DE1038113B - Device for converting pulses that occur at regular intervals into multiphase alternating voltage - Google Patents
Device for converting pulses that occur at regular intervals into multiphase alternating voltageInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
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.The invention relates to the formation of multiphase alternating voltages with conversion of pulses occurring at regular intervals. It is known per se to generate alternating voltages from a direct current source to use inverter arrangements with mechanical Breakers or electronic switches, e.g. B. transistors are equipped. The generation of AC voltages have the advantage of transforming voltage into any voltage value to be able to form.
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.To supply three-phase motors, it is often desirable to use multiphase alternating voltages available. The invention solves the problem of adding a transistor circuit for motor drives create, which supplies multiphase AC voltages from an existing power source, in particular a direct current source.
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 EinrichtungIn order to generate multiphase alternating voltages, the invention makes use of the conversion of to pulses occurring at regular intervals. These impulses represent and determine the clock Frequency and phase position of the alternating voltages to be generated. In contrast to the known Inverters receive the impulses which are taken from a special impulse generator can or are to be fed in as external pulses from somewhere, fed to bistable multivibrators. The number of bistable multivibrators corresponds to the desired number of phases. According to the invention two gate circuits (AND gates) are provided for each flip-flop circuit, the output side with the Control elements of the flip-flop circuits and on the input side both with a pulse generator and via one control element each of the other flip-flops is brought into connection with a control potential in this way are that only with the simultaneous presence of signals at the individual gates of a gate circuit the pulse reaches the control element of the flip-flop in question and actuates it in the process, so that one circuit is closed and a second circuit is interrupted. Here can with one circuit half and with the second circuit the other half one with Center tap provided primary winding of a transformer lie on its secondary winding a phase voltage is removed in each case. This is preferably used as a transformer a so-called pulse transformer with relatively small dispersion and induction is used to in this way to achieve a curve that is as rectangular as possible. Further features of the invention are the use of fast switching dormant device
zur Umwandlung von in regelmäßigen
Abständen auftretenden Impulsen
in mehrphasige Wechselspannungto convert to regular
Intervals occurring impulses
in polyphase alternating voltage
Anmelder:Applicant:
Siemens-S chuckertwerkeSiemens-S chuckertwerke
Aktienges ells chaf t,Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Dipl.-Ing. Fritz Irro, Nürnberg,Dipl.-Ing. Fritz Irro, Nuremberg,
und Dr.-Ing. Georg Sichling, Erlangen,and Dr.-Ing. Georg Sichling, Erlangen,
sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors
Schaltungselementen, wie z. B. Transistoren und Gleichrichterdioden, für die Kippschaltungen und die zur Zerhackung von Gleichstrom in Impulse verwendeten selbsttätigen Kippschaltungen und Verstärkerumkehrschaltungen. Circuit elements, such as. B. transistors and rectifier diodes, for the flip-flops and the automatic flip-flops and amplifier inverters used for chopping direct current into pulses.
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.An essential feature of the invention is that the number of phases desired in each case corresponding number of bistable multivibrators with respect to their frequency with a single one automatic toggle switch - a so-called multivibrator - are controllable.
Nähere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Further details of the invention are explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing.
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 In Fig. 1, a pulse generator JG in the form of a known automatic flip-flop circuit - a so-called multivibrator - and an inverting circuit Um serving to reverse and amplify the pulses generated in the pulse generator are provided for converting a direct voltage into a three-phase alternating voltage. At the output of the reverse circuit Um described in more detail below, pulses occur at regular intervals, the size of which can be set by the pulse generator JG , which are connected to one or the other gate of the gate circuits (pulse distributor) via a common supply line I 1 , I 2. / Z ^ 11 to JV 32 are supplied by bistable multivibrators K 1 to K 3. Each of these impulse distributors has two further inputs, which each have to be explained with the collectors
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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 UR, Us und UT auftreten.of a transistor Tr 5 , Tr 6 of the flip-flops K 2 , K 3 of the other phases are connected. It should be noted at this point that, for the sake of simplicity, the flip-flops K 2 and K 3 are not shown in detail, since they correspond exactly to the flip-flop circuit K 1 in structure. By appropriately tilting the individual multivibrator circuits K 1 to K 3 , phase voltages U R , U s and U T that are electrically shifted by 120 ° will occur on the secondary windings of transducers W.
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 Rcl und RC2 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.For this purpose, a direct voltage is applied to the outer electrodes of the transistors Tr 1 and Tr 2 of the pulse generator JG , namely the collectors are connected to a potential -U via resistors R cl and R C2 , the emitters to zero potential 0 and the bases on the one hand via diodes D 1 and D 2 are connected to the tap of a FanO potentiometer and, on the other hand, directly to + U. To ensure that the tipping process runs automatically, the collector of one transistor is fed back to the base of the other transistor by means of a capacitor C ^ 1 and C ^ 2, and the connection between the collectors and these capacitors is fed to differentiating elements DG 1 and DG 2 of the reversing circuit Um where the almost rectangular pulses occurring at the output 3, 4 of the pulse generator according to FIG. 2a and offset by 180 ° are converted, the positive pulse being strongly pronounced, since the opening of the transistors Tr 1 and Tr 2 is known to occur much faster itself goes as closing.
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 tt (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.For conversion into alternating voltages, only the steeper and larger positive pulses are used in the further course, while the significantly smaller negative pulses are suppressed. This is done by means of the transistors T 3 and T 4 of the reversing circuit Um, whose bases and emitters are each connected to the differentiating elements DG 1 and DG 2 and, together with them, are connected to zero potential 0, whose collectors, on the other hand, represent the pulse outputs Z 1 and J 2 , at which the negative pulses I 1 and i 2 , mutually offset by 180 ° according to FIG. 2 c, occur. These pulses are fed to the input of one of the mentioned pulse distributors JV via lines I 1 and I 2 . The conversion of the pulses I 1 and i 2, which occur at regular intervals, into a corresponding three-phase alternating voltage is ensured by the pulse distributors / F 11 to JV 32 in such a way that the inputs of each pulse distributor except for the outputs Z 1 and J 2 of the switching device Um one of the two other flip-flops K 2 and K 3 are connected to the collectors of the transistors Tr 5 and Tr 6 , namely the first pulse distributor / F 11 of the flip-flop K 1 with the output J 2 (Tr 5 ) of the flip-flop K 2 and the output t t (Tr 6 ) of the trigger circuit K 3 , the second pulse distributor / F 12 except with the pulse output J 2 with the output ^ 1 (Tr 6 ) of the trigger circuit K 2 and t 2 (Tr 5 ) of the trigger circuit K. 3 connected. For the remaining pulse distributors, the connection with each other and with the pulse outputs is made in a corresponding cyclical exchange.
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. The flip-flops K 1 to K 3 work with the presumed use of pnp transistors so that when a negative pulse occurs on the base of the transistor Tr 5, it is quickly opened and at the same time the right transistor Tr 6 is blocked via the i? C feedback elements will. When the negative pulse hits the base of the right transistor, the process is reversed. The position of the flip-flop is retained until an opening pulse reaches the base of the blocked transistor. By blocking and opening the transistors of the flip-flop circuit, one or the other half of the primary windings of the converter W is connected to voltage, so that an alternating voltage occurs in the secondary winding. It should apply here that a positive voltage occurs on the secondary winding of the respective converter W when the left transistor opens, and a negative voltage occurs when the right transistor opens.
In Fig. 2d sind die Phasenspannung UR, U5, UT mit rechteckförmiger Kurvenform dargestellt. Dabei soll im Zeitpunkt t0 die Spannung UR 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 Us und UT 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 C7S negativ und die Spannung UT 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 tt nach der negativen Seite gekippt wird. In entsprechender Weise kippt dann zur Zeit i2 ein Impuls I1 in Übereinstimmung mit den Potentialen an rx 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 UR bis UT angeschlossenen Wechselstrommotors verwendet werden. Dabei braucht an der Schaltung der Impulsverteiler keine Änderung vorgenommen zu werden.In Fig. 2d, the phase voltage U R , U 5 , U T are shown with a rectangular curve shape. In this case, the voltage U R should become positive at time t 0 , that is to say that the transistor Tr 5 of the flip-flop circuit K 1 should open, which is done by applying a corresponding pulse to its base. However, this may only be done as a function of the phase positions of the two other voltages U s and U T , namely when these two voltages have the phase position indicated in FIG. 2d. Then at time i 0 the voltage C7 S is negative and the voltage U T positive, ie the transistor Tr 5 of the trigger circuit K 3 and the transistor Tr 6 of the trigger circuit K 2 are open, so that the collector potentials I 1 and S 2 are negative and because of the similar potential at all gates of the pulse distributor / F 11, the pulse I 1 reaches the base of its transistor Tr 5 . The next flip-flop is supposed to make the voltage Uf negative at time I 1 by opening the transistor Tr 6 of the flip-flop K 3 . A pulse i 2 is available for this, which is fed to the gate of the pulse distributor / F 32 in a corresponding manner. The criterion for the permeability of the gate are the two potentials at the points r 1 and s. " Which, if negative, allow the pulse i 2 to pass to the base of the transistor Tr 6 of the trigger circuit K 3 , so that the trigger circuit K 3 is tilted to the negative side by the pulse I 2 at time t t. Correspondingly, at time i 2, a pulse I 1, in accordance with the potentials at r x and t 2, then toggles the flip-flop K 2 into the positive position. These processes are repeated at regular intervals corresponding to the frequency. A shortening or lengthening of the time interval between the individual pulses I 1 and I 2 is possible with the aid of the potentiometer P of the automatic flip-flop circuit JG . The device according to the invention can therefore be used, for example, to change the speed of an AC motor connected to the three AC voltages U R to U T. No changes need to be made to the circuit of the pulse distributors.
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 Rz 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 anderenIn Fig. 3, a pulse distributor with three gates for negative pulses is shown. It consists of three inputs, each with a rectifier G, which are combined to a common output by a kind of star connection, which is connected to a negative potential - U via a resistor R 1 and is connected to zero potential via a larger resistor R z. If any of the three inputs has a positive potential, the output is also positive. Since negative pulses can only occur at the output if all three inputs are negative at this time, the respective connection variation of the other two inputs to the collectors of the transistors of the other two results automatically
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DES49482A DE1038113B (en) | 1956-07-13 | 1956-07-13 | Device for converting pulses that occur at regular intervals into multiphase alternating voltage |
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| DES49482A DE1038113B (en) | 1956-07-13 | 1956-07-13 | Device for converting pulses that occur at regular intervals into multiphase alternating voltage |
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| DE (1) | DE1038113B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2852556A1 (en) * | 1978-12-01 | 1980-06-12 | Licentia Gmbh | Three=phase sinusoidal voltage generating system - uses two DC voltages and adds two phase-shifted triangular reference voltages |
-
1956
- 1956-07-13 DE DES49482A patent/DE1038113B/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2852556A1 (en) * | 1978-12-01 | 1980-06-12 | Licentia Gmbh | Three=phase sinusoidal voltage generating system - uses two DC voltages and adds two phase-shifted triangular reference voltages |
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