DE2720942A1

DE2720942A1 - Frequenzwandler

Info

Publication number: DE2720942A1
Application number: DE19772720942
Authority: DE
Inventors: John Bengt Goeran Hedberg
Original assignee: SVETSIA AB
Current assignee: SVETSIA AB
Priority date: 1976-05-12
Filing date: 1977-05-10
Publication date: 1977-11-24
Also published as: US4152759A; NO149870B; NO149870C; FI73545B; FR2351531A1; SE7705212L; FI73545C; NO771714L; JPS52137632A; JPS6137863B2; ZA772708B; SU1223850A3; CA1082307A; AU2506777A; FI771477A; GB1558596A; AU512512B2; FR2351531B1

Description

Patentanwalt

4 Düsseldorf, den 9. 5. 1977

η»· ι ι L, _VA/ 4 Düsseldorf, den 9. 5.

Dipi.-ing. n. wangemann stre.emann.traee 2βο η <p η η /

Dresdner Bank, Düsseldorf. Kto. 51-419 655 fT ^{Ftrnruf 36 3S 31} * ' * ^{U J} '

Postsdiedc-Konro: Köln 1688 12

Meine Akte Nr. 5499a W/Fe

Firma AB Svetsia, Datavagen 61 B, 436 00 Askim, Schweden.

Frequenzwandler.

Die Erfindung betrifft einen Frequenzwandler mit Kondensatorreihenschaltung mit kleiner innerer Spannungsdämpfung und mit Thyristoren als Schaltelemente.

Solche Frequenzwandler haben den Vorteil, daß ihr Aufbau sehr einfach ist, daß sie relativ leicht sind, daß sie ferner kostengünstig hergestellt werden können und daß sie starke Ströme aushalten können. Der Nachteil dieser Frequenzwandler liegt jedoch darin, daß sie gegenüber Laständerungen empfindlich sind; besondere Probleme treten dann auf, wenn der Ausgangsstrom schwach

709847/100?

Svetsia 545·9»

bzw. die Ausgangsspannung groß ist. Dadurch ist aber ein solcher Frequenzwandler als Schweißstromquelle ungeeignet, da gerade bei Schweißvorgängen oft Laständerungen auftreten. Aus diesem Grunde mußte der Frequenzwandler, wenn er als Schweißstromquelle verwendet wurde, so ausgelegt werden, daß er große innere Verluste hatte, die die zu hohen Spannungen abschwächten, die sonst bei geringem inneren Verlust aufkommen wurden, wenn die Ausgangsbelastung klein ist. Ein so aufgebauter Frequenzwandler hat jedoch einen sehr schlechten Wirkungsgrad. Alternativ kann der Transformator des Frequenzwandlers derart ausgeführt sein, daß er durch die geringfügigen Belastungen nicht in den Sättigungszustand gebracht wird, d.h. seinen Grenzwert erreicht. Eine solche Ausführung würde aber die Herstellungskosten und auch das Gewicht des Transformators erhöhen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzwandler der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der ein geringes Gewicht und einen hohen Wirkungsgrad besitzt sowie der weitgehend unempfindlich gegenüber Laständerungen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung einen Kondensatorreihenschaltungs-Frequenzwandler vor, der eine geringe innere Dämpfung hat und Schaltelemente in Form von Thyristoren aufweist, der ferner einen Transformator mit einer

709847/100?

Svetsia 5499a

Primärwicklung und mindestens einer Sekundärwicklung besitzt, wobei die Primärwicklung mit mindestens einem Belastungskondensator in Reihe geschaltet ist, und der schließlich einen Spannungsbegrenzer zur Begrenzung der Spannung in dem Transformator und dem Belastungskondensator auf einen vorgegebenen Spannungswert aufweist.

Der zu dem Frequenzwandler nach der Erfindung gehörende Spannungsbegrenzer besteht vorzugsweise aus Stromkreisen zwischen dem gemeinsamen Anschlußpunkt der Kondensatorschaltung und der Primärwicklung des Transformators oder aber zwischen einem Anschlußpunkt der Primärwicklung des Transformators und der jeweils entsprechenden Leitung für die Eingangsspannung, wobei diese Stromkreise oder Schaltungen bei einer Spannung leitend werden, die der Differenz zwischen der eingestellten Spannung und der Eingangsspannung entspricht. Ferner weisen die vorerwähnten Stromkreise oder Schaltungen zumindest eine Zenerdiode oder einen Varistor auf. Alternativ kann der Strombegrenzer auch einen Stromkreis haben, der parallel zur Primärwicklung des Transformators geschaltet ist und dann leitend wird, wenn die vorerwähnte vorgegebene Spannung auftritt. Der Stromkreis oder die Schaltung haben in diesem Falle zwei Zenerdioden, die entgegengesetzt in Reihe geschaltet sind oder einen Varistor.

- 4 709847/ 100

Svetsia 5499a

Vorteilhafterweise umfaßt der Spannungsbegrenzer einen Schaltkreis, der mindestens zu einem Teil der Transformator-Primärwicklung parallel geschaltet ist, und besitzt eine Einrichtung, durch die bei Aufschaltung der vorerwähnten Sollspannung der Schaltkreis eingeschaltet wird. Diese Einrichtung, welche den genannten Schaltkreis anzusteuern hat, weist vorzugsweise zwei einander entgegengesetzt in Reihe geschaltete Zenerdioden oder einen Varistor auf.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes hat die Spannungsvorrichtung eine zusätzliche Sekundärwicklung, deren Wicklungszahl gegenüber der Primärwicklung gleich oder kleiner ist, wobei die Anschlüsse dieser zusätzlichen Sekundärwicklung über einen Brückengleichrichter mit der jeweils entsprechenden Leitung der Eingangsspannungsleitungen verbunden sind.

Der Frequenzwandler nach der Erfindung ist nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild für einen Frequenzwandler mit der Spannungsbegrenzungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild der Steuerschaltung, die

709847/100,'

Svetsia 5499a

zusammen mit dem in Fig. 1 wiedergegebenen Frequenzwandler verwendet wird,

Fig. 3

und 4 Spannungs- und Stromkennlinien für die Spannungen und Ströme, die im Frequenzwandler bei normaler und bei geringer Belastung auftreten, wenn kein Spannungsbegrenzer vorgesehen ist,

Fig. 5 entsprechende Spannungs- und Stromkennlinien, die in einem Frequenzwandler nach Fig. 1 und 2 auftreten, wenn diese?bei geringer Last arbeitet und mit einem Spannungsbegrenzer nach Fig. 1 oder 7 versehen ist,

Fig. 6 entsprechende Strom- und Spannungskennlinien, die in einem Frequenzwandler nach Fig. 1 und 2 auftreten, wenn dieser mit geringer Last beaufschlagt wird und mit einem Spannungsbegrenzer nach Fig. 8 und Fig. 9 versehen ist,

Fig. 7

bis 10 Abwandlungen des in Fig. 1 wiedergegebenen Spannungsbegrenzers,

Fig. 11 entsprechende Strom- und Spannungskennlinien, die in einem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestell-

⁷ 0 9 8 i 7 / 1 Π 0 .

Svetsia 5499a

ten Frequenzwandler bei geringe» Lastauftreten, wobei dem Frequenzwandler ein Spannungsbegrenzer nach Fig. 10 zugeordnet ist.

Der in Fig. 1 dargestellte Frequenzwandler ist über seine Eingangsanschlüsse 10 an ein Drehstromnetz angeschlossen. Der Eingangsstrom wird in einem Sechsphasen-Vollweggleichrichter 11 gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Spannung an den Leitungen 12,13 wird in einem Puffer-oder Glättungskondensator 14 geglättet. Aufgrund der Anordnung der Schaltelemente 11 und 14 hat der Frequenzwandler eine niedrige Eingangsimpedanz.

Die Schaltelemente des Frequenzwandlers sind Thyristoren und 16, die derart gesteuert und geregelt werden, daß sie abwechselnd leitend werden. Der Transformator des Frequenzwandlers ist mit der Bezugsziffer 17 gekennzeichnet. Die Primärwicklung 18 dieses Transformators 17 ist mit den Belastungskondensatoren 19 und 20 in Reihe geschaltet, während die Sekundärwicklung 21 über einen Brückengleichrichter 22 und eine Drosselspule 23 auf die Anschlüsse 24 und 25 geführt ist. An diese können die beiden Anschlüsse eines Verbrauchers, beispielsweise ein Schweißelektrodenhalter und ein zu schweissendes Werkstück, angeschlossen werden. Bei dem in Fig. 1

¹ 0 9 8 4 7 / 1 0 0 :·

Svetsia

wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist zwischen die Verbraucheranschlüsse 24 und 25 ein Kondensator 26 geschaltet» der, wenn der Frequenzwandler als Schweißstromumformer verwendet wird, zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Leerlaufspannung eingesetzt werden kann. Zum Messen des Verbraucherstromes ist der Shunt-Widerstand 27 vorgesehen, dessen Ausgangsspannung dazu benutzt wird, den im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläuterten Frequenzwandler zu steuern und zu regeln.

In der in Fig. 2 dargestellten Steuerschaltung ist ein Anschluß des Shunt-Widerstandes 27 an Erde gelegt, während der zweite Anschluß auf einen Verstärker 30 geführt ist, der das ihm vom Shunt-Widerstand 27 her aufgeschaltete Signal aus dem Millivoltbereich in den Voltbereich verstärkt. Der Verstärker 30 steht über die Vergleichswiderstände 31 zum einen mit einer als Potentiometer ausgebildeten Strom-Einstellvorrichtung 32 in Verbindung und zum anderen mit einem als Signaldiskriminator arbeitenden Verstärker 33. Über die Strom-Einstellvorrichtung 32 wird der für den Frequenzwandler gewünschte Ausgangs- oder Verbraucherstrom eingestellt. Für das Einstellen der gewünschten maximalen Ausgangsspannung ist eine als Potentiometer ausgeführte Spannungs-Einstellvorrichtung 35 vorgesehen, die sowohl über die Vergleichswiderstände 36 auf den Ausgangsanschluß 25 des Frequenzwandlers als auch auf einen als Signaldiskriminator arbeitenden Verstärker

- 8 709847/100 ■

Svetsia 5499a

37 geführt ist. Dem Überwachen des Schaltzustandes der Thyristoren 15,16 dient eine aus dem Transformator 38 bestehende Meßschaltung, wobei die Primärwicklung dieses Transformators über die Dioden 39,40 auf die Anoden A₁ ,A₂ sowie auf die Kathoden K₁₁K₂ der Thyristoren 15 und 16 geführt ist. Ein Anschluß der Sekundärwicklung des Transformators 38 ist an Erde gelegt, während der andere Anschluß dieser Sekundärwicklung mit einer aus den beiden Widerständen 41 und 42 bestehenden Vergleichsschaltung verbunden ist, wobei der Widerstand 42 mit einem Ende an eine konstante negative Spannung gelegt ist. Der Verknüpfungspunkt zwischen den beiden Widerständen 41 und 42 ist auf einen als Signaldiskriminator arbeitenden Verstärker 43 geführt, dessen Umschaltpunkt von den Widerständen 41 und 42 sowie von der genannten konstanten negativen Spannung bestimmt wird. Jeder der Verstärker 33, 37 und 43 ist auf den jeweils entsprechenden Eingang 45 oder 46 oder 47 einer in bekannter Weise arbeitenden UND-Schaltung (gate) 48 geführt. Die UND-Schaltung 48 kann nur dann ein Ausgangssignal abgeben , wenn das vom Verstärker 33 aufgeschaltete Signal positiv ist, d.h., wenn der vom Shunt-Widerstand 27 gemessene Verbraucherstrom kleiner ist als der an dem Strom-Einstellpotentiometer 32 eingestellte Stromwert. Dementsprechend muß das vom Verstärker 37 aufgeschaltete Signal positiv sein, d.h. die Verbraucherspannung an dem Anschluß 25 muß gegenüber der über das Spannungspotentiometer 35 eingestellten Spannung kleiner sein. Letztlich muß das

709847/100:'

Svetsia

vom Verstärker 43 abgegebene Signal positiv sein, d.h. die Anodenspannung eines der Thyristoren 15 oder 16 muß gegenüber dessen Kathode negativ sein, was wiederum bedeutet, daß sich beide Thyristoren 15 und 16 im Sperrzustand befinden.

Das Ausgangssignal der UND-Schaltung (gate) 48 wird dem Eingang eines monostabilen Flipflop 50 aufgeschaltet, der eine festgelegte Impulsperiodendauer hat, die Sperrträgheitsdauer der Thyristoren 15,16, beispielsweise 30 /us, entspricht. Damit aber steht am Ausgang Q des Flipflop 50 ein positiver Spannungsimpuls für eine Zeitdauer an, die der Sperrträgheitsdauer der Thyristoren 15,16 entspricht.

Der Spannungsimpuls wird dem Triggereingang T eines JK-Flipflop 51 derart aufgeschaltet, daß dieser den Schaltzustand seiner Ausgänge am Ende der Impulsgabe durch das Flipflop ändert. Die Ausgänge Q,Q des Flipflop 51 sind über die Kondensatoren 52,53 auf die Basisanschlüsse der jeweils entsprechenden Transistoren 54,55 geführt, deren Emitter an Erde gelegt sind, während die Kollektoranschlüsse dieser Transistoren 54,55 mit der Primärwicklung des jeweils entsprechenden Zündtransformators 56,57 für die Thyristoren 15 und 16 verbunden sind. Die anderen Enden der Primärwicklungen sind auf einen Anschluß mit einem vorgegebenen positiven Potential geführt. Die Ausgangssignale des JK-Flip-

- 10 -

^Ί 0 9 8 k 7 / 1 0 0 ,

Svetsia 5499a

flop 51 machen die Transistoren 54,55 über die Kondensatoren 52,53 für eine kurze Zeitdauer abwechselnd leitend, die durch die Kondensatoren 52,53 bestimmt ist, so daß die Thyristoren 15,16 abwechselnd einen Zündimpuls erhalten und dadurch abwechselnd der Primärwicklung 18 des Transformators 17 Strom zuführen, um einen Wechselstrom zu erzeugen, dessen Freqimz durch die Eingangssignale an den Eingängen 45, 46, 47 der UND-Schaltung 48 bestimmt wird.

Fig. 3 zeigt die an den Punkten 60 und 61 vorhandenen Spannungen Uf:Q»U und die an der Primärwicklung 18 des Transformators 17 anstehende Spannung U^₈ bei normaler Ausgangsjelastung des in Fig. 1 und Fig. 2 wiedergegebenen Frequenzwandlers. Fig. 3 zeigt ferner den Ausgangs- oder Verbraucherstrom lpe am Anschluß 25 sowie die Ausgangsströme I..,- und I₁/- der Thyristoren (wobei der Ausgangsstrom I₁,- gestrichelt wiedergegeben ist). In Fig. 3 steht t.. für den Zeitpunkt, an dem der Thyristor gezündet wird, steht tp für den Zeitpunkt, an dem sich der Thyristor 15 im Sperrzustand befindet und eine Spannung zwischen seiner Anode A₁ und der Kathode K₁ aufgrund des aus der Primärwicklung 18 des Transformators 17 und aus den Kondensatoren 19,20 gebildeten Resonanzkreises aufgeschaltet wird, steht t, für den Zeitpunkt, an dem der Thyristor 16 gezündet und in den Durchlaßzustand gebracht wird, und steht t^ für den Zeitpunkt, an dem sich der Thyristor 16 im Sperrzustand befindet und seine Anode aufgrund

- 11 -

Svetsia

des Resonanzkreises 18, 19, 20 eine negative Anodenspannung aufgeschaltet erhält. Zum Zeitpunkt te wird der Thyristor erneut gezündet und in den Durchlaßzustand geschaltet, wobei unter der Voraussetzung, daß sich die Ausgangsbelastung nicht wesentlich verändert hat, der Schaltablauf erneut beginnt.

Fig. A zeigt entsprechende Spannungs- und Stromkennlinien für den Fall, daß der Frequenzwandler-Ausgangsstrom schwach ist bzw. für den Fall, daß die Frequenzwandler-Ausgangsspannung groß ist. Ist der Ausgangsstrom schwach, dann ist für das Aufladen der Belastungskondensatoren 20,19 eine relativ lange Zeit erforderlich. Das hat zur Folge, daß durch die dabei auftretenden Spitzenströme eine Sättigung des Transformators 17 eintritt. Dargestellt ist dies anhand der Spitzen an den abfallenden Flanken der Thyristorströme I₁,- und I₁,-. Durch diese Sättigung steigert sich die Transformatorspannung U₁Q in einem Mabe, daß den Kondensatoren 19 und eine hohe Spannung aufgeschaltet wird. Weil nun die Kondensatoren 19,20 beim nächsten Impuls (t,) eine hohe Spannung abgeben, wird die Transformatorspannung durch den nächsten Überschwingungsvorgang (overshooting) noch weiter erhöht, wodurch ein lawinenartiger Steigerungseffekt für die Spannungen UgQjU^₁ und U₁₈ entsteht, der dazu führen kann, daß aufgrund einer zu hohen Spannung eines der Schaltungselemente des Frequenzwandlers zerstört wird und ausfällt. Damit ist aber der beschriebene Frequenzwandler für einen Betrieb mit

- 12 -

¹QSBW / 1 ÖD '

Svetsia 5499a

schwachen Ausgangsströmen bzw. mit hohen Ausgangsspannungen ungeeignet. Der Frequenzwandler kann "beim Fehlen einer Last, beispielsweise wenn er als Schweißstromumformer verwendet wird, nicht arbeiten.

Um diese Nachteile abzustellen, ist dem Frequenzwandler eine Spannungsbegrenzervorrichtung zugeordnet, durch die die Spannung an der Primärwicklung des Transformators 17 und an den Kondensatoren 19,20 auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird, der über der Spannung an der Eingangsleitung 12 und 13 liegt. Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Spannungsbegrenzervorrichtung aus zwei Stromkreisen, zu denen jeweils die Zenerdioden 62 und 63, die Strombegrenzungs-Schutzwiderstände 64 und 65 sowie die Dioden 66 und 67 gehören, wobei die Dioden 66 und 67 den Strom in Durchlaßrichtung der Zenerdioden sperren. Die Sperrspannung der Zenerdioden 62,63 ist so gewählt, daß sie etwas höher ist als die höchste Spannung liegt, mit der die Spannung Ug₁ am Punkt 61 die Eingangsspannung an den Leitungen 12,13 übersteigen kann. Wenn nun die am Punkt 61 anstehende Spannung die an der Leitung 12 anstehende Spannung übersteigt, oder aber unter die an der Leitung 13 anstehende Spannung in einer Größe abfällt, die der Sperrspannung der Zenerdioden 62,63 entspricht, dann kann vom Punkt 61 aus Strom über den aus den Elementen 64, 62, 66 bestehenden Stromkreis zur Leitung 12 fließen; desgleichen aber auch kann vom Punkt 61 aus Strom entgegenge-

- 13 -

7098A7/10D:

Svetsia

setzter Polarität über den aus den Schaltungselementen 65, 63, 67 bestehenden Stromkreis zur Leitung 13 fHessen. Wie dies in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist, können die Zenerdioden 62,63 durch die Varistoren 68,69 ersetzt werden.

Fig. 7 zeigt eine von der Ausführungsform noch Fig. 1 abweichende Ausführung der Stroinbegrenzervorrichtung, bei der die Strombegrenzungs-Schutzwiderstände 64,65 durch einen einzigen Strombegrenzungs-Schutzwiderstand 70 ersetzt sind. Die Zenerdioden 62,63 sind wiederum einander entgegengesetzt in Reihe geschaltet, während die Dioden 66,67 schaltungsmäßig entsprechend Fig. 1 angeordnet sind. Ferner können die Zenerdioden 62,63, wie gestrichelt wiedergegeben ist, durch einen einzigen Varistor 71 ersetzt werden. Die gestrichelte Linie 72 in Fig. 1, Fig. 7 und Fig. 10 zeigt, daß die zur Spannungsbegrenzervorrichtung gehörenden Stromkreise alternativ auch auf einen Anschluß der zum Transformator 17 gehörenden Primärwicklung 18 geführt werden können.

Bei Verwendung einer der in Fig. 1 und Fig. 7 dargestellten Spannungsbegrenzerschaltungen entstehen bei geringer Be-

lastung, d.h. bei schwachem Ausgangsstrom bzw. hoher Ausgangsspannung, an den Ausgangsanschlüssen des Frequenzwandlers Spannungs- und Stromkurven nach Fig. 5. Wie aus Fig. 5 ferner zu erkennen ist, zeigt die am Punkt 61 aufkommende Spannung Ug₁ kein lawinenartiges Ansteigen, sondern ist im

- 14 ⁷09847/ 1 00 .

Svetsia 5499a

wesentlichen begrenzt auf einen einzigen Spannungswert, der die an den Leitungen 12,13 anstehende Spannung um einen Betrag übersteigt, der der Sperrspannung U der Zenerdioden 62,63 mit Ausnahme einer relativ geringen Spannungsspitze kurzer Dauer entspricht, die ihren Ursprung in dem Spannungsabfall des zugeordneten Schutzwiderstandes 64,65 oder 70 hat. Das aber bedeutet, daß die Strom- und Spannungsimpulse nicht, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert ist, mit der Zeit lawinenartig ansteigen.

Fig. 8 zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der Spannungsbegrenzervorrichtung. Nach Fig. 8 ist die Schutzscnaltung ausschließlich zur Primärwicklung 18 des Transformators 17 parallel geschaltet. Entsprechend der Darstellung in gestrichelter Linie 72 in Fig. 1 und in Fig. 7 kann die Schutzschaltung nach Fig. 8 alternativ nur einem Teil der Primärwicklung 18 parallel geschaltet werden. Die in Fig. 8 dargestellte Schaltung umfaßt einen Strombegrenzer-Widerstand 73 und die beiden Zenerdioden 62,63, die einander entgegengesetzt in Reihe geschaltet sind und durch einen Varistor 71 ersetzt werden können. Die Sperrspannung der Zenerdioden oder des Varistors kann unter Beachtung der für die Primärwicklung 18 zulässigen höchsten Spannung gewählt werden. Mit dieser Schaltungsanordnung werden lawinenartig anwachsende Spannungs- und Stromspitzen bei schwachen Strömen bzw. hohen Spannungen an den Ausgangsanschlüssen 24,25 des Frequenz-

- 15 -

⁷ 0 9 8 U 7 / 10 0

Svetsia 5499a

wandlers vermieden, da jedes Mal, wenn die Thyristoren 15,16 gezündet werden, die Kondensatoren 19,20 schnell bis auf die Sperrspannung der Zenerdioden 62,63 oder des Varistors 71 entladen werden und die Spannung in der Primärwicklung sofort die Sperrspannung übersteigt. Auf diese Weise werden Spannungs- und Stromimpulse nach Fig. 6 erzielt, bei denen die Spannung U' gleich der Sperrspannung der Zenerdioden 62,63 oder des Varistors 71 ist.

Bei der in Fig. 9 dargestellten weiteren Ausführung ist die Spannungsbegrenzerschaltung mit den Anschlüssen einer zusätzlichen Sekundärwicklung 74 des Transformators 17 verbunden, deren Wicklungszahl gleich oder etwas geringer als die Windungszahl der Primärwicklung 18 ist. Die Anschlüsse der zusätzlichen Sekundärwicklung 74 stehen über einen Brükkengleichrichter 75-78 und einen Strombegrenzungswiderstand 79 mit den jeweils entsprechenden Eingangsleitungen 12,13 in Verbindung. Mit dieser Schaltung werden lawinenartig anfallende Spannungs- oder Stromspitzen bei schwachen Ausgangsströmen bzw. bei starken Ausgangsspannungen an den Ausgangsanschlüssen 24,25 des Frequenzwandlers vormieden, weil jedes Mal, wenn die Thyristoren 15,16 gezündet werden, die Wicklung 74 eine zu hohe Spannung am Punkt 61 dadurch begrenzt, dai3 sie nahezu verlustfrei Strom in die Leitungen 12,13 zurückführt. Damit werden die in Fig. 6 wiedergegebenen Spannungs- und Stromimpulse erzielt, bei denen die Spannung U¹

- 16 -

⁷098i7/ 1OD '

Svetsia 5499a

-VeT-

gleich der Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen 12 und 13 multipliziert mit dem Verhältnis der Anzahl der Windungen der Transformator-Primärwicklung 18 zur Anzahl der Windungen der zusätzlichen Sekundärwicklung 74 ist. Die relativ geringen Spannungsspitzen kurzer Dauer, die über die Spannung U¹ hinausgehen, werden durch den Spannungsabfall am Schutzwiderstand 7 3 verursacht.

Die Spannungsbegrenzervorrichtung nach Fig. 10 besteht aus zwei Stromkreisen, zu denen jeweils eine Diode 66 oder 67 und ein Thyristor 80 oder 81 gehören. Ferner umfassen die Stromkreise einen gemeinsamen Strombegrenzungswiderstand Jedem Thyristor 80 oder 81 ist jeweils ein aus einem Strombegrenzerwiderstand 83 oder 84 und aus einer Zenerdiode 85 oder 86 bestehender Zündkreis zugeordnet. Die Zenerdioden 85,86 können durch einen Varistor ersetzt werden. Die Sperrspannung U^fl _z der Zenerdioden 85,86 wird so gewählt, daß sie etwas kleiner ist als die höchste Spannung, mit der die Spannung Ug₁ am Punkt 61 die an den Leitungen 12,13 anstehende Eingangsspannung überschreiten darf. Wenn die Spannung am Punkt 61 größer als die Spannung an der Leitung 12 oder kleiner als die Spannung an der Leitung 13 und zwar um den der Sperrspannung der Zenerdioden 85,86 entsprechenden Betrag wird, dann werden die Thyristoren 80 oder 81 gezündet, so daß vom Punkt 61 aus Strom über einen aus den Schaltungselementen 82 80, 66 bestehenden Stromkreis zur Leitung 12 und

- 17 709847/100?

Svetsia

Ι_λ~ 27209Α2

Strom mit entgegengesetzter Polarität vom Punkt 61 aus über einen aus den Schaltungselementen 82, 81, 67 bestehenden Stromkreis zur Leitung 13 fHessen kann.

Bei Verwendung der in Fig. 10 dargestellten Spannungsbegrenzerschaltung werden die in Fig. 11 dargestellten Spannungs- und Stromimpulse bei schwachen Ausgangsströmen bzw. hohen Ausgangsspannungen an den AusgangsanschlUssen 24,25 des Frequenzwandlers erzielt. Wie zu erkennen ist, steigt die Spannung IL-.. nicht lawinenartig an, sie wird vielmehr auf einen Wert begrenzt, der die Spannung an den Leitungen 12,13 um den Betrag übersteigt, der der Sperrspannung U¹¹ der Zenerdioden 85,86 mit Ausnahme von relativ geringen Spannungsspitzen kurzer Dauer entspricht, die durch den Spannungsabfall im zugeordneten Schutzwiderstand 82 hervorgerufen werden. Damit verändern sich die Strom- und Spannungsimpulse nicht gemäß Fig. 4, wo sie mit der Zeit lawinenartig ansteigen.

709847/1002

Claims

Fa. AB Svetsia Düsseldorf, den 9. 5. 1977 Meine Akte Nr. 5499a W/Fe Patentansprüche

1) Frequenzwandler mit Kondensatorreihenschaltung mit geringer innerer Dämpfung und mit Schaltelementen, die als Thyristoren ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwandler einen Transfcrmator (17) mit einer Primärwicklung (18) und mindestens einer Sekundärwicklung (21) aufweist, daß die Primärwicklung (18) mit mindestens einem Belastungskondensator (19»20) in Reihe geschaltet ist und daß eine Spannungsbegrenzervorrichtung derart geschaltet ist, daß sie die am Transformator (17) und an mindestens einem der Belastungskondensatoren (19,20) anstehende Spannung auf einen vorgegebenen Spannungswert begrenzt.

2) Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzervorrichtungen aus Stromkreisen zusammengesetzt sind, die schaltungsmäßig ent-

709847/100

Svetsia 5499a

3/

weder zwischen einem gemeinsamen Punkt des Kondensatorkreises und der Primärwicklung (18) des Transformators

(17) oder aber zwischen einem Punkt der Primärwicklung

(18) des Transformators (17) und einer der jeweils zu« treffenden Eingangsspannungsleitungen (12,13) angeordnet sind und daß eine Schaltung vorhanden ist, die die Stromkreise dann in leitenden Zustand versetzt, wenn die Spannung gleich der Spannungsdifferenz zwischen dem vorgegebenen Spannungssollwert und der Eingangsspannung ist (Fig. 1, Fig. 7 und Fig. 10).

3) Frequenzwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die die Stromkreise einschaltet, aus mindestens einer Zenerdiode oder einem Varistor besteht, die schaltungsmäßig den Stromkreisen zugeordnet sind.

4) Frequenzwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromkreis einen Thyristor und eine Vorrichtung aufweist, die den Thyristor bei dem vorgegebenen Sollspannungswert zündet.

5) Frequenzwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich diese Zündschaltung zusammensetzt aus einer Zenerdiode oder einem Varistor, die schaltungsmäßig zwi-

- 20 -

09847/100/

Svetsia 5499?.

2>

sehen der Eingangsleitung für die Eingangsspannung und der Steuerelektrode des Thyristors geschaltet sind.

6) Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzer—vorrichtung als Stromkreis ausgeführt ist, der zwischen die Anschlüsse einer der Transfonnatorwicklungen geschaltet ist und daß der Spannungsbegrenzervorrichtung eine Vorrichtung zugeordnet ist, die den Stromkreis einschaltet, wenn die vorerwähnte Sollspannung gegeben ist.

7) Frequenzwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzervorrichtung aus einem Stromkreis, der zumindest mit einem Teil der Primärwicklung des Transformators parallel geschaltet ist, und aus einer Vorrichtung besteht, die bei der vorerwähnten Sollspannung den vorerwähnten Stromkreis einschaltet.

8) Frequenzwandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die den Stromkreis einschaltet, aus zwei zueinander entgegengesetzt in Reihe geschalteten Zenerdioden oder einem Varistor, die dieser Schaltung zugeordnet sind, besteht.

9) Frequenzwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

- 21 -

709847/100

Svetsia _?499a

daß die Spannungsbegrenzervorrichtung eine zusätzliche Sekundärwicklung (74) aufweist, deren Windungszahl entweder gleich oder geringfügig kleiner ist als die Windungszahl der Primärwicklung (18) und daß die Endanschlüsse dieser zusätzlichen Sekundärwicklung (74) über einen Brückengleichrichter (75-78) auf die jeweils entsprechende Leitung der Eingangsspannungsleitungen (12,13) geführt ist.

709847/100