WO1984003402A1 - Method for producing alternating current from direct current - Google Patents

Description

Verfahren zur Erzeugung eines Wechselstromes aus

Gleichstrom

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Wechselstromes aus Gleichstrom.

Die bisherigen Verfahren zur Erzeugung eines Wechselstromes aus Gleichstrom weisen folgende Nachteile auf:

Die Umsetzung erfolgt mit einem schlechten Wirkungsgrad.

Die Ausgangsspannung hängt sowohl von der vorliegenden Gleichspannung als auch von der Belastung ab.

Die Erzeugung eines vorgegebenen Spannungsverlaufs verlangt einen grossen Filteraufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, welches die obgenannten Nachteile der bisher bekannten Verfahren nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man den Spannungsverlauf des zu erzeugenden Wechselstromes in Funktion der Zeit sowohl direkt als auch um 180 ° phasenverschoben vorgibt, je eine Halbwelle dieser beiden Spannungen getrennt in zwei Spannungsvergleichsschaltungen mit der in jedem Moment vorliegenden Ausgangsspannung resp. der um 180° phasenverschobenen Ausgangsspannung vergleicht, durch die beiden Spannungsvergleichsschaltungen jeweils einen von zwei Schaltern, die die Gleichspannung über eine strombegrenzende Impedanz, deren Ausgang mit einem Energiespeicher verbunden ist, an den Verbraucher abgibt, derart schaltet, dass der Verlauf der Ausgangsspannung in jedem Moment angenähert mit dem vorgegebenen Spannungsverlauf übereinstimmt, indem der Energiespeicher über die beiden Schalter an eine positive respektive negative Spannung gelegt wird, sobald und solange die Spannungsdifferenz an einer der beiden Spannungsvergleichsschaltungen einen vorgegebenen positiven Schwellenwert für das Einschalten respektive einen vorgegebenen Schwellenwert für das Ausschalten überschreitet.

Um einen Wechselstrom beispielsweise als Notstromerzeugung aus einer Batterie zu verwendent, ist es vorteilhaft, wenn man den Spannungsverlauf des zu erzeugenden Wechselstromes in Funktion der Zeit und synchron zu einer Wechselstromquelle, z.B. zu einem anzukoppelnden Wechselstromnetz, sowohl direkt als auch um 180º phasenverschoben vorgibt.

Beim Rücktrieb vom Notstrombatteriebetrieb auf ein Wechselstromnetz ist zur Vermeidung von anfälligen Phasenspüngen zweckmässig, wenn man beim Ankoppeln des Wechselstromnetzes vorgängig eine Synchronisation mit demselben über mehrere Halbwellen durchführt.

Es ist vorteilhaft, wenn man als Energiespeicher eine Kapazität und/oder eine Selbstinduktion verwendet.

Namentlich für kleinere Anlagen ist es zweckmässig, wenn man als Schalter Halbleiterelemente, insbesondere Transistor, verwendet. Um gegenseitige Rückwirkungen zu vermeiden ist es ausserdem vorteilhaft, wenn man die um 180º phasenverschobenen Halbwellen getrennt voneinander über je einen Gleichrichter den Spannungsvergleichsschaltungen zuführt.

Um einen unterbruchlosen Betrieb beim Einsatz als Notstromquelle zu sichern, ist es zweckmässig, wenn man den Spannungsverlauf des zu erzeugenden Wechselstromes in Funktion der Zeit mittels eines Lokaloszillators erzeugt.

Zur Vermeidung der sonst notwendigen Transformatorentrennung ist es ferner vorteilhaft, wenn man eine Gleichstromquelle mit Mittelanzapfung verwendet.

Um eine oberwellenfreie Ausgangsspannung zu erzeugen, ist es zweckmässig, wenn man den Verbraucher, gegebenenfalls über ein Tiefpassfilter, parallel zum Energiespeicher schaltet.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig.1 schematisch eine Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;

Fig.2 die zeitlichen Spannungsverläufe an verschiedenen Stellen der in Fig. 1 dargestellten Schaltung; und

Fig.3 schematisch eine weitere beispielsweise Ausführungsform einer Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, wird eine Spannung Q (Fig.2) und eine dazu um 180° phasenverschobene Spannung Q' im Oszillator 1 erzeugt. Die positiven Halbwellen R und R' (Fig.2) werden mittels der beiden Gleichrichter 2 und 3 ausgesiebt und getrennt an den positiven ersten Eingang der beiden Vergleichsschaltungen 4 und 5 gegeben. Die in jedem Moment vorliegende Ausgangsspannung V am Energiespeicher 9 wird direkt respektive über einen Phasenumkehrer 11 an den negativen zweiten Eingang der beiden Vergleichsschaltungen 4 und 5 gelegt.

Die beiden Vergleichsschaltungen 4 und 5 erzeugen eine Steuerspannung S respektive S' . Die beiden letzteren liegen dabei als Pulsspannungen mit fester Amplitude aber mit variabler Breite und variablem Pulsabstand vor. Die Pulse steuern synchron die beiden rasch arbeitenden Schalter 6 und 7. Dadurch werden die beiden Gleichstromquellen +U und-U pulsweise an die Strombegrenzungsimpedanz 8 gelegt.

Es fliesst so pulsweise in negativer oder positiver Richtung ein elektrischer Strom T respektive T' in den Energiespeicher 9 sowie zum Verbraucher 10.

In Fig. 3 sind zu Fig.1 analoge Teile mit den gleichen Ueberweisungszeichen versehen.

Ein mit dem Netz verbundener Synchronisator 12 synchronisiert ausser bei Netzausfall den an sich selbst schwingenden Oszillator 1. Das Oszillatorsignal wird im Verstärker 13 verstärkt und über den Transformator 14 sowie die beiden Gleichrichter 2 und 3 den Vergleichsschaltungen 4 und 5 zugeführt.

Die Steuerspannungen der letzteren werden in den Verstärkern 15 und 16 verstärkt, und den elektronischen Schaltern 6 und 7 zugeführt.

Im mit den Schaltern 6 und 7 verbundenen Transformator 17 wird dadurch ein oszillierender magnetischer Wechselfluss erzeugt. Die Selbstinduktion des Transformators 17 und die

Selbstinduktion der Drosseln 18 und 18' sowie die Kapazität des Kondensators 19 speichern die pulsierende Energie. Die so entstandene Spannung wird einerseits über ein Tiefpassfilter 20 und einen Umschalter 21 an den Verbrauchswiderstand 10 gelegt. Die gleiche Spannung wird anderseits auch an den Transformator 22, über diesen an die vier Gleichrichter 23, 24, 25 und 26 und an das Potentiometer 27 gelegt.

Durch Verstellen des Potentiometers 27 kann die AusgangsSpannung V variiert werden. Der Umschalter 21 schaltet bei Ausfall des Netzes innerhalb Bruchteile einer Halbperiode auf das Filter 20 um. Dadurch wird eine praktisch ununterbrochene und phasenrichtige Stromversorgung des Verbrauchers gewährleistet.

Der Umschalter 21 schaltet anderseits aber nur verzögert vom Batteriebetrieb auf Netzbetrieb um. Der Synchronisator 12 hat daher in der Zwischenzeit den Oszillator 1 mit der Netzfrequenz synchronisiert. Eine praktisch ununterbrochene und phasenrichtige Stromversorgung ist daher auch in diesem Fall gewährleistet.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung eines Wechselstromes aus Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, dass man den Spannungsverlauf des zu erzeugenden Wechselstromes in Funktion der Zeit sowohl direkt als auch um 180° phasenverschoben vorgibt, je eine Halbwelle dieser beiden Spannungen getrennt in zwei Spannungsvergleichsschaltungen mit der in jedem Moment vorliegenden Ausgangsspannung resp. der um 180° phasenverschobenen Ausgangsspannung vergleicht, durch die beiden Spannungsvergleichsschaltungen jeweils einen von zwei Schaltern, die die Gleichspannung über eine strombegrenzende Impedanz, deren Ausgang mit einem Energiespeicher verbunden ist, an den Verbraucher abgibt, derart schaltet, dass der Verlauf der Ausgangsspannung in jedem Moment angenähert mit dem vorgegebenen Spannungsverlauf übereinstimmt, indem der Energiespeicher über die beiden Schalter an eine positive respektive negative Spannung gelegt wird, sobald und solange die Spannungsdifferenz an einer der beiden Spannungsvergleichsschaltungen einen vorgegebenen positiven Schwellenwert für das Einschalten respektive einen vorgegebenen Schwellenwert für das Ausschalten überschrei tet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Spannungsverlauf des zu erzeugenden Wechselstromes in Funktion der Zeit und synchron zu einer Wechselstromquelle, zum Beispiel zu einem anzukoppelnden Wechselstromnetz, sowohl direkt als auch um 180° phasenverschoben vorgibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Ankoppeln des Wechselstromnetzes vorgängig eine Synchronisation mit demselben über mehrere Halbwellen durchführt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Energiespeicher eine Kapazität und/oder eine Selbstinduktion verwendet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Schalter Halbleiterelemente, insbesondere Transistor, verwendet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die um 180° phasenverschobenen Halbwellen getrennt voneinander über je einen Gleichrichter den Spannungsvergleichsschaltungen zuführt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man den Spannungsverlauf des zu erzeugenden Wechselstromes in Funktion der Zeit mittels eines Lokaloszillators erzeugt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass. man eine Gleichstromquelle mit Mittelanzapfung verwendet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den Verbraucher, gegebenenfalls über ein Tiefpassfilter, parallel zum Energiespeicher schaltet.