DE1563320C - Tunneldioden-Wechselrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tunneldioden-Wechselrichter, welcher auf einem sättigbaren Magnetkern eine Primär- und eine belastbare Sekundärwicklung aufweist.

Ein derartiger Wechselrichter ist aus der USA.-Patentschrift 3167 723 bekannt. Der bekannte Tunneldioden-Wechselrichter ist bei Änderungen seiner Belastung nicht frequenzstabil. Die Polarität des Ausgangssignals des Tunneldioden-Wechselrichters ändert sich bei Sättigung seines sättigbaren *° Kernes und, da sich die Zeit zwischen Sättigungen des sättigbaren Kernes mit der Belastung ändert, ändert sich auch die Frequenz des Wechselrichters, wenn sich die Belastung am Tunneldioden-Wechselrichter ändert. Bei einem solchen Tunneldioden-Wechselrichter ist ferner die Frequenz des Wechselrichters unter normalen Belastungsverhältnissen unmittelbar proportional seiner Ausgangsspannung. Da aber die Ausgangsspannung abnimmt, wenn die am Wechselrichter anliegende Belastung steigt, nimmt die Frequenz des Wechselrichters mit steigender Belastung ab. Weiterhin kann sogar eine Überbelastung eine Sättigung des Kernes verhindern; die Uberbelastung selbst bestimmt die Zeit der Verschiebung des Stromflusses von einer Tunneldiode zur anderen und damit die Frequenz des Wechselrichters. Der Tunneldioden-Wechselrichter ändert infolgedessen seine Frequenz, wenn sich seine Belastung ändert. Für die meisten praktischen Zwecke ist es erwünscht, daß der durch den Tunneldioden-Wechselrichter erzeugte Wechselstrom in seiner Frequenz konstant ist.

Zur Erzielung einer konstanten Frequenz der Ausgangsspannung ist bei einem Tunneldioden-Wechselrichter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgesehen, die den Wechselrichter periodisch kurzzeitig mit einer Frequenz überlastet, die größer als die größte überhaupt durch eine Belastung auftretende Frequenz des Wechselrichters ist.

Gemäß einer Ausbildung der Erfindung ist eine weitere Wicklung auf dem sättigbaren Magnetkern angeordnet, die periodisch kurzzeitig kurzgeschlossen wird, wobei die Frequenz der Kurzschlußimpulse doppelt so groß ist wie die größte überhaupt durch eine Belastung auftretende Frequenz des Wechselrichters.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist ein transistorierter Kurzschlußschalter für die weitere Wicklung vorgesehen. Da der Schalter selbst keinen Netzanschluß und keine Vorspannung benötigt und da der Schalter nur für eine sehr kurze Zeitdauer während jedes Zyklus geschlossen wird, ergibt sich durch diesen nur ein minimaler Energieverlust.

Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden sowohl hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Arbeitsweise als auch hinsichtlich weiterer Ziele und Vorteile an Hand der Zeichnung näher beschrieben, deren einzige Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Schaltbild darstellt.

Der in seiner Frequenz konstantzuhaltende Tunneldioden-Wechselrichter 10 umfaßt einen Transformator 12 mit einer Primärwicklung 14 und einer Sekundärwicklung 16, die beide auf einen sättigbaren Kern 18 gewickelt sind. Die Kathoden eines Paares von Tunneldioden 20 sind miteinander und über eine Niederspannungsquelle 22, welche eine thermoelektrische oder thermische Quelle sein kann, mit der Mittelanzapfung der Primärwicklung 14 verbunden.

Die Anoden der Tunneldioden 20 sind jeweils an die Enden der Primärwicklung 14 angeschlossen.

Der Tunneldioden-Wechselrichter 10 arbeitet wie folgt: Wenn ein Strom'-von der Quelle 22 durch die beiden Tunneldioden 20 zu fließen beginnt, wie z. B. dann, wenn der Kreis erstmals angeschlossen oder eingeschaltet wird, fließt durch eine Tunneldiode 20 ein stärkerer Strom als durch die andere, was durch eine geringere Abweichung der Symmetrie der Dioden oder ihres Kreises bedingt wird. Infolgedessen werden entgegengesetzt gepolte Spannungen in den beiden Hälften der Primärwicklung 14 induziert, wobei eine dieser Spannungen höher als die andere ist. Die den stärkeren Strom führende Tunneldiode befindet sich in ihrem Arbeitszustand niedriger Spannung und großen Stromes, und die andere Tunneldiode wird durch die in die Transformatorwicklung 14 induzierte und an sie angelegte Spannung in ihren Arbeitszustand hoher Spannung und kleinen Stromes gebracht. Wenn der durch eine Hälfte der Primärwicklung 14 fließende Strom weiterhin in seinem Wert zunimmt, wird ein Zeitpunkt erreicht, zu dem der Kern 18 gesättigt ist. Zu dieser Zeit fällt die an der Primärwicklung 14 liegende Spannung auf Null, und diejenige Tunneldiode, die sich in ihrem Arbeitszustand hoher Spannung und kleinen Stromes befindet, schwingt in ihren Zustand großen Stromes und niedriger Spannung und nimmt über ihre Hälfte der Primärwicklung 14 einen ausreichenden Strom ab, um die andere Tunneldiode 20 in ihren Zustand hoher Spannung und kleinen Stromes zu bringen. Der Stromfluß durch die Tunneldiode großen Stromes und niedriger Spannung nimmt zu und sättigt wiederum den Kern 18. Bei der nächsten Sättigung des Kernes 18 kehren die beiden Tunneldioden 20 erneut ihre Zustände um, wodurch die beschriebene Schaltung als Wechselrichter arbeitet. Die Sekundärwicklung 16 des Transformators kann die von der Quelle 22 über die Transformatorwicklung 14 zugeführte Spannung auf irgendeinen gewünschten Wert transformieren, so daß also eine nicht gezeigte Belastung, die hohe Spannungen verlangt, von der Niederspannungsquelle 22 aus versorgt werden kann.

Da die Richtungsumkehr des Stromflusses des Wechselrichters von der Zeit abhängt, zu der der Kern 18 gesättigt wird, was selbst von dem von der nicht gezeigten Belastung verlangten Strom abhängt, ändert sich die Frequenz des an der Sekundärwicklung 16 erscheinenden Ausgangssignals des Wechselrichters 10 bei Änderungen der Belastung. Falls die von der Sekundärwicklung 16 aufgenommene Belastung so groß ist, daß eine Sättigung des Kernes 18 verhindert wird, dann erfolgt ferner eine Verschiebung des Stromes von einer Tunneldiode 20 zur anderen wie folgt: Die Tunneldiode 20 hohen Stromes und niedriger Spannung kann nicht mehr als ihren Spitzenstrom führen, weshalb die Tunneldiode niedriger Spannung und hohen Stromes dann, wenn die an die Ausgangswicklung 16 angeschlossene nicht gezeigte Belastung einen größeren Strom als den Niederspannungs-Spitzenstrom der Tunneldiode verlangt, von ihrem Zustand niedriger Spannung und hohen Stromes in ihren Zustand hoher Spannung und niedrigen Stromes überspringt, wobei sich bei der anderen Tunneldiode 20 ein Strom aufbaut. Das bedeutet, daß die Überbelastung selbst eine Verschiebung des Stromflusses von einer Tunneldiode zur anderen bewirkt. Gemäß der Erfindung ist eine noch

zu beschreibende Vorrichtung zur periodischen, kurzfristigen Überbelastung des Tunneldioden-Wechselrichters vorgesehen, um die Frequenz des Wechselrichters-10 im Hinblick auf Änderungen der an ihm anliegenden Belastung konstantzuhalten.

Die Vorrichtung 23 zur Frequenzkonstanthaltung umfaßt eine weitere, d. h. dritte Wicklung 24, auf dem sättigbaren Kern 18 des Transformators 12. Die Enden der Wicklung 24 sind jeweils an die Kollektoren eines Paares von Transistoren 26 angeschlossen, deren Emitter miteinander und mit Erde verbunden sind. Die Basiselektroden der Transistoren 26 sind über eine Sekundärwicklung eines Eingangstransformators 30 miteinander verbunden, und die Mittelanzapfung dieser Sekundärspule ist an Erde angeschlossen. Eine Steuerwechselspannung 32, die vorteilhaft Rechteckform aufweist, wird an die Primärwicklung des Transformators 30 angelegt. Die Frequenz der Steuerwechselspannung 32 kann irgendeinen gewünschten Wert haben, aber sie sollte höher sein als jedwede Frequenz des Tunneldioden-Wechselrichters 10, die bei Abwesenheit der beschriebenen Vorrichtung zur Frequenzkonstanthaltung bei Änderungen der Belastung des Wechselrichters auftreten würde.

Die Vorrichtung 23, die keine Spannungs- oder Vorspannungsversorgung benötigt, arbeitet als eine Kurzschlußeinrichtung für die Wicklung 24, wodurch der Tunneldioden-Oszillator 10 zweimal bei jedem Zyklus der Steuerwechselspannung 32 überbelastet wird. Bei Abwesenheit einer Steuerwechselspannung 32 ist keiner der Transistoren 26 leitend, und die Transistoren 26 verursachen einen offenen Stromkreis für die in der dritten Wicklung 24 induzierte Spannung. Bei Anlegen der Steuerwechselspannung 32 wird an den einen Transistor 26 eine Steuerspannung, durch die dieser leitend wird, und an den anderen Transistor 26 eine Steuerspannung geliefert, um diesen nichtleitend zu machen. Während des Pendels der Steuerwechselspannung 32 von einer Polarität zur anderen sind jedoch für einen sehr kurzen Augenblick beide Transistoren 26 zweimal je Periode der Steuerwechselspannung 32 leitend. Wenn man annimmt, daß beispielsweise ein Transistor 26 leitend und der andere nichtleitend ist, bleibt der leitende Transistor weiterhin leitend bis seine Basis-Emitter-Spannung einen Punkt erreicht, an dem er nichtleitend wird, während der andere nichtleitende Transistor leitend wirdj: bevor der erste Transistor nichtleitend wird. Während dieser kurzen Zeitspanne, zu der beide Transistoren 26 leitend sind, ist die weitere Wicklung 24 durch die beiden in Reihe liegenden Transistoren 26 kurzgeschlossen. Durch den Kurzschluß der weiteren Wicklung 24 wird der Tunneldioden-Wechselrichter 10 überbelastet, und hierdurch kehren sich, wie oben erläutert, die Leitzustände der Tunneldioden 20 um, und hierdurch kehrt sich ebenfalls die Polarität des Ausgangssignals des Tunneldioden-Wechselrichters 10 um. Dieser Kurzschluß erfolgt zweimal in jeder Periode der Steuerwechselspannung 32, d. h. mit einer Folge, die gleich dem doppelten der Frequenz der Steuerwechselspannung 32 ist, wodurch die Polarität des Ausgangssignals des Tunneldioden-Wechselrichters 10 sich zweimal in jeder Periode der Steuerwechselspannung 32 umkehrt. Die Ausgangsfrequenz des Tunneldioden-Wechselrichters 10 ist auf die Frequenz der Steuerwechselspannung 32 stabilisiert. Da die Frequenz der Steuerwechselspannung 32

ίο höher gewählt ist, als jegliche Frequenz, welche der Tunneldioden-Wechselrichter bei Änderungen seiner Belastung aufweist, ist die Ausgangsfrequenz des Tunneldioden-Wechselrichters durch die Steuerwelle bestimmt.

Bei der Vorrichtung zur Frequenzkonstanthaltung eines Tunneldioden-Wechselrichters sind Abwandlungen möglich. Wenn auch eine transistorisierte Vorrichtung für den kurzfristigen und periodischen Kurzschluß der weiteren Wicklung 24 beschrieben ist,

so um hierdurch den Tunneldioden-Wechselrichter 10 zwecks Steuerung seiner Frequenz überzubelasten, so kann diese Vorrichtung durch andere Einrichtungen ersetzt werden. Beispielsweise kann die weitere Wicklung 24 durch einen Drehschalter mit kurzfristig sich schließenden Kontakten momentan kurzgeschlossen werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Tunneldioden-Wechselrichter, welcher auf einem sättigbaren Magnetkern eine Primär- und eine belastbare Sekundärwicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (23) vorgesehen ist, die den Wechselrichter periodisch kurzzeitig mit einer Frequenz überlastet, die größer ist als die größte überhaupt durch eine Belastung auftretende Frequenz des Wechselrichters.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Wicklung (24) auf dem sättigbaren Magnetkern (18) angeordnet ist, die periodisch kurzzeitig kurzgeschlossen wird, und daß die Frequenz der Kurzschlußimpulse doppelt so groß ist wie die größte überhaupt durch eine Belastung auftretende Frequenz des Wechselrichters.

3. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endpunkte der weiteren Wicklung (24) über die Emitter-Kollektor-Strecken zweier gegensinnig in Reihe geschalteter Transistoren (26) miteinander verbunden sind und daß die Basen der beiden Transistoren (26) mit den Endpunkten einer Sekundärwicklung eines Transformators (30) mit Mittelanzapfung verbunden sind, die ihrerseits mit dem Verbindungspunkt der Emitter der beiden Transistoren (26) verbunden ist, und daß ferner der Primärwicklung des Transformators (30) den Kurzschluß der weiteren Wicklung (24) auslösende Steuerimpulse (32) zugeführt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen