DE2226170A1

DE2226170A1 - Statische inverterschaltung

Info

Publication number: DE2226170A1
Application number: DE2226170A
Authority: DE
Inventors: Billy Harold Hamilton
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1971-06-01
Filing date: 1972-05-30
Publication date: 1973-01-04
Also published as: JPS484927A; CH549893A; US3675037A; GB1389555A; SE376131B; FR2141119A5

Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY B.H.Hamilton

Incorporated

New York, N.Y. 10007, VStA 2226170

Statische Inverterschaltung

Die Erfindung betrifft eine statische Inverterschaltung zur Verbindung einer Quelle oszillierender Energie und eine von einem Signal erregte Sammelleitung zur Erzeugung eines Inverterausgangs-Leistungssignals synchron zu dem gemeinsamen Signal auf der Sammelleitung,

Bei der Stromversorgung ist es üblich, Leistungsquellen, z.B. dynamische Inverter, parallel zu schalt«, um eine Last zu erregen. Dynamische Inverter, ζ. Β. Wechselstromgeneratoren haben in der Parallelschaltung zu einer gemeinsamen Sammelleitung-Last eine in ihnen liegende Fähigkeit, sich bezüglich der Frequenz gegenseitig zu fesseln. Sie besitzen diese innere Fähigkeit deswegen, weil die zirkulierende reelle Komponente ihres Ausgangsstromes dazu tendiert, den langsameren Wechselstromgenerator anzutreiben und den schnelleren Wechselgenerator abzubremsen. Seit neuerer Zeit sind jedoch auch statische Inverter vom Festkörpertyp bekannt geworden, welche die dynamischen Invertrer ersetzen sollen. Statische Inverter von der Festkörper-

209881/0395

bauart haben den Vorteil, zuverlässiger zu sein, weniger Unterhaltung erforderlich zu machen, weniger Gewicht aufzuweisen und einen besseren Wirkungsgrad als dynamische Inverter zu besitzen. Jedoch haben die statischen Inverter keine innere Tendenz der Aufrechterhaltung ihres Synchronismus in der Parallelschaltung zu einer gemeinsamen Last. Wenn statische Inverter außer Synchronismus zueinander geraten, kann ein sehr großer Zirkulationsstrom zwischen den Inverter entstehen. Diese Ströme können groß genug sein, den Inverter zu zerstören oder Schutzeinrichtungen betätigen, und daher einen Ausfall des gesamten Stromversorgungssystems verursachen.

Ein bekanntes Verfahren, parallelgeschaltete Inverter daran zu hindern, außer Synchronismus zu geraten, verwendet einen Steuer oszillator oder eine Bezugsfrequenzquelle, um eine Systemfrequenz bereitzustellen und Treibsignale zur getrennten und synchronen Erregung der Inverterschaltungen zu liefern. Diese

Lösung kann jedoch die Zuverlässigkeit des Invertersystems verringern, da ein Fehler des Steueroszillators zu einem Fehler des gesamten Leistungssystems führen kann. Dies berührt die Zuverlässigkeit nachteilig, da die Inverter nicht unabhängig voneinander sind.

Eine andere bekannte Lösung des Problems der Parallelschaltung

209881/0395

von Invertern besteht darin, die Lastspannungen der Inverter zueinander kreuz zu koppeln. Diese Lösung ist analog zur Synchronisierung von Oszillatoren durch Kreuzkopplung der Oszillatorausgänge mit den Resonanzkreisen der anderen Oszillatoren. Auch dieses System ist unerwünscht, da es die Anpassung der Resonanzkreise der Inverter erforderlich macht und nicht zuläßt, daß die Inverter unabhängig voneinander betrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine statische Inverterschaltung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß die einzelnen Inverter unabhängig voneinander betrieben werden können. Die gestellte Aufgäbe wird dadurch gelöst, daß sie statische Inverterschaltung eine mit der Ausgangsleitung verbundene Strom und Spannung abtastende Schaltung sowie Signalsummierungs und -gewichtungseinrichtungen aufweist, welche die Ausgangssignale der Abtastschaltung kombinieren, um das Ausgangs signal der oszillierenden Energiequelle über eine Steuereinrichtung einzustellen.

Bei dieser Ausbildungsform kann jeder statische Inverter in einer Parallelschaltung einer Mehrzahl von statischen Inverter frei laufen und unabhängig von den anderen statischen Invertern.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Steuerung der Phasonboziehung zwischen parallelgeschalteten statischen Inverter,

209881/039B

so daß die Wechselstromausgänge der Inverter synchron mit dem gemeinsamen Ausgangssignal sind.

Bei der Erfindung wird ferner die Frequenz synchronisiert und die Größe des Ausgangssignals eines statischen Inverters harmonisch mit anderen statischen Inverter ohne eine gemeinsame Steuerschaltung geregelt.

Die Erfindung vermeidet auch zirkulierende Ströme zwischen parallelgeschalteten statischen Inverter.

Die Erfindung wird anhand des Ausführungsbeispieles erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Blockschaltung einer Mehrzahl von Inverter, die an eine gemeinsame Sammelleitung angeschaltet sind,

Fig. 2 eine Blockschaltung eines statischen Inverters, der zusammen mit anderen parallelgeschalteten statischen Inverter an eine gemeinsame Sammelleitung angeschlossen werden kann,

Fig. 3 und 4 in der Kombination gemäß Fig. 5

ein kombiniertes schematisches und Blockdiagramm eines statischen Inverters einschließlich von negativen Strom- und Spannungsrückkopplungssteuerungen

209881 /0395

zur Harmonisierung des Inverterausgangssignals mit einem gemeinsamen Sammelleitungssignal und
Fig. 6 , 7 und 8 Impulsformen der inneren Inverter-

signale, und zwar zu Beschreibungszwecken der Betriebsweise des in den Fig. 3 und 4 dargestellten statischen Inverters.

In Übereinstimmung mit einer beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung fließt jeder statische Inverter einer Mehrzahl von statischen Inverter, die zu einer gemeinsamen Ausgangs Sammelleitung parallelgeschaltet sind, eine Rückkopplungsanordnung ein, um die Größe der Leistungsausgänge jedes statischen Inverters zu regeln und die Frequenz zu einem gemeinsamen Leitungssignal auf einer Sammelleitung zu synchronisieren. Jeder Individuelle statische Inverter wird von einem unabhängigen spannungsgesteuerten Oszillator getrieben. Der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators ist in Abhängigkeit von Rückkopplungskorrektursignalen, die von Abweichungen der Spannungsgröße und Frequenz des Inverterausgangssignals von Sammelleitungssignal abgeleitet sind, modifizierbar. Die reellen und imaginären (reaktiven) Komponenten des der gemeinsamen Sammelleitung zugeführten Inverterausgangsstromes werden festgestellt und negative Stromrückkopplungssignale hier von abgeleitet. Negative Spannungsrückkopplungssignale

209881/0395

werden abgeleitet, welche bezüglich der Sammelleitungsspannung und Frequenz repräsentativ sind. Diese Signale werden durch Summiernetzwerke miteinander kombiniert und die erhaltenen Rückkopplungssignale mit Sinusfunktionen des Ausgangsimpedanz-Phasenwinkels multipliziert, um geeignete Korrektursignale zu entwickeln, mit denen die Größe und Frequenz des Inverterausgangssignals korrigiert werden kann. Die sinusförmigen Multiplizierfaktoren bringen den Ausgangsstrom des Inverters in eine orthogonale Beziehung zu dem Sammelleitungssignal. Dies führt vorteilhaft dazu, daß die Ausgangsimpedanz des Inverters resistiv erscheint. Dies vermeidet Betriebsvariationen in Abhängigkeit von parallelgeschalteten Inverter auf Änderungen in der Sammelleitungsspannung und Frequenz.

Ein Leistungssystem aus parallelgeschalteten Inverter gemäß Fig. bietet manche Vorteile als Stromversorgungsanlage. Die in Fig. 1 dargestellte Stromversorgungsanlage weist eine Mehrzahl von Quellen der Eingangserregungsleistung 100 auf, die jedem der Inverterschaltungen 110 individuell zugeordnet sind. Die Inverterschaltungen 110 sind parallel zu einer gemeinsamen Sammelleitung 120 geschaltet. Eine oder mehrere Belastungen bzw. Verbraucher 130 können an die gemeinsame Sammelleitung angeschlossen sein. Jeder der Inverterschaltungen 110 kann unabhängig voneinander operieren und lediglich die Ausgangsanschlüsse sind mit dem Rest

209881 /0395

' · 222617C

der Anlage gemeinsam geschaltet. Gemäß den Prinzipien der Erfindung steuern die Inverterschaltungen 110 ihre eigene Frequenz und regem ihre Ausgangssignale im Hinblick auf Harmonisierung mit dem gemeinsamen Ausgangs signal auf der Sammelleitung 120, so daß keine gemeinsame Takt-Steuer schaltung für alle inverter notwendig ist.

Parallelgeschaltete statische Inverterleistungsanlage mit unabhängig voneinander synchronisierten Einheiten sind sehr flexibel und erlauben die Hinzufügung neuer Inverter einheiten zur Lieferung ' von mehr Leistung, um zunehmende Belastungsanforderungen zu befriedigen. Eine solche Anordnung erlaubt niedrige Anfangskosten bei der Entwicklung einer Anlage, welche danach in Abhängigkeit von zunehmendem Bedarf wächst. Parallelgeschaltete statische Inverter-Leistungsanlagen mit unabhängigen Einheiten führen zu verbesserter Zuverlässigkeit, wegen der Redundanz der unabhängig voneinander betrieben Invertereinheiten.

Die Inverterschaltung 210 nach Fig. 2 besitzt eine innere Rückkopplungssteuerschaltung, um die parallele Operation des Inverters mit einer Mehrzahl von anderen Invertern zu ermöglichen, die parallel zu einer gemeinsamen Sammelleitung 220 liegen. Das interne Rückkopplungssteuersystem umfaßt die Ausgangsleitung 221, um die Größe, Phase und Frequenz des Inverter-

2 0 9 8 8 1 / fl 3 9 5

ausgangssignals zu steuern, um dieses harmonisch zu dem gemeinsamen Ausgangssignal einer Mehrzahl von zu der gemeinsamen Sammelleitung 220 parallelgeschalteten Inverter zu halten, ohne daß Verbindungen zwischen den Inverter benötigt werden. Die kombinierten Signalausgänge der parallelgeschalteten Inverter sind so zueinander harmonisiert, daß die Lastströme durch die an der Sammelleitung 220 angeschlossenen Verbraucher sich gleichmäßig auf alle Inverter verteilen und Zirkulationsströme zwischen den Inverter möglichst klein werden. Die Frequenz der Operation jedes Inverters 210 wird mit der gemeinsamen Frequenz des Ausgangssignals auf der Sammelleitung 210 verknüpft.

Jeder statische Inverter 210 umfaßt seine eigene unabhängige Energiequelle, die, wie sich aus der Ausführungsform nach Fig. ergibt, eine Präzisionsfrequenzquelle 200 aufweist. Die Präzisionsfrequenzquelle 200 ist vorzugsweise ein Präzisionsoszillator, welcher einen ziemlich konstanten Bezugswert der Frequenz liefert, die viel höher ist als die gewünschte Ausgangsfrequenz des Inverters. Der Ausgang der Frequenzquelle 200 wird an einen Frequenzteiler und eine Phasenschieberschaltung angelegt, die auf das rückgekoppelte Eingangssignal anspricht, welches an der Eingangsleitung 231 anliegt. Der Frequenzteiler und Phasenschieber 201 wird zur Modifizierung der Frequenz- und Phasenverschie-

2098 8 1/0395

bung des Signalausgangs der Frequenzquelle 200 verwendet, mn dem gemeinsamen Signal auf der Sammelleitung 220 zu entsprechen. Während viele unterschiedliehe Arten von Frequenzquellen, Frequenzteilern und Phasenschieber ν erwendet werden können, wird die Erfindung vorteilhaft unter Verwendung von Digitalteqhniken durchgeführt. Demgemäß wird eine Frequenzquelle 200 unter Verwendung von Schalteinrichtungen verwendet, um ein Char akter digital-Signal zu erzeugen. Digitale Schaltung kann damit zur Durchführung der Frequenzteilung und Phasenschiebungsfunktionen verwendet werden.

Das Ausgangssignal des Frequenzteilers und Phasenschiebers wird einer Summierschaltung 209 zugeführt. Ein dem Eingang 239 der Summierschaltung 209 zugeführtes Rückkopplungssignal stellt das Ausgangssignal des Frequenzteilers und Phasenschiebers 201 im Hinblick auf Regul ierung der Größe des Ausgangssignals des Inverters ein. Das Ausgangssignal der Summierschaltung 209 wird einer Verstärkerschaltung 202 zugeführt und von dort einer Filter schaltung 203. Das Filter 203 ist auf die gewünschte Frequenz des gemeinsamen Signals auf der Sammelleitung 220 abgestimmt und steuert zusätzlich den Phasenwinkel δ der Ausgangsimpedanz des Inverters. Im Inverter vom digitalen Typ kann das Filter 203 benutzt werden, ein periodisches digitales Signal in eine periodische Sinusfunktion umzuwandeln. Das Filter

209881/0395

203 ist mit einer Stromabtastsehaltung 204 verbunden, welche die reellen und imaginären (reaktiven) Komponenten des Ausgangsstromes des Inverters mischt. Die reellen und imaginären (reaktiven) Komponenten des Ausgangsstromes werden als Komponenten des Ausgangsstromes in Phase und im rechten Winkel zu dem Signalausgang der Frequenzquelle 200 definiert. In einem Inverter vom digitalen Typ wird die Messung der reellen und imaginären (reaktiven) Komponenten des Ausgangsstromes durch Abtastmethoden durchgeführt. Ein sinusförmiger Gewichtungs- bzw. Bewertungsfaktor wird den Rückkopplungssignalen zugefügt, die nachfolgend beschrieben. In Abhängigkeit von dem Gewichtungsfaktor ist die reelle Komponente des Ausgangsstromes eine lineare Funktion der Signalspannung der Sammelleitung und die imaginäre (reaktive) Komponente des Ausgangsstromes ist eine lineare Funktion der Frequenz des Signals. Die Stromabtastsehaltung 204 legt ein der reaktiven Komponente des Ausgangsstromes proportionales Signal an die Summierschaltung 208 und zwar über eine Leitung 233, und ein zu der reellen Komponente des Ausgangsstromes proportionales Signal an die Isolierschaltung 207 an und zwar über die Leitung 234.

Ein Spannungsvergleicher 205 vergleicht die an der Sammelleitung 220 angelegte Inverterausgangsspannung mit einer von einer Bezugsspannungsquelle 206 erzeugten Bezugsspannung. Der Vergleicher erzeugt ein Fehlerspannungssignal hieraus, welches der Summier-

209881 /0395

schaltung 207 zugeführt wird, wo es mit dem Signal kombiniert wird, welches proportional zu der reellen Komponente des Inverterausgangsstrom.es ist, der durch die Stromabtastschaltung 204 gemessen wird. Die Summierschaltung 207 kombiniert diese beiden Signale und legt deren Summe an die Kosinusmultiplizierschaltung 21? an. Die Kosinusmultiplizierschaltung

213 modifiziert das Rückkopplungssignallum einen Gewichtungsbzw. Bewertungsfaktor, welcher gleich dem Cosinus des Ausgangsimpedanz-Phasenwinkels ä des Inverters ist. Die Gewichtungsfaktoren sind Sinusfunktionen des Ausgangsimpedanz-Phasenwinkels ä des Inverters und werden an die Rückkopplungssignale angelegt, um Rechtwinkligkeit zwischen den reellen und imaginären (reaktiven) Komponenten des Ausgangsstromes und der Größe und Frequenz des gemeinsamen Auegangssignals der Sammelleitung 220 zu erhalten.

Der Summierschaltung 208 wird über eine Leitung 233 ein Signal zugeführt, welches proportional zu der imaginären (reaktiven) Komponente des Ausgangsstromes ist, wie diese durch die Stromabtastschaltung 204 festgestellt wird. Die Summierschaltung 208 kombiniert dieses Signal mit dem Ausgangssignal der Summierschaltung 212 und legt dieses an diese Sinusmultiplizierschaltung

214 an. Die Sinusmultiplizierschaltung 214 modifiziert dieses Signal um einen negativen Gewichtungs- bzw. Bewertungsfaktor,

209881/0395

der gleich ist dem Sinus der Ausgangsimpedanz des Phasenwinkels d des Inverters. Die Ausgangssignale der Cosinusmultiplizierschaltung 213 und der Sinusmultiplizierschaltung 214 werden durch die Summierschaltung 211 miteinander kombiniert. Der Signalausgang der Summierschaltung 211 wird als Spannungsgröße-Korrektursignal verwendet, welches über eine Leitung 239 der Summierschaltung zugeführt wird, und die Größe des Ausgangs signals des Frequenzteilers und Phase ischiebere 201 ändert.

Die gemessenen Komponenten des Ausgangsstromes werden auch zur Ableitung eines Frequenzkorrektur signals verwendet. Ein der imaginären (reaktiven) Komponenten des Ausgangsstromes auf der Leitung 233 proportionales Signal wird einer Cosinusmultiplizierschaltung 215 zugeführt. Das Ausgangssignal der oben beschriebenen Summierschaltung 207 wird auch an eine Sinusmultiplizierschaltung 216 angelegt. Die .Ausgangssignale der Cosinusmultiplizierschaltung 215 und der Sinusmultiplizierschaltung 216 werden in der Summier schaltung 212 miteinander kombiniert. Das Signal wird über eine Leitung 231 dem Frequenzteiler und Phasenschieber 201 zugeführt und dient zur Steuerung der Modifikation der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzquelle 200. Die oben beschriebenen Gewichtungs- und Summieroperationen an den festgestellten Ausgangssignalen erzeugen die notwendigen Rückkopplungskorrektursignale, um die Größe und Frequenz der Inverterausgangs-

209881/0395

signale in Übereinstimmung mit dem gemeinsamen Ausgangssignal auf der Sammelleitung 220 zu bringen. Die oben beschriebenen Rückkopplungskorrektursignale werden durch folgende Gleichungen definiert, welche das Verhalten der Rückkopplungssteueranlage des in Fig. 2 dargestellten Inverters beschreiben. Diese Rückkopplungssteuersignale bringen speziell die Invertersignale in eine orthogonale Beziehung zu dem Ausgangssignal der Sammelleitung 220. Das Spannungsgrößensignal e und das Frequenzkorrektursignal f stellen sich wie folgt dar:

d]^{(cos δ} > ⁺[f ⁺ yj ⁽"^sin

jy_q ^cos ί⁺ D^{1 e}*^+kiQ ^(sül

Dabei gilt:

e ist das Rückkopplungssignal, welches zur Modifizierung der

Größe des Inverterausgangssignals verwendet wird; f ist das Rückkopplungssignal, welches zur Modifizierung der

Frequenz des Inverterausgangssignals benutzt wird, e ist die Differenz zwischen der Sammelleitungsspannung und

der Bezugsspannung;
i ist die Komponente des Ausgangsstromes des Inverters in Phase mit dem von der Frequenzquelle 200 erzeugten Signal;

209881/03 95

(D

i ist die Komponente des Ausgangsstromes des Inverters in 90 -Phasenbeziehung zu dem von der Frequenzquelle 200 erzeugten Signal;

ä ist der Phasenwinkel der Ausgangsimpedanz des Inverters; u, k , k , k stellen den Verstärkungsfaktor in den verschiedenen

/ X U O

Rückkopp lungsschaltungswegen dar.

Die In-Phase und 90 -Komponenten des Ausgangsstromes werden durch folgende Beziehungen beschrieben:

i = \{Ae cos d + Fj/

4 e cos d + E/J Δ f dt sin ά Τ (3)

i = — 1 E J# dt cos dl - Ae sin dl

Dabei gilt:

Z ist die Inverterausgangsimpedanz; E ist die Größe der Ausgangsspannung der Frequenzquelle

200,
ISe ist die Differenz zwischen der Inverterspannung und der

Sammelleitungsspannung,
[\i ist die Differenz zwischen der Inverterfrequenz und der Sammelleitungsfrequenz.

Von den obigen, das Verhalten der Rückkopplungssteueranlage beschreibenden Gleichungen folgt, daß die sinusförmigen Multi-

209881/0395

plikationsfaktoren, welche Funktionen des Ausgangsimpedanz-Phasenwinkels d des Inverters sind, Steuersignale erzeugen, welche den Inverterausgang ändern, um die Rechtwinkligkeit der reellen und imaginären (reaktiven) Inverterausgangsstrome zu der Spannung und Frequenz des gemeinsamen Signals auf der Sammelleitung 220 zu erzielen. Dadurch können die Inverter in vorteilhafterweise geschaltet werden und arbeiten auf Lastimpedanzen mit willkürlichen Impedanzwinkeln.

Die in Fig. 2 offenbarte Inverterschaltung kann unter Verwendung von linearen Einrichtungen und analogartigen Rückkopplungssteuersehaltungen hergestellt werden. Bei einer noch passenderen Inverterkonstruktion wird die Digitaltechnik angewendet. Die Signalerzeugungs- und Rückkopplungssteueranordnungen in dem Inverter nach Fig. 3 und 4 sind unter Verwendung von Digitalsteuertechniken aufgebaut. Eine Rückkopplungsanordnung vom Digitaltyp steuert die Signalerzeugungsschaltung vom Digitaltyp, um das Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Abtastung der reellen und imaginären (reaktiven) Komponenten des Stromausganges des Inverters zu steuern. Eine digitalgesteuerte statische Inverterschaltung, welche die Prinzipien der Erfindung verkörpert, ist in Fig. 3 und 4 gemäß Anordnung nach Fig. 5 offenbart. Eine Serie von Impulstypen bzw. Wellenformen in ⁼⁼ Fig. 6, 7 und 8 stellen die Strom- und Spannungswellenformen

209881/0395

dar, die im Inneren der in Fig. 3 und 4 gezeigten Inverterschaltungen vorkommen.

Der in Fig. ,3 und 4 dargestellte Inverter wird von einem spannungsgesteuerten Oszillator 301 betrieben. Der spannungsgesteuerte Oszillator 301 gibt die Ausgangsfrequenz der Inverterschaltung ab und umfaßt eine Frequenzsteuer-Eingangsleitung 302, welche zur Anlage eines Frequenzsteuersignals verwendet wird. Der spannungsgesteuerte Oszillator 301 erzeugt in der dargestellten Ausführungsform ein periodisches Impulssignal. Es versteht sich, daß andere Wellenformen von dem spannungsgesteuerten Oszillator gesteuert werden können, ohne aus dem Bereich der Erfindung zu gelangen. Die des der Leitung 302 zugeführten Frequenzsteuersignals steuert die Frequenz des der Leitung 303 zugeführten Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators auf der Leitung 303 ist teilweise durch die Wellenform 1 in Fig. 6 aufgezeichnet. Zu Darstellungszwecken sei angenommen, daß die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 301 24 000 Hz beträgt. Die den Wellenformen nach Fig. 6, 7 und 8 zugeordnete Zeitskala t markiert jeweils 100 Zyklen. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 301 auf der Leitung 303 (Wellenform 1) besitzt Zeitmarken, um das Ausgangssignal des Oszillators bei allen 100 Zyklen zu markieren.

209881/0395

Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators auf der Leitung 303 wird einer Zweirichtungs- Zählerschaltung 305 über UND-Glieder 304 und 308 zugeführt. Der Zweirichtungszähler 305 besitzt zwei getrennte Eingangsleitungen 306 und 307 entsprechend den beiden Zählrichtungen. Der Vorwärts-Eingangsleitung 306 zugeführte Impulssignale bringen den Zähler dazu, eine zunehmende Zahl beim Empfang jedes Eingangsimpulses zu speichern. Der Rückwärtszähl-Eingangsleitung 307 zugeführte Eingangsimpulssignale bringen den Zähler dazu, den gespeicherten Zählerstand auf den Empfang jedes Eingangsimpulses zu vermindern. Zweirichtungs zähler 305 sind bekannt, so daß dieser nicht im einzelnen beschrieben werden braucht. Der alternative leitende Zustand der UND-Glieder 304 und 308 bestimmt, an welchen Zählereingang das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators angelegt wird.

Die abwechselnde Leitung der UND-Glieder 304 und 308 wird vom Zustand des Ausgangssignals eines als Kippschalter wirksamen Flipflop 309 bestimmt. Solche Flipflops sind bekannt. Mit dem Zustand des Ausgangssignals des Flipflop 309, wie in den Zeichnungen angedeutet, kommt eine Ausgangsdarstellung des einen logischen Zustandes auf der Leitung 310 vor. Dieser eine Ausgangs zustand betätigt die Übertragung des Signalausganges des spannungsgesteuerten Oszillators 301 über das UND-Glied

209881/0395

304 zu der Vorwärtszähleingangsleitung 306 des Zählers 305. Von diesem Augenblick an zählt der Zähler 305 in Vorwäitsrichtung, d. h. der Zählstand wird in Abhängigkeit von Ausgangsimpulsen des spannungsgesteuerten Oszillators 301 vergrößert.

Das Ausgangssignal des Zählers 305, welches den existierenden -inneren Zählstand darstellt, wird gleichzeitig zwei logischen Schaltungen 311 und 312 zugeführt. Die logischen Schaltungen 311 und sprechen auf Zählstände an, und zwar auf einen speziellen existierenden Zählstand im Zähler 305. Das Ausgangssignal der logischen Schaltung 311 nimmt normalerweise einen Zustand ein, der eine Eins repräsentiert, außer wenn ein gewisser Zählstand N in dem Zähler 305 aufgezeichnet ist. Das Ausgangssignal der logischen Schaltung 311 nimmt in Abhängigkeit von dem Zählstand N den Zustand Null an. Zum Zwecke der Erläuterung der Betriebsweise der Erfindung sei angenommen, daß dieser Wert N gleich 100 sei. Das Ausgangssignal der logischen Schaltung 311 wird durch die Wellenform 2 wiedergegeben. Wie aus einer Betrachtung dieser Wellenform 2 folgt, fällt das Ausgangssignal der logischen Schaltung 311 jedesmal auf Null, wenn der Zählstand von 100 in dem Zähler 305 vorkommt. Die logische Schaltung 312 ist zur Erzeugung des Ausgangs zustandes 1 für jeden im Zähler 305 registrierten Zählstand ausgelegt, außer beim Zählstand von Null. Wenn dieser Zählstand Null vorkommt, fällt das Ausgangssignal der logischen

209881/0395

Schaltung 312 auf Null. Das Ausgangs signal der logischen Schaltung 312 ist in der Wellenform 3 in Fig. 6 wiedergegeben. Die logischen Schaltungen 311 und 312 können Gatteranordnungen aufweisen, die nur in Abhängigkeit von speziellen Zählstandsignaleingängen leiten.

Das"Ausgangssignal der logischen Schaltung 311 wird einem Signalpolaritätsinverter 313 zugeführt. In ähnlicherweise wird das Ausgangssignal der logischen Schaltung 312 einem Signalpolaritätsinverter 317 zugeführt. Offenbar erscheint ein Signal vom Zustand Eins am Ausgang der Inverter 313 und 317 wenn jeweils der Zählstand von 100 bzw. Null vorkommen. Der Signalausgang der Inverter 313 und 317 wird durch die Wellenform 4 bzw. 5 in Fig. 6 gezeigt.

Das Ausgangssignal für den Zustand Eins des Inverters 313 beim Zählstand 100 wird über das ODER-Glied 314 der Umschalteingangsleitung 315 des Umschaltflipflop 309 zugeführt. Das Umschaltflipflop 309 invertiert in Abhängigkeit von diesem Eingangssignal für den Zustand Eins sein Ausgangssignal, so daß die Eins- und Null-Zustände gegenüber den in Fig. 3 dargestellten Zuständen umgekehrt sind. Dadurch kommt ein Ausgangssignal für den E ins-Zustand auf der Ausgangsleitung 316 und ein Ausgangssignal für den Zustand Null auf der Ausgangsleitung 310 zustande, wie in der Wellenform 6 in Fig. 6 dargestellt.

209881/0 395

Das Zustandssignal für Eins auf der Leitung 316 betätigt die Übertragung des Impulsausganges des spannungsgesteuerten Oszillators 301 über das UND-Glied 308 auf die Eingangsleitung 307 für Rückwärtszählen des Zählers 305. Da das Umschalteingangssignal über die Umschalteingangsleitung 315 beim Ausgangssignal für den Zählstand von 100 des Zählers 305 vorgekommen ist, beginnt der Zähler 305 nunmehr vom Wert von 100 rückwärts zu zählen. Der Zählstand des Zählers 305 nimmt kontinuierlich ab bis der Wert von Null erreicht ist. Beim Zählstand von Null spricht die logische Schaltung 312 an und erzeugt ein Ausgangssignal für den Zustand Null. Dieses Ausgangssignal für den Zustand Null wird durch den Inverter 317 invertiert, so daß der Eins-Zustandswert erhalten wird, welcher über das ODER-Glied 314 dem Umschalteingang 315 des Flipflop 309 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Flipflops 309 ändert seinen Zustand und betätigt die Übertragung von Impulsen auf die Eingangsleitung für Vorwärtszählen, in dem das UND-Glied 304 betätigt wird. Der Zweirichtungszähler 305 zählt kontinuierlich bis auf 100 und zurück auf Null und dann wieder auf 100 usw in Abhängigkeit auf die Rückkopplungssignale, welche durch die logischen Schaltungen 311 und 312 erzeugt werden.

Der Zählzyklus vom Zählstand Null zum nächsten Zählstand Null führt zur einer Halbzyklusdäuer des Ausgangssignals des statischen

209881/0396

Inverters. Das Ausgangssignal des Inverters 317 ist ein Impulssignal, welches periodisch und koinzident mit dem Beginn jedes Halbzyklus des statischen Inverterausgangs vorkommt. Dies ist der Augenblick, wenn der Zähler. 305 in Vorwärtsrichtung zu zählen beginnt. Der Ausgang des Inverters 313 ist ein periodisches Impulssignal, welches den Mittelpunkt jedes Halbzyklus des statischen Inverterausgangs entspricht. Ih diesem Augenblick beginnt der Zähler 305 in Rückwärtsrichtung zu zählen. Diese beiden Signale werden, wie später noch erläutert wird, zur Steuerung der Abtastung des Ausgangssignals des Konverters verwendet.

Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 301 wird außerdem über eine Leitung 320 den UND-Gliedern 321 und 322 und von dort den Vorwärts- und Rückwärtszähleingängen des Zweirichtungszählers 323 zugeführt. Der Zweirichtungszähler 323 ist ein Vorwärts-Rückwärtszähler und bezüglich seines Entwurfs dem Zweirichtungs zähler 305 gleichartig. Der Zähler 323 führt eine Speicherfunktion in der Größensteuerung des Inverterausgangs durch, in dem symmetrische Totzeitperioden am Beginn und Ende jedes Halbzyklus des Impulsausgangsignals eingefügt werden, wie weiter unten beschrieben wird.

Das Zählausgangssignal beider Zähler 305 und 323 wird einer

> 0 S ^il B 'J / 0 ? Ah

logischen Schaltung 324 zugeführt, welche die jeweiligen Zählstände der beiden Zähler miteinander vergleicht. Die logische Schaltung 324 ist zur Erzeugung eines Ausgangssignals ausgelegt, welches einen Einszustand darstellt, wenn der Zählstand im Zähler 305 größer als der Zählstand im Zähler 323 ist. Das Ausgangssignal der logischen Schaltung 324, welches durch die Wellenform 8 in Fig. 7 wiedergegeben wird, wird über eine Leitung 326 und einem Inverter 327 dem UND-Glied 322 zugeführt.

Das Ausgangs signal des oben beschriebenen Signalpolaritätsinverters 317 wird über eine Leitung 328 einem Eingang eines Impulsbreitenmodulators 329 zugeführt. Der Impulsbreitenmodulator 329 wird durch ein Rückkopplungsgröße-Fehlersignal auf der Eingangsleitung 322 aktiviert und erzeugt ein Totzeitimpulssignal, um die Größe des statischen Inverterausgangs zu steuern. Der Impulsbreitenmodulator 329 erzeugt ein Impulssignal, dessen vordere Flanke koinzident mit der vorderen Flanke des Ausgangs signals des Inverters 317 ist und dessen Impulsdauer proportional zur Größe des Rückkopplungssignals auf der Leitung 332 ist. Schaltungen zur Erzeugung modulierter Impulse zur Durchführung dieser Funktionen sind bekannt, so daß eine ins einzelne gehende Beschreibung entfallen -larf.

Das modulierte Impulsausgangssignal des Inipulshreitenrnodulators

2 C 9 8 ί i ;■ 0 Ι 0 5

wird durch die Wellenform 7 in Fig. 7 dargestellt und über Signalpolaritätsinverter 330 dem UND-Glied 322 und über die Leitung dem UND-Glied 321 zugeführt. Der Zähler 323, der Impulsbreitenmodulator 329 und die zugeordnete gerade beschriebene logische Schaltung arbeiten als eine Größensteuerung zur Steuerung der Größe der Ausgangswelle.nform des statischen Inverters, ohne daß die Phasenbeziehung zu dem gemeinsamen Sammelleitungssignal gestört wird. Die Schaltung führt diese Funktion ohne Beeinträchtigung der Phase durch Impulsbreitenmodulation der Ausgangsimpulssignale durch, und zwar symmetrisch, so daß gleiche Totzeiten in genau gleichen Beträgen am Beginn und Ende jedes Halbzyklus des Ausgangs signals des spannungsgesteuerten Oszillators 301 eingeführt werden.

Die Größensteuerschaltung kann am besten durch Beschreibung ihrer Wirkungsweise verstanden werden. Bei dem Start jedes Vorwärts zähl-Zyklus des Zweirichtungszählers 305 wird ein Totzeitimpuls durch den Impulsbreitenmodulator 329 erzeugt, wobei dieser Totzeitimpuls einen Zustandswert Eins und eine Dauer aufweist, die proportional zu der Größe des statischen Inverterausgangssignals ist. Der Impulsbreitenmodulator 329 beginnt mit der Zeitzählung der Impulssignaldauer, um das Totzeitintervall in Abhängigkeit von der vorderen Flanke des Ausgangsimpulssignals des Signalpolaritätsinverters 317 zu erzeugen, welches

209881/0395

über die Leitung 328 dem Eingang des Impulsbreitenmodulators 329 zugeführt wird. Das Ausgangs signal des Inverters 317 ist mit dem Beginn der Vorwärtszähl-Betriebsweise im Zähler 305 koinzident.

Die Dauer des Impulsausgangssignals des Modulators 329 wird durch ein Größensteuersignal bestimmt, welches durch die Rückkopplungsspannungs-Regelsteuerung erzeugt wird, welche nachfolgend beschrieben wird. Dieses Steuersignal wird dem Eingang 322 des Impulsbreitenmodulators 329 zugeführt. Während dieses ersten Totzeitintervalls wird das Impulsausgangssignal des Impulsbreitenmodulators 329, welches durch die Wellenform 7 in Fig. 7 dargestellt ist, über die Leitung 331 dem UND-Glied 321 zugeführt. Dieses Impulssignal betätigt die Übertragung über das UND-Glied 321 und die Anlage des Impulsausgangs signals des spannungsgesteuerten Oszillators 301 auf den Vorwärtszählanschluß des Zweirichtungszähler 323.

Während der Dauer des Impulssignals, welches das Totzeitintervall bestimmt (Wellenform 7) zählt der Zähler 323 in Vorwärtsrichtung, und zwar synchron zur Vorwärtszählung im Zähler 305. Bei Beendigung des Totzeitintervalls ändert sich das Ausgangssignal des Pulsbreitenmodulators 329 auf den Null-Zustand-Wert und die Übertragung über das UND-Glied 321 wird abgeschaltet.

209881/0395

Der Signalpolaritätsinverter 330 invertiert sein Nullzustands-Signal in ein Signalwert für den Zustand Eins und legt ein Betätigungssignal an das UND-Glied 322. Das UND-Glied 322 braucht zwei gleichzeitige Betätigungssignale, um zu übertragen, und legt zu dieser Zeit nicht das Impulsausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 301 auf die Eingangsleitung für Rückwärts zählung des Zählers 323. Das zweite Betätigungssignal für das UND-Glied 322 wird von der logischen Schaltung 324 geliefert. Zu diesem Zeitpunkt jedoch besitzt das Ausgangssignal der logischen Schaltung 324 den Zustandswert Eins und das UND-Glied 322 kann keine Signale übertragen.

Die logische Schaltung 324 ist eine Zählvergleichsschaltung, welche kontinuierlich die jeweiligen Zählstände der Zweirichtungszähler 305 und 323 miteinander vergleicht. Wenn der Zählstand im Zähler 305 größer ist als der des Zählers 323, nimmt das Ausgangssignal der logischen Schaltung 324 den Zustandswert Eins an, wie in Wellenform 8 in Fig. 7 dargestellt. Dieses Signal für den Zustandswert Eins wird einem Inverter 327 zugeführt. Es ist aus vorstehendem ersichtlich, daß während des ersten Totzeitintervalls und des Zeitintervalle, wenn der Zählstand im Zähler 305 größer ist als der Zählstand im Zähler 323, ein Signal für den Zustandswert Null über die Leitung 331 und den Signalpolaritätsinverter 327 den UND-Glieder 321 und 322

209881/0395

zugeführt wird, um die Übertragung hiedurch zu sperren.

Während der Zeitperiode, bei der das Ausgangssignal der logischen Schaltung 324 den Zustandswert Eins annimmt, wird der Zähler 323 inaktiv, da alle Eingänge von Eingangssignalen abgetrennt sind. Während des inaktiven Intervalls des Zählers '323 zählt der Zähler 305 weiterhin in Vorwärtsrichtung, erreicht seinen höchsten Wert, und beginnt rückwärts zu zählen. Eventuell erreicht der Zählstand im Zähler 305 den zuvor erreichten , im Zähler 323 gespeicherten Zählwert und die logische Schaltung 324 erzeugt in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein Nullzustands-Signal. Dieses Signal wird über die Leitung 326 und den Signalpolaritätsinverter 327 dem UND-Glied 322 zugeführt und in Kombination mit dem Ausgangssignal für den Zustand Eins des Signalpolaritätsinverters 330 betätigt es die Signalübertragung über das UND-Glied 322. Der Zähler 323 nimmt die Zählung in Rückwärtsrichtung wieder auf und zählt bis zum Wert Null. Das Intervall, während welchem der Zähler 323 rückwärts zählt, stel It das Totzeitintervall am Ende des Halbzyklus des statischen Inverterausgangssignals dar.

Das Ausgangssignal des statischen Inverters, angelegt an die Sammelleitung 340, wird von dem Signalausgang der logischen Schaltung 324 abgeleitet. Der durch die Wellenform 8 in Fig. 7

209881/0395

dargestellte Signalausgang wird über eine Leitung 333 den beiden UND-Glieder 334 und 335 zugeführt. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 334 und 335 sind mit den Steuerelektroden der Schalttransistoren 336 bzw. 337 verbunden, die in dem Gegentakt-Schaltverstärker 338 liegen. Die Transistoren 336 und 337 werden alternativ in den leitfähigen Zustand gebracht und zwar in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Umschaltflipflop 342, wie weiter unten beschrieben. Das alternierende Ausgangssignal des Gegentaktschaltverstärkers 338 wird durch Wellenform 13 in Fig. 7 wiedergegeben und einem Filter 339 zugeführt, welcher die Größe und den Phasenwinkel der Ausgangsimpedanz des statischen Inverters festlegt. Das Ausgangssignal des Filters 339 wird über den Stromabtastwiderstand 341 der Sammelleitung 340 zugeführt. Das Filter 339 ist auf die gewünschte Frequenz des Ausgangssignals auf der Sammelleitung 340 abgestimmt und wandelt das impulsförmige Eingangssignal in ein sinusförmiges Signal um, wie die Wellenform 14 in Fig. 8 zeigt.

Aus vorgehendem folgt, daß durch Verwendung des Signalausgangs der logischen Schaltung 324 das an dem Filter 339 zugeführte Rechteckwellensignal gleiche Totzeitinterv-alle am Anfang und Ende jedes Halbzyklus aufweist und daher um den Mittelpunkt jeder Halbwelle symmetrisch ist. Daher beeinträchtigen Änderungen in der Größe des Ausgangssignals nicht die jeweilige Phase dieses

209881/0395

Signals zu dem gemeinsamen Ausgangssignal auf der Sammelleitung 340.

Das abwechselnde Schalten der Schalttransistof en 336 und 337 wird in Abhängigkeit vom Signalausgang des Flipflops 342 gesteuert. Das Flipflop 342 ist als Umschalter ausgebildet und wird in abwechselnde Ausgangssignalzustände in Abhängigkeit vom Impulsausgang des Signalpolaritätsinverters 317 getriggert, welcher an der Umschalt-Eingangsleitung anliegt. Die beiden Ausgangssignale des Flipflops 342 auf den Leitungen 343 und 344 sind jeweils durch die Wellenformen 9 bzw. 10 in Fig. 7 dargestellt. Die Ausgangsleitung 343 des Flipflop ist mit dem UND-Glied 384 und die Ausgangsleitung 344 mit dem UND-Glied 335 verbunden. Es folgt daraus, daß das Ausgangssignal des Flipflop 342 abwechselnd die UND-Glieder 334 und 335 betätigt und damit ermöglicht, daß das Ausgangssignal der logischen Schaltung die Schalttransistoren 336 und 337 abwechselnd in den leitfähigen Zustand schaltet.

Die Größe und Frequenz des Ausgangssignals des statischen Inverters wird kontinuierlich in Abhängigkeit zu einem Ausgangssignal-Regulationrückkopplungssystem gesteuert, welcher den Strom und die Spannung des Ausgangssignals überwacht. Das der Sammelleitung 340 zugeführte Ausgangs signal wird über einen Stromabtastwiderstand 341 übertragen. In dem Ausführungsbeispiel

209881 /0395

ist das durch die Wellenform 14a in Fig. 8 wiedergegebene Ausgangssignal eine Sinusfunktion, welche außer Phase zu dem Signal ist, welches in Abhängigkeit von dem spannungsgesteuerten Oszillator 301 erzeugt wird und am Eingang des Filters 339 um den Ausgangsimpedanz-Phasenwinkel ä verschoben erscheint, welcher durch das Filter 339 bestimmt wird. Eine zum Eingangs signal des Filters 339 in Phase liegende sinusförmige Welle wird durch die gestrichelte Wellenform 14ß in Fig. 8 dargestellt. Es versteht sich, daß die Erfindung auch mit anderen Wellenformen ' funktioniert und daß der Signalausgang nicht auf eine sinusförmige Funktion beschränkt ist.

Die zur Regulierung des Ausgangssignals vorgesehene Rückkopplungsschaltung erzeugt die Rückk(pplungssignale durch Abtasten der Komponenten des sinusförmigen Ausgangsstromes, die in Phase und um 90 verschoben zu dem Eingangssignal des Filters 339 sind, und zwar erzeugt in Abhängigkeit von dem spannungsgesteuerten Oszillator 301. Getrennte Ausgangsstrom-Abtastschaltungen sind zur Feststellung der in Phase oder direkten Komponenten und der

^; ο

imaginären (reaktiven) oder 90 -Komponenten des Ausgangssignals vorgesehen. Diese Feststellungsschaltungen integrieren das Spannungssignal, welches an dem Stromabtastwiderstand 341 vorkommt und tasten dieses integrierte Signal ab, um die direkten und 90 Signalkomponente zu bestimmen. Die direkte Komponente wird durch

209881/0395

die Feststellungsschaltung 349 bestimmt; die 90 -Komponente wird durch die Feststellungsschaltung 351 bestimmt. Die beiden Feststellungsschaltungen 349 und 351 sind im wesentlichen gleich aufgebaut, so daß der Betrieb von nur einer dieser Schaltungen im einzelnen beschrieben werden brauch.

Die 90 -Feststellungsschaltung 351 umfaßt einen Integrationskondensator 352, der im Nebenschluß zum Stromabtastwiderstand 341 liegt. Die Spannung am Widerstand 341 wird periodisch in Abhängigkeit von dem periodischen Schließen der Gatter 353 und 354 abgetastet. Die Gatter 353 und 354 sind synchronisiert.um die 90 zum Eingangssignal des Filters 339 zu schließen. Das Gatter 353 ist während der positiven Halbwelle des Ausgangssignals geschlossen. Ein Signalpolarität-Inverter 355 invertiert die Signalpolarität des von dem Gatter 354 während des negativen Halbzyklus des Ausgangssignals übertragenen Signals, so daß die vom Kondensator 352 integrierten Ausgangssignalsabtastungen immer von der gleichen Polarität sind.

Die Gatterschaltungen 353 und 354 werden in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Flipflops 356 von der Setz-Lösch-Art gesteuert. Die Ausgangssignale des Flipflops 356 werden in Abhängigkeit von den Signalausgängen des Umschaltflipflop 342 und den Signalausgängen des Signalpolaritätsinverters 313 gesteuert. Der Signalausgang des Inverters 313 ist über die Leitung 357 mit

2Ü9881 /0395

den parallelgeschalteten UND-Glieder 358 und 359 verbunden. Diese Setz- und Rücksetzsignale werden alternativ den abwechselnd betätigten UND-Gliedern 358 und 359 zugeführt, um die Eingänge des Flipflop 356 zu setzen und rückzusetzen.

Der Signalausgang des Umschalt-Flipflop 342 ist über die Leitung 343 zur Betätigung des UND-Gliedes 358 über die Leitung 344 zur Betätigung des UND-Gliedes 359 geschaltet. Es folgt aus vorstehendem, daß die UND-Glieder 358 und 359 abwechselnd betätigt werden, so daß das Ausgangssignal des Inverters 313 das Flipflop 356 von dem einen Ausgangs zustand zu dem anderen Ausgangs zustand schalten kann. Die Gatter schaltungen 353 und 354 werden nacheinander betätigt, wie zuvor beschrieben, um die Spannung am Widerstand 341 an den Kondensator 352 zu legen. Wegen der Wirkung des Inverters 355 ist die Spannung am Kondensator 352 von einer einzigen Polarität, wie aus Wellenform 18 in Fig. 8 hervorgeht. Die Gatter schaltungen 353 und 354 können solche steuerbaren Signalübertragungseinrichtungen aufweisen, welche ein Signal übertragen können, ohne die Amplitudencharakteristik zu verfälschen.

Die Spannung am Kondensator 352 wird der Abtast- und Halteschaltung 360 zugeführt. Die Abtast- und Halteschaltung 360 mißt die Spannungsamplitude am Kondensator 352 während einer kurzen

2Ü988170395

Dauer T » die mit der Wellenform 18 in Fig. 8 gezeigt ist. Der g

Augenblick, zu welchem die Messung stattfindet, wird durch das Impulsausgangssignal des Sinalpolaritätinverters 313 bestimmt. Das Ausgangssignal des Inverters 313 wird über die Leitung 361 dem Abtaststeuereingang 368 zugeführt. Die Abtast- und Halteschaltung 360 legt jede gemessene Abtastung der Spannung am Kondensator 352 an die Sinusmultiplizierschaltungen 370 und 371 an, und zwar über Leitungen 367 bzw. 369. Die Sinusmultiplizierschaltungen sind (^erationsverstärker und zur Anlage eines Gewichtungs- bzw. Bewertungsfaktors an die Rückkopplungs-Regulationssignale ausgelegt und werden nachfolgend beschrieben.

Das impulsförmige Ausgangssignal des Inverters 313, dargestellt durch die Wellenform 4 in Fig. 6, wird auch zur Entladung des Kondensators 352 nach jeder gemessenen Probe verwendet. Das die Probe- und Halteschaltung aktivierende Impuls signal wird auch einem Impulsstrecker 362 zugeführt. Der Impulsstrecker 362 dehnt die Dauer des impulsförmigen Ausgangssignals-Inverters 313 soweit aus, daß die Rückflanke des Impulses vorkommt, nachdem die Probe- und Abtastschaltung 360 ihre Abtastmessung durchgeführt hat. Das Ausgangssignal des Impulsstreckers 362 wird einem Differentiator 363 zugeführt, welche positive und negative Impulsspitzen erzeugt, die koinzident mit den Vorder- und Rückflanken des impulsförmigen Ausgangssignals des Impils-

2Ü9881 /039b

Streckers 362 sind. Die Abschneidschaltung 364 blockiert die Übertragung der positiven Impulsspitzen. Die negativen Impulsspitzen werden von dem Signalpolaritätsinverter 365 invertiert und einem Entladegatter 366 zugeführt. Das Entladegatter 366 schließt in Abhängigkeit von dem impulsförmigen Ausgangssignal des Inverters 365 und entlädt den Kondensator 352 nach jeder Messung bzw. Probenahme. Die direkte Feststellungsschaltung 349 führt die Spannung am Widerstand 341 dem Kondensator 348 zu. Diese Spannung ist durch die Wellenform 17 in Fig. 8 wiedergegeben. Diese Spannung wird in Abhängigkeit vom impulsförmigen Ausgangs signal des Signalpolaritätsinverter s 317 abgetastet, welches über die Leitung 347 zugeführt wird.

Die Sinusmultiplizierschaltungen 371 und 373, welche die Rückkopplungssignale durch Sinus- und Cosinusgewichtungsfunktionen modifizieren, weisen Operationsverstärker hohen Verstärkungsgrades auf. Die Sinusgewichtungsfunktion des Operationsverstärkers wird durch das Verhältnis der Größe seiner Rückkopplungsimpedanz zu seiner Eingangsimpedanz bestimmt. Im Verstärker 373 haben beispielsweise die Größe der Eingangsimpedanz 381 und die Größe der Rückkopplungsimpedanz 382 Widerstandswerte im Verhältnis der trigonometrischen Cosinusfunktion des Ausgangsimpedanzphasenwinkels dl. Der Wert des Verhältnis der

209881/0395

Eingangsimpedanz 383 zur Rüekkopplungsimpedanz 382 ist die trigonometrische Sinusfunktion des Ausgangsimpedanz-Phasenwinkels d. Der Operationsverstärker 373 führt die Funktionen der Sinusmultiplizierschaltungen 213 und 214 und der Summierschaltung 211 nach Fig. 2 durch. Der Ausgang des Operationsverstärkers 373 wird über die Leitung 332 dem Impulsbreitentnodulator 329 zugeführt und steuert die Größe des Ausgangssignals des statischen Inverters, welches der Sammelleitung 340 zugeführt wird.

Der Operationsverstärker 371 führt die Funktionen der Sinusmultiplizierschaltungen 215 und 216 und der Summier schaltung 212 nach Fig. 2 durch. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 371 wird dem spannungsgesteuerten Oszillator 301 zu dessen Frequenzsteuerung zugeführt. Die Operationsverstärker 370 und 372 führen die Summieroperation der Summierschaltungen 207 und 208 nach Fig. 2 durch. Diese Verstärker legen keinen Gewichtungsfaktor an das summierte Signal an und deshalb sind die Rückkopplungs- und Eingangs impedanzen gleich. Die Signalpolaritätsinverter 385 und 386 sind vorgesehen, um dem natürlichen Invertierverhalten der Operationsverstärker 370 und 372 entgegenzuwirken.

Die Größe der Ausgangsspannung auf der Sammelleitung 340 wird

209881 /0395

OC

von einem Spannungsvergleicher 375 überwacht, welcher über eine Leitung 397 mit dem Ausgang des statischen Inverters verbunden ist. Der Spannungsvergleicher 375 vergleicht die Ausgangsspannung mit einer Bezugsspannung, die durch eine Bezugsspannungsc|uelle 376 erzeugt wird, und erzeugt ein Spannungsfehlersignal hieraus. Das Spannungsfehler signal wird über die Leitung 377 dem Operationsverstärker 372 zugeführt, welcher dieses Signal mit dem Rückkopplungssignal von der F eststellungs schaltung 349 summiert, welches proportional zu der direkten Komponente des Ausgangsstromes ist. Das summierte Signal wird dem Eingangswiderstand 381 des Operationsverstärkers 373 zugeführt, welcher das summierte Signal mit dem Cosinus des Ausgangsimpedanz-Phasenwinkels ä gewichtet.

Das Ausgangs signal der Feststellungsschaltung 351 wird, wie oben besehrieben, dem Operationsverstärker 370, welcher eine Summierfunktion durchführt, und dem Wderstand 384 des Operationsverstärkers 371, welcher dieses Signal mit dem Sinus des Ausgangsimpedanz-Phasenwinkels ä gewichtet, zugeführt.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 372 wird nach Inversion durch den Inverter 386 dem Widerstand 387 des Operationsverstärkers 371 zugeführt, welcher dieses Signal mit dem Cosinus des Ausgangsimpedanz-Phasenwinkels ä ge-

2ü9881/039b

wichtet. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 371 wird dem Frequenzsteuereingang 302 des spannungsgesteuerten Oszillators 301. zur Steuerung von dessen Frequenz zugeführt. Das Ausgangssignal wird auch dem Operationsverstärker 370 zugeführt, wo es mit dem Ausgangssignal der Feststellungsschaltung 351 auf summiert wird. Das Summenausgangssignal des Operationsverstärkers 370 wird durch einen einzelnen Polaritätsinverter 385 invertiert und dem Widerstand 383 des Operationsverstärkers zugeführt, welcher dieses Signal mit dem Sinusfaktor des Ausgangsimpedanz-Phasenwinkels d gewichtet.

Die Zwischenbeziehung der oben beschriebenen Operationsverstärker und ihre Einwirkung auf die Rückkopplungssignale kann unter Bezugnahme auf obige Gleichungen 1 und 2 festgestellt werden, welche die Rückkopplungssignale zur Steuerung der Größe und Fre.-quenz des Signalaueganges des statischen Inverters definieren. Dieses Ausgangssignal wird der Sammelleitung 340 zugeführt.

9881/0395

Claims

PATENTANSPRÜCHE

j 1. J Statische Inverterschaltung zur Verbindung einer Quelle oszillierender Energie mit einer von einem Signal erregten Sammelleitung zur Erzeugung eines Inverterausgangs-Leistungssignals synchron zu dem gemeinsamen Signal auf der Sammelleitung, dadurch gekennzeichnet,

daß die statische Inverterschaltung (210) eine mit der Ausgangsleitung verbundene Strom und Spannung abtastende Schaltung (204, 205) sowie Signalsummierungs- und Gewichtungseinrichtungen (207, 208; 213-216) aufweist, welche die Ausgangssignale der Abtastschaltung kombinieren, um das Ausgangssignal der Oszillierenden Energiequelle über eine Steuereinrichtung (201, 209) einzustellen.
2. Statische Inverterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabtastschaltung (204) Stromrückkopplu igssignale erzeugt, die proportional zu den reellen und imaginären (reaktiven) Anteilen des Inverterausgangsstromes sind.
3. Statische Inverterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabtastende Schaltung Signalspeicherelemente (352) und von einem Zeitgeber (356) gesteuerte Ver-

2U9881/039 5

knüpfungsglieder (353, 354) enthält, welche den Inverter-Ausgangsstrom mit dem Speicherelement koppeln.
4. Statische Inverterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsabtastschaltung (205) Spannungsrückkopplungs signale in Abhängigkeit von der Spannung und der Frequenz der gemeinsamen Sammelleitungssignale erzeugt, und daß Signalsummierungseinrichtungen (207, 208) die Strom- und Spannungsrückkopplungssignale kombinieren.
5. Statischer Inverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgewichtungseinrichtungen (213-216) die Strom- und Spannungsrückkopplungssignale und deren kombinierte Signale mit Sinusfunktionen dee Ausgangsimpedanz-Phasenwinkels des statischen Inverters multiplizieren, um Korrektursignale zu erzeugen.
6. Statischer Inverter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektursignale über die Steuereinrichtung (201, 209) die innere Spannung und Frequenz des Ausgangsleistungssignals des statischen Inverters einstellen.

2U9881 /0395

\ V