DE1538223A1

DE1538223A1 - Verfahren zur Erzeugung eines Mehrphasen-Sinusstromes veraenderbarer Frequenz,Geraet zur Ausfuehrung dieses Verfahrens und Anwendung dieses Verfahrens zur Steuerung eines eine elektrische Asynchronmaschine speisenden Stromrichters

Info

Publication number: DE1538223A1
Application number: DE19651538223
Authority: DE
Inventors: Victor Piccand; Jacques Vermot-Gaus
Original assignee: Brissonneau et Lotz Marine SA
Current assignee: Brissonneau et Lotz Marine SA
Priority date: 1964-09-22
Filing date: 1965-09-22
Publication date: 1970-02-26
Also published as: BE669795A; GB1093218A; US3387195A; CH424961A

Description

Jacques Vermot-Gaud ■ Genf (Sehweis)

Verfahren zur Erzeugung eines Mehrphasen-Jinusstromes veränderbarer Frequenz, Gerät zur Ausführung dieses Verfahrens und Anwendung dieses Verfahrens zur Steuerung eines eine elektrische Asynchronmaschine speisenden Stromrichters.

Erster Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Mehrphasen-üinusstromes mit η Phasen, dessen Frequenz und Amplitude unabhängig voneinander nach Belieben verändert werden können. ■

Die bisher bekannten Verfahren zur Erzeugung eines derartigen Stromes sind von zweierlei Art; die einen gehören zum elektromechanischen Typ, die anderen zum Typ der elektronischen Logik. Bei dem elektromechanischen Verfahren benutzt man einen kleinen Wechselstromgenerator, der, von einem Motor veränderlicher Drehzahl angetrieben, unmittelbar eine mehrphasige Schwingung liefert, und man erregt diesen Wechselstromgenerator mittels einer Wicklung, die über Schleifringe gespeist wird, was alle mit Schleifkontakten verbundenen Nachteile mit sich bringt, oder mittels einer Trägerfrequenz mit einer Phasendemodulation am Ausgang des Wechselstromgenerators. Diese letztgenannte Variante besitzt gegenüber der ersten den Vorteil, daß die Amplitude von der gewünschten Frequenz völlig unabhängig ist. Jedoch muß man die Drehzahl des Motors innerhalb eines Bereichs verändern, der genauso weit ist wie der Bereich der gewünschten Frequenzen, was, wenn die geforderte Frequenz hoch ist, nicht leicht zuerreichen ist. Die elektromechanischen Systeme zeigen als weiteren Kj? ent eil eine geringe Stabilität, vor allem bei niedrigen i>r&I^fehlen.

Das Verfahren, das sich einer elektronischen Logik bedient* besteht darin, eine Treppenschwingung zu erzeugen, die sich in. genügendem Maße der Sinusschwingung annähert. Mit Hilfe eines Folgekreises steuert pan ei·

C-ERNSCHHlElBERt 01*4087

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Summiernetz, in welchem Widerstände, die die relativen Gewichte der Summenterme darstellen, aufeinanderfolgend oder in Kombination auf 'einen Summierwiderstand geschaltet werden.

Dieses im Prinzip relativ einfache Verfahren erfordert zu seiner Ausführung stets eine große Zahl von Transistoren und Dioden, vor allem, wenn man die Amplitude der Ausgangsschwingung veränderlich, machen will und den Drehsinn der Phasen progressiv umkehren will. Es hat überdies den Nachteil, daß es nur eine Treppen— schwingung liefert, was bei sehr niedrigen Drehzahlen au Unstetigkeiten im Motordrehmoment führen kann. Die Erfindung beseitigt diese Nachteile, indem sie ein Verfahren angibt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß einerseits ein Einphasen-Sinusstrom mit beliebig einstellbarer Amplitude und andererseits ein Mehrphasen-Rechteckstrom mit η Phasen erzeugt werden, daß dieser Einphasen-Sinusstrom parallel über jeden Kanal einer Gesamtheit von η verschiedenen Kanälen geleitet wird, daß der Strom in einem Kanal durch die Phasen des üehrphasen-Rechteckstromes amplitudenmoduliert wird, daß der Strom in einem anderen Kanal durch eine andere Phase des Mehrphasen-Rechteckstromes amplitudenmoduliert wird, und so fort für jeden Kanal, daß die modulierten Ströme derart gefiltert werden, daß nur die Komponente dieser Ströme verbleibt, deren Frequenz gleich dem Absolutbetrag der Differenz zwischen der Frequenz des Sinphasen- Sinusstromes .und der Frequenz des Mehrphasen-Rechteckstromes ist, wobei die Gesamtheit der η gefilterten Strome den genannten Hehrphasen-Sinusstrom mit η Phasen bildet, ferner dadurch gekennzeichnet, daß sich die Frequenz dieses Hekrphasen-Sinusstromes nach Belieben ändern· läßt, indem man die Frequenz des Einphasen-Sinusstromes und/oder des Mehrphasen-Sechteckstromes verändert, daß seine Amplitude dadurch verändert werden kann, daß man die Amplitude des Einphasen-Sinusstromes ändert, wobei die Phasenfolge sich

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umkehrt, wenn die Differenz zwischen der Frequenz des Einphasen-Siiiusströmes und der Frequenz des genannten Mehrphasen-Rechteckstromes das Vorzeichen wechselt.

Ein zweiter Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zur Ausführung dieses Verfahrens. Dieses Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß es einen Generator für einen Einphasen-Sinusstrom mittlerer Frequenz und beliebig veränderbarer Amplitude enthält, einen Generator für einen Mehrphasen-Rechteckstrom mittlerer Frequenz mit η Phasen, Mittel zur beliebigen Veränderung der Frequenz des genannten Einphasen-Sinusstromgenerators und/oder des Mehrphasen-Rechteckstromgenerators, einen Satz von η Modulatoren und einen.Satz von η Tiefpaßfiltern, die imstande sind, die Frequenz, die gleich dem Absolutbetrag der Differenz zwischen der Frequenz des Einphasen-Sinusstromes und der des Mehrphasen-Rechteckstromes ist, zu trennen, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang dieses Einphasengenerators parallel zu jedem der Modulatoren geschaltet ist, und daß jede der η Phasen des Mehrphasen-Rechteckstromes mit einem dieser Modulatoren verbunden ist, wobei jedem der Modulatoren eines der genannten Filter nachgeschaltet ist, so daß der genannte Einphasen-Sinusstrom von jeder der η Phasen des nunmehr gefilterten Mehrphasen-Rechteckstromes moduliert wird, während die Ausgangsströme dieser Filter den genannten Mehrphasen-Sinusstrom mit η Phasen darstellen, dessen Frequenz und Amplitude unabhängig voneinander verändert werden können, die erste, indem man die Frequenz des genannten Mehrphasen-Reenteckstromgenerators und/oder des genannten Einphasen-Sinusstromgenerators verändert, und die zweite, indem man die Amplitude des letztgenannten Generators verändert.

Ein dritter Gegenstand der Erfindung ist eine besondere Anwendung des Verfahrens, die sich auf die Steuerung eines Stromrichters bezieht, der mit Gittersteuerkreisen versehen ist und der einen elektrischen Gleichstrom in einen elektrischen Wechselstrom umwandelt. Diese Anwendung ist dadurch gekennzeichnet, daß der genannte

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Hehrphasen-Sinusstrom mit variabler Frequenz und Amplitude benutzt wird, um die genannten Gittersteuerkreise zu steuern, sowie dadurch, daß man die Frequenz des genannten Mehrphasen-Sinusströmes in Abhängigkeit von der Frequenz des genannten Wechselstromes verändern kann.

Diese Anwendung ist besonders dann interessant, wenn der Stromrichter eine Asynchronmaschine speist. Die Möglichkeit, die Frequenz des Mehrphasen-Sinusstromes zu verändern, die diese Anwendung bietet, gestattet insbesondere, die Schlupffrequenz der Maschine, d.h. die Frequenz ihres Läuferstromes, genau und stabil einzustellen. In gewissen bekannten Regelungssystemen, die für die Steuerung einer von einem Stromrichter gespeisten Asynchronmaschine bestimmt sind, wird diese Einstellung mit Hilfe eines Tachometergenerators erzielt, dessen Läufer mit dem Läufer der Asynchronmaschine über ein mechanisches Differentialgetriebe gekoppelt ist. Die Frequenz der Ausgangsspannung des Tachometergenerators unterscheidet sich von der der Drehzahl der Asynchronmaschine entsprechenden Frequenz um einen Betrag, der proportional zu der auf den zweiten Eingang des Differentialgetriebes gegebenen Drehzahl ist. Die Spannung des Generators wird dazu benutzt, die Gittersteuerkreise des Stromrichters zu steuern, und man verändert die Schlupffrequenz, indem man die Drehzahl am zweiten Eingang des genannten Differentialgetriebes verändert.

In anderen bekannten Systemen ist das mechanische Differentialgetriebe bisweilen durch ein elektrisches Differential ersetzt, das aus einer Hilfsmaschine besteht, deren Läufer von dem Tachometergenerator gespeist wird, welcher nunmehr direkt mit dem Läufer der Asynclironmaschine gekoppelt ist, und man benutzt die im Ständer erzeugte Spannung, um die Gittersteuerkreise ' zu steuern. Man verändert die Schlupffrequenz, indem man die Drehzahl des Rotors dieser Hilfsmaschine verändert.

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Im einen wie im anderen Fall handelt es sich um elektromechanische Anordnungen mit allen Nachteilen, die diese mit sich bringen: "bewegte Massen, Zahnradgetriebe, Schleifkontakte, Verschleiß usw.

Das Verfahren, das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung "bildet, ist daher besonders gut für eine derartige Anwendung geeignet, denn es führt zu einer ausschließlich mit unbewegten Bauteilen arbeitenden Ausführungsform der Steuerung der Asynchronmaschine.

Die beigefügte Zeichnung soll das Verfahren erläutern, eine mögliche Ausführungsform des Gerätes schematisch darstellen und zeigen, wie man das Verfahren zur Steuerung eines Stromrichters verwenden kann, der eine Asynchronmaschine speist.

Figur 1 ist ein Prinzipschaltbild, das das Verfahren erläutert.

Figur 2 und 3 stellen zwei Möglichkeiten zur Erzeugung der beiden elektrischen Ströme dar, die in dem Verfahren verwendet werden.

Figur 4- ist ein elektrisches Schaltbild eines Gerätes zur Ausführung des in Figur 1 erläuterten Verfahrens . ■ . ■ ■

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform eines Teils der Schaltung nach Figur 4,

Figur 6, 7 u&d. 8 sind ausführlichere elektrische Schaltbilder, die sich auf Elemente der Figur 5 beziehen.

Figur 9 ist ein erlaute?^%ndes Schema, das zum Verständnis der Arbeitsweise eines Elementes der Figur 5 beitragen soll.

Figur 10 erläutert die Anwendung des Verfahrens auf die Steuerung eines in besonderer Weise verwendeten Stromrichters.

Figur 11 stellt schematisch ein besonderes Organ-dar, das in. Figur 10 erscheint. ^

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Das Verfahren besteht, wie oben gesagt wurde, darin, durch irgendein Mittel einen Einphasen-Sinusstrom zu erzeugen, der in Figur 1 durch die Kurve 1 dargestellt wird, und durch irgendein arideres Mittel einen Mehrphasen-Rechbeckstrom mit η Phasen zu erzeugen, z.B. einen Dreiphasenstrom 2, dessen drei Phasen durch die Kurven 2a, 2b und 2c dargestellt sind. Der Einphasen-Sinusstrom wird parallel über die drei verschiedenen Kanäle ^a, 5b und je geleitet und in jeden dieser Kanäle durch eine der Phasen 2a, 2b bzw. 2c des Dreiphasen-Rechteckstromes 2 moduliert. Diese Modulation wird durch die Kästen 4a, 4b und 4c dargestellt. Der so modulierte Strom wird dann in jedem Kanal getrennt gefiltert, was durch die Kästen 5a, yb und ^c dargestellt wird. Diese Filterung geschieht derart, daß nur die Komponente dieser Ströme erhalten bleibt, deren Frequenz F gleich dem Absolutbetrag der Differenz zwischen der Frequenz I„ des Binphasenstromes 1 und der Frequenz F^ des Dreiphasenstromes 2 ist. Die Gesamtheit der gefilterten Ströme 6a, 6b und 6c bildet einen Dreiphasen-Sinusstrom 6. Wenn man einen Mehrphasenstrom mit η Phasen erzeugen wollte, müßte man η Kanäle von der Art der Kanäle 3a, 3b und 3c benutzen und den Sinusstrom 1 mit einem Mehrphasen-Rechteckstrom mit η Phasen modulieren.

Aus der Fourieranalyse ist bekannt, daß ein Hechteck-' strom aus einer Summe von Sinusströmen besteht, deren Frequenzen Vielfache der Grundfrequenz sind. Wenn man daher den Sinus strom 1 von der Frequenz F— = &Λ./23Γ , der durch den Ausdruck sinixJLt dargestellt wird, mit einer der Phasen des Mehrphasen-Rechteckstromes moduliert, dessen Grundkomponente eine Frequenz F™ = (aL·/¹^ und einen Phasenwinkel f hat und die durch den Ausdruck sin(C^mt±f) dargestellt wird,, erzeugt, man einen Strom, der durch das Produkt

Jfjt ±f) = 1/2

^f - 7 L. 0.09809/0533'-

dargestellt wird. Die Harmonischen des Rechteckstromes verursachen analoge Komponenten, und die Filterung be-'wirkt,--daßnur die Kompnente mit der Frequenz F -(A?_M- (0^),'2.T = F₁₁ - F_t erhalten bleibt und alle Komponenten höherer übequenz eliminiert werden. Das gleiche gilt für die Modulation mittels der anderen Phasen des Mehrphasen-Rechteckstromes. Indem man eine der Frequenzen F.. oder F™ oder beide gleichzeitig verändert, verändert man die Frequenz F, aber der Phasenwinkel ^ bleibt unverändert. Daher bildet die Gesamtheit der Ströme am Ausgang der Filterstufe einen Mehrphasen-Sinusstrom, dessen Phasenzahi gleich der des modulierenden Mehrphasen-Rechteckstromes ist und dessen Phasen gegeneinander um den gleichen Betrag verschoben sind, wie die des letztgenannten Stromes. Die Fälle F^pF™ oder sogar F^<■ F™ sind nicht ausgeschlossen, so daß die Frequenz F Null und sogar negativ werden kann, wobei dieser letztgenannte Fall tatsächlich einer Umkehr der Phasenfolge des Mehrphasen-Sinusstromes entspricht. Dies ist der Grund, warum bei der Filterung nur die Komponenten mit einer Frequenz gleich dem Absolutbetrag der Differenz zwischen den Frequenzen F~ und F^ erhalten bleiben dürfen. Die Amplitude dieses Mehrphasen-Sinusstromes verändert sich in Abhängigkeit von der Amplitude des Einphasenstromes, und ihre Änderung ist absolut unabhängig von der Änderung der Frequenz.

Um den Einphasen-Sinusstrom und den Dreiphasen-Rechteckstrom zu erzeugen, ist es vorteilhaft, von einer periodischen Pulsfolge hoher Frequenz f auszugehen. Dies wird in Figur 2 dargestellt. Die Folge von Steuerimpulsen hoher Frequenz, die durch die Kurve 10 dargestellt werdenj wird parallel über zwei Kanäle 11a bzw. 11b geleitet, in denen diese Pulse Folgen periodischer Signale darstellen, die Primärsignale genannt werden. Mindestens eine dieser Primärfolgen wird gestört, indem sie mit einer Hilfsfolge periodischer Signale gemischt wird. So wird die Primärfolge, die über den Kanal 11a

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geleitet wird, in 12a mit einer Folge periodischer Hilfssignale mit einer Frequenz f^ gemischt, die durch die Kurve 13a dargestellt werden. Es entsteht eine Folge pseudoperiodxscher Signale, deren Pseudofrequenz gleich f ι f. ist, wenn die Mischung additiv ist, die hingegen f - fy, ist, wenn die Mischung subtraktiv ist. Diese pseudoperiodische Folge wird in 14a einer Frequenzteilung unterworfen und wird zu einer Folge von Rechtecksignalen mittlerer Frequenz. Diese Rechtecksignale sind merklich periodisch, da die Frequenzteilung die Abweichung gegenüber einer periodischen Folge, die durch die in 12a bewirkte Mischung hervorgerufen wurde, glättet. Man erzeugt in 15a, ausgehend von diesen Rechtecksignalen, durch ein beliebiges Mittel einen Dreiphasen-Rechteckstrom mit einer Frequenz F™, der eben der Dreiphasen-Rechteckstrom 2 der Figur 1 ist. Die Folge der Primärsignale, die über den Kanal 11b geleitet werden, kann ohne Veränderung einer Frequenzteilung unterworfen werden, die in 14b vorgenommen wird und deren Zweck es ist, diese Folge in eine Folge von periodischen Rechtecksignalen mittlerer Frequenz umzuwandeln. Ausgehend von dieser Folge wird in 15b durch ein beliebiges Mittel ein Einphasen-Sinusstrom mittlerer Frequenz F^, erzeugt. Dieser Strom ist eben der Einphasen-Sinusstrom 1 der Figur 1. Es kann jedoch von Vorteil sein, diese Folge vor der Frequenzteilung in 14b durch additive oder subtraktive Mischung mit einer Hilfsfolge periodischer Signale einer Frequenz fg (dargestellt durch Kurve 13b) so zu stören, daß man eine Folge pseudoperiodischer Signale erhält, deren Pseudofrequenz f + fp ist, und diese pseudoperiodische Folge einer in 14-b vorgenommenen Frequenzteilung zu unterwerfen. Um die Frequenz des Mehrphasen-Sinusstromes zu verändern, genügt es, auf die eine oder die andere der Frequenzen f. und fp oder auf beide einzuwirken. Jede die Frequenz f_Q beeinflussende Instabilität wird so ausgeschaltet, da die Frequenz F des Mehr-' phasen-Sinusstromes gleich

F -- F — F = C f + f ") — (f + f ^ = + f + f il J. Ul U~~£_ — I c.

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und damit unabhängig von der Frequenz ■£ der Steuerfolge ist.

Statt die Folge der Primärsignale mit der Folge der Hilfssignale auf einmal zu mischen, kann es von Vorteil sein, zwei aufeinanderfolgende Mischungen vorzunehmen. Dies illustriert die Figur 3, die zeigt, wie die Folge der Primärsignale, die über den Kanal 11a geleitet wird, ein erstes Mal in 16a durch Mischung mit einer ersten Folge von Hilfssignalen der Frequenz f.* gestört wird, dann ein zweites Mal an 17a durch Mischung mit einer zweiten Folge von Hilfssignalen der Frequenz άϊ* gestört wird, bevor sie in 14-a einer Frequenzteilung unterworfen wird. Wie die Figur 3 zeigt, kann diese Störung in zwei Stufen auch auf die Folge der Primär-. signale angewendet.werden, die über den Kanal 1To geleitet werden, indem man zu diesen letztgenannten in 16b eine erste Folge von Hilfssignalen der Frequenz fp mischt, dann in 17b eine zweite Folge von Hilfssignalen der Frequenz Afp. Die derart gestörte Folge wird danach in -14b einer Frequenzteilung unterworfen. Man verfügt damit über vier Mittel zur Veränderung der Frequenz des Mehrphasen-Sinusstromes: indem man gleichzeitig oder getrennt auf die Frequenzen f., Af* , fp, Δίο der vier Hilfssignalfolgeh einwirkt. Dadurch wird die Regelung der Frequenz sehr elastisch.

Das Gerät, das der Ausführung des beschriebenen Verfahrens" dient, ist für den Fall, daß der erzeugte Mehrphasen-Sinusstrom dreiphasig ist, in Figur 4 schematisch dargestellt. Es umfaßt einen Generator 20 für den Einphasen«-Sinusstrom der Frequenz F« und einen Generator 21 für den Dreiphasen-Hechteckstrom der Frequenz F^, dessen drei Phasen in der Reihenfolge TJ,T,W aufeinanderfolgen. Diese Generatoren sind von beliebiger Art; es ist nicht notwendig, sie schon hier näher zu "bestimmen, aber weiter unten wird eine mögliche Ausführungsform beschrieben werden/Der Einphasen-Sinusstrom vrird

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parallel über Leibungspaare 22, 23 und 24- zu drei identischen Modulatoren 25, 26 und 27 geleitet, von denen nur der Modulator 25 im Datail dargestellt ist. Diese Modulatoren sind übrigens über Leitungspaare 28, 29 bzw. 50 jeweils mit einer der Phasen des Dreiphasen-Rechteckgenerators 21 verbunden: das Leitungspaar 28 überträgt die Phase II zum Modulator 25_t das Leitungspaar 29 überträgt die Phase V zum Modulator 26 und das Leitungspaar 30 überträgt die Phase W zun Modulator 27· Jedem Modulator ist ein Filter 31» 32 bzw. 33 nachgeschaltet, das i.iit diesem durch ein Leitungspaar 34 und 34a, 35 und 35a bzw. 36 und 36a verbunden ist, und diese Filter sind mit einer Ausgangsleitung 37» 38 bzw. 39 versehen. Die Modulatoren sind von beliebiger Art, und in diesem Beisr>iel handelt es sich un Transistormodulatoren. Sie enthalten alle v/ie der Modulator 25 einen Eingangsübertrager 40, dessen Primärwicklung mit der Leitung 22 verbunden ist, die den Einphasen-Sinusstrom leitet, sowie aus zwei Transistoren 42 und 4-3. Die Basen dieser npn-Transistoren sind über Widerstände 41a, 41b mit den Enden des Leitungspaares, das die entsprechende Phase führt, verbunden, hier mit dem Leitungspaar 28, das die Phase U führt, während ihre Emitter miteinander verbunden sind, und ihre Kollektoren mit je einem Ende der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers 40 verbunden sind. Die Filter sind alle identisch mit dem Filter 31, das aus einer Induktivität 44 bestent, deren Eingang durch die Leitung 34a mit dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers 40 verbunden ist, deren Ausgang einerseits mit der Ausgangsleitung· 37, andererseits mit einer Kapazität 45 verbunden ist, die durch einen Widerstand 46 überbrückt wird und ihrerseits über die Leitung 34 mit den Emittern der Transistoren 42 und 43 verbunden ist.

Wie man sieht, führen die Ausgangsleitungen 37» 38 und 39 einen Strom, der das Ergebnis der Filterung des Einphasen-Sinusstroiaes mit der Frequenz J?*- durch die Filter 31, 32 und 33 ist, welcher durch die Modulatoren 25,

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26 und 2? mit den Phasen U, V bzv?. W des Dreiphasen-Recht ecks tr omes der Frequenz F«, moduliert worden ist. Diese Ausftangsleitungen führen also Qe eine der Phasen. R₇ S "bzw. T eines Dreiphasen-Sinus ströme s der Frequenz F = F„ - Fm. Wenn die Frequenz F^ größer ist als F^, ist die Folge der Phasen R, S, T gleich der der Phasen U, V, W; wenn die Frequenz F., kleiner ist als Fn₁, ist diese Phasenfolge gegenüber der Folge der Phasen U, V, W invertiert. Durch Änderung der Frequenz F^, oder der Frequenz F_H oder beider, was durch die Pfeile 4-8' und 4-9 dargestellt wird, wird daher die Frequenz F des Dreiphasen-Sinusstromes nach Belieben verändert, und dies solange, bis die Phasenfolge umgekehrt wird; und indem man die Amplitude des Einphasen-Sinusstromes der Frequenz F.» verändert, wird die Amplitude des Dreiphasen-Sinusstromes der Frequenz F nach Belieben verändert. Diese beiden Veränderungen sind voneinander vollkommen unabhängig.

Es kann von Vorteil sein, sowohl den Dreiphasen-Rechteckstrom der Frequenz F™ wie auch den Einphasen-Sinusstrom der Frequenz F^ ausgehend von einer gemeinsamen Steuerimpulsfolge zu erzeugen. Dies ist in Figur 5 dargestellt. Ein Steuer gener at or 51? der- aus einem klassischen Multivibrator Eiit zwei Transistoren 52 und 55 besteht, erzeugt eine Folge periodischer sogenannter Primäriinpulse der hohen Frequenz f ., die über zwei Kanäle 5^- bzw. 55 geleitet werden. In den Kanal 55 i-st ein Frequenzteiler 52 eingeschaltet, der aus einer Anordnung von einander gleichen bistabilen Kippstufen besteht, wie z.B. der bistabilen Kippstufe 57·

Diese bistabilen Kippstufen sind sämtlich von herkömmlicher Art, wie es ihre in Figur 6 abgebildete Schaltung zeigt. Sie enthalten zwei pnp-Transistoren 120 und 121, mit verbundenen Emittern, die über RC-Netz~ werke 122 und 123 in Gegentakt geschaltet sind» Sie besitzen einen mit g bezeichneten Haupteingang 124-,'einen mit Ii bezeichneten Hilf seingang 125 und zwei mit e bzw. f bezeichnete Ausgänge 126 und 127·

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In dem beschriebenen Beispiel ist der Frequenzteiler 56 (Figur 5) derart eingerichtet, daß er eine Teilung durch hundertundzwanzig bewirkt, und die bistabilen Kippstufen sind in einer ersten Untergruppe 58 angeordnet, die durch zehn teilt, in einer zweiten Untergruppe 59, die durch sechs teilt, und in einer letzten Untergruppe, die nur eine einzige bistabile Kippstufe 60 enthält und die durch zwei teilt. Der Ausgang 61 des Teilers 56 führt daher eine Folge von Hechtecksignalen mittlerer Frequenz, die gleich f / 120 ist, und führt sie einem abgestimmten Verstärker 62 zu. Dieser letztgenannte Verstärker enthält eine Vorverstärkerstufe 63, eine abgestimmte Stufe 64- und eine Endstufe 65» die miteinander durch Kondensatoren 66 bzw. 67 gekoppelt sind. Die Vorverstärkerstufe 63 ist vom "Alles-öder-nichts"-Typ, und die Amplitude des Signals, die an ihrem Ausgang erscheint, kann eingestellt werden, indem man die^Nan die Klemme 68 angelegte negative Spannung verändert. Das Rechtecksignal wird durch den Kondensator 66 zur abgestimmten Stufe 64 übertragen, in welcher ein Sperrkreis 69 es in ein Sinussignal umwandelt. Ein Dämpfungswiderstand 70 bewirkt eine starke Dämpfung der Spannungsüberhöhung des Sperrkreises 69, so daß der Durchlaßbereich dieses letztgenannten Kreises verbreitert wird, ohne jedoch sein Filtervermögen in Bezug auf die· Harmonische von geringerer Ordnung als das Rechtecksignal (diese Harmonische ist die von dritter Ordnung) merklich zu schwächen. Das so erzeugte Sinussignal wird induktiv mittels einer Wicklung 71 abgenommen und der Endstufe über den Kondensator 67 zugeführt. Ein Ausgangsübertrager 72 nimmt das verstärkte Signal ab und führt es einem Leitungspaar 73 zu. Der abgestimmte Verstärker 62 ist also derart ausgelegt, daß er einen Sinusstrom der Frequenz F_M = f_Q / 120 liefert, der eben der Einphasen-Sinusstrom ist, von dem oben die Rede war, so daß die Anordnung, die aus dem abgestimmten Verstärker 62 und dem Teiler 56 besteht, mit dem Steuergenerator zusammen einen Generator für einen Einphasen-Sinusstrom bildet. ■/

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In den Kanal 54 ist eine Kischstufe 75 eingeschaltet, die aus einer Anordnung von logischen Kreisen vom NOR-Typ ("weder-noch"-a?yp) besteht.

Diese NGR-Kreise sind ebenfalls völlig von klassischer Bauart, und ihre Schaltung zeigt Figur 7· Sie enthalten einen pnp-Transistör 130 mit. an Kasse liegendem Emitter, einen mit a bezeichneten Haupteingang 131, der mit der Basis verbunden ist, zwei mit c "bzw. d bezeichnete und mit Dioden "134· und 135 versehene Hilf seingänge 132 und 133 UE-a einen mit b bezeichneten Ausgang 136, der mit dem Kollektor verbunden ist*

In dem beschriebenen Beispiel hat die Mischstufe 75 (Figur; 5) die Aufgabe, die über den Kanal 54- geleiteten Impulse und die von einem Hilfsgenerator 76 über eine Leitung 77 geleiteten sog. Hilfsimpulse subtraktiv zu mischen. Daher sind die NOR-Kreise in zwei Untergruppen 78 und 79 angeordnet, die jeweils zwei NOR-Kreise enthalten, die in der Art einer bistabilen Kippstufe miteinander verbunden sind. So umfaßt die Untergruppe 78 die'Kreise 81 und 32, und der Eingang c des Kreises 81 ist mit den Ausgang b des Kreises 82 verbunden, während der Eingang c des Kreises 82 mit dem Ausgang b des Kreises'81 verbunden ist. Die Untergruppe 79 besteht in analos-er- Weise aus den Kreisen 83 und 84·. Ein vierter NOR-Kreis, der Kreis 85» ist mit seinem ersten Kinsrarir ■ mit dem. Ausgang b des Kreises 82 der Untergruppe '8 verbunden uaä mit seinem anderen Eingang d mir det;_; Ausgang b des Kreises Sy der Untergruppe 79· Dieser Kreis erzeugt dahe-* an seinem-Ausgang b ein !■•gic h-f oigiiai, desseiL ^ert durch die Kombination der logischen Signale, die an. seinen Eingängen-c und d auftreten, bestimmt wi/rd, d.h., durch den Kippzustand der Untergruppen 78 und 79· Er dient daher als Detektorkreis für den Kippzustand dieser letztgenannten Untergruppen. Sein Ausgang b ist mit dem ersten Eingang c eines fünften NOR—Kreises 86 verbunden, dessen zweiter Eingang d mit . dem Kanal 54- verbunden ist. Der Kreis 86 erzeugt an seinen Ausgang i> ein Signal, welches von der Kombination

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der an seine Eingänge angelegten logischen Signale abhängt, wobei das am Eingang c auftretende Signal dasjenige ist, welches von dem Detektorkreis 85 erzeugt wurde und wobei das Signal am Eingang d irgendeiner der Primär impulse ist-. Der Kreis 86 dient daher als Tor, das den Durchlaß dieses Primärimpulses auf der Ausgangsleitung 87 der Mischstufe 75 o'e nach dem Kippzustand der Untergruppen 78 und.79 gestattet oder verhindert, Die Leitung 77 verbindet den Ausgang des Hilfsgenerators 76 mit dem Steuereingang a der zweiten NOB-Ereise der Untergruppen 78 und 79» d.h. mit dem Kreis 82 für die Untergruppe 78 und mit dem Kreis 84 für die Untergruppe 79, und zwar über Kondensatoren 88 bzw. 89» denen Dioden 90 bzw.. 91 nachgeschaltet, sind. Die ersten Kreise 81 bzw. 83 dieser Untergruppen sind mit ihren Steuereingängen a über Kondensatoren 92 bzw. 93, denen Dioden 9^- bzw. 95 nachgeschaltet sind, mit dem die Primärimpulse leitenden Kanal 3^- verbunden. Diese Mischstufe 75 bewirkt daher die Mischung der Primärimpulse mit den Sekundärimpulsen, und diese Mischung, von der unten gezeigt.wird, daß sie die Form einer Folge pseudoperiodischer Impuj.se annirrx:*., erscheint auf der Ausgangsleitung 87·

Diese Leitung 87 verbindet den Ausgang der Nie.· istufe 75 mit dem Eingang eines zweiten Frequer.zteile:- .; 96, der für eine Teilung durch 20 eingerichtet ist Er besteht: aus einer Anordnung von bistabilen Eipr- ■ ^fen, i: e mit der Kippschaltung 57 des ersten Frequenzte - _ers ?<-. identisch sind; diese bistabilen Kippstufen- si. ± in einer ersten Untergruppe 97 angeordnet, die du: a zee.:: teilt, und die identisch mit der Untergruppe ; '..st. und in einer zweiten Untergruppe, die nur eine ',.r.zifv Kippstufe 98 enthält und die durch zwei ~eil^ , ie f: ■ u ,-frequenz der Folge pseudoperiodischer Impulse. --^cn* die Leitung 87 führt, wird daher durch -wanζIr -erei ~ . und die Ausgangsleitung 99 des Teilers iS fuhr Impure, deren Frequenz f_Q / 20 beträgt.

Diese Leitung 99 verbindet den Ausgang des Teilers 96 mit

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dem Eingang eines Schieberegisters 101, welches drei bistabile Kippstufen 102, 103 und 104 enthält. Diese Stufen sind untereinander identisch und sind in bekannter Weise gemäß dem in Figur 8 abgebildeten Schaltschema aufgebaut. Sie enthalten zwei pnp-Transistören 140 und 141 mit gemeinsamen Emittern, die über RC-Netzwerke 142 und 14J in Gegeηtakt geschaltet sind. Sie haben einen mit 1 bezeichneten Haupteingang 144, der die beiden Transistoren über Kondensatoren 145, 146 und Dioden 147, 148 steuert, und drei Hilfseingänge 149, 150 und 151'· Von diesen letztgenannten steuern die mit i bzw. m bezeichneten Hilfseingänge 149 bzw. 150 den einen der Transistoren, hier den Transistor 140, jeweils über einen Widerstand 152 bzw. 153 und die zugehörige Diode 147· Der dritte, mit k bezeichnete Hilfseingang 151 steuert den anderen Ti'ansi st or, hier den Transistor 141, über einen Widerstand 154 und die zugehörige Diode 148. Zwei mit q bzw. j bezeichnete Ausgänge 155 bzw. 156

sind mit dem Kollektor des zugehörigen Transistors verbunden, während das Signal an den mit χ und ζ bezeichneten Klemmen 157, 158 der Sekundärwicklung des Übertragers 159 abgenommen wird, dessen Primärwicklung zwischen diese Kollektoren geschaltet ist.

Die Stufen 102, 103 und 104 (Figur 5) sind untereinander in der angegebenen Weise gekoppelt: Der Hilfseingang i der Stufe 102 ist über eine Leitung 105 mit dem Ausgang q. des entsprechenden Transistors der folgenden Stufe 103 verbunden, der mit dem gleichen Transistor dieser Stufe 103 verbundene Hilfseingang i ist über eine Leitung 106 mit dem Ausgang q des entsprechenden Transistors der folgenden Stufe 104 verbunden, und der mit dem gleichen Transistor dieser Stufe 104 verbundene Hilfseingang i ist über eine Leitung 107 mit dem Ausgang q des entsprechenden Transistors der folgenden Stufe 102 verbunden. Die Hilfseingänge k sind in analoger Weise mit den Ausgängen j der entsprechenden Transistoren der folgenden Stufen durch Leitungen 108, 109 bzw. 110 verbunden. Das Schieberegister 101 wird also schleifenförmig in sich selbst zurückgeführt, und die Verbindungen

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zwischen allen Stufen sind vollkommen symmetrisch, abgesehen von dem Unterschied, daß der zweite HiIfB-eingang m der Stufe 104 über eine Leitung 111 mit dem Ausgang j der Stufe 103 verbunden ist. Die Eingänge 1 der drei Stufen 102, 10p und 104 sind mit der Leitung 99 verbunden. Die Leitungspaare 112,113 bzw. 114 sind mit den Klemmen χ und ζ ,jeder der Stufen verbunden, und wie sich später zeigen wird, führen diese drei Leitungspaare jeweils eine der Phasen U, V, W des Mehrphasen-Rechteckstromes der Frequenz Fm.

Bei dem Hilfsgenerator 76 handelt es sich um einen klassischen Generator, welcher einen pnp-Transistor 115 enthält, der als Stromquelle geschaltet ist, sowie einen Transistor 116 mit nur einem Halbleiterübergang (transistor unijonction), die so miteinander verbunden sind, daß sie einen Kippschwinger bilden, ferner einen pnp-Transistor 117? cLer die für die Formung der Schwingungen bestimmte Endstufe darstellt. Diese letztgenannten Schwingungen erscheinen auf der Ausgangsleitung 77 und bilden eine Folge von Hilf simpul sen, deren Frequenz Iy. durch Verstellung des Schleifers eines Potentiometers 118 verändert v/erden kann, welches die an der Basis des Transistors 115 liegende Spannung bestimmt.

Das gesamte in Figur 5 abgebildete Gerät arbeitet in folgender Weise:

Diejenigen vom Steuergenerator 51 erzeugten Primarimpulse der Frequenz f_Q, die vom Kanal 55 geleitet werden, erfahren im Teiler 56 eine Frequenzteilung durch hundertzwanzig und erscheinen auf der Ausgangsleitung 61 in Form von Rechtecksignalen. Diese letztgenannten Signale werden von dem abgestimmten Verstärker 62 in einen Einphasen-Sinusstrom der Frequenz F_M = f / 120 umgesetzt. Der abgestimmte Verstärker 62 und der Frequenzteiler 56 bilden daher zusammen mit dem Steuergenerator 51 einen Generator für einen Einphasen-Sinusstrom, der imstande ist, die dem Generator 20 in der Figur 4 zufallende Funktion zu übernehmen: Es genügt, die Leitungspaare 22,

0 0 9 8 0 9 / 0 5 3 3 bad original _ ' ■

23, 24 mit dem Paar 73 der Figur 5 zu verbinden.

Diejenigen vom Steuergenerator 51. erzeugten Primärimpulse der Frequenz f , die im Kanal 5^/f- geleitet .'werden, werden der M schstufe 75 zugeführt. Es ist offensichtlich, daß in dieser letztgenannten Mischstufe die "beiden Ausgänge b jeder der in ihr enthaltenen Untergruppen 78 und 79 logisch gesehen komplementär zueinander sind. Wenn man in der Untergruppe 79 mit y^ das logische Signal am Ausgang b des NOR-Kreises 83 bezeiohneb, dessen Eingang a mit der Leitung 54 verbunden ist, Vielehe die Primärimpulse führt, dann ist das logische Signal, das am Ausgang b des NOR-Kreises 84 erscheint, dessen Eingang a mit der Leitung 77 verbunden ist, welche die Hilfsimpulse führt, y-, das Komplement von y*. Gleichermaßen gilt für die Untergruppe 78» daß, wenn das logische Signal am Eingang b des NOR-Kreises 81, der die Primärimpulse empfängt, durch j~ dargestellt wird, das Signal am Ausgang b des NOR-Kreises 82, der die Hilfsimpulse empfängt, jp ist. Nun nehmen y* und jp gleichzeitig den Wert "Eins"■' an, wenn ein Hilfsimpuls auf der Leitung 77 auftritt, während y. "Null" wird, wenn der folgende Primärimpuls erscheint. Das Signal 3^rp wird "Null"', wenn ein Primärimpuls erscheint, vorausgesetzt daß y^, zuvor ^:'Null" geworden ist. Dies ist in Figur 9 dargestellt, in v/elcher P die Primärimpulsreihe und A die Hilfsimpulsreihe bezeichnen. Daher kann y~ nur mit einer Verzögerung gegenüber y^ zu Null werden, wobei diese Verzögerung gleich einer Periode der Primärimpulse ist. Daher sind während einer vollen Periode der Primärimpulse y„ =0 und y_? =1. Während dieser Periode gibt der Ausgang äes NOR-Kreises der für die Anzeige des Kippzustandes bestimmt ist,

ein Signal y-, = Υ* + y"_o = 7^ . y~ ab, welches während dieser Periode gleich "Eins" ist und während der übrigen Zeit gleich "Full" ist. Der Ausgang des I'ore^ && gift ein Signal y^ = P~~+~yT = Ψ . y-, ab, das mindestens während der Periode , während der y^ gleich "Eins" ist, gleich "Null" ist·. Daher wird jedesmal, wenn ein Hilf siaiptiis erscheint, ein Primärimpuls unterdrückt. Das Signal

''0.0*809-/0533 . ι

das auf der Leitung 87 erscheint (Figur $), ist daher eine Fo"Ire von pseudoperiodischen Impulsen, die durch subtraktive Mischung der Primärfolge mit der Hilfsfolge erhaJ ten wird. ■

Diese pseudoperiodische Folpe wird danach dem Teiler 96 zugeleitet, in dem ihre Pseudofrequenz dur;h zwanzig geteilt wird, und am Ausgang dieses Teilers erscheint eine Folge von merklich periodischen Rechbeck-Signalen mittlerer Frequenz, nachdem die Teilung durch zwanzig die Abweichung der pseudoperiodischen Folge gegenüber einer periodischen -F ο ige geglättet hat.

Die genannten Rechteck-Signale mittlerer Frequenz werden zum Schieberegister 101 übertragen. Wegen der Verbindung der drei Stufen dieses Registers bewirken die aufeinanderfolgenden Impulse, welche diese Rechteck-Signale darstellen, daß diese Stufen zyklisch kippen, und erst nach drei Impulsen kippt eine bestimmte S-fcufe im umgekehrten Sinn. Die Zeitdauer, die zwischen zwei Kippvorgängen in umgekehrter Richtung liegt, ist daher für eine bestimmte Stufe gleich dem Dreifachen der Periode der Rechteck-Signale, und das Kippen einer Stufe ist gegenüber dem Kippen einer benachbarten S ufe um die Dauer von zwei Perioden verschoben. Daher führt jedes der Leitungspaare 112, 113 und 114 eine Rechteckschwingung, deren Frequenz sechsmal kleiner ist als die Frequenz der Signale mittlerer Frequenz, wobei- die Schwingungen auf einer Leitung gegenüber denen auf den benachbarten Leitungen um ein Drittel ihrer Periode verschoben sind. Die Gesamtheit dieser Schwingungen bildet daher einen Dreiphasenrechteckstrom der Frequenz, (f .- f^) / 120, wobei die Phasen U, Y, W dieses Stromes jeweils von einem der Leitungspaare 112, 113 und 114- geleitet werden.

Man sieht, daß die Unordnung aus dem Schieberegister 101, dem Frequenzteiler· 96 und der Mischstufe 75 zusammen mit dem Steuergenerator 51 einen Generator für einen HeIn*- phasen-Re elite ckstrom bildet, der iastsnde ist, die dem Generator 21 der Figur M- zukommende Funktion zu erfüllen:

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BAD ORÜJNÄL "

Es genügt, die Leitungspaare 28, 29 und 50 mit den Paaren 112,115 und 114- der Figur 5 zu verbinden, während die Veränderung der Frequenz F^ des Dreiphasen-Rechteckstromes dadurch erreicht wird, daß man die Frequenz f* des Hilfsgenerator 76 verändert.

Das Gerät erzeugt daher einen Dreiphasen-Sinusstrom, dessen Frequenz F gleich ist.

F= F_M - F₁ ^ Cf₀ - Cf₀ - O) '120 = T₁ ' 120 In dem oben angegebenen Beispiel wird der Einphanen-Simisstrom und der Dreiphasen-Rechteckstrom erzeugt, indem man von einem Steuergenerator ausgeht, der bei f = 240 kHz arbeitet.. Daher ist die Frequenz des Einphäsen-Sinusstromes f 120-2 kHz, die Frequenz des DreiTrtiasen-Rechteckstromes ist (240 - f,.) 120. Indem man für fV eine Frequenz wählt, die sich zwisehen O und 18 kHz ändern kann, erkennt man, daß das Gerät einen sehr stabilen Dreiphasenstrom erzeugen kann, dessen Frequenz F beliebig zwischen F = 2 - C2-0) = O Hz und F = 2 - C2 - 18,-"12O) = 0,15 = 150 Hz verändert werden kann.

Offensichtlich kann man die Mischung, durch welche die pseudoperiodische Folge erzeugt wird, in zwei Stufen teilen, und zwar mit Hilfe von zwei aufeinanderfolgenden Mischstufen, die analog zur Stufe 75 CFigur 5) sind und die in Kaskade hintereinanderge schaltet sind. Auch hindert nichts daran, in den Kanal 55 eine oder sogar zwei Mischstufen zu schalten, so daß man auch die Frequenz des Einphasen-Sinusströmes beliebig verändern kann. In diesem Fall ist die Frequenz F =/Tf_o-f₂) - Cf₀~f^27-'¹²° ⁼ Cf^i-fp) /120. Wenn f_/. - f^ positiv ist, folgen die Phasen in einer bestimmten Ordnung aufeinander. Wenn f. - f_o negativ ist, ist diese Folge umgekehrt.

Wenn man schließlich einen Mehrphasenstrom mit η Phasen statt drei Phasen erzeugen will, genügt es, einen Generator 21 CFigur 4) für einen Mehrphasen-Rechteckstrom mit η Phasen statt drei Phasen vorzusehen. Wenn man

diesen Menrphasen-Rechteckstrom von einem Steuergenerator

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BADORlQiNAL _ 20 -

51 (Figur 5) ausgehend erzeugen will, läuft dies darauf hinaus, daß man das Schieberegister 101 mit einer Stufenzahl versehen muß, die gleich der Zahl der Phasen ist. Die Mischstufe 75, von der oben gesprochen wurde, bewirkt die subtraktive Mischung der Folge der Primärimpulse mit der Folge der Hilfsimpulse. Aber man kann eine Mischstufe vorsehen, die eine additive Mischung dieser Folgen bewirkt.

Wie man sieht, gibt die Erzeugung dieser zwei Ströme, des Einphaseii-Sinusströmes und des Dreiphasen-Rechteckstromes ausgehend von einem gemeinsamen Steuergenerator dem Gerät eine sehr große Betriebselastizität und der Frequenz F eine große Stabilität, die gleich der des Hilfsgenerators 76 ist.

Eine wichtige Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens bezieht sich auf die Steuerung eines Stromrichters, der mit Gittersteuerkreisen versehen ist und der einen elektrischen Gleichstrom in einen elektrischen Wechselstrom umwandelt, Bei dieser Anwendung benutzt man den Mehrphasen-Sinusstrom, um diese Gittersteuerkreise zu steuern, und man ändert die Frequenz des Mehrphasen-Sinusstromes in Abhängigkeit von diesem Wechselstrom. Diese Anwendung ist besonders in dem Falle interessant, in dem der Stromrichter eine elektrische Asynchronmaschine speist, deren Drehzahl von der Frequenz des sie speisenden Wechselstromes abhängt. Indem man diese Maschine mit einem Signalgeber versieht, der tachometrische Signale abgibt, welche ein Maß für die Drehzahl seines Läufers sind, kann man diese Signale benutzen, um in Abhängigkeit von dieser Drehzahl die Frequenz des Generators des Breiphasen-ßechteckstromes oder des Generators des Einphasen-Sinusströmes zu verändern. Man erhält auf diese Weise eine Regelung der Frequenz des Dreiphasen-Sinusstromes, der die Gittersteuerkreise des Stromrichters steuert, folglich eine Regelung der Frequenz des die Asynchronmaschine speisenden Wechselstromes in Abhängigkeit von der wirklichen Drehzahl ihres Läufers. Man kann so der

0.0 9 8 0 9 / 0 5 ⁿ *^{w wrw}"¹'"' ~ " ²¹ "

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Frequenz des Speisestromes der Asynchronmaschine genau den Wert geben, der eine Schlupf frequenz WuI'. bewirkt, unter Berücksichtigung der Zahl der Polpaare. Um die für die Abgabe eines Momentes durch die Maschine notwendige Schlupffrequenz zu erhalten, genügt es daher, die Frequenz des Speisestromes um einen Betrag zu erhöhen, der gleich der Frequenz des verlangten Schlupfes ist, wenn die Asynchronmaschine als Motor arbeiten soll, oder diese Frequenz um den gleichen Betrag zu vermindern, wenn die Asynchronmaschine als Bremse arbeiten soll.

Wenn der Binphasen-Sinusstrom und der Dreiphasen-Rechteckstrom übereinstimmend mit der in Figur 5 angegebenen Schaltung ausgehend von einem Steuergenerator erzeugt werden, ist es möglich, den Drehzahlmesser als Hilfsgenerator zur Speisung der Mischstufe zu verwenden. Diese Anwendung wird in Figur 10 schematisch dargestellt, in der man den Dreiphasen-Sinusstromgenerator 161 erkennt, der über eine Leitung 162 die Gittersteuerkreise 165 eines Stromrichters 164- steuert, welcher eine Dreiphasen-AsynchEonmaschine 165 speist. Der Läufer 166 dieser letztgenannten Maschine ist mit einer Scheibe 167 ausgestattet, die mit ihm über eine Welle 167a- gekoppelt ist und die an ihrem Umfang 180 (Figur 11) in regelmäßigem Abstand Schlitze 181 trägt, die einen Lichtstrahl 168 modulieren (Figur 10), der von einer Lichtquelle 169 ausgesandt wird. Dieser Lichtstrahl 168 fällt auf einen photoelektrischen Wandler 170? der tachometrische Signale erzeugt, die aus einer Folge elektrischer Impulse bestehen, wobei jeder Impuls dem Vorbeilaufen eines Schlitzes der Scheibe 167 vor der Quelle 169 entspricht. Der Mehrphasen-Sinusstromgenerator 161 besteht aus einer Anordnung von Modulatoren 25, 26 und 27 sowie Filtern 51, 32 und 33 - Scb.altsin» heiten, die mit denen identisch sind, die im Zü.£ammeiyiang mit der Figur 4- beschrieben wurden - und aus eiii^a Kreis, der hinsichtlich des Einphäsen-SimisstromgeAerators und des Kehrphasen-Eechteckstromgenerators analog dem Kreis in Figur 5 ist. Dieser Kreis besteht aus einem Steuergenerator 51ί der ά&η zum Frequenzteiler 96 und zum

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Schieberegister 101 führenden Kanal 54 und den zum Frequenzteiler 56 und zum abgestimmten Verstärker 62 (mit veränderbarer Verstärkung) führenden Kanal 55 parallel speist» Der einzige Unterschied besteht darin, daß der Kanal 'CA zwei Mischstufen 171 und 172 enthält und daß der Kanal 5.5 ebenfalls zwei Mischstufen 173 und 1?4 enthält. Diese Mis-.vhstufen sind identisch mit der Stufe 75 in Figur 5 und bewirken eine subtraktive Mischung. Ein Umschalter 175 gestattet es, die auf einer vom Wandler 170 kommenden Leitung 176 geleiteten Tachonebersignale ""nach Belieben auf die erste Mischstufe des Kanals 54 oder auf die erste Mischstufe 173 des Kanals 55 zu schalten. Der Geber 170 ersetzt daher den Hilfsgenerator 76 der Figur 5? aber er kann nach Belieben mit der ersten Mischstufe, die in einen der Kanäle 54 und 55 eingeschaltet ist, verbunden werden. .Ein Hilfsgenerator 177 mit veränderbarer Frequenz ist mit einem Umschalter 178 verbunden₅ der es gestattet, nach Belieben eine der beiden zweiten Mischstufen 172 und 174·» die in die Kanäle 54.und 55 eingeschaltet sind, anzuschließen«

Bei dieser Anwendung benutzt man also die tachometrischen Signale, die die vom Geber 170 erzeugten Impulse darstellen, um durch subtraktive Mischung in den Mischstufen 171 oder 173 die vom Steuergenerator 5^ erzeugten Primärimpulse zu stören. Da die Frequenz f der t ach ome tr'i sehen Signale von der Drehzahl des Läufers 166 der Asynchronmaschine 165 abhängt, erzielt man so eine Regelung der Frequenz des vom Stromrichter 164 abgegebenen Speisestromes in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine. Man stört die Impulsfolge, die man durch die erste Mischung erhalten hat₉ indem man sie in der Mischstufe 172 oder 174 von neuem mit Impulsen mischt-, die vom Hilfsgenerator 177 erzeugt werden, und man verändert auf diese Weise wiederum die Frequenz des Speisestromes, und dies in einem Maße, das von der Frequenz Af des Hilf sgenerator s 177 abhängt. Da der Teiler 56 so eingerichtet ist, daß er durch, einen Faktor 2 Kn teilt,

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■■■-■ψ

■ — 23 —

und da der Teiler 86 durch einen Faktor K teilt, sieht man, daß, je nach den Stellungen der Umschalter 175 und 178 die Frequenz 3? = F-, - F_n die folgenden Werte annimmt: .

a) Umschalter 175 in. Stellung I und 178 in Stellung I: F = /T₀ - Cf₀ - f_m - Af)J/2 Kn = Cf_n + Af) / 2 Kn Die Asynchronmaschine läuft dann in einem ersten Drehsinn und arbeitet als Hotor.

b) Umschalter 175 in Stellung I und 178 in Stellung II: F = S f_o -Ai) - Cf₀ - f_m27/ 2 Kn - (.f_n -Af) / 2 Kn Die Asynchronmaschine läuft in seihen ersten Drehsinn, aber sie arbeitet als Bremse.

c) Umschalter 175 in Stellung II und 178 in Stellung II:

i¹ = /T f_o - f_n -Af) - f_o)77 2 Kn = (-f_m -4f)/2Ka. Die Asynchronmaschine läuft jetzt im umgekehrten Drehsinn und arbeitet als Motor.

d) Umschalter 175 in· Stellung II und Umschalter 178 in Stellung I:

¹¹ = /Jf₀ - ^fn> - (V Af)7/ 2 Iin = (- f_m +^f)/2 Kn Die Asynchronsaschine läuft gleichfalls im ungekehrten Drehsinn, aber sie arbeitet als Bremse.

Allgemein hat die Frequenz den Wert F= (- f^+ Af)/2 Kn, welcher Ausdruck alle möglichen Fälle eiri

Die Veränderung der Frequenz ^f gestattet die Regelung der Frequenz des Lauferstromes und infolgedessen die Regelung des Betrages des vom Läufer der Asynchronmaschine ausgeübten Drehmoments, und dies unabhängig vom Wert der Amplitude des Speisestromes, die selbst verändert werden kann, indem man die Verstärkung des abgestimmten Verstärkers 62 ändert.

Diese Anwendung des Verfahrens zur Erzeugung eines Mehrphasen-Sinusstromes veränderbarer Frequenz zur Speisung der Gittersteuerkreise eines Stromrichters, der seinerseits eine Asynchronmaschine speist, ermöglicht eine Ausführungsform der Regelung für diese Maschine, die völlig ohne bewegte Bauteile auskommt und die gleichseitig sehr elastisch ist.

Patentansprüche:

Pd - ι? 099 009809/0533 "~ "

BAD ORIGINAL

Claims

PATENTANWAt

-ΜΙ 7 099 ΤΛ-*. Τ7-*Ρ$ϊϊ^1η» ^den 22. September 1965

PATENTANWALT DIPL. -ING. RICHARD MÜLLEH-BORNER ft|» PATENTANWALT Dl Pt. - ING. HANS-HEINRICH WEV

BERLIN-DAHLEM · PODBIELSKtALLEE 6S m. WU MÜNCHEN 22 ■ WIDENMAYERSTRASSE 49

TELEFON: 76 39 07 · TELEGRAMME: PROPINDUS * ""* TELEFON: 22 BS 85 · TELEGRAMME: PROPINDUS

Jacques Vermot-Gaud Genf (Schweiz.)

Patentansprüche :

M./Verfahren zur Erzeugung eines Mehrphaeen-Sinusstromes mit η Phasen, dessen Frequenz und dessen Amplitude nach Belieben unabhängig voneinander verändert werden können, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits ein Einphasenbinusstrom beliebig einstellbarer Amplitude und andererseits ein Mehrphasen-Bechteckstrom mit η Phasen erzeugt werden, daß der Einphasen-binusstrom parallel über jeden Kanal einer Gesamtheit von η verschiedenen Kanälen geleitet wird, daß der ütrom in einem Kanal durch eine der Phasen dieses Mehrphasen-Eechteckstromes amplitudenmoduliert wird, daß der Strom in einem anderen Kanal durch eine andere Phase, dieses Mehrphasen-Rechteckatromes amplitudenmoduliert wird und so fort für jeden Kanal, daß die genannten modulierten Ströme derart gefiltert werden, daß nur die Komponente dieser ütröme erhalten bleibt, deren Frequenz gleich dem Absolutbetrag der Differenz zwischen der Frequenz des genannten Einphasen-öinusstromes und der Frequenz des genannten Mehrphasen-Rechteckstromes ist, wobei die Gesamtheit dieser η gefilterten Ströme den genannten Mehrphasen-Sinusstrom mit η Phasen bildet, ferner, daß man nach Belieben die Frequenz dieses Mehrphasen-Sinusstromes verändern kann, indem man die Frequenz des Einphasen-Sinusstromes und/oder die des Mehrphasen-Rechteckstromes verändert, daß man seine Amplitude verändern kann, indem man die des Einphasen-Sinusstromes verändert, während

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FERNSCHREIBER: 018 4087 _ O _

«5*

sich die Phasenfolge umkehrt, wenn die Differenz zwischen der Frequenz des genannten Einphasen-üinusstromes und der des genannten Mehrphasen-Rechteckstromes das Vorzeichen wechselt.

2. Gerät zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Einphasengenerator für einen Sinusstrom mittlerer Frequenz und beliebig veränderlicher Amplitude, einen Generator für einen Mehrphasen-Rechteckstrom mittlerer Frequenz und mit η Phasen, Mittel zur beliebigen Veränderung der Prequenz dieses Einphasen-Sinusstromgenerators und oder des genannten Mehrphasen-Rechteckgenerators, eine Gesamtheit von η Modulatoren und eine Gesamtheit von η Tiefpaßfiltern enthält, die imstande sind, die Prequenz, die gleich dem Absolutbetrag der Differenz zwischen der Prequenz des genannten Einphasen-Sinusstromes und der des genannten Mehrphasen-Rechteckstromes ist, auszusieben, ferner, daß der Ausgang des genannten Einphasengenerators mit Jedem der genannten Modulatoren parallel verbunden ist, und daß je'de der η Phasen des genannten Mehrphasen-Rechteckstromes mit einem der genannten Modulatoren verbunden ist, wobei jedem dieser letztgenannten eines der genannten FiI-ter nachgeschaltet ist, so daß der genannte Einphasen-Sinusstrom durch jede der η Phasen des genannten Mehrphasen-Rechteckstromes moduliert und dann gefiltert wird, wobei die Gesamtheit der Ströme am Ausgang der genannten η Filter den genannten Mehrphasen-Sinusstrom mit η Phasen bildet, dessen Frequenz und Amplitude unabhängig voneinander verändert werden können, die erste, indem man die Prequenz des genannten Mehrphasen-Rechteckstromgenerators unä/oäer des genannten Einphasen-Sinusstromgenerators verändert, und die zweitgenannte, indem man die Amplitude dieses letztgenannten ändert.

3· Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf die Steuerung eines Stromrichters, der mit Gittersteuerkreisen ausgestattet ist und der einen elektrischen Gleichstrom in einen

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at.

elektrischen Viechseistrom umformt, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Mehrphasen-Sinusstrom veränderbarer Frequenz und Amplitude für die Steuerung der genannten Gittersteuerkreise benutzt wird und daß man die Frequenz dieses !■lefcrphasen-Sinusstromes in Abhängigkeit von der Frequenz des genannten Wechselstromes verändert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, ausgehend von einer Steuerfolge,'.zwei identische Folgen periodischer Primärsignale hoher Frequenz erzeugt werden, daß zumindest eine dieser beiden Folgen von Primärsignalen gestört wird, indem man durch additive oder subtraktive Mischung mindestens eine Folge periodischer Hilfssignale hinzufügt, deren Frequenz niedriger ist als die der genannten Primärsignale, wobei bei dieser Mischung eine Folge pseudoperiodischer Signale entsteht, daß die Frequenz jeder dieser Signalfolgen, der periodischen und der pseudoperiodischen, so geteilt wird, daß zwei Folgen von Rechtecksignalen mittlerer Frequenz entstehen, daß eine erste dieser Folgen mittlerer Frequenz in ein Minussignal umgeformt wird, so daß der genannte Einphasen—oi— nusstrom entsteht, und daß die zweite dieser Folgen mittlerer Frequenz in den genannten Kehrphasen-Becriteckstrotn umgeformt wird, so daß der genannte Einpnasen-oinuEHtrom und der genannte Kehrphasen-Recht eckst rom ausgenend .von der genannten Steuerfolge erzeugt werden.

5» Verfahren nach Anspruch 1 und 4,dadurch gekennzeichnet, daß die eine der genannten Folgen von Primärii£.puls«ä dadurch gestört wird, daß durch additive' oder aubtrnk;ive Mischung eine Folge von Hilfsimpulsen veränderlicher Frequenz hinzugefügt wird, wobei die Frequenz den gespärre ten Mehrphasen-Sinusstromes geändert werden kann, indem san die Frequenz der genannten Folge von Hilfssignaleri verändert. . ■ *

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der genannten Folgen von Primärimpulsen dadurch gestört wird, daß durch additive oder subtraktive

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Mischung eine erste Folge von Hilfssignalen veränderbarer Frequenz hinzugefügt wird, daß die durch diese Mischung erhaltene bignalfolge nochmals gestört wird, indem durch additive oder subtraktive Mischung eine zweite Folge von Hilfsimpulsen veränderlicher Frequenz hinzugefügt wird, so daß durch diese beiden aufeinanderfolgenden Mischungen die genannte Folge von pseudoperiodischen Signalen entsteht, wobei die Frequenz des genannten Mehrphasen-Sinusstromes verändert werden kann, indem man die Frequenz der ersten und oder zweiten dieser Folgen von Hilfssignalen verändert.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,· daß mit Hilfe der genannten ersten und oder zweiten Folge von Hilfssignalen die zweite der genannten Folgen von Primärsignalen unter Ausschluß der ersten gestört wird, wobei die Frequenz des genannten Mehrphasen-Sinusstromes dadurch verändert werden kann, dato man die Frequenz der genannten ersten und oder zweiten Folge von Hilfssignalen verändert, so daß die Frequenz des genannten Mehrphasen-Sinusstromes verändert werden kann, indem man die Frequenz des genannten Mehrphasen -Rechteckstromes verändert, während die Frequenz des Einphasen-Sinusstromes unveränderlich ist.

8. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen öteuergenerator enthält, der auf zwei verschiedenen Kanälen, die mit ihm parallel geschaltet sind, zwei identische Folgen periodischer Primärsignale hoher Frequenz erzeugen kann, daß es mindestens eine Mischstufe enthält, die in mindestens einen dieser beiden Kanäle eingeschaltet ist und die imstande ist, die additive oder subtraktive Mischung der genannten Folge von Primärsignalen mit einer Folge von Hilfssignalen auszuführen und so eine Folge pseudoperiodischer Signale zu erzeugen, daß es einen ersten Frequenzteiler enthält, der mit einem ersten der genannten Kanäle verbunden ist und der von einer Folge von Signalen ausgehend, die dieser erste Kanal führt, imstande ist, eine erste Folge mittlerer Frequenz zu erzeugen, daß es einen Frequenzteiler enthält, der mit dem zweiten der genannten Kanäle verbunden ist und der imstande ist, ausgehend von einer Folge von Signalen, die die-

BADORItINAl 009809/0533

ser zweite Kanal führt, eine zweite Folge mittlerer Frequenz zu erzeugen, daß es einen abgestimmten Verstärker veränderbarer Verstärkung enthält, der mit dem genannten ersten Frequenzteiler verbunden ist und der imstande ist, die genannte erste Folge mittlerer Frequenz in den genannten Einphasen-üinusstrom umzuwandeln, daß es ein schleifenförmig in sich selbst zurückgeführtes Schieberegister enthält, das mit dem genannten zweiten Frequenzteiler verbunden ist, der eine Zahl von ütufen umfaßt, die gleich der Zahl der genannten Phasen ist, und der imstande ist, aus- . gehend von der genannten zweiten Folge mittlerer Frequenz den genannten Mehrphasen-Rechteckstrom mit η Phasen zu erzeugen, wobei jede Pnase am Ausgang einer dieser fcJtufen auftritt, und daß es zumindest einen Hilfsgenerator veränderbarer Frequenz enthält der imstande ist, diese Folge von Hilfssignalen zu erzeugen, so daß die Gesamtheit der in den ersten Kanal eingeschalteten Organe zusammen mit dem bteuergenerator den genannten Generator fur den Einphasen-Üinusstrom bildet, und daß die Gesamtheit der in den zweiten Kanal eingeschalteten Organe zusammen mit diesem üteuergenerator den genannten Generator für den Mehrphasen-Rechteckstrom bildet, wobei die Frequenz dieser Einphasen-üinus- und/oder Mehrphasen-Recnteckströme verändert werden kann, indem man die Frequenz des oder der genannten Hilfsgeneratoren ändert, und wobei die Amplitude des "genannten Einphasen-Üinusstromes dadurch verändert weraen kann, daß man die Verstärkung des genannten abgestimmten Verstärkers verändert.

Gerät nach Anspruch 2 und d, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine Mischstufe enthält, die in den genannten zweiten Kanal eingeschaltet ist, sowie einen Hilfsgenerator veränderbarer Frequenz, der diese Mischstufe speist, wobei der genannte Frequenzteiler die nichtgestörte Folge von Primärsignalen, die der erste Kanal leitet, empfängt, so daß allein die Frequenz des genannten Mehrphasen-Rechteckstromes verändert werden kann, während die Frequenz des genannten Einphasen-binusstromes unveränderlich ist.

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10. Gerät nach Anspruch 2,8 und y, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Mischstufen enthält, die hintereinander in den genannten zweiten Kanal eingeschaltet sind, und zwei Hilfsgeneratoren veränderbarer Frequenz, von denen jeder eine der genannten Mischstufen speist.

11. Gerät nach Anspruch 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß es zumindest eine Hischstufe enthält, die in jeden der genannten Kanäle eingeschaltet ist, und zumindest zwei Hilf.sgeneratoren veränderbarer Frequenz, von denen jeder eine dieser Mischstufen S₁.eist, so daß die Frequenz des genannten Einphasen-Sinusstromes und die Frequenz des genannten Mehrphasen-Reehteckstromes unabhängig voneinander verändert werden können.

12. Gerät nach Anspruch 2 und 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mischstufen so eingerichtet sind, daß die genannten Folgen von Primärsignalen mit den genannten Folgen von Hilfssignalen subtraktiv gemischt werden.

13· Anwendung nach Anspruch 3 auf die steuerung eines Stromrichters, der eine elektrische Asynchronmaschine speist, deren Drehzahl von der Frequenz des Wechselstromes abhängt, mit der sie gespeist wird, und die mit einem Geber versehen ist, der imstande ist, tachometrische signale, die ein Maß für die genannte Drehzahl sind, zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß man die Frequenz des genannten Mehrphasen-Sinusstromes in Abhängigkeit von der Drehzahl der genannten Asynchronmaschine vermittels dieser tachometrischen Signale regelt, indem man diese tachometrischen Signale benutzt, um in Abhängigkeit von dieser Drehzahl die Frequenz des genannten Mehrphasen-Rechteckstromes zumindest derart zu ändern, daß die Frequenz des genannten Mehrphasen-Sinusstromes in Abhängigkeit von der Frequenz des genannten Wechselstromes geregelt wird.

14-. Anwendung nach Anspruch 3 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß, ausgehend von einer Steuerfolge, zwei identische Folgen von Primär signal en hoher Frequenz erzeugt werden, daß _____ zumindest eine dieser Folgen von Primärsignalen dadurch

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gestört wird, daß man durch additive oder subtraktive Mischung mindestens eine Folge periodischer Hilfssignale hinzufügt, deren Frequenz geringer als die der Primärsignale ist, wobei bei dieser Mischung eine Folge pseudoperiodischer oignale entsteht, daß die Frequenz jeder dieser iiignalfolgen, der periodischen und der pseudoperiodisehen, so geteilt wird, dakS man zwei Folgen von Rcohtecksignalen mittlerer Frequenz erhält, daß eine erste dieser Folgen mittlerer Frequenz in ein Sinussignal umgewandelt wird, so daß man den genannten Einphasen-Sinusstroin erhält, und dadurch daß die zweite dieser Folgen mittlerer Frequenz in den genannten Mehrphasen-Rechteckstrora umgewandelt wird, so daß der genannte Einphasen-üinus- und der genannte Mehrphasen-Reehteckstrom ausgehend von der genannten üteuerfolge erzeugt werden, ferner, daß in Abhängigkeit von der Drehzahl der genannten Asynchronmaschine die Frequenz zumindest des genannten Mehrphasen-Rechteckstromes verändert wird, indem man die genannten tachometrischen Signale benutzt, um jene der genannten Folgen periodischer Hilfssignale zu erzeugen, die dazu bestimmt ist, zumindest die zweite Folge von Primärsignalen zu stören.

15. Anwendung nach Anspruch 3-* 13 und 14» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest auf die genannte zweite Folge von Primärsignalen eingewirkt wird, indem diesen letztgenannten bei der ersten Mischung eine erste Folge von Hilfssignalen hinzugefügt wird, daß wiederum die Folge von Signalen, die bei dieser ersten Mischung entsteht, dadurch gestört wird, daß man in einer zweiten Mischung eine zweite Folge von Hilfssignalen hinzufügt, so daß bei diesen beiden additiven oder subtraktiven Mischungen die genannte zweite Folge pseudoperiodischer Signale entsteht, ferner, daß als erste Folge von Hilfssignalen die genannten tachometrischen Signale verwendet werden und daß die zweite Folge von Hilfssignalen ausgehend von einer externen Quelle erzeugt wird, deren Frequenz nach Belieben verändert werden kann, so daß die Frequenz des genannten Mehrphasen-Sinusstromes einerseits durch die Drehzahl dieser Asynchronmaschine geregelt wird und andererseits nach Belieben in der Umgebung dieser geregel-

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ten Frequenz verändert werden kann, was die Regelung der Frequenz des Lauferstromes dieser Maschine gestattet.

16. Anwendung nach Anspruch 3 und 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten tachometrischen"* öignale verwendet werden, um die erste Mischung, die die erste der beiden Polgen von Priiaärsignalen beeinflußt, auszuführen, wenn diese Asynchronmaschine in einem ersten Drehsinn laufen soll, und um die erste Mischung, die die zweite Folge der Primärsignale beeinflußt, auszuführen, wenn sie im umgekehrten Drehsinn laufen soll, ferner, daß die genannte zweite Mischung ausgeführt wird, um auf die gleiche Folge von Primärsignalen einzuwirken, auf die schon bei der ersten Mischung eingewirkt wird, wenn diese Maschine als Motor arbeiten soll, und um auf die Folge einzuwirken, die der Folge, auf die bei der ersten Mischung eingewirkt wird, entgegengesetzt ist, wenn die genannte Maschine als Bremse arbeiten soll.

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