fig. 2 veranschaulicht sind.
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Über Transistoren 58a,b,c und Dioden 60a,b,c bzw. Transistoren 59a,b,c
und Dioden 61a,b,c enthaltende Treiberstufen 13a,b,c werden in Fig. ib dargestellte
Referenz-Treibertransformatoren 14a,b,c angesteuert, indem di beiden Ausgangsklemmen
A',B1;A'1, B"; A' " , B"' der Treiberstufen 13a,b,c an die Primärwicklungen 49a,b,c
der Treibertransformatoren 14a,b,c angeschlossen sind.
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Die Ausgangsspannungen der Flip-Flops 12a,b,c sind außerdem jeweils
an einen Sägezahnspannungsgenerator 16a,b,c angeschlossen, welcher eine synchrone
Sägezahnspannung mit doppelter Betriebsfrequenz abgibt, welche im Diagramm 12a der
Fig. 2 gestrichelt schematisch angedeutet ist. Der Ausgang des Sägezahngenerators
16a,b,c ist an den einen Eingang eines Komparators 17a,b,c ,angelegt, dessen anderem
Eingang die Ausgangsspannung eines Regelverstärkers 18a,b,c zugeführt ist.
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Übersteigt die ansteigende Flanke der vom Sägezahngenerator 16a,b,c
abgegebenen Sägezahnspannung die vom Regelverstärker 18a,b,c abgegebene Regelspannung,
so schaltet der Komparator 17a,b,c um und triggert das an ihn angeschlossene verzögerte
Flip-Flop 1ia,b,c.
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Ein zweiter Eingang jedes Regelverstärkers 18a,b,c ist an einen allen
drei Phasen gemeinsamen Referenzspannungsgeber 35 angeschlossen. Je, nach der Größe
der von diesem abgegebenen Regelspannung wird der Komparator 17a,b,c durch die synchrone
Sägezahnspannung früher oder später umgeschaltet. Dadurch entstehen an den Ausgängen
O, 0 des verzögerten Flip-Flops 19a,b,c zwei gegenphasige Rechteckspannungen mit
Betriebsfrequenz, deren Phasenlage gegenüber den Referenzspannungen an den Referenz-Flip-Flops
15a,b,c um Werte von 0 bis 1800 stufenlos einstellbar ist. Die Größe der Regelspannung
bestimmt die Größe der Phasenverschiebung.
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Die gegenphasigen Ausgangs-Rechteckspannungen der verzögerten Flip-Flops
19a,b,c sind über Transistoren 62a,b,c und Dioden 64a,b,c bzw. Transistoren 63a,b,c
und Dioden 65a,b,c enthaltende Treiberstufen 20a,b,c an in Fig. 1b gezeigte verzögerte
Treibertransformatoren 21a,b,c angelegt, indem die beiden Ausgangsklemmen C', D'jun'8ie
EifigDangsklemmen der Primärwicklungen 50a,b,c der Transformatoren 21a,b,c angeschlossen
sind.
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Jeder Treibertransformator 14a,btc, 21a,b,c weist außer der Primärwicklung
49a,b,c bzw. 50a,b,c drei Sekundärwicklungen 41a,b,c; 42a,b,c; 43a,b,c bzw. 44a,b,c;
45a,b,c; 46a,b,c auf.
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Die Sekundärwicklungen 41a,b,c; 42a,b,c; 44a,b,c; 45a,b,c sind jeweils
über eine Diode mit parallelgeschaltetem Kondensator an den Basis-Emitter-Kreis
eines Leistungstransistors 22a,b,c; 23a,b,c; 24a,b,c bzw. 25a,b,c angeschlossen.
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Die Transistoren 22a,b,c; 24a,b,c sind mit ihrem Kollektor an die
Gleichspannung angeschlossen, während die Emitter mit dem Kollektor der übrigen
Leistungstransistoren 23a,b,c; 25a,b,c in Verbindung stehen. Die Emitter der Leistungstransistoren
23a,b,c; 25a,b,c sind an Masse gelegt.
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Die Leistungstransistoren 22,23,24,25 bilden so eine Brückenschaltung,
wobei die Verbindungspunkte 66a,b,c bzw. 67a,b,c der Leistungstransistoren 22a,b,c
und 23a,b,c bzw. 24a,b,c und 25a,b,c jeweils über eine dritte Sekundärwicklung 43a,b,c
bzw. 46a,b,c der Treibertransformatoren 14a,b,c und 21a,b,c sowie eine Drossel 27a,b,c
an die Primärwicklung 48a,b,c des Ausgangs-Leistungstransformators 26a , b,c angeschlossen
sind.
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Nach Fig. ib ist die Reihenschaltung der Drossel -27a,b,c und der
Primärwicklung 48a,b,c jeweils über Dioden 51a,b,c; 52a,b,c; 53a,b,c bzw. 54a,b,c
an die Gleichspannung bzw. Masse angelegt.
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Die Dioden sind jeweils in Sperrichtung gepolt.
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Auf diese Weise sind drei Leistungs-Zerhackerstufen 47a,b,c gebildet.
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Zwischen den beiden Brückenhälften 22a,b,c; 23a,b,c bzw. 24a,b,c;
25a,b,c entsteht aufgrund entsprechender Anordnung gemäß der Erfindung eine Rechteckspannung
bzw. eine Treppenspannung mit variabler Impulsbreite je nach Phasenlage zwischen
der Referenz-und der verzögerten Rechteckspannung. Diese Rechteck- bzw. Treppenspannung
wird über die Stromrückkopplung der Treibertransformatoren
14a,b,c
und 21a,b,c sowie die Drossel 27a,b,c an die Primärwicklung 48a des Ausgangs-Leistungstransformators
26a,b,c angelegt.
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Erfindungsgemäß weist der Ausgangstransformator 26a,b,c eine Sekundärwicklung
28a,b,c mit einer Mittelanzapfung 55a,b,c auf. Die drei Sekundärwicklungen 28a,b,c
sind gemäß Fig.lb im Dreieck geschaltet. Die drei Ausgangsklemmen der Dreieckschaltung
sind mit A, B bzw. C bezeichnet.
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Außerdem weist jeder Ausgangstransformator zwei Hilfswicklungen 29a,b,c
und 30a,b,c auf. Nach Fig. Ib sind jeweils die beiden Hilfswicklungen 2ia,30b; 29c,29b;
30a,30c hintereinandergeschaltet. Die jeweilige Reihenschaltung liegt mit einem
Pol am Sternpunkt 56 an, während der andere Pol mit der Mittelanzapfung 55c, 55a
bzw. 55b eines Ausgangstransformators verbunden ist. Das Diagramm der Fig. 3 veranschaulicht,
wie durch die so gebildete erfindungsgemäße Zick-Zack-Schaltung ein definierter
Sternpunkt 56 gebildet wird. In Fig. 3 sind in ausgezogenen Linien die Phasenverhaltnisse
auf der Primärseite des Ausgangstransformators 26a,b,c veranschaulicht, in gestrichelten
Linien die yerhältnisse auf der Sekundärseite.
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Nicht dargestellt ist in der Zeichnung die Anordnung eines definierten
Luftspaltes in jedem Ausgangstransformator 26a,b,c.
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Durch diesen Luftspalt wird in der jeweiligen Sekundärwicklung in
Verbindung mit der Drossel 27 a,b,c 28a,b,c/elne Induktivität gebil'det, die bei
Nennspannung und Betriebsfrequenz eine induktive Blindleistung in der Größe der
Nennleistung erzeugt. An jede Sekundärwicklung 28a,b,c ist ein Kondensator 32a,b,c
angeschlossen, welcher mit dem Ausgangstransformator 26a,b,c einen auf die Betriebsfrequenz
abgestimmten Parallelschwingkreis bildet. Auf diese Weise wird die Rechteckspannung
in eine Sinusausgangsspannung umgewandelt.
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Der Luftspalt in den Transformatoren 26a,b,c erzeugt eine induktive
Blindleistung, die mit den Kondensatoren 32a,b,c Parallelschwingkreise bilden, deren
Resonanzfrequenz das 1- bis 1,5-fache der Betriebsfrequenz beträgt. Ist die induktive
und kapazitive Blindleistung etwa gleich der Nennleistung, so entsteht ein Parallelschwingkreis
mit der Betriebsgüte Q = 1. Die relativ geringe Kreisgüte reicht aus, um die Rechteckspannung
in eine Sinusspannung umzuwandeln, da die Sinusspannung aus drei um 1200 verschobenen
Rechteckspannungen erzeugt wird (Dreieckschaltung). Wird die Sinusspannung nur aus
einer Rechteckspannung erzeugt, sosind dafür wesentlich höhere Kreisgüten (Q = 2-3)
erforderlich.
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Dabei werden die Kondensatoren 32a,b,c wesentlich größer und die Blindleistung
in den Transformatore muß ebenfalls größer werden, wodurch erhöhte Verluste en !hen
bzw. die Transformatoren größer dimensioniert werde; ißten.
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Weiter weist der Ausgangstransformator 26a,b,c erfindungsgemäß eine
Meßwicklung 3ta,b,c auf, deren einer Pol an Masse liegt, während die andere Klemme
F' über die in Fig. 1a dargestellten Gleichrichter 33a,b,c an einen Integrator 34a,b,c
angelegt ist.
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Der Integrator 34a,b,c ist einerseits mit seinem Ausgang an einen
zweiten Eingang des Regelverstärkers 18a,b,c angelegt.
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Über die Meßwicklung 3ja,b,c wird eine der Ausgangsspannung der Anordnung
proportionale Meßspannung abgenommen. Diese liegt nach Gleichrichtung und Integration
am Regelverstärker 18a,b,c an, wo ein Vergleich mit der Referenzspannung von dem
Referenzspannungsgeber 35 erfolgt. Auf diese Weise weist jede der drei Phasen eine
eigene Regelschleife auf, wodurch. auch. bei unsymmetrischer Belastung eine exakte
Ausregelung der Phasenspannung erfolgt. Durch die Verkettung der drei Phasen in
Dreieckschaltung ist damit auch eine stabile Phasenverschiebung gewährleistet.
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Erfindungsgemäß weist jeder Treibertransformator 14a,b,c; 21a,b,c
in seiner Primärwicklung 49a,b,c; 50a,b,c eine Mittelanzapfung 36a,b,c; 37a,b,c
auf, welche über Widerstände 38a,b,c; 39a,h,c an die Gleichspannung angelegt sind,
so daß über die Widerstände ein Gleichstrom zugeführt wird. Da der an der Mittelanzapfung
36a,b,c der Primärwicklung 49a,b,c anliegende Gleichspannungsanteil durch die Stromrückkopplung
lastabhängig ist, kann diese Anzapfung als Meßgröße für eine Strombegrenzung verwendet
werden. Zu diesem Zweck wird die Anzapfung 36a,b,c über die Verbindung E', E" bzw.
E"' direkt ohne Gleichrichtung über den Integratcr 34a,b,c dem Regelverstärker 18a,b,c
zugeführt. Dadurch erfolgt eine Strombegrenzung bei Überlastung auf z.B. 150 % des
Nennstromes.
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Um bei Kurzschluß zwischen den Ausgangsklemmen A, B, C, 56 den dreifachen
Nennstrom zu liefern und somit die im Ausgangskreis vorgesehenen Sicherungen. zum
Ansprechen zu bringen, werden die Ausgangsspannungen an den Klemmen A, B, C mittels
eines
Umschalters 57 (Fig. 1b) auf die Mittelanzapfungen 55a,b,c
der Sekundärwicklungen 28a,b,c umgeschaltet. Die Transformatoren 26a,b,c arbeiten
hierbei als sogenannter Spar- oder Autotransformator. Hierdurch wird trotz nur 1,5-facher
Mehrbelastung der elektronischen Bauteile der Kurzschlußausgangsstrom auf 300 bades
Nennstromes erhöht.
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Die Umschaltung des Dreifachumschalters 57 kann durch ein Relais 40
automatisch dann erfolgen, wenn der Ausgangsstrom in einer Phase den 1,5-fachen
Wert des Nennstromes erreicht und dabei die Ausgangsspannung einen festgelegten
Schwellwert unterschreitet. Das Relais 40 wird hierzu nach Fig. 1 und 5 über einen
Schaltverstärker 68 angesteuert. Dieser vergleicht die Meßgröße der über Dioden
76 aus den Integratoren 34 a, b, c abgenommenen Ausgangsspannung mit der Referenzspannung
des Referenzspannungsgebers 35. Fällt die Ausgangsspannung unter einen festgelegten
Wert., so liegt Kurzschluß vor und das Relais 40 schaltet automatisch um.
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Fig. Ib zeigt einen weiteren Dreifachumschalter 68, mittels dessen
im Sinne von Fig. 4 die drei Sekundärwicklungen 28a,b,c derart in Reihe geschaltet
werden können, daß durch vektorielle Addition der Ausgangsspannungen eine einphasige
Sinus-Ausgangsspannung entsteht, welche durch den Pfeil W in Fig. 4 veran-Schaulicht
ist. Diese Spannung kann an den Ausgangsklemmen A und C in Fig. 1b abgenommen werden.
Bei der Umschaltung auf Ein-Phasenbetrieb wird also die Dreieckschaltung der Sekundärwicklungen
28a,b,c aufgetrennt, und die drei Sekundärwicklungen werden in Serie geschaltet=
Eine Sekundärwicklung muß umgepolt werden. Die Mittelanzapfungen 55a,b,c' werden
aufgetrennt.
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Trotz dieser einfachen Reihenschaltung bleibt dabei die einfache Siebschaltung
zur Umwandlung von Rechteck- bzw. Treppenspannung in Sinusspannung erhalten, weil
die Einphasen-Wechselspannung wie beim Drei-Phasenbetrieb aus drei.um 1200 phasenverschobenen
Spannungen zusammengesetzt ist.
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Die Phasenverschiebung um 1200 zwischen den Flip-Flops 12a,b,c erfolgt
dadurch, daß beim Umkippen eines Flip-Flops der Data-Eingang (D-Flip-Flop) des nächsten
Flip-Flops gesetzt wird, d.h.
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12a setzt 12b, 12b setzt 12c und 12c setzt 12a. Dadurch schalten die
Flip-Flops bei jedem Taktimpuls nacheinander um und es entstehen drei um 1200 phasenverschobene
Rechteckspannungen mit 1/6 der Taktfrequenz.
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Die Zusammenführung der beiden Eingangsspannungen der Integratoren
34a,b,c erfolgt nach Fig. 5 über eine Entkopplungsdiode 71, d.h. jede Eingangsspannung
besitzt eine eigene Integrationsstufe 72 bzw. 73, deren Ausgänge über die Diode
71 zusammengeführt sind. Am Eingang 1 liegt die Meßgröße der Ausgangsspannung, am
Eingang 2 die Meßgröße des Ausgangsstromes an. Der Ausgang 3 liegt am Minuseingang
des Regelverstärkers 18a,b,c an. Bei der Betriebsart von Leerlauf bis 150 % Nennlast
wirkt der Eingang 1 allein und regelt die Ausgangsspannung.
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Be Belastung größer 150 % Nennlast übersteigt die Meßgröße am Eingang
2 die Referenzspannung und bewirkt eine Strombegrenzung auf den 1,5-fachen Wert
des Nennstromes. Dabei fällt die Ausgangsspannung ab und der Eingang 1 wird unwirksam.
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Die Ausgangsspannung der Integrationsstufe 72 des Integrators 34 a,
b, c liegt außerdem über eine Diode 76 an einem Ausgang 4 an, der den Steuereingang
des Schaltverstärkers 68 beaufschlagt. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
kann gemäß Fig. 6 der Steuereingang des Verstärkers 68 auch über eigene Integrationsstufen
77 an die Ausgangs spannung bei 1 angeschlossen sein. Dadurch erfolgt keine Beeinflussung
durch den Eingang 2 mehr.
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L e e r s e i t e