DE1190095B - Statischer Frequenzumformer - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H02m

H02n

Deutsche Kl.: 21 d2-14/02

Nummer: 1190 095

Aktenzeichen: S 82701 VIII b/21 d2

Anmeldetag: 3. Dezember 1962

Auslegetag: 1. April 1965

Die Erfindung betrifft einen statischen Frequenzumformer mit einer Leistungsgleichrichterstufe und einer Leistungswechselrichterstufe zur Umformung der von der Leistungsgleichrichterstufe erzeugten Gleichspannung in Wechselspannung vorgegebener Frequenz. Es sind hierbei sowohl in der Leistungsgleichrichterstufe als auch in der Leistungswechselrichterstufe gesteuerte Halbleitergleichrichter vorgesehen, die von einem ersten und von einem zweiten Zündstromkreis Impulse zur Zündung erhalten.

Bei Frequenzumformern dieser Art enthält die Leistungswechselrichterstufe einen Ausgangstransformator, dessen Primärwicklung eine Mittelanzapfung enthält. Diese Mittelanzapfung ist mit dem einen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Die beiden Endpunkte der Primärwicklung sind über je einen gesteuerten Gleichrichter mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle bzw. dem Ausgang der Leistungsgleichrichterstufe verbunden. Zur Kommutierung sind die beiden Endpunkte der Primärwicklung weiterhin durch einen Kommutierungskondensator miteinander verbunden. Die Wechselspannung vorgegebener Frequenz wird dabei der Sekundärseite des Ausgangstransformators entnommen. Die beiden gesteuerten Halbleitergleichrichter, d. h. Gleichrichter mit einer pnpn-Halbleiterschicht, die eine Thyratroncharakteristik aufweisen, werden nun wechselweise gezündet. Jeweils nach der Zündung eines der beiden gesteuerten Gleichrichter wird der andere gesteuerte Gleichrichter durch die Kommutierungsspannung, die an dem Kommutierungskondensator liegt, zum Erlöschen gebracht. Der gesteuerte Wechsel der Leitfähigkeit der beiden gesteuerten Gleichrichter entspricht dabei der Frequenz der abgegebenen Wechselspannung.

Bei statischen Frequenzumformern der beschriebenen Art besteht jedoch die Möglichkeit, daß einer der beiden gesteuerten Gleichrichter im Falle einer stark kapazitiven Belastung an der Sekundärseite des Ausgangstransformators nicht zum Erlöschen gebracht wird. Wenn dieser Fall eintritt, sind somit beide gesteuerten Halbleitergleichrichter leitend, was innerhalb kürzester Frist zu deren Zerstörung führt.

Es ist nun das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen statischen Frequenzumformer der beschriebenen Art zu schaffen, bei welchem eine Zerstörung der Halbleitergleichrichterelemente in der Ausgangsstufe nicht auftreten kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen statischen Frequenzumformer der genannten Art zu schaffen, bei welchem eine Zerstörung der Statischer Frequenzumformer

Anmelder:

Fr. S'auter A. G. Fabrik elektr. Apparate, Basel; AGIE A. G. für industrielle Elektronik Locarno, Losone-Locarno (Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Hoffmann

und Dipl.-Ing. W. Eitle, Patentanwälte,

München 8, Maria-Theresia-Str. 6

Als Erfinder benannt:
Walter Strohmeier, Riehen (Schweiz);
Julio Gonzales Bernaldo de Quiros, Madrid;
Werner Ullmann, Ascona (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 13. Dezember 1961 (14 452)

Halbleitergleichrichter auch bei zu starker Belastung der Sekundärseite nicht auftreten kann.

Der statische Frequenzumformer gemäß der Erfindung zeichnet sich nun durch einen Sicherheitsstromkreis aus, der als logisches Element ausgebildet ist und dessen Eingänge mit dem Eingang und mit dem Ausgang der Leistungswechselrichterstufe und dessen Ausgang mit dem ersten Zündstromkreis verbunden sind, wobei das logische Element die Übermittlung von Zündsignalen zu den gesteuerten Gleichrichtern der Leistungsgleichrichterstufe dann nur dann unterbindet, wenn die Spannung am Eingang der Leistungswechselrichterstufe die Spannung an deren Ausgang um einen vorgegebenen Wert übertrifft.

Die Zeichnungen stellen im einzelnen dar, in
Fig. 1 das Blockschaltbild eines Frequenzformers,

F i g. 2 die zur Zündung der gesteuerten Gleichrichter erforderlichen Zündimpulsfolgen, bezogen auf die eingegebene Steuerspannung, und
Fig. 3 das Linienschaltbild des Frequenz-Umformers der F i g. 1.

In dem in F i g. 1 als Blockschaltbild gezeigten Frequenzumformer wird die Eingangsleistung durch

509 537/165

3 4

einen Transformator 10 mit der Primärwicklung 11 an den Leitungen 16,17 als auch am Ausgang 17 keine eingegeben. Die Primärwicklung 11 kann dabei Spannung auftritt. Durch die Sicherheitsschaltung E direkt an das Netz von 220 V/50 Hz angeschlossen wird daher bewirkt, daß die verschiedenen gesteuersein. Der Transformator besitzt drei Sekundärwick- ten Gleichrichter nicht durch einen Kurzschluß an lungen 12,13 und 14. Die Sekundärwicklung 12 ist 5 den Ausgangsklemmen 17 zerstört werden können. an den Netzgleichrichter A für die Leistungsstufe Wenn während des Betriebes an den Eingangsangeschlossen, die die eingegebene Wechselspannung klemmen 23 eine steuernde Wechselspannung mit in gleichrichtet. Der Gleichrichter A enthält vier einem großen Bereich beliebiger Frequenz erscheint, Trockengleichrichter in Brückenschaltung, wobei wird somit zunächst eine Gleichrichtung in der zwei dieser Gleichrichter als gesteuerte Halbleiter- io Gleichrichterstufe A durchgeführt und weiterhin gleichrichter ausgebildet sind. Die an den Leitungen eine Wechselspannung mit der eingegebenen Fre-15 und 16 erscheinende Gleichspannung gelangt zu quenz erzeugt, die dann an den Klemmen 17 erder Leistungswechselrichterstufe B, wo die Gleich- scheint.

spannung in eine Wechselspannung vorgegebener Zur Erläuterung der Aufgabe, welche die Steuer-Frequenz umgewandelt wird. Die Wechselspannung 15 Stromkreise C und D erfüllen, sei anschließend auf

erscheint an den Ausgangsklemmen 17. F i g. 2 Bezug genommen. In F i g. 2 a sei die den

Die Sekundärwicklung 13 des Transformators 10 Klemmen 23 übermittelte, steuernde Wechselspeist den Zündstrom C. Dieser Zündstromkreis spannung in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen. richtet die Eingangswechselspannung zunächst gleich Wenn die Spannung 23 zu dem Zündstromkreis C und erzeugt eine Impulsfolge zur Zündung der bei- 20 gelangt, wird eine Schwingung freigegeben, so daß den gesteuerten Gleichrichter in der Leistungsgleich- eine regelmäßige d. h. ununterbrochene Impulsfolge richtersrufe^. Zur Zündung der gesteuerten Gleich- an den Leitungen 19 und 20 erscheint, wie dies etwa richter in der Leistungsgleichrichterstufe A gibt der in F i g. 2 b gezeigt ist. Die Impulsfolgefrequenz ist • Zündstromkreis C über die Leitungen 19 und 20 eine durch das Schwingsystem selbst gegeben und weitununterbrochene Impulsfolge aus. Die Leitung 19 ist 35 gehend unkritisch.

über die Widerstände 21 und 22 mit den Zünd- Die in F i g. 2 b gezeigte Impulsfolge gelangt nun

elektroden der beiden Gleichrichter verbunden. über die Widerstände 21 und 22 zu den beiden ge-

Die gewünschte Frequenz der an den Klemmen 17 steuerten Gleichrichtern der Leistungsgleichrichtererscheinenden Spannung wird durch eine steuernde stufe A, wobei es bedeutungslos ist, daß diese Zünd-Wechselspannung gegeben, die über die Klemmen 23 30 impulse während beider Halbwellen aufrechterhalten einem Transformator 24 zugeführt wird. Dieser werden, und zwar deswegen, weil Zündimpulse die Transformator 24 besitzt zwei Sekundärwicklungen 26 gesteuerten Gleichrichter dann nicht beeinflussen und 27, wobei die Sekundärwicklung 26 mit dem können, wenn die Polarität der an der Hauptstrecke Zündstromkreis C verbunden ist. Der Zündstrom- anliegenden Spannung der Sperrichtung der Gleichkreis C ist dabei so ausgebildet, daß er nur dann 35 richter entspricht.

Ausgangsimpulse über die Leitungen 19 und 20 ab- In der Zündschaltung D werden zwei Impulsgibt, wenn an den Klemmen 23 ein Eingangssignal folgen erzeugt, wobei die erste Impulsfolge der erscheint. Fehlt an den Klemmen 23 und somit an Fig. 2c beispielsweise nur in den positiven HaIbder Sekundärwicklung 26 das Signal, gibt der Zünd- wellen der steuernden Wechselspannung (F i g. 2 a) Stromkreis C keine Impulse ab, so daß auch an den 40 und die zweite Impulsfolge der F i g. 2 d nur wäh-Leitungenl5 und 16 keine Gleichspannung er- rend der negativen Halbwellen der steuernden scheint. Eine Folge hiervon ist, daß auch dem Netz, Wechselspannung (Fig. 2a) erscheinen. Die Spanan welches die Primärwicklung 11 des Transforma- nung der F i g. 2 c erscheint beispielsweise zwischen tors 10 angeschlossen ist, praktisch keine Leistung den Leitungen 29 und 30 und die steuernde Wechselentnommen wird, wenn an den Klemmen 23 keine 45 spannung der Fig. 2d zwischen die Leitungen 29 steuernde Wechselspannung erscheint. und 31. Die Impulsfolgefrequenzen der Impulsfolgen

Die Sekundärwicklung 27 des Transformators 24 der Fig. 2c und 2d ist wiederum unabhängig von ist mit einem Zündstromkreis D verbunden, der die der Frequenz der Steuerspannung, muß jedoch über Zündimpulse für die beiden gesteuerten Gleich- dieser liegen. Vorzugsweise ist diese Impulsfolgerichter in der Leistungsausgangsstufe B erzeugt. Die 5° frequenz einstellbar.

Zündimpulse für einen der beiden gesteuerten Die Wirkungsweise und der Aufbau der einzelnen

Gleichrichter in der Leistungswechselrichterstufe B Leistungs- und Steuerkreise soll anschließend an

erscheinen zwischen den Verbindungsleitungen 30 Hand von Fig.3 mehr im einzelnen erläutert wer-

und 29, die Zündimpuplse für den zweiten gesteuer- den, welche ein Schaltbild des Frequenzumformers

ten Gleichrichter zwischen den Leitungen 31 und 29. 55 zeigt. In der Zeichnung sind die Leitungen, die die

Der Frequenzumformer der Fig. 1 enthält weiter- Leistung übertragen, stark ausgezogen.
hin eine Sicherheitsschaltung E. Diese Sicherheits- Wie bereits an Hand von F i g. 1 ausgeführt, ist schaltung ist einerseits mit den beiden Gleichstrom der gezeigte Frequenzumformer so beschaffen, daß führenden Leitungen 15 und 16 und andererseits er an ein Netz von beispielsweise 220 V und 50 Hz mit den Ausgangsklemmen 17 verbunden. Die Sicher- 6° angeschlossen werden kann. Zum Anschluß an das heitsschaltung E bildet ein logisches Element, wel- Netz ist der Transformator 10 vorgesehen, der neben ches die Erzeugung von Zündimpulsen in dem Zünd- der Primärwicklung 11 drei Sekundärwicklungen 12, Stromkreis immer dann für eine vorgegebene Zeit 13 und 14 aufweist. Die Sekundärwicklung 12 ist an unterbindet, wenn an den Leitungen 15, 16 eine die Leistungsgleichrichterstufe A angeschlossen, die Spannung steht, hingegen keine Spannung am Aus- 65 die Halbleitergleichrichterelemente 35, 36, 37 und 38 gang 17. Hingegen läßt das logische Element die Er- in Brückenschaltung enthält. Die Gleichrichterzeugung von Zündinipulsen zu, wenn am Ausgang 17 elemente 35 und 36 können normale Sperrschichteine Spannung erscheint, sowie dann, wenn sowohl gleichrichter sein, während es sich bei den Gleich-

in der Sekundärwicklung 44 des Transformators 42 eine Spannung induziert wird. Gleichzeitig wird auch in dem anderen Wicklungsteil der Primärwicklung, d. h. in der Wicklung 43 α eine Spannung induziert, so daß sich an den Enden der Gesamtwicklung 53 eine Spannung mit der Polarität ausbildet, die durch in Klammer gesetzte Zeichen (+) und (—) angezeigt ist. Entsprechend lädt sich auch der Kondensator 59 auf. Es ist somit zu ersehen, daß an dem zu diesem

richterelementen 37 und 38 um die erwähnten gesteuerten Gleichrichterelemente mit pnpn-Halbleiterschichten handelt.

Die beiden gesteuerten Gleichrichter 37 und 38,
die mit der Leitung 16 verbunden sind, die als positiver Pol einer Gleichspannungsquelle aufgefaßt werden kann, werden durch den Zündstromkreis C
durch die erwähnte Impulsfolge derart gezündet,
daß die Gleichrichterbrückenschaltung wie eine normale Brückenschaltung arbeitet. Bleiben die Zünd- io Zeitpunkt gesperrten gesteuerten Gleichrichter 50 impulse von dem Steuerkreis C aus, kann keine in der Sperrichtung eine Spannung liegt, die der Gleichspannung mehr erzeugt werden, so daß auch doppelten Ausgangsspannung der Netzgleichrichterdas an die Primärwicklung 11 angeschlossene Netz schaltung entspricht. Die steuerbaren Gleichrichter durch den Umformer nicht mehr belastet wird. 50 und 51 müssen somit derart bemessen sein,

Diebeiden nicht gesteuerten Gleichnchterelemente 15 daß sie dieser doppelten Spannung standhalten 35 und 36 sind an die Leitung 15 angeschlossen, die können.

Es sei nun angenommen, daß der Gleichrichter 50 gezündet wird, so daß dessen Widerstand in der Durchlaßrichtung vernachlässigbar klein wird. An ao dem gesteuerten Gleichrichter 51 liegt somit kurzzeitig die in dem Kondensator 59 gespeicherte Ladung, und zwar in der Sperrichtung, so daß dieses Gleichrichterelement gelöscht wird. Da das gesteuerte Gleichrichterelement 50 gezündet ist, fließt ein Strom in den Stromkreis I, der die Leitung 16, die Primärwicklung 43 a des Ausgangstransformators 42, die Diode 52 α die Leitung 52, den gesteuerten Gleichrichter 50, die Leitung 48, die Drosselspule 47 und die Leitung 15 umfaßt. Es ist ohne weiteres zu

welche die Wicklung 43, in die Wicklungsteile 43 a 30 ersehen, daß in dieser zweiten Phase der Wechsel- und 43 b aufteilt. Die den Pluspol der Gleichspan- spannung der Ausgangsseite des Umformers die Ponungsquelle darstellende Leitung 16 ist mit der Mittel- larität an der Wicklung 43 umgekehrt ist. Der Konanzapfung 45 der Transformatorwicklung 43 verbun- densator 59 lädt sich gegenüber der ersten Phase mit den, während die den Minuspol der Leistungsgleich- entgegengesetzter Polarität auf und speichert somit richterstufe A darstellende Leitung 15 über eine 35 die Ladung, die erforderlich ist, um nach erneutem Drosselspule 47 mit einer Leitung 48 verbunden ist, Zünden des gesteuerten Gleichrichters 51 den gedie an die Kathoden von zwei gesteuerten Gleichrich- steuerten Gleichrichter 50 zum Löschen zu bringen, terelementen 50 und 51 angeschlossen ist. Die gesteu- Der Kern des Transformators 42 wird in dieser erten Gleichrichterelemente 50 und 51 sind im Prm- Phase in der Gegenrichtung magnetisiert, so daß an zip gleich ausgebildet wie die gesteuerten Gleich- 40 der Sekundärwicklung 44 dieses Transformators eine richterelemente 37 und 38 der Leistungsgleichrich- Wechselspannung abgenommen werden kann, terstufe. Die Anoden der gesteuerten Gleichrichter Die Dioden 50 c, 51 c sind vorgesehen, um zu er-

50 und 51 sind mit je einem Endpunkt der Primär- reichen, daß sich der Kommutierungskondensator wicklung 43 des Ausgangstransformators 42 über die nach der Kommutierung schnell entladen und somit Leitungen 52 bzw. 53 und Dioden 52 α bzw. 53 a 45 auch schnell in der Gegenrichtung aufladen kann, verbunden. Schließlich sind die gesteuerten Gleich- Die Dioden 52 α und 53 α andererseits bewirken, daß richter 50 und 51 durch je eine Serienschaltung aus der Kondensator 59 eine möglichst hohe Ladung ereinem Widerstand 506 bzw. 51 δ und einer Diode hält und nicht durch ein Absinken der Spannung an 50 c bzw. 51 c überbrückt. Die Anoden der Dioden der Primärwicklung des Transformators 42 während sind dabei beispielsweise über eine Leitung 15 a 5° einer Halbwelle der Ausgangsspannung, z. B. zudirekt mit der Leitung 15 verbunden. Zwischen den folge einer starken Belastung am Ausgang, wieder

den negativen Pol des gleichstromseitigen Ausganges des Gleichrichters darstellt. Zwischen den beiden Polen bzw. den Leitungen 15 und 16 ist in bekannter Weise ein Glättungskondensator 32 vorgesehen.

Die Leitungen 15 und 16 führen die in dem Leistungsgleichrichter A erzeugte Gleichspannung der Leistungswechselrichterstufe jB zu, in welcher diese Gleichspannung in eine Wechselspannung mit vorgegebener Frequenz umgewandelt wird.

Die Leistungswechselrichterstufe B enthält einen Ausgangstransformator 42, der eine Primärwicklung 43 und eine Sekundärwicklung 44 aufweist. Die Primärwicklung 43 besitzt eine Mittelanzapfung 45,

Leitungen 52 und 53 ist fernerhin ein Kondensator 59 eingeschaltet, der die Kommutierung bewirkt, wie dies nachfolgend mehr im einzelnen erläutert werden soll.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Wechselrichterstufe sei angenommen, daß zu einem vorgegebenen Zeitpunkt der gesteuerte Gleichrichter 51 gezündet werde, so daß ein Strom in der Richtung

teilweise entladen wird.

Insbesondere beim Leerlauf, d. h. ohne Belastung an der Sekundärseite des Transformators 42, besteht die Gefahr, daß sich die Spannung aufschaukelt. Der Kondensator 59 und die Primärwicklung 43 des Transformators 42 arbeiten dabei als Schwingkreis. Um derartige Spannungsüberhöhungen zu vermeiden, ist parallel zu den beiden Primärwicklungsteilen

des Pfeiles 51' fließen kann. Der Strom fließt dabei 60 43 α und 43 b je ein Widerstand 55 und 56 vor-

von dem positiven Pol des Gleichrichters, d. h. der Leitung 16, über den Transformatorwicklungsteil 43 b, die Diode 53 a, die Leitung 53, den gesteuerten Gleichrichter 51, die Leitung 48, die Drosselspule 47

gesehen. Kurz nach der ersten Phase, d. h. wenn die Polarität der Spannung an dem Transformator 42 dem in Klammer gesetzten Vorzeichen entspricht, kann sich der Kondensator 59 über die Widerstände

und die Leitung 15 zu dem negativen Ausgangspol 65 55 und 56 entladen. Die Widerstände 55 und 56

der Gleichrichterstufe. Der Strom fließt somit in den müssen dabei so bemessen werden, daß die Ladung

mit II bezeichneten Stromkreis, wobei zufolge der noch so lange aufrechterhalten bleibt, bis beispiels-

mit dem Stromanstieg verbundenen Flußänderung weise der gesteuerte Gleichrichter 50 gelöscht ist.

Die Widerstände dämpfen den Schwingkreis somit, so daß die Spannung sich nicht aufschaukeln kann.

Es sei noch erwähnt, daß der Kondensator 59 selbstverständlich auch an der Sekundärseite 44 des Transformators 42 angeschlossen werden kann, wobei die gleichen Wirkungen erzielt werden.

Nachfolgend sollen nun die Zündstromkreise C und D für die gesteuerten Gleichrichterelemente beschrieben werden. Zur Erzeugung der Speisespannung für den Zünd- bzw. Steuerstromkreis C ist an die Sekundärwicklung 13 des Eingangstransformators 10 eine Gleichrichterbrückenschaltung 60 angeschlossen, die vier einzelne Gleichrichter umfaßt. Zur Glättung der auf diesem Wege gewonnenen Gleichspannung ist ein Kondensator 64 vorgesehen. Der negative Pol der Gleichspannung wird von der Leitung 65 gebildet und ist mit den beiden verbundenen Kathoden der Leistungsgleichrichter 37 und 38 über die Leitung 20 verbunden.

Der Steuer- bzw. Zündstromkreis C enthält einen sogenannten Doppelbasistransistor 80, von welchem die beiden Basen über Widerstände 81 und 82 mit dem negativen bzw. positiven Pol der Speisespannungsquelle, d. h. mit den Leitungen 65 und 72 verbunden sind. Dieser Doppelbasistransistor — Transistoren dieses Typs sind im Handel erhältlich — hat die Eigenschaft, den Widerstand zwischen einer Basiselektrode und dem Emitter in Abhängigkeit von der Spannung an diesem Emitter sprunghaft zu verändern. Wenn im vorliegenden Beispiel das Potential am Emitter unterhalb eines vorgegebenen kritischen Wertes liegt, ist der Widerstand zwischen Emitter und der einen Basiselektrode hoch. Steigt die Spannung am Emitter z. B. durch die Aufladung eines Kondensators auf diesen kritischen Wert, so wird der Punkt erreicht, bei welchem der Widerstand zwischen der Basiselektrode und dem Emitter sprunghaft kleiner wird. Der Emitter ist im vorliegenden Fall über einen Kondensator 83 mit der Leitung 65 und über einen Widerstand 84 mit der Leitung 72 verbunden. Der Kondensator 83 und der Widerstand 84 stellen somit ein i?C-Glied dar. Der Kondensator 83 lädt sich mit der Zeitkonstanten des ÄC-Gliedes bis zu der kritischen Spannung auf, worauf am Widerstand 81 infolge der Entladung des Kondensators 83 über den Transistor 80 ein positiver Impuls erscheint. Nachdem durch die Entladung des Kondensators 83 die Spannung unter einen vorgegebenen Wert abgesunken ist, wird der Transistor 80 wieder gesperrt, so daß die Aufladung des Kondensators von neuem beginnt. Das aus den Teilen 80 bis 84 bestehende System arbeitet somit als Oszillator bzw. Impulsgenerator, wobei die Impulsfolgefrequenz eine Funktion der Bemessung des ÄC-Gliedes ist.

Im vorliegenden Fall ist die Frequenz erheblich höher als diejenige des Netzes, so daß pro Halbwelle eine größere Anzahl von Impulsen zu den gesteuerten Gleichrichtern 37 und 38 gelangen. Die Gleichrichter werden somit auch während einer Halbwelle neu gezündet, wenn sie aus irgendeinem Grund erloschen sein sollten.

Die an dem Widerstand 81 erscheinenden Impulse werden über die Leitung 19 und über je einen Schutzwiderstand 21 und 22 den Zündelektroden der gesteuerten Gleichrichter 37 und 38 übermittelt. die beiden gesteuerten Gleichrichter 37 und 38 werden somit immer dann gezündet, wenn sich der Widerstand zwischen der einen Basiselektrode und dem Emitter des Transistors 80 sprunghaft verändert und wenn an den gesteuerten Gleichrichtern eine Spannung in der Durchlaßrichtung liegt. Dies ist immer bei einem der beiden gesteuerten Gleichrichter der Fall.

Parallel zu dem Kondensator 83 liegt ein weiterer Transistor 89, welcher den Kondensator 83 kurzschließt, wenn an seiner Basis keine negative Spano nung steht. Zwischen der Basis des Transistors 89 und der Leitung 65 liegt nun die Gleichspannung einer Gleichrichterbrückenschaltung 90, deren Wechselstromseite an die Sekundärwicklung 26 des Transformators 24 angeschlossen ist. Wie bereits ausgeführt, wird der Primärseite dieses Transformators 24 die Steuerwechselspannung zugeführt. Parallel zu der Gleichstromseite der Gleichrichterbrückenschaltung 90 liegt· ein Kondensator 91 und eine Schutzdiode 92.

Die Basiselektrode des Transistors 89 ist weiterhin über einen Widerstand 93 mit der Leitung 72 verbunden, die den positiven Pol des Netzgleichrichters 60 darstellt. Wenn nun an der Sekundärwicklung 26 des Transformators 24 keine Spannung erscheint, wird die Basis des Transistors 89 durch den Widerstand 93 auf positivem Potential gehalten, so daß der Transistor 89 leitend ist und sich der Kondensator 83 nicht aufladen kann. Eine Folge hiervon ist, daß der Transistor 80 gesperrt ist und keine Zündimpulse an die gesteuerten Gleichrichter 37 und 38 abgeben kann. Es entsteht somit keine Gleichspannung zwischen den Leitungen 15 und 16. Erscheint hingegen ein Signal an den Klemmen 23, lädt sich der Kondensator 91 auf, so daß an der Basis des Transistors 89 ein negatives Potential erscheint, welches den Transistor 89 sperrt. Eine Folge hiervon ist, daß sich der Kondensator 83 aufladen kann und wieder Zündimpulse zu den gesteuerten Gleichrichtern 37 und 38 gelangen. Bleibt die Wechselspannung an den Klemmen 23 aus, entlädt sich der Kondensator 91 über die Schutzdiode 92, so daß der Transistor 89 wieder leitend wird und keine Impulse mehr an dem Transistor 80 bzw. Widerstand 81 erscheinen.

Der Zündstromkreis D dient zur Erzeugung der Steuerimpulse für die gesteuerten Gleichrichter 50 und 51 in der Wechselrichterstufe B. 7mt Erzeugung der Speisegleichspannung für den Zündstromkreis D ist an die Sekundärwicklung 14 des Transformators die Gleichrichterbrückenschaltung 61 angeschlossen. Der positive Pol der so gebildeten Gleichspannungsquelle wird durch die Leitung 62, der negative Pol durch die Leitung 63 gebildet. Zur Glättung der Gleichspannung ist ein Glättungskondensator 95 zwischen diese Leitungen eingeschaltet.

Zur Erzeugung der Impulse für die gesteuerten Gleichrichter 50 und 51 sind hier zwei einzelne Impulserzeuger vorgesehen, die unter sich gleich aufgebaut sind und im wesentlichen dem Impulserzeuger für die gesteuerten Gleichrichter 37 und 38 entsprechen. Anschließend soll der Impulserzeuger für den gesteuerten Gleichrichter 50 im einzelnen erläutert werden.
Der Impulserzeuger enthält wiederum einen Doppelbasistransistor 100, der über die Widerstände 101 und 102 mit den Leitungen 62 und 63 verbunden ist. Der Emitter ist über den einstellbaren Widerstand 103 und den Kondensator 104 ebenfalls

9 10

mit diesen Leitungen 62 und 63 verbunden. Die mit Sicherheitsschaltung als logisches Element. Zur Erdem Widerstand 103 einstellbare Impulsfolgefre- mittlung des Eingangssignals ist die Leitung 110 vorquenz wird über die Leitung 30 und einen Schutz- gesehen, deren eines Ende mit dem negativen Pol widerstand 106 auf die Steuer- bzw. Zündelektrode der Leistungsgleichrichterstufe A bzw. mit der Leides gesteuerten Gleichrichters 50 übertragen. 5 tung 15 verbunden ist. Zur Ermittlung des Ausgangs-

Die frequenzbestimmenden Elemente 103 und 104 signals sind mit den Leitungen 52 und 53 zwei Disind so bemessen bzw. eingestellt, daß die Frequenz öden 111 und 112 verbunden, deren Verbindungserheblich größer ist als die Frequenz der Spannung, punkt an die Leitung 120 angeschlossen ist. die von der Wechselrichterstufe B abgegeben wird. Die Leitung 110 ist über zwei Widerstände 114

Parallel zum Kondensator 104 liegt ein Tran- io und 119 mit der Leitung 120 verbunden. Die Lei-

sistor 107, der bei Abwesenheit einer negativen tung 120 ist über eine Diode 116 mit dem Emitter

Steuerspannung an seiner Basiselektrode einen sehr des Transistors 80 und über einen Widerstand 115

geringen Widerstand darstellt, d. h. das Schwing- mit der Leitung 72 verbunden. Weiterhin liegt zwi-

system durch Kurzschluß des Kondensators 104 sehen der Leitung 72 und dem Verbindungspunkt

sperrt. Die Basiselektrode des Transistors 107 15 der Widerstände 114 und 119 ein Kondensator 117.

ist über einen Widerstand 108 mit der Leitung 62 Es sind nun drei Betriebszustände möglich. Der

und über eine Diode 105 mit der Leitung 63 ver- erste Betriebszustand ist beim Einschalten gegeben,

bunden. d. h. zu dem Zeitpunkt, an welchem weder an der

Die Basiselektrode ist weiterhin mit einem Ende Leitung 15 bzw. 110 noch an der Leitung 120 eine der Sekundärwicklung 27 des Transformators 24 ver- 20 Spannung erscheint. In diesem Fall arbeitet der bunden, dessen Primärseite mit der Steuerspannung Zündkreis C normal, da keinerlei Spannungen auf gespeist v/ird, deren Frequenz von dem Umformer die Basiselektrode des Transistors 80 einwirken, die abgegeben werden soll. Das andere Ende der Sekun- dessen Betriebsweise nachteilig beeinflussen könnten, därwicklung 27 ist mit der Basiselektrode des ent- Die Spannung wird sich entsprechend den Besprechenden Transistors des zweiten Impulserzeugers 25 messungen des Kondensators 83 und des Widerverbunden. Dieser Transistor in dem zweiten Impuls- Standes 84 wie oben beschrieben einstellen. Beim erzeuger ist mit 107 bezeichnet. Es ist nun ohne zweiten Betriebszustand ist sowohl auf der Leitung weiteres zu ersehen, daß die beiden Transistoren 110 als auch auf der Leitung 120 die normale Be-107 und 107' wechselweise gesperrt und offen sind, triebsspannung. Die Spannung auf der Leitung 120 wobei der Wechsel jeweils bei dem Nulldurchgang 30 ist somit auf einem positiven Potential gehalten, so der steuernden Wechselspannung erfolgt. Ent- daß ebenfalls kein Potential zu dem Emitter des sprechend kann jeweils nur ein Impulserzeuger die Transistors 80 gelangen kann, welches diesen nachzum Zünden des angeschlossenen gesteuerten Gleich- teilig beeinflussen könnte.

richters erforderliche Impulsfolge abgeben. Während Ist hingegen gemäß dem dritten Betriebszustand

der oberen Halbwelle der steuernden Wechsel- 35 auf der Leitung 110 eine Spannung und fehlt bei-

spannung gebe beispielsweise der in der Zeichnung spielsweise infolge eines Kurzschlusses die Span-

oben liegende Impulserzeuger eine Impulsfolge ab, nung auf der Leitung 120, so ist zufolge des nega-

so daß der gesteuerte Gleichrichter 50 gezündet wird, tiven Potentials, welches durch die Leitung 15 auf

während in der zweiten unteren Halbwelle der unten die Leitung 120 übertragen wird, die Diode 116 lei-

Iiegende Impulserzeuger eine Impulsfolge an den 40 tend, und die Basis des Transistors 80 erhält eine

Gleichrichter 51 zu dessen Zündung abgibt, in glei- negative Vorspannung, so daß das System nicht

eher Weise, wie dies an Hand von Fig. 2c, 2d er- schwingen kann,

läutert worden ist. Das System bleibt nun so lange gesperrt, bis der

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß Kondensator 117. der parallel zu den Widerständen die steuernde Spannung nicht notwendigerweise sinus- 45 115,119 liegt, entladen ist. Falls der Kurzschluß förmig oder regelmäßig sein muß. Vielmehr können oder die kurzzeitige Belastung, die die Störung herüber den Transformator 24 auch Impulsfolgen gegeben vorgerufen hat, sich in der Zwischenzeit behoben hat, werden, bei denen die positiven und die negativen arbeitet das System nach erneutem Anschwingen des Halbwellen verschieden lange andauern. Ent- Zündkreises C ordnungsgemäß weiter. Die Sichersprechend wird dann auch die Ausgangsspannung an 50 heitsschaltung ist insbesondere deswegen beder Sekundärwicklung geformt sein. Dies kann ins- deutungsvoll, weil einer der gesteuerten Gleichbesondere dann von Bedeutung sein, wenn der Um- richter 50 oder 51 zufolge spezieller Belastungsformer als Generator für Funkenerosionsprozesse bedingungen nicht gelöscht worden sein kann, so daß verwendet wird. Nachdem der Umformer sofort nach beide gesteuerten Gleichrichter 50 und 51 gleich-Eintreffen eines Signals zu arbeiten beginnt, d. h. 55 zeitig gezündet sind.

auch innerhalb einer Halbwelle der Steuerspannung, Die Bemessungen des Kondensators 117 und der

eignet sich der Umformer ausgezeichnet für Netz- Widerstände 115,119 müssen so getroffen sein, daß

kommandoanlagen. Alle eingegebenen Impulsfolgen der Transistor 80 so lange gesperrt bleibt, bis die

erscheinen praktisch trägheitslos am Ausgang. Wie beiden gesteuerten Gleichrichter 50 und 51 mit

bereits erwähnt, wird dem speisenden Netz praktisch 60 Sicherheit erloschen sind. Ist dies der Fall, arbeitet

keine Leistung entnommen, wenn an dem Trans- der Frequenzumformer weiter, wobei sich die Aus-

formator 24 kein Eingangssignal erscheint. gangsspannung zufolge der Tatsache, daß die Zün-

Die Sicherheitsschaltung £ dient dazu, eine Zer- dung durch Impulsfolgen erfolgt, sofort wieder auf

störung der Gleichrichter 50 und 51 zu verhindern, den Zustand einstellt, der durch die steuernde Wech-

wenn beispielsweise die Ausgangsseite kurzgeschlos- 65 selspannung an den Klemmen 23 des Transformators

sen ist oder ein gesteuerter Gleichrichter zufolge 24 gegeben ist.

einer kapazitiven Belastung nicht wie vorgesehen Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß

erloschen ist. Wie bereits ausgeführt, arbeitet die der Frequenzumformer nicht nur als Generator für

Funkenerosionsprozesse, sondern auch als Generator für induktive Erwärmung für Ultraschallerzeugung, für Beleuchtungszwecke, für die Schweißtechnik und für Netzkommandoanlagen Verwendung finden kann. S

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Statischer Frequenzumformer mit einer Leistungsgleichrichterstufe und einer Leistungswechselrichterstufe zur Umformung der von der Leistungsgleichrichterstufe erzeugten Gleichspannung in Wechselspannung vorgegebener Frequenz, wobei sowohl in der Leistungsgleichrichterstufe als auch in der Leistungswechselrichterstufe gesteuerte Halbleitergleichrichter vorgesehen sind, und mit zwei Zündstromkreisen, von denen der erste Zündimpulse für die gesteuerten Gleichrichter in der Leistungsgleichrichterstufe abgibt und der zweite Zündstromkreis Zündimpulse für die gesteuerten Gleich- so richter in der Leistungswechselrichterstufe, gekennzeichnet durch einen Sicherheitsstromkreis, der als logisches Element ausgebildet ist und dessen Eingänge mit dem Eingang und mit dem Ausgang der Leistungswechselrichterstufe und dessen Ausgang mit dem ersten Zündstromkreis verbunden sind, wobei das logische Element die Übermittlung von Zündsignalen zu den gesteuerten Gleichrichtern der Leistungsgleichrichterstufe dann und nur dann unterbindet, wenn die Spannung am Eingang der Leistungswechselrichterstufe die Spannung an deren Ausgang um einen vorgegebenen Wert übertrifft.

2. Frequenzumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zündstromkreis zur Erzeugung der Zündimpulse für die gesteuerten Halbleitergleichrichter der Leistungsgleichrichterstufe einen Impulserzeuger enthält, der durch ein Ausgangssignal der Sicherheitsschaltung gesperrt werden kann.

3. Frequenzumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündstromkreis zum Zünden der gesteuerten Halbleitergleichrichter in der Leistungsgleichrichterstufe eine Impulsfolge abgibt, wobei die Impulsfolgefrequenz größer ist als die Frequenz der gleichzurichtenden Wechselspannung.

4. Frequenzumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz die Frequenz der gleichzurichtenden Wechselspannung mindestens um den Faktor drei übertrifft.

5. Frequenzumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündstromkreis zum Zünden der gesteuerten Halbleitergleichrichter in der Leistungswechselrichterstufe innerhalb jeder Halbwelle der abzugebenden Wechselspannung wechselweise den beiden gesteuerten Halbleitergleichrichtern eine Impulsfolge übermittelt.

6. Frequenzumformer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündstromkreis in jeder Halbwelle der abzugebenden Wechselspannung je einem der beiden gesteuerten Halbleitergleichrichter mindestens drei einzelne Impulse übermittelt.

7. Frequenzumformer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Eingangstransformator für die Steuerspannung zur Steuerung der Ausgangsfrequenz, wobei eine Sekundärwicklung des Transformators den Zündstromkreis zum Zünden der gesteuerten Gleichrichter in der Leistungswechselrichterstufe steuert.

8. Frequenzumformer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Sekundärwicklung des Eingangstransformators für die Steuerspannung mit dem Zündkreis zum Zünden der gesteuerten Gleichrichter in der Leistungsgleichrichterstufe derart verbunden ist, daß dieser Zündstromkreis nur dann Zündimpulse abgibt, wenn die Spannung an dem Eingangstransformator für die steuernde Wechselspannung einen vorgegebenen Wert übertrifft.

9. Frequenzumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsschaltung ein Zeitverzögerungsglied enthält, welches bewirkt, daß nach einer Sperrung des ersten Zündstromkreises dieser erst nach einer vorgegebenen Zeitspanne wieder Zündimpulse für die Leistungsgleichrichterstufe auszugeben beginnt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 537/165 3.65 © Bundesdruckerei Berlin