DE1038113B - Einrichtung zur Umwandlung von in regelmaessigen Abstaenden auftretenden Impulsen in mehrphasige Wechselspannung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Bildung mehrphasiger Wechselspannungen unter Umwandlung von in regelmäßigen Abständen auftretenden Impulsen. Es ist an sich bekannt, zur Erzeugung von Wechselspannungen aus einer Gleichstromquelle sich Wechselrichteranordnungen zu bedienen, die mit mechanischen Unterbrechern oder elektronischen Schaltern, z. B. Transistoren, ausgerüstet sind. Die Erzeugung von Wechselspannungen bietet dabei den Vorteil, durch Spannungstransformation beliebige Spannungswerte bilden zu können.

Zur Speisung von Drehstrommotoren ist es in vielen Fällen erwünscht, mehrphasige Wechselspannungen zur Verfügung zu haben. Die Erfindung löst die Aufgabe, für Motorantriebe eine Transistorschaltung zu schaffen, welche mehrphasige Wechselspannungen liefert, die aus einer vorhandenen Stromquelle, insbesondere einer Gleichstromquelle, entnommen werden können.

Um mehrphasige Wechselspannungen zu erzeugen, macht die Erfindung von der Umwandlung von in regelmäßigen Abständen auftretenden Impulsen Gebrauch. Diese Impulse stellen Taktgeber dar und bestimmen Frequenz und Phasenlage der zu erzeugenden Wechselspannungen. Im Gegensatz zu den bekannten Wechselrichtern werden die Impulse, welche einem besonderen Impulsgenerator entnommen werden können oder auch als Fremdimpulse von irgendwoher zuzuleiten sind, bistabilen Kippschaltungen zugeleitet. Die Anzahl der bistabilen Kippschaltungen entspricht dabei der gewünschten Phasenzahl. Erfindungsgemäß sind für jede Kippschaltung zwei Gatterschaltungen (Und-Gatter) vorgesehen, die ausgangsseitig mit den Steuergliedern der Kippschaltungen und eingangsseitig sowohl mit einem Impulserzeuger als auch über je ein Steuerglied der anderen Kippschaltungen mit einem Steuerpotential derartig in Verbindung gebracht sind, daß nur bei gleichzeitigem Vorhandensein von Signalen an den einzelnen Gattern einer Gatterschaltung der Impuls auf das Steuerglied der betreffenden Kippschaltung gelangt und diese dabei betätigt, so daß ein Stromkreis geschlossen und ein zweiter Stromkreis unterbrochen wird. Hierbei kann mit dem einen Stromkreis die eine Hälfte und mit dem zweiten Stromkreis die andere Hälfte einer mit Mittelpunktanzapfung versehenen Primärwicklung eines Transformators liegen, an dessen Sekundärwicklung jeweils eine Phasenspannung abgenommen wird. Vorzugsweise wird hierzu als Transformator ein sogenannter Impulstransformator mit verhältnismäßig kleiner Streuung und Induktion verwendet, um auf diese Weise eine möglichst rechteckige Kurvenform zu erzielen. Weitere Merkmale der Erfindung sind die Verwendung von schnell schaltenden ruhenden Einrichtung

zur Umwandlung von in regelmäßigen
Abständen auftretenden Impulsen
in mehrphasige Wechselspannung

Anmelder:

Siemens-S chuckertwerke

Aktienges ells chaf t,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Fritz Irro, Nürnberg,

und Dr.-Ing. Georg Sichling, Erlangen,

sind als Erfinder genannt worden

Schaltungselementen, wie z. B. Transistoren und Gleichrichterdioden, für die Kippschaltungen und die zur Zerhackung von Gleichstrom in Impulse verwendeten selbsttätigen Kippschaltungen und Verstärkerumkehrschaltungen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht ferner darin, daß die der jeweils gewünschten Phasenzahl entsprechenden Anzahl von bistabilen Kippschaltungen bezüglich ihrer Frequenz mit einer einzigen selbsttätigen Kippschaltung — einem sogenannten Multivibrator — steuerbar sind.

Nähere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In Fig. 1 ist zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung ein Impulsgeber JG in Form einer an sich bekannten selbsttätigen Kippschaltung — ein sog. Multivibrator — sowie eine zur Umkehrung und Verstärkung der im Impulsgeber erzeugten Impulse dienende Umkehrschaltung Um vorgesehen. Am Ausgang der nachfolgend noch näher beschriebenen Umkehrschaltung Um treten in regelmäßigen Abständen, deren Größe durch den Impulsgeber JG einstellbar ist, Impulse auf, die über je eine gemeinsame Zuleitung I₁, I₂ jeweils mit dem einen bzw. anderen Gatter der Gatterschaltungen (Impulsverteiler) /Z^₁₁ bis JV₃₂ von bistabilen Kippschaltungen K₁ bis K₃ zugeführt werden. Jeder dieser Impulsverteiler hat noch zwei weitere Eingänge, die in noch zu erläuternder Weise mit den Kollektoren je

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eines Transistors Tr₅, Tr₆ der Kippschaltungen K₂, K₃ der anderen Phasen in Verbindung gebracht sind. Es ist an dieser Stelle noch zu bemerken, daß der Einfachheit halber die Kippschaltungen K₂ und K₃ im einzelnen nicht näher dargestellt sind, da sie im Aufbau genau der Kippschaltung K₁ entsprechen. Durch entsprechendes Kippen der einzelnen Kippschaltungen K₁ bis K₃ werden an den Sekundärwicklungen von Wandlern W jeweils um 120° elektrisch verschobene Phasenspannungen U_R, U_s und U_T auftreten.

Zu diesem Zweck wird an die Außenelektroden der Transistoren Tr₁ und Tr₂ des Impulsgebers JG eine Gleichspannung angelegt, und zwar sind die Kollektoren über Widerstände R_cl und R_C2 an ein Potential —U, die Emitter an Nullpotential 0 und die Basen einerseits über Dioden D₁ und D₂ an den Abgriff eines Potentiometers FanO und andererseits unmittelbar an + U angeschlossen. Zum sicheren selbsttätigen Ablauf des Kippvorganges ist jeweils der Kollektor des einen Transistors mittels eines Kondensators C^₁ und C^₂ auf die Basis des anderen Transistors rückgekoppelt und die Verbindung zwischen den Kollektoren und diesen Kondensatoren an Differenzierglieder DG₁ und DG₂ der Umkehrschaltung Um zugeführt, wo die am Ausgang 3, 4 des Impulsgebers gemäß Fig. 2 a auftretenden und um 180° versetzten, nahezu rechteckigen Impulse umgewandelt werden, wobei der positive Impuls stark ausgeprägt ist, da das öffnen der Transistoren Tr₁ und Tr₂ bekanntlich wesentlich rascher vor sich geht als das Schließen.

Zur Umwandlung in Wechselspannungen werden im weiteren Verlauf nur die steileren und größeren positiven Impulse verwendet, die wesentlich kleineren negativen Impulse dagegen unterdrückt. Dies geschieht mittels der Transistoren T₃ und T₄ der Umkehrschaltung Um, deren Basen und Emitter jeweils an die Differenzierglieder DG₁ und DG₂ angeschlossen und gemeinsam mit diesen an Nullpotential 0 gelegt sind, deren Kollektoren dagegen die Impulsausgänge Z₁ und J₂ darstellen, an denen die gemäß Fig. 2 c gegenseitig um 180° versetzten negativen Impulse I₁ und i₂ auftreten. Diese Impulse werden über Leitungen I₁ und I₂ auf den Eingang jeweils eines der genannten Impulsverteiler JV geführt. Die Umwandlung der in regelmäßigen Abständen auftretenden Impulse I₁ und i₂ in eine entsprechende Dreiphasenwechselspannung wird durch die Impulsverteiler /F₁₁ bis JV₃₂ in der Weise sichergestellt, daß die Eingänge jedes Impulsverteilers außer mit den Ausgängen Z₁ und J₂ der Umschalteinrichtung Um noch mit den Kollektoren der Transistoren Tr₅ bzw. Tr₆ eines der beiden anderen Kippschaltungen K₂ bzw. K₃ verbunden sind, und zwar ist der erste Impulsverteiler /F₁₁ der Kippschaltung K₁ mit dem Ausgang J₂ (Tr₅) der Kippschaltung K₂ und dem Ausgang t_t (Tr₆) der Kippschaltung K₃, der zweite Impulsverteiler /F₁₂ außer mit dem Impulsausgang J₂ mit dem Ausgang ^₁ (Tr₆) der Kippschaltung K₂ und t₂ (Tr₅) der Kippschaltung K₃ verbunden. Für die übrigen Impulsverteiler erfolgt die Verbindung untereinander und mit den Impulsausgängen in entsprechend zyklischer Vertauschung.

Die Kippschaltung K₁ bis K₃ arbeiten bei der vorausgesetzten Verwendung von p-n-p-Transistoren dabei so, daß bei Auftreten eines negativen Impulses auf die Basis des Transistors Tr₅ dieser rasch geöffnet und gleichzeitig über die i?C-Rückkopplungsglieder der rechte Transistor Tr₆ gesperrt wird. Bei Auf treffen des negativen Impulses auf die Basis des rechten Transistors erfolgt der Vorgang in umgekehrter Reihenfolge. Die Lage der Kippschaltung bleibt so lange erhalten, bis auf die Basis des gesperrten Transistors ein Öffnungsimpuls gelangt. Durch das Sperren und öffnen der Transistoren der Kippschaltung wird jeweils die eine oder andere Hälfte der Primärwicklungen des Wandlers W an Spannung gelegt, so daß in der Sekundärwicklung eine Wechselspannung auftritt. Dabei soll gelten, daß bei öffnen des linken Transistors eine positive Spannung, bei öffnen des rechten Transistors eine negative Spannung an der Sekundärwicklung des jeweiligen Wandlers W auftritt.

In Fig. 2d sind die Phasenspannung U_R, U₅, U_T mit rechteckförmiger Kurvenform dargestellt. Dabei soll im Zeitpunkt t₀ die Spannung U_R positiv werden, d. h. daß der Transistor Tr₅ der Kippschaltung K₁ öffnen soll, was durch Zuführung eines entsprechenden Impulses auf seine Basis geschieht. Dies darf aber nur abhängig von den Phasenlagen der beiden anderen Spannungen U_s und U_T geschehen, und zwar dann, wenn diese beiden Spannungen die in der Fig. 2 d angegebene Phasenlage haben. Dann ist nämlich zum Zeitpunkt i₀ die Spannung C7_S negativ und die Spannung U_T positiv, d. h. der Transistor Tr₅ der Kippschaltung K₃ und der Transistor Tr₆ der Kippschaltung K₂ geöffnet, so daß die Kollektorpotentiale I₁ und S₂ negativ sind und wegen des gleichartigen Potentials an allen Gattern des Impulsverteilers /F₁₁ der Impuls I₁ auf die Basis seines Transistors Tr₅ gelangt. Der nächste Kippimpuls soll zur Zeit I₁ die Spannung Uf negativ machen, indem der Transistor Tr₆ der Kippstufe K₃ geöffnet wird. Dafür steht zeitlich ein Impuls i₂ zur Verfügung, der in entsprechender Weise dem Gatter des Impulsverteilers /F₃₂ zugeführt ist. Als Kriterium für die Durchlässigkeit des Gatters dienen die beiden Potentiale an den Punkten r₁ und s.„ die, falls sie negativ sind, ein Durchlassen des Impulses i₂ auf die Basis des Transistors Tr₆ der Kippschaltung K₃ zulassen, so daß die Kippschaltung K₃ vom Impuls I₂ zur Zeit t_t nach der negativen Seite gekippt wird. In entsprechender Weise kippt dann zur Zeit i₂ ein Impuls I₁ in Übereinstimmung mit den Potentialen an r_x und t₂ die Kippschaltung K₂ in die positive Lage. Diese Vorgänge wiederholen sich in regelmäßigen, der Frequenz entsprechenden Zeitabständen. Eine Verkürzung oder Verlängerung des zeitlichen Abstandes zwischen den einzelnen Impulsen I₁ und I₂ ist mit Hilfe des Potentiometers P der selbsttätigen Kippschaltung JG möglich. Die Einrichtung nach der Erfindung kann daher beispielsweise zur Änderung der Drehzahl eines an die drei Wechselspannungen U_R bis U_T angeschlossenen Wechselstrommotors verwendet werden. Dabei braucht an der Schaltung der Impulsverteiler keine Änderung vorgenommen zu werden.

In Fig. 3 ist ein Impulsverteiler mit drei Gattern für negative Impulse dargestellt. Er besteht aus drei Eingängen mit je einem Gleichrichter G, die zu einem gemeinsamen Ausgang durch eine Art Sternschaltung zusammengefaßt sind, welche über einen Widerstand R₁ an ein negatives Potential — U gelegt ist und über einen größeren Widerstand R_z mit Nullpotential in Verbindung steht. Hat irgendeiner der drei Eingänge positives Potential, so ist auch der Ausgang positiv. Da negative Impulse nur dann am Ausgang auftreten können, wenn zu dieser Zeit alle drei Eingänge negativ sind, ergibt sich von selbst die jeweilige Anschlußvariation der beiden anderen Eingänge an die Kollektoren der Transistoren der beiden anderen

Claims (8)

Kippschaltungen. Bei Verwendung einer Gatterschaltung nach Fig. 3 können die im Speisestromkreis der Transistoren liegenden, gestrichelt eingezeichneten Widerstände der Umkehr schaltung Um in Fortfall kommen. Bei der Beschreibung der Wirkungsweise des neuen Impulsumwandlers ist dabei von der richtigen Phasenlage ausgegangen worden. Diese richtige Phasenlage braucht sich aber beim Einschalten der Einrichtung nicht unbedingt selbsttätig einzustellen, wenn die Schaltung an Gleichspannung angeschlossen wird. Um mit Sicherheit eine jeweils notwendige Ausgangslage der einzelnen Kippstufen beim Einschalten der Einrichtung zu gewährleisten, sind die Basen der entsprechenden Transistoren der einzelnen Kippschaltungen über Gleichrichter G1 bis G3 und einem Schalter Sch an positives Potential gelegt, so daß dadurch eine entsprechende Kippstellung der einzelnen Kippschaltungen erzwungen wird. Das Einschalten der Einrichtung erfolgt nun dadurch, daß der Schalter Sch geöffnet wird, wonach der vom Impulsgeber IG gesteuerte Kippvorgang selbsttätig und in richtiger Reihenfolge mit der am Potentiometer P eingestellten Frequenz abläuft. Pa T Ii N T Λ X S P R C C II E:

1. Einrichtung zur Umwandlung von in regelmäßigen Abständen auftretenden Impulsen in mehrphasige Wechselspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Phasenzahl entsprechende Anzahl von bistabilen Kippschaltungen sowie zwei Gatterschaltungen (Und-Gatter) je Kippschaltung vorgesehen sind, die ausgangsseitig mit den Steuergliedern der Kippschaltungen und eingangsseitig sowohl mit einem Impulserzeuger als auch über je ein Steuerglied der anderen Kippschaltungen mit einem Steuerpotential derart in Verbindung gebracht sind, daß nur bei gleichzeitigem Vorhandensein von Signalen an den einzelnen Gattern einer Gatterschaltung der Impuls auf das Steuerglied der betreffenden Kippschaltung gelangt und diese derart kippt, daß ein Stromkreis geschlossen und ein zweiter Stromkreis unterbrochen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß in dem einen Stromkreis die eine Hälfte und in dem zweiten Stromkreis die andere Hälfte einer mit Mittelpunktanzapfung versehenen Primärwicklung eines Transformators liegt, an dessen Sekundärwicklung jeweils eine Phasenspannung abgenommen wird.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Transformator ein Impulstransformator mit verhältnismäßig kleiner Streuung und Induktion verwendet ist zur Erzielung einer möglichst rechteckigen Kurvenform.

4. Einrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß als Gatterschaltung eine der Phasenzahl der Wechselspannung entsprechende Zahl von in Stern geschalteten Gleichrichtern vorgesehen ist, deren Sternpunkt mit einem Steuerteil der Kippschaltung und einem Steuerpotential verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als bistabile Kippschaltung eine an sich bekannte Transistorschaltung verwendet ist, bei der die Basis des einen Transistors jeweils über ÄC-Glieder mit einer der Außenelektroden des anderen Transistors in Verbindung steht.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Impulse aus einer Gleichspannung eine Zerhackereinrichtung vorgesehen ist, deren Ausgänge auf die Gatterschaltungen geführt sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte selbsttätige Kippschaltung mit Transistoren, deren Basis-Emitter Stromkreis über Gleichrichter an eine veränderbare Gleichspannung angeschlossen sind, über Differenzierglieder und gegebenenfalls nachgeschaltete Verstärker auf die Eingänge aller Gatterschaltungen arbeitet.

8. Einrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung der richtigen Phasenfolge bei Inbetriebnahme der Einrichtung die entsprechenden Steuerglieder der einzelnen Kippschaltungen über Gleichrichter an ein Sperrpotential anschließbar sind, derart, daß eine die richtige Phasenfolge und Lage gewährleistende Kippstellung der einzelnen Kippschaltungen erzwungen und die Einrichtung in Betrieb gesetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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