Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer Wechsel- spannung mit niedriger Quellei-impedanz, welche entweder zum Zwecke der Sp-_nnungsstabilisier-ng parallel zu einem Netz geschaltet ist oder im Inselbetrieb angeschlossene Verbraucher speist . Einrichtungen mit niedriger Quell enimpedanz zur Spaimungs Stabilisierung sind in den Anmeldungen PCT/CH86/00005 und PCT/GH86/ 00114 beschrie¬ ben. Bei diesen Einrichtungen wird in einer Schaltungsanordnurig die Netzspannung kontinuierlich mit einer künstlich erzeugten, phasenwin- keldeckend synchronisierten Idealnetzspannung verglichen. Im Diffe- renzfall wird aus Gleichspannungsquellen über n-Kanal-Querfeldtransi- storen ein Korrekturstrom zur Behebung der Netzspannungsabweichung ins Netz injiziert.

In diesen Einrichtungen unterliegen die verwendeten n-Kanal-Querf eld- transistoren grossen Spaimungsbeanspruchungen, vor allem bei spannungs- überhöhter Energiespeicherung mit Kondensatoren zur UeberbrUckung von Netzspannungsausfallen. Gleichzeitig treten in diesen Transistoren grosse Verlustleistungen auf, da durch sie der volle Korrektur ström fliesst . Die dauernde Ankopplung der Anoden der Transistoren an die volle Gleichspannungsquelle bewirkt, zusammen mit den Transistorver- lustleistungen, einen schlechten Gesamtwirkungsgrad, der bei Grossan¬ lagen im stationären Betrieb stört.

Demgegenüber .arbeitet die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung mit einem mehrstufigen, nterbruchsfreien Umschalten der Anodenanschlüsse der Querfeldtransistoren auf den spannungsmässig gestuften Gleich- spannungsquellen. Die ümschaltung wird in Funktion des Ifomentanwertes der Idealnetz Spannung und der Stufenspannungen so gesteuert, dass in keinem Zeitpunkt eine vorgegebene λ_._ιimalarbeitsspannung über den Querfeldtransistoren unterschritten wird und dass deren MaxLmalar- beitsspannung gleich der Summe aus Stufenspannung und Minimal arbeit s-

Spannung wird.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile liegen im besseren Gesamt¬ wirkungsgrad der Einrichtung, in den kleineren Transistorverlusten und in der kleineren Anode- Kathode- Spannung, welche die Verwendung einer einfachen Gegentakt- Komplementä schaltung erlaubt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung und eines Aus¬ führungsbeispiels näher erläutert.

Fig.1 zeigt die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung zur Anspeisung der gestuften Gleichspan- nungsquelle.

Die Einrichtung besteht aus einer Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1, umfassend einen Idealnetzspannungsgenerator 1, eine transistorisierte Gegentakt- Komplementärschaltung 2, einen Schaltelektronikteil 3, eine gestufte Gleichspannungsquelle 4 und einen Steuerelektronikteil 5 _* Der Anschluss an das Netz oder an Verbraucher erfolgt über den Polleiter P und den Nulleiter N.

Im Idealnetzspannungsgenerator 1 wird eine Idealnetzspannung, vorzugs¬ weise eine sinusförmige Spannung, in tatsächlicher Amplitude leistungs¬ los erzeugt. Bei Betrieb als NetzspannungsStabilisator wird die Ideal- netzspannung ausserdem im Glied 6 phasenwinkeldeckend zur Netzspannung synchronisiert und mit einer vorgebbaren Zeitkonstante der Grundwellen- amplitude der Netzspannung nachgeführt.

Der Ausgang 7 des Idealnetzspannungsgenerators geht auf den Steueran- schluss der Gegentakt- Komplementärschaltung 2. Diese besteht aus je einer Parallelschaltung von n-Kanal-Querfeldtransistoren 8 und p-Kanal- Querfeldtransistören 9, die für gleichmässige Stromaufteilung unter parallelen Transistoren und zur Strombegrenzung mit niederoh igen Kathodenwiderständen 10 versehen sind. Der Verbindungspunkt dieser ^" Widerstände bildet den niederi pedanten Ausgang der Komplementärschal- tung 2 und ist mit dem Polleiter P verbunden. Die Anodenanschlüsse 11, 12 der Querfeldtransistoren sind über den Schaltelektronikteil 3 mit der gestuften Gleichspannungsquelle 4 verbunden, deren spannungsmäs- siger Mittelpunkt 0 mit dem Nulleiter N verbunden ist. Die positive

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und die negative Su menspannung der Gleichspannungsquelle 4 sind im Be¬ trag grösser als die Amplitude der erzeugten Wechselspannung. Die Spannungsquelle ist in gleich grosse, seriegeschaltete Spannungsstufen mit breitbandig niedriger Innenimpedanz unterteilt, was durch Serie- Schaltung von -Akkumulatoren 13» aber auch durch seriegesσhaltete In¬ duktivität s arme Kondensatoren geschehen kann.

Im Schaltelektronikteil 3 werden die Anodenanschlüsse 11, 12 unter¬ bruchsfrei unter den 9 Spannungs stufen umgeschaltet. Der bezüglich dem Nulleiter N positivere Anodenanschluss 11 der n-Kanal-Querfeldtransi- stören 8 ist über die Dioden 14, 15, 16, 17, 18, 19 und die jeweils zu den Dioden in Serie liegenden Schalttransistoren CF1, BP1, API, 01, AN1, BN1 mit einzelnen Spannungsstufen U_p, U__, U^,, 0 , U , U ^' , verbunden .Diese Schalttransistoren werden sukzessive aus dem negativen Spannungsbereich zum positiven Spannungsbereich zugeschaltet. Jedes Zuschalten einer nächstpositiveren Spannungs stufe bewirkt über die Dioden ein selbsttätiges Abkoppeln der darunterliegenden Spannungs¬ stufen. Die positivste Spannungsstufe U „ mit dem Schalttransistor DPI braucht keine Seriediode, die negativste benötigte Stufe U_- _τ mit der Seriediode 20 braucht keinen Schalttransistor. Genau reziproke Verhältnisse gelten Tür die Beschaltung deβ negati¬ veren Anodenanschlusses 12 mit den Dioden 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 und den Schalttransistoren BP2, AP2, 02, AN2, BN2, CN2, DN2.

Der Steuerelektronikteil 5 steuert die Schalttransistoren so, dass die Anoden- Kathoden- Spannungen der Querfeldtransistoren 8, 9 in keinem Zeitpunkt kleiner als eine MLnimalarbeitsspannung U und in keinem Zeitpunkt grösser als die Summe aus Stuf enspannung ΔU und -finimalar- beitsspannung U werden.

Zu diesem Zweck werden für die Ansteuerung der beiden Anodenanschlüsse 11, 12 zwei Komparatorr einen 28 bzw. 29 vorgesehen, in denen der Mo- mentanwert der Idealnetzspannung 7, in Addier gliedern 30 bzw. 31 um die Minimal arbeitsspannung U vergrössert bzw. vermindert, mit den Stuf enspannungen verglichen wird. Wenn die in Gliedern 30, 31 korri¬ gierte Idealnetzspannung bei positivem Ansteigen eine Spannungs stufe

erreicht hat, so wird für den positiveren Anodenanschluss 11 der Schalttransistor der nächstpositiveren Spannungsstufe leitend bzw. für den negativeren Anodenanschluss 12 der Schalttransistor der nächstne¬ gativeren Stufe sperrend. Die Ansteuerung der Schalttransistoren er- folgt in bekannter Weise potentialtrennend über Optokoppler 32.

Die StufenspannungΔU richtet sich nach der zulässigen Anode- Kathode- Spannung und Verlustleistung der Querfeldtransistoren 8, 9 und liegt vorzugsweise im Bereich 50....200 V.

Die Ifi.r_imalarbeitsspannui-g U richtet sich nach dem ir&nimalen Innen- widerstand der Querfeldtransistoren und dem zu liefernden Spitzenstrom, ferner nach der Amplitude allfälliger Spannungsoszillationen über den Aldcumulatoren 13, bzw. Kondensatoren und liegt vorzugsweise im Bereich 0,2- bis 0,4-facher Stufenspannung ΔU.

Um Schaltoszillationen über den Akkumulatoren 13, bzw. Kondensatoren zu vermeiden, können die Komparatoren der Komparatorreihen 28, 29 auch mit einer leichten Schalthysterese versehen werden.

Bei Betrieb der Einrichtung als Netzspannungsstabilisator können in der Gleichspannungsquelle Kondensatoren verwendet werden. Die summierten positiven und negativen Stufenspannungen können in diesem Fall betrags- m ssig wesentlich grösser sein als die .Amplitude der zu stabilisieren¬ den Wechselspannung, um bei Netzausfall durch selbsttätiges Zuschalten höherer Spannungsstufen die Entladung der darunterliegenden Spannungs¬ stufen auszugleichen. Paralleldioden zu den Kondensatoren der einzel¬ nen Spannungsstufen schützen vor Umpolarisierung entladener Stufen. Die Batterien oder Kondensatoren der einzelnen Spannungstufen werden im Betrieb ungleich stark belastet. Vorzugsweise werden daher alle Spannungstufen in paralleler Anspeisung, beispielsweise aus dem Netz, aufgeladen. Um der Grundschwingungslast gerecht zu werden, kann die installierte Stufenkapazität mit zunehmender Entfernung der Spannungs- stufe vom Nulleiteranschluss (0) abnehmen. Bei Betrieb als Netzspan¬ nungsstabilisator kann es bei oberschwingungshaltiger Netzspannung aber auch zur Aufladung der Batterien oder Kondensatoren einzelner

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Spannungstufen kommen. Dies würde zu einer permanenten Verzerrung des Gleichspannungsrasters und zu erhöhten Verlusten in den Querfeldtran¬ sistoren führen.

Die in Fig.2 gezeigte Schaltungsvariante für die Gleichspannungsquelle 4 sorgt für eine Nivellierung der StufenspannungenΔU ohne Energie zu dissipieren. Ein hier aus dem Netz 33 gespiesener Gleichspannungs- zwischenkreis 34 wird, mit dem Schalter 35 elektronisch geschaltet, auf die Primär? cklung 3β eines Transformators 37 verbunden. Alle Spannungstu enΔU der Gleichspannungsquelle sind über elektronisch synchron zum Schalter 35 betriebene Schalter 38 mit untereinander gleichen Se-αmdärwicklungen auf den Transformator 37 verbunden. Die Schaltfrequenz der Schalter 35, 38 muss nicht netzfrequent sein, son¬ dern kann auch wesentlich höher liegen. Eine weitere Wicklung 40 mit gleicher Windungszahl wie die halbe Primärwicklung 36 speist über einen Brückengleichrichter 41 in den primären Gleichspannungszwischen¬ kreis 34 zurück und gewährleistet damit eine überspannungsarme Kommu¬ tierung. Wenn einer oder mehrere der Kondensatoren 42 der Spannungs¬ stufen von der Gegentakt- KomplementärSchaltung 2 aus Fig.1 her auf¬ geladen oder entladen werden, so verteilen sie über den Transformator 37 die Ladeleistung bzw. Entladeleistung auf alle andern beteiligten Kondensatoren und steigen bzw. sinken in ihrer Spannung gegenüber den andern Kondensatoren nicht.

Die erfindungsgemässe Einrichtung hat einen guten Gesa twirkungsgrad, während gleichzeitig die Transistoren der Gegentakt- Ko plementärschal- tung spannungs- und verlustmässig gering belastet werden. Bei Verwen¬ dung als autonome Wechselspannungsquelle bleibt auch bei verbraucher- seitiger Teillast der gute Wirkungsgrad erhalten.

Die Frequenz der erzeugten WechselSpannung kann auch in einem andern Bereich als Netzfrequenz liegen und kann auch in irgendeiner zeitli- chen Funktion stetig variieren.

Die Stufenzahl der Gleichspannungsquelle ist selbstverständlich nicht auf die im Beispiel gezeigten 9 Stufen fixiert.