DE3303223C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungs­ vorrichtung mit einer Wechselspannungsquelle für einen über einen Gleichrichter und einen Glättungs­ kreis mit Glättungskondensator gespeisten Gleichstrom­ verbraucher, wobei die Wechselspannung eine Regelein­ richtung aufweist, durch die der Mittelwert jeder Halbwelle der Ausgangswechselspannung der Wechselspan­ nungsquelle in Abhängigkeit von einer Ausgangsgröße beeinflußbar ist, und wobei die Ausgangswechselspannung der Wechselspannungsquelle bei Belastung wenigstens angenähert trapezförmig und ihre Flankensteilheit gleich oder größer als die einer Sinusspannung mit gleichem Maximalwert und gleicher Periodendauer wie die der Trapezspannung ist.

Eine Vorrichtung dieser Art ist bekannt durch die DE-AS 12 93 303.

Um einen Gleichstromverbraucher aus einer Wechselspan­ nungsquelle mit Gleichstrom zu versorgen, ist es bekannt, die Ausgangswechselspannung der Wechsel­ spannungsquelle durch einen Gleichrichter gleichzu­ richten und zu glätten, bevor sie dem Gleichstrom­ verbraucher zugeführt wird. Der hierfür verwendete Glättungskondensator hat eine verhältnismäßig hohe Kapazität, um eine möglichst geringe Welligkeit der Ausgangsgleichspannung sicherzustellen. Eine hohe Kapazität ist auch dann von Vorteil, wenn der Glättungskondensator gleichzeitig als Pufferkondensator dienen soll, um einen kurzzeitigen Ausfall der Wechsel­ spannungsquelle zu überbrücken oder eine kurzzeitige hohe Belastung auf der Gleichspannungsseite auszuglei­ chen. Im Normalbetrieb wird sich der Glättungskonden­ sator daher nicht vollständig zwischen zwei aufein­ anderfolgenden Halbwellen der Wechselspannung entladen.

Ferner fließt der Eingangsstrom des Gleichrichters (bzw. der Ausgangsstrom der Wechselspannungsquelle) immer nur so lange, wie der Augenblickswert der Wechselspannung höher als die Restspannung des Glät­ tungskondensators ist. Demzufolge ist die Stromflußzeit auf der Eingangsseite des Gleichrichters bzw. der Stromflußwinkel des Gleichrichters in jeder Halbwelle der Ausgangswechselspannung der Wechselspannungsquelle in der Regel wesentlich kürzer als die Dauer einer Halbwelle der Wechselspannung. Die Stromflußzeit ist um so kürzer, je höher die Kapazität des Glättungs­ kondensators ist. Dies ergibt ein ungünstig hohes Verhältnis des Effektivwertes zum Gleichrichtwert des durch den Gleichrichter fließenden Stroms. Der Gleichrichter muß daher auf einen sehr viel höheren Spitzenwert des Stroms ausgelegt sein, als es dem Gleichstrommittelwert entspricht.

Bei der bekannten Stromversorgungsvorrichtung der gattungsgemäßen Art (DE-AS 12 93 303) ist die durch die Regeleinrichtung überwachte und beeinflußte Ausgangsgröße der durch den Gleichstromverbraucher fließende Gleichstrom, wobei die Ausgangswechselspannung und damit auch der Mittelwert jeder Halbwelle der Ausgangswechselspannung so nachgestellt wird, daß Änderungen des Ausgangsgleichstroms ausgeglichen werden. Hierbei ändert sich wegen der Verwendung eines Transduktors als Stellglied auch die Amplitude der Wechselspannung, ohne daß sich die Flankensteilheit der Wechselspannung nennenswert ändert, was bei zunehmender Belastung zu einer Erhöhung des Verhältnis­ ses von Effektivwert zum Mittelwert des Gleichrichter­ stroms und damit zu einer Verringerung des Wirkungsgrads führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strom­ versorgungsvorrichtung der gattungsgemäßen Art anzuge­ ben, die bei zunehmender Belastung ein geringeres Verhältnis von Effektivwert zum Gleichrichtwert des Gleichrichterstroms sicherstellt.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Mittelwert jeder Halbwelle der Ausgangswechsel­ spannung, unter Beibehaltung eines konstanten Maximal­ wertes der Ausgangswechselspannung, nur durch Änderung der Flankensteilheit auf einen vorgegebenen Sollwert regelbar ist.

Bei dieser Ausbildung ergibt sich eine selbsttätige Vergrößerung des Stromflußwinkels des Gleichrichters, wenn die Belastung zunimmt, da die Ausgangswechselspan­ nung bei steigender Belastung (zunächst) abzunehmen beginnt und diese Abnahme bei konstantem Maximalwert nur durch Erhöhung der Spannungszeitfläche bzw. der Flankensteilheit und damit des Stromflußwinkels ausgeglichen werden kann. Der Stromflußwinkel des Gleichrichters ist auch bei hoher Kapazität des Glättungskondensators größer als bei einer Sinusspannung mit gleichem Maximalwert und gleicher Periodendauer wie der bzw. die der Trapezspannung.

Sodann ist der Verlauf des Eingangsstroms des Gleich­ richters annähernd rechteckförmig. Das Verhältnis von Effektivwert zu Gleichrichtwert des Gleichrichter­ eingangsstroms ist daher kleiner als bei sinusförmiger Ausgangswechselspannung der Wechselspannungsquelle, so daß der Gleichrichter auf einen geringeren Spitzen­ wert des Eingangsstromes ausgelegt oder besser ausgenutzt werden kann. Die endliche Steilheit der Trapezflanken ermöglicht die Verwendung eines Glättungskondensators mit höherer Kapazität als bei einem rechteckigen Verlauf des Gleichrichtereingangsstroms.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß die Ausgangs­ wechselspannung der Wechselspannungsquelle sich mit abnehmender Belastung der Sinusform nähert und im Leerlauf sinusförmig ist. Hierbei wird der Ober­ wellengehalt der Ausgangswechselspannung mit abneh­ mender Belastung geringer, so daß auch der Konden­ sator und damit der Gleichrichter nicht mit höher­ frequenten Wechselströmen belastet wird.

Sodann kann die Regeleinrichtung einen den Mittelwert jeder Halbwelle der Ausgangswechselspannung erfassenden Wechselspannungsregler und einen Kurvengenerator mit einem durch die Ausgangsspannung des Wechselspan­ nungsreglers in seiner Amplitude steuerbaren Sinusgene­ rator mit doppelseitiger Amplitudenbeschneidung aufweisen und die Ausgangswechselspannung der Wechsel­ spannungsquelle der Ausgangsspannung der Regeleinrich­ tung nachgeführt sein. Hierbei sorgt der Kurvengenerator für die Konstanthaltung der Amplitude (des Maximal­ wertes) und der Wechselspannungsregler für die Konstant­ haltung des Mittelwertes der Ausgangswechselspannung.

Wenn der Ausgangsspannung des Kurvengenerators eine den Ausgangsstrom der Wechselspannungsquelle dar­ stellende Strommeßspannung gegensinnig überlagert ist, wird die Kurvenform der Ausgangswechselspannung selbsttätig dem Verlauf der Ausgangsspannung des Kurvengenerators nachgeregelt.

Die Ausgangswechselspannung kann der Ausgangsspannung der Regeleinrichtung über einen steuerbaren aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Stromrichter nachgeführt sein. Der Stromrichter bildet hierbei auf einfache Weise das Leistungs-Stellglied des Regelkreises.

Die Steuerimpulse für den Stromrichter können durch einen Vergleicher mit Kippverhalten erzeugt werden, dem die Ausgangsspannung eines Dreieckgenerators und die Ausgangsspannung der Regeleinrichtung zu­ geführt werden, wobei der Dreieckgenerator mit dem Kurvengenerator synchronisiert ist und eine um ein Vielfaches höhere Frequenz als dieser aufweist. Dies ergibt auf einfache Weise eine Impulsbreitenmodula­ tion der Steuerimpulse des Stromrichters, so daß der Stromrichter, nach Heraussiebung der Steuerimpuls­ frequenz und ihrer Oberwellen, eine Ausgangswechsel­ spannung erzeugt, deren Kurvenform der der Ausgangs­ spannung der Regeleinrichtung bzw. des Kurvengenerators entspricht. Die Abhängigkeit der Kurvenform der Ausgangswechselspannung von der Belastung läßt sich dann dadurch erreichen, daß dem nicht durch den Dreieckgenerator beaufschlagten Eingang des Kippverhal­ ten aufweisenden Vergleichers ein Vergleicher ohne Kippverhalten vorgeschaltet ist, dem die Ausgangsspan­ nung des Kurvengenerators und die Strommeßspannung zugeführt werden.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nach­ stehend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung für einen Wechsel­ stromverbraucher, der einen Gleichrichter mit Glättungskreis und angeschlossenem Gleich­ stromverbraucher aufweist,

Fig. 2 den Verlauf des Eingangsstroms und der Eingangs­ spannung des Gleichrichters bei sinusförmiger Ausgangsspannung der Stromversorgungsvorrich­ tung und einem Glättungskondensator mit ge­ ringer Kapazität,

Fig. 3 den Verlauf des Eingangsstroms und der Eingangs­ spannung des Gleichrichters bei sinusförmiger Ausgangsspannung der Stromversorgungsvorrichtung und einem Glättungskondensator mit hoher Kapazität,

Fig. 4 den Verlauf des Eingangsstroms und der Eingangs­ spannung des Gleichrichters bei erfindungs­ gemäßer Formgebung der Ausgangsspannung der Stromversorgungsvorrichtung und geringer Belastung,

Fig. 5 den Verlauf des Eingangsstroms und der Eingangs­ spannung des Gleichrichters bei erfindungs­ gemäßer Formgebung der Ausgangsspannung der Stromversorgungsvorrichtung und Vollast und

Fig. 6 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Stromversorgungsvor­ richtung.

Die Stromversorgungsvorrichtung N nach Fig. 1 stellt eine Wechselspannungsquelle dar. Diese erzeugt eine Wechselspannung U, die einen Verbraucher 1 an Verbrau­ cheranschlüssen 2 mit einem Wechselstrom I versorgt. Der Verbraucher 1 besteht aus einem Gleichrichter 1 a in Brückenschaltung, einem am Ausgang des Gleich­ richters 1 a angeschlossenen Glättungskreis, der einen ohmschen Widerstand 1 b in Reihe mit einem Glättungskondensator 1 c aufweist und aus einem parallel zum Glättungskondensator 1 c liegenden ohmschen Gleich­ stromverbraucher 1 d. Der Glättungskondensator 1 c wirkt gleichzeitig als Pufferkondensator für den Fall einer kurzzeitigen hohen Belastung oder eines kurzzeitigen Ausfalls der Stromversorgungsvorrich­ tung N.

Zur Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung sei zunächst angenommen, daß die Ausgangswechsel­ spannung U der Stromversorgungsvorrichtung N sinusför­ mig sei, wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Ferner sei angenommen, daß der Glättungskondensa­ tor 1 c eine Restspannung Uc aufweise. Dann beginnt der Ausgangsstrom der Stromversorgungsvorrichtung N bzw. der Eingangsstrom I des Gleichrichters 1 a erst in dem Augenblick zu fließen, in dem die Spannung U die Spannung Uc überschreitet, wie es in den Fig. 2 und 3 für verschieden hohe Restspannungen Uc und Kapazitäten des Glättungskondensators 1 c dargestellt ist. Der Strom I wird unterbrochen, sobald die Spannung U wieder die Spannung Uc unterschreitet, sofern sich der Glättungskondensator 1 c langsamer entlädt als die Spannung U abnimmt, was hier wegen der üblicher­ weise hohen Kapazität eines Glättungs- bzw. Pufferkon­ densators vorausgesetzt wird. In den Diagrammen nach den Fig. 2 und 3 (und nach den Fig. 4 und 5) ist ferner zur Vereinfachung der Darstellung und Erläuterung der wegen der hohen Kapazität gering­ fügige Anstieg der Spannung Uc am Glättungskonden­ sator 1 c während jeder Halbwelle der Spannung U vernachlässigt. Ferner ist bei Fig. 2 eine kleinere Kapazität des Glättungskondensators 1 c als bei Fig. 3 angenommen.

Der Strom I fließt mithin nur während eines Zeitab­ schnitts jeder Halbwelle der Spannung U, der kürzer als die halbe Periodendauer der Spannung U ist.

Je höher die Kapazität und damit die Restspannung Uc des Glättungskondensators 1 c ist, um so kürzer ist die Stromflußzeit (siehe Fig. 3). Ebenso nimmt der Maximalwert des Stroms I mit steigender Kapazität des Glättungskondensators 1 c zu. Der Verlauf des Stroms I weicht daher stark von seinem über eine Halbwelle ermittelten Mittelwert (einem idealen Gleichstrom) ab, d. h., um durch den Gleichrichter 1 a eine bestimmte Leistung zu übertragen, muß der Strom I einen Spitzenwert aufweisen, der erheblich höher als ein über die gesamte Halbwelle konstanter Gleichstrom ist, durch den die gleiche Leistung übertragen wird. Dies bedeutet, daß der Gleichrichter 1 a auf einen entsprechend höheren Spitzenstrom ausgelegt sein muß als es zur Übertragung einer bestimmten Leistung durch einen Rechteck-Wechselstrom mit über beide Halbwellen konstanter Amplitude erforderlich wäre.

Die Stromversorgungsvorrichtung N erzeugt daher eine Spannung U bzw. Uo wie sie in den Fig. 4 und 5 für verschiedene Belastungen dargestellt ist.

Lediglich im Leerlauf ist die Spannung U = Uo sinus­ förmig. Bei Belastung ist sie dagegen zumindest angenähert trapezförmig, wobei ihr Maximalwert stets gleich dem Maximalwert der Leerlaufspannung Uo ist. Der Strom I hat daher ebenfalls einen angenähert trapezförmigen Verlauf, so daß das Verhältnis seines Effektivwertes zu seinem Mittelwert (genauer: Gleich­ richtwert) nur wenig höher als der Idealwert von "1" ist. Mit zunehmender Belastung wird die Steilheit der Trapezflanken bei konstantem Maximalwert selbsttätig erhöht, so daß die Restspannung Uc entsprechend früher in jeder Halbwelle überschritten bzw. später unterschritten wird. Die Stromflußzeit in jeder Halbwelle nimmt daher ebenfalls zu, wie Fig. 5 im Vergleich zu Fig. 4 zeigt. Der Verlauf des Stroms I nähert sich daher mit steigender Belastung immer mehr der idealen Rechteckform, ohne sie jedoch - auf Grund der Trapezform der Spannung U - je zu erreichen. Die Trapezform hat gegenüber der hinsichtlich des Formfaktors idealen Rechteckform den Vorteil, daß der Glättungskondensator 1 c nicht durch Impulse mit zu steilen Flanken beaufschlagt wird, was ebenfalls zu einer Überlastung des Gleichrichters 1 a und des Glättungskondensators 1 c führen kann, da der Glättungs­ kondensator 1 c für rasche Spannungsänderungen praktisch einen Kurzschluß darstellt, insbesondere wenn er eine sehr hohe Kapazität aufweist. Die Kapazität kann daher ebenfalls entsprechend höher als im Falle eines ansonsten idealen Rechteckstroms I gewählt werden, so daß der Glättungskondensator 1 c eine entsprechend bessere Glättungs- und Pufferwirkung hat.

Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, wird die Trapezform der Spannung U dadurch erreicht, daß eine in ihrem Maximalwert veränderbare Sinusspannung beidseitig beschnitten bzw. bei zunehmendem Maximalwert auf einen konstanten Wert begrenzt wird.

Fig. 6 zeigt den Aufbau eines als Notstromaggregat ausgebildeten Ausführungsbeispiels der erfindungs­ gemäßen Stromversorgungsvorrichtung ausführlicher. Der Wechselstromverbraucher 1 liegt über die Anschlüs­ se 2 an der Ausgangsseite eines Streufeld-Transfor­ mators 8, der seinerseits mit einer Eingangsseite an wechselspannungsseitigen Anschlüssen 3 eines steuerbaren Stromrichters 6, hier eines Umkehrstromrich­ ters, der als Gleichrichter und Wechselrichter be­ treibbar ist, liegt. Der Stromrichter 6 liegt über einen gleichspannungsseitigen Anschluß 4 an einer ladbaren Batterie 5 und enthält eine Brückenschaltung aus steuerbaren Ventilen 6 a, hier Anreicherungs-Isolier­ schicht-Feldeffekttransistoren. Die Ventile 6 a werden durch einen Impulsbreitenmodulator 6 b gesteuert. Sodann sind die wechselspannungsseitigen Anschlüsse 3 des Stromrichters 6 bzw. die Verbraucheranschlüsse 2 über einen Trennschalter 7 und den Streufeldtrans­ formator 8 an Anschlüssen 9 für einen Wechselstrom­ generator 10 anschaltbar, bei dem es sich um das übliche Wechselstromversorgungsnetz handeln kann. Ein an der Verbindung zwischen den Wechselstromge­ neratoranschlüssen und dem Trennschalter 7 angeschlos­ sener Spannungsfühler 11 löst selbsttätig die Unter­ brechung dieser Verbindung durch den Trennschalter 7 aus, wenn die Spannung des Wechselstromgenerators 10 bzw. die Netzspannung auf Grund eines Leitungs­ bruchs oder eines Kurzschlusses ausfällt.

Ein mit seinem Istwert-Eingang am gleichspannungs­ seitigen Anschluß 4 des Stromrichters 6 bzw. an der Batterie 5 liegender Gleichspannungsregler 12 steuert über einen Frequenzregler 12 a die Phasen­ lage von rechteckförmigen Steuerimpulsen, die den Steueranschlüssen der steuerbaren Ventile 6 a über den Impulsbreiten-Modulator 6 b zugeführt werden. Dabei werden die Steuerimpulse in ihrer Phasenlage relativ zu der der Ausgangswechselspannung des Wechsel­ stromgenerators 10 so verschoben, daß bei zu niedri­ ger Batteriespannung im Mittel ein höherer pulsie­ render Gleichstrom aus dem Wechselstromgenerator 10 über den Stromrichter 6 und den Anschluß 4 in die Batterie 5 als aus der Batterie 5 über den An­ schluß 4 in den Stromrichter 6 und zum Verbraucher 1 fließt. Dadurch wird die Batterie 5 bis auf den gewünschten Sollwert aufgeladen, d. h., die Batterie­ spannung wird unabhängig von der durch den Verbrau­ cher 1 bewirkten Belastung stabilisiert.

Andererseits steuert ein Wechselspannungsregler 13, dessen Istwert-Eingang mit den Anschlüssen 2 ver­ bunden ist, über den Impulsbreiten-Modulator 6 b das Ein/Aus-Verhältnis der Ventile derart, daß die durch Filterung der Ausgangsrechteckimpulse der Ventile erzeugte Wechselspannung an den Anschlüssen 2 in jeder Halbwelle einen konstanten Mittelwert beibe­ hält.

Wenn der Wechselstromgenerator 10 bzw. das Netz und damit die normale Betriebswechselspannung an den Wechselspannungsgeneratoranschlüssen 9 des Not­ stromaggregats ausfällt, öffnet der Spannungsfühler 11 sofort den Trennschalter 7, der als elektronischer Schalter ausgebildet sein kann, so daß der Verbrau­ cher 1, ohne daß sein Betriebsstrom unterbrochen wird, jetzt aus der Batterie 5 über den nunmehr als Wechselrichter betriebenen Stromrichter 6 ge­ speist wird. Dabei bewirkt der Regler 13 weiterhin eine Stabilisierung der Wechselspannung an den Anschlüs­ sen 3 bzw. am Verbraucher 1 bis die Batterie 5 ent­ laden ist. Zweckmäßigerweise ist das Fassungsver­ mögen der Batterie 5 jedoch so bemessen, daß die normale Ladung der Batterie 5 ausreicht, den Verbrau­ cher weiterhin hinreichend mit Energie zu versorgen, bis der Schaden behoben ist, der zum Ausfall des Wechselstromgenerators bzw. der Netzwechselspannung geführt hat.

Wenn die normale Betriebswechselspannung an den Wechselstromgeneratoranschlüssen 9 des Notstromaggre­ gats wieder vorhanden ist, wird der Schalter 7 selbst­ tätig durch den Spannungsfühler 11 geschlossen und der Verbraucher 1 wieder aus dem Wechselstromgenerator 10 gespeist. Gleichzeitig sorgt der Gleichspannungsreg­ ler 12 für eine Wiederaufladung der Batterie 5 über den nunmehr überwiegend als Gleichrichter wirkenden Stromrichter 6.

Der Gleichspannungsregler 12 enthält einen Verglei­ cher ohne Kippverhalten in Form eines Differenzver­ stärkers 24, einen seinen nicht umkehrenden Eingang mit dem Anschluß 4 verbindenden Spannungsteiler mit Glättungskondensator und eine die Sollwertspannung bestimmende Zener-Diode am umkehrenden Eingang des Differenzverstärkers 24.

Das ausgangsseitige Stellsignal des Gleichspannungsreg­ lers 12 wird dem Stellsignal des Frequenzreglers 12 a in einem Summierglied 25 überlagert. Das Stellsignal des Frequenzreglers 12 a wird von einem Phasenvergleicher 26 erzeugt, der die Phasen der von einem Impulsformer 27 in Rechtecksignale umgeformten Wechselspannungen des Wechselstromgenerators 10 und des Stromrichters 6 vergleicht und die Phasendifferenz in eine entsprechen­ de Gleichspannung umformt. Das Summensignal des Summiergliedes 25 wird über einen Trennschalter 28, der ebenfalls durch den Fühler 11 gesteuert wird, einem spannungsgesteuerten Oszillator 29 zuge­ führt, dessen Frequenz proportional seiner Steuerspan­ nung ist. Das Ausgangssignal des Oszillators 29 bestimmt über den Impulsbreitenmodulator 6 b die Schaltfrequenz der Ventile 6 a und wird in dem Impuls­ breitenmodulator 6 b in Abhängigkeit von dem Ausgangs­ signal des Wechselspannungsreglers 13 in der Weise impulsbreitenmoduliert, daß die Ausgangswechselspannung des Stromrichters 6 an den Anschlüssen 3 zwar gleich der Frequenz der Wechselspannung des Wechselstromgene­ rators 10, jedoch gegenüber dieser um einen Winkel phasenverschoben ist, bei dem sich die gewünschte Ladespannung der Batterie 5 ergibt, wenn das Ausgangs­ signal des Summiergliedes 25 Null oder annähernd Null ist.

Der Wechselspannungsregler 13 enthält ebenfalls einen Vergleicher ohne Kippverhalten in Form eines Differenzverstärkers 30, der die gleichgerichtete und geglättete Ausgangswechselspannung an den Anschlüs­ sen 3 mit der den Sollwert der Ausgangswechselspan­ nung bestimmenden Spannung an einer Zener-Diode vergleicht und dem Impulsbreiten-Modulator 6 b ein der Regelabweichung proportionales Signal, dessen Betrag die Impulsbreite bestimmt, als Stellsignal zuführt.

Der Streufeld-Transformator 8 hat drei Wicklungen 31, 32, 33 und einen Eisenkern. Die Wicklung 31 liegt direkt an den Ausgangsanschlüssen 3. Die Wicklung 32 ist einerseits über den Trennschalter 7 und anderer­ seits über eine Drosselspule mit den Wechselstromgenera­ tor-Anschlüssen 9 verbunden. Die Wicklung 33 liegt über einen Stromwandler 34 an den Verbraucheranschlüssen 2. Sodann liegt zwischen den Anschlüssen 2 ein Sieb­ kondensator 35, der die Steuerimpulsfrequenz des Stromrichters und deren Oberwellen beseitigt.

Der Streufeld-Transformator 8 sorgt für eine galva­ nische Trennung der Bauteile 1, 10 und 6 sowie zugleich wie ein induktiver Strombegrenzungswiderstand für eine Strombegrenzung zwischen den Anschlüssen 3 und 9 sowie zwischen den Anschlüssen 2 und 9. Er hat einen UI-Kern aus einem U-förmigen Kernteil und einem I-förmigen Kernteil, zwischen denen ein Luftspalt ausgebildet ist.

Auf den einen Schenkel des U-förmigen Kernteils sind die Wicklungen 31 und 33 gewickelt, während die Wicklung 32 auf dem anderen Schenkel des Kernteils angeordnet ist. Zwischen den Wicklungen 31 und 32 sowie zwischen den Wicklungen 32 und 33 ergibt sich wegen ihres größeren Abstands auf dem Kern und des Luftspalts ein merklicher Streufluß, dessen Streuinduk­ tivität strombegrenzend wirkt, während die Wicklungen 31 und 33 sehr eng gekoppelt sind, so daß ihre Streuin­ duktivität vernachlässigbar ist.

Bezüglich des soweit beschriebenen Aufbaus und der Wirkungsweise des Notstromaggregats wird ergänzend auf die DE 30 33 034 C2 und die DE 31 28 030 A1 verwiesen.

Der Impulsbreitenmodulator 6 b enthält einen Kurven­ generator 36, der seinerseits einen in seiner Amplitude (seinem Maximalwert) durch die Ausgangsspannung des Wechselspannungsreglers 13 steuerbaren Sinusgene­ rator mit doppelseitiger Amplitudenbeschneidung aufweist. Der Kurvengenerator 36 erzeugt daher mit steigender Ausgangsspannung des Wechselspannungsreglers 13 zunächst eine sinusförmige Spannung, deren Amplitude bei Erreichen eines vorbestimmten Wertes, der dem Maximalwert der Ausgangsspannung U des Notstromaggregats bei Leerlauf entspricht, auf diesen Wert beschnitten wird. Bei weiterer Stei­ gerung der Sinusspannung des Sinusgenerators nimmt daher nur noch die Flankensteilheit und die Spannungs­ zeitfläche (der Gleichrichtwert) der Ausgangsspannung des Kurvengenerators 36, nicht jedoch der Maximalwert zu.

Die Ausgangsspannung des Kurvengenerators 36 wird ferner dem nicht umkehrenden Eingang (+) eines im Impulsbreitenmodulator 6 b enthaltenen Vergleichers 37 ohne Kippverhalten in Form eines Differenzverstär­ kers zugeführt. Dem umkehrenden Eingang (-) des Vergleichers 37 wird durch den Stromwandler 34 eine den Augenblickswert bzw. zeitlichen Verlauf des Ausgangsstroms I des Netzstromaggregats darstellende Meßspannung zugeführt. Die Ausgangsspannung des Vergleichers 37 wird dem umkehrenden Eingang (-) eines weiteren Vergleichers 38 in Form eines Differenz­ verstärkers mit Kippverhalten zugeführt. Das heißt, der Differenzverstärker 38 hat eine so hohe Verstärkung, daß seine Ausgangsspannung sofort auf den einen oder anderen von zwei Werten kippt, sobald seine Eingangsspannungen die geringste Differenz des einen oder anderen Vorzeichens aufweisen. Dem nicht umkehren­ den Eingang des Vergleichers 38 wird die Ausgangsspan­ nung eines Dreieckgenerators 39 zugeführt. Die rechteck­ förmigen Ausgangsimpulse des Vergleichers 38 werden über Trenntransformatoren 40 den Ventilen 6 a als Steuerimpulse zugeführt.

Die Generatoren 36 und 39 werden durch die Ausgangs­ spannung des Oszillators 29 synchronisiert, wobei die Frequenz des Dreieckgenerators 39 etwa 10 kHz und die des Kurvengenerators 36 etwa 50 Hz beträgt. Unter der Annahme, daß die Kurvenform bzw. der Ver­ lauf des Ausgangsstroms I und damit die Meßspannung am umkehrenden Eingang (-) des Vergleichers 37 etwa trapezförmig und mit der trapezförmigen Ausgangs­ spannung des Kurvengenerators 36 etwa phasengleich ist, ist auch die Differenzspannung am Ausgang des Vergleichers 37 etwa trapezförmig. Die etwa trapezförmi­ ge Ausgangsspannung des Vergleichers 37 wird mit der dreieckförmigen Ausgangsspannung des Dreieck­ generators 39 durch den Vergleicher 38 verglichen, und jedesmal, wenn die Dreieckspannung den Betrag der Trapezspannung über- oder unterschreitet, kippt die Ausgangsspannung des Vergleichers 38 auf den einen oder anderen Wert. Die Breite der Ausgangsimpulse des Vergleichers 38 nimmt daher im Verlaufe des Anstiegs der Vorderflanke eines Trapezimpulses zu, bleibt während der Dauer des Maximalwerts des Trapezim­ pulses konstant und nimmt dann mit der Rückflanke des Trapezimpulses wieder ab. Der Mittelwert der hochfrequenten Ausgangsimpulse des Vergleichers 38 und damit auch der Mittelwert der hochfrequenten Ausgangsimpulse des Stromrichters an den Anschlüssen 3 bzw. den Ausgangsanschlüssen 2 hat daher einen ent­ sprechend trapezförmigen Verlauf mit einer Frequenz von nur 50 Hz.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der durch die Elemente 13, 36 und 37 gebildeten Regeleinrichtung sei zunächst angenommen, daß die Spannung am nicht umkehrenden Eingang (+) des Vergleichers 37 konstant (gleich einem fest vorgegebenen Sollwert) ist. Wenn der Strom I dann ansteigt, wird die Spannung am Ausgang des Vergleichers 37 kleiner und mithin auch die Ausgangsspannung U. Eine kleinere Ausgangsspannung U hätte einen kleineren Ausgangsstrom I zur Folge, so daß sich die Spannung am Ausgang des Vergleichers 37 und mithin der Strom I wieder erhöht, bis sich schließlich ein Gleichgewichtszustand einstellt, bei dem die Eingangsspannungen des Vergleichers 37 etwa gleich sind. Da die Ausgangsspannung des Kurvengenerators 36 jedoch nicht konstant ist, sondern einen trapezförmigen Verlauf hat, wird der Verlauf des Stroms I dem Verlauf der vom Kurvengenerator 36 erzeugten Trapezspannung am nicht umkehrenden Eingang des Vergleichers 37 nachgeregelt, wobei die Ausgangsspannung des Kurvengenerators 36 die Führungsgröße für den Strom I bildet.

Andererseits wird durch den Spannungsregler 13 dafür gesorgt, daß der Mittelwert jeder Halbwelle der trapezförmigen Ausgangswechselspannung U den durch die Zener-Diode des Spannungsreglers 13 vorgegebenen Sollwert beibehält. Da der Kurvengenerator 36 ferner dafür sorgt, daß seine trapezförmige Ausgangsspannung den durch die Beschneidung bestimmten Maximalwert nicht überschreitet, so daß auch die Ausgangswechsel­ spannung einen entsprechenden Maximalwert nicht überschreitet, ist eine Änderung des Mittelwerts jeder Halbwelle der Ausgangswechselspannung U nur durch eine Änderung der Flankensteilheit der Trapez­ spannung des Kurvengenerators 36 und damit der Ausgangs­ wechselspannung U an den Ausgangsanschlüssen 2 möglich. Die Konstantregelung des Mittelwerts jeder Halbwelle der Ausgangswechselsapnnung U wird daher durch eine entsprechende Änderung der Flankensteilheit bewirkt. Bei steigendem Strom I und demzufolge zunächst fallendem Mittelwert jeder Halbwelle der Spannung U steigt die Ausgangsspannung des Vergleichers 30 und mithin nicht nur die Flankensteilheit der Trapezspannung des Kurvengenerators 36, sondern auch die Flankensteil­ heit des Stroms I und der Mittelwert jeder Halbwelle der Ausgangsspannung U an. Eine Belastungszunahme bewirkt daher selbsttätig eine weitere Annäherung der Kurvenform des Stroms I an die Rechteckform.

Wenn der Ausgangsstrom I bis auf null abnimmt (Leer­ lauf), erhöht sich auf die Ausgangsspannung des Vergleichers 37 und die Ausgangswechselspannung U zunächst entsprechend. Diesem Anstieg der Spannung U wirkt der Regler 13 durch Heruntersteuern des Sinus-Generators im Kurvengenerator 36 entgegen, wobei die Bemessungsverhältnisse so gewählt sind, daß sich nunmehr bei Eingangsspannung O am umkehrenden Eingang (-) des Vergleichers 37 ein stabiler Gleichge­ wichtszustand einstellt, wenn der Kurvengenerator 36 eine reine Sinusspannung abgibt, deren Maximalwert gleich dem Maximalwert der trapezförmigen Ausgangs­ spannung des Kurvengenerators 36 bei Belastung (I ≠O) ist. Die Ausgangswechselspannung U bei Leerlauf hat dann ebenfalls eine Sinusform mit einem Maximal­ wert, der gleich ihrem Maximalwert bei Belastung ist.

Abwandlungen des dargestellten Ausführungsbeispiels können beispielsweise darin bestehen, daß lediglich die Spannung einer Gleichspannungsquelle durch einen einfachen Wechselrichter in eine Wechselspannung umgeformt wird, der dann lediglich einen einfachen Ausgangstransformator 31, 33 mit Siebkreis 35 auf­ weist und nur durch die Elemente 13, 29, 34 und 36 bis 39 gesteuert wird, während alle übrigen Elemente, einschließlich des Wechselstromgenerators 10, ent­ fallen können. Auch diese Abwandlung stellt eine Wechselspannungsquelle dar, ohne daß der Wechselstrom­ generator 10 vorhanden ist. Alternativ könnte die Gleichspannungsquelle beispielsweise auch durch einen netzgespeisten Gleichrichter oder einen Elektro­ lytkondensator gebildet sein.

Claims (7)

1. Stromversorgungsvorrichtung mit einer Wechselspan­ nungsquelle für einen über einen Gleichrichter und einen Glättungskreis mit Glättungskondensator gespei­ sten Gleichstromverbraucher, wobei die Wechselspan­ nungsquelle eine Regeleinrichtung aufweist, durch die der Mittelwert jeder Halbwelle der Ausgangswech­ selspannung der Wechselspannungsquelle in Abhängigkeit von einer Ausgangsgröße beeinflußbar ist, und wobei die Ausgangswechselspannung der Wechselspannungsquelle bei Belastung wenigstens angenähert trapezförmig und ihre Flankensteilheit gleich oder größer als die einer Sinusspannung mit gleichem Maximalwert und gleicher Periodendauer wie die der Trapezspannung ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert jeder Halbwelle der Ausgangswechselspannung (U), unter Beibehaltung eines konstanten Maximalwertes der Aus­ gangswechselspannung (U), nur durch Änderung der Flankensteilheit auf einen vorgegebenen Sollwert regelbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswechselspannung (U) der Wechselspan­ nungsquelle sich mit abnehmender Belastung der Sinus­ form nähert und im Leerlauf sinusförmig ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regeleinrichtung (13, 36, 37) einen den Mittelwert jeder Halbwelle der Ausgangswechsel­ spannung erfassenden Wechselspannungsregler (13) und einen Kurvengenerator (36) mit einem durch die - Ausgangsspannung des Wechselspannungsreglers (13) in seiner Amplitude steuerbaren Sinusgenerator mit doppelseitiger Amplitudenbeschneidung aufweist und daß die Ausgangswechselspannung (U) der Wechselspan­ nungsquelle (N) der Ausgangsspannung der Regeleinrich­ tung (13, 36, 37) nachgeführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsspannung des Kurvengenerators (36) eine den Ausgangsstrom (I) der Wechselspannungsquelle (N) darstellende Strommeßspannung gegensinnig über­ lagert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswechselspannung (U) der Ausgangsspannung der Regeleinrichtung (13, 36, 37) über einen steuerbaren, aus einer Gleich­ spannungsquelle (5) gespeisten, Stromrichter (6) nach­ geführt ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse für den Strom­ richter (6) durch einen Vergleicher (38) mit Kippver­ halten erzeugt werden, dem die Ausgangsspannung eines Dreieckgenerators (39) und die Ausgangsspannung der Regeleinrichtung (13, 36, 37) zugeführt werden, und daß der Dreiecksgenerator (39) mit dem Kurvengenerator (36) synchronisiert ist und eine um ein Vielfaches höhere Frequenz als dieser aufweist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem nicht durch den Dreiecks­ generator (39) beaufschlagten Eingang (-) des Kipp­ verhalten aufweisenden Vergleichers (38) ein Ver­ gleicher (37) ohne Kippverhalten vorgeschaltet ist, dem die Ausgangsspannung des Kurvengenerators (36) und die Strommeßspannung zugeführt werden.