DE1084761B - Electronic switch for consumer circuits fed from an alternating current network - Google Patents
Electronic switch for consumer circuits fed from an alternating current networkInfo
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Description
In der Hauptpatentanmeldung ist ein elektronischer Schalter für aus einem Wechselstromnetz gespeiste Verbraucherkreise angegeben, der wie ein Stromtor mit Anschnittsteuerung arbeitet. Er besteht aus Transistoren, die mittels eines sättigungsfreien Stromwandlers überkritisch rückgekoppelt sind. Das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers darf dabei höchstens gleich dem Stromverstärkungsfaktor des Transistors sein. Da die Steuerleistung fast gänzlich dem Verbraucherkreis entnommen wird, kommt man mit kleinen Steuersätzen aus. Als Transistoren werden vorteilhaft Siliziumtransistoren verwendet, mit dem man Verbraucherleistungen in der Größenordnung von kW steuern kann.In the main patent application there is an electronic switch for powered from an alternating current network Consumer circuits specified, which works like a current gate with gate control. It consists of transistors which are fed back supercritically by means of a saturation-free current transformer. The gear ratio of the current transformer may be at most equal to the current amplification factor of the transistor. Since the tax performance is almost entirely is taken from the consumer group, you can get by with small tax rates. As transistors are used Advantageously, silicon transistors are used, with which one consumes power in the order of magnitude can control from kW.
Im Hauptpatent sind auch schon verschiedene An- 1S wendungsmöglichkeiten' für den neuen elektronischen Schalter angegeben worden. Dabei ist meist in Reihe mit jedem Transistor ein Ventil geschaltet, das dem Kollektorstromkreis die Stromrichtung· aufprägt. Aus diesem Grundelement können Zweiweggleichrichter-, Antiparallelschaltungen usw, aufgebaut werden.In the main patent already different arrival have been given application possibilities 1 S 'for the new electronic switch. In this case, a valve is usually connected in series with each transistor, which valve impresses the direction of the current on the collector circuit. Full-wave rectifiers, anti-parallel circuits, etc. can be built from this basic element.
Nähere Untersuchungen haben ergeben, daß die maximal erzielbare Ausgangsleistung bei den heute zur Verfügung stehenden Siliziumtransistoren nicht durch die Erwärmung, sondern allein durch die Höhe des maximal zulässigen Kollektorstromes begrenzt wird. Dies führt zu der auf den ersten Blick überraschenden Tatsache, daß zwei Transistoren in Zweiweg- bzw. Antiparallelschaltung keine höhere Leistung beherrschen können als ein einziger Transistor, wenn dieser beide Halbwellen der Netzwechselspannung steuert.Closer investigations have shown that the maximum achievable output power with the today available silicon transistors not through the heating, but solely through the height the maximum permissible collector current is limited. This leads to what is surprising at first glance The fact that two transistors in two-way or anti-parallel connection do not have any higher performance can dominate as a single transistor when this both half-waves of the AC mains voltage controls.
Für einen derartigen elektronischen Schalter für aus einem Wechselstromnetz gespeiste Verbraucherkreise mit einem Transistor, der über einen sättigungsfreien Stromwandler derart überkritisch rückgekoppelt ist, daß das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers höchstens gleich dem Stromverstärkungsfaktor des Transistors ist, wird unter Zugrundelegung obiger Erkenntnis gemäß der Erfindung der Transistor in bereits anderweitig vorgeschlagener Weise im Gleichstromzweig einer Graetz-Brücke angeordnet und der vom Wandler gelieferte Rückkopplungsstrotn durch eine weitere Graetz-Brücke gleichgerichtet.For such an electronic switch for consumer circuits fed from an alternating current network with a transistor that is supercritically fed back via a saturation-free current transformer is that the transformation ratio of the current transformer is at most equal to the current amplification factor of the transistor, based on the above knowledge, according to the invention, the transistor in already otherwise proposed way arranged in the direct current branch of a Graetz bridge and the The feedback stream supplied by the converter is rectified by another Graetz bridge.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Fig. 1 bezieht sich auf die Steuerung eines Verbraucherwechselstromes. Der Transistor 1 liegt im Gleichstromzweig einer Graetz-Brücke 6, so daß er stets nur in einer Richtung vom Strom durchflossen wird, aber beide Halbwellen steuern kann. In Reihe mit der Graetz-Brücke und dem Wechselstromverbraucher 11 ist die Primärwicklung 3 des Stromwandlers 2 angeordnet. Die Sekundärwicklung 4 speist über eine Graetz-Brücke Elektronischer SchalterExemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawing. Fig. 1 relates on the control of a consumer alternating current. The transistor 1 is in the direct current branch one Graetz bridge 6, so that the current only flows through it in one direction, but both half-waves can control. The primary winding is in series with the Graetz bridge and the alternating current consumer 11 3 of the current transformer 2 arranged. The secondary winding 4 feeds via a Graetz bridge Electronic switch
für aus einem Wechselstromnetzfor from an alternating current network
gespeiste Verbraucherkreisepowered consumer circuits
Zusatz zur Patentanmeldung S 57104 Villa/ 21 a *
(Auslegesdirift 1 061 823).Addition to patent application S 57104 Villa / 21 a *
(Exhibition guide 1 061 823).
Anmelder:Applicant:
Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,Corporation,
Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Dipl.-Ing. Rudolf Weppler, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Rudolf Weppler, Nuremberg,
has been named as the inventor
13 den Rückkopplungskreis. Zur Steuerung des Transistors ist ein Steuersatz 21 vorgesehen, der wie beim Schalter nach dem Hauptpatent ausgebildet sein kann. Die von ihm gelieferte Steuergröße leitet in jeder Halbwelle die Öffnung des Transistors ein, die dann von der Rückkopplung vollendet wird. Ein Widerstand 7 dient zur Entkopplung vom Rückkopplungskreis. 13 the feedback loop. To control the transistor, a control set 21 is provided, which as in Switch can be designed according to the main patent. The tax variable supplied by it leads in opening of the transistor for each half-cycle, which is then completed by the feedback. A Resistor 7 is used for decoupling from the feedback circuit.
In der Anordnung nach Fig. 1 sind noch weitere Schaltungselemente dargestellt, die sich für den praktischen Betrieb als vorteilhaft erwiesen haben. Beispielsweise hat sich gezeigt, daß bei rein ohmscher Last die Verbraucherspannung der Netzspannung nach erfolgter »Zündung« nicht ganz bis zu deren Nulldurchgang folgt, sondern der Transistor bereits knapp vor dem Nulldurchgang sperrt, so daß der Arbeitsstrom plötzlich abreißt. Dies führt aber dazu, daß in der Sekundärwicklung 4 des Wandlers 2 eine Spannung induziert wird, die — nach Gleichrichtung in der Brücke 13 — den Transistor 1 sofort wieder zu öffnen sucht, so daß eine Steuerung im gewünschten Sinne nicht möglich wäre.In the arrangement of Fig. 1 still further circuit elements are shown, which are useful for the practical Operation have proven beneficial. For example, it has been shown that with purely ohmic Do not load the consumer voltage of the mains voltage right up to its point after the »ignition« has taken place Zero crossing follows, but the transistor blocks just before the zero crossing, so that the Working current suddenly cuts off. However, this leads to the fact that in the secondary winding 4 of the converter 2 a Voltage is induced which - after rectification in bridge 13 - immediately closes transistor 1 again open so that a control in the desired sense would not be possible.
Um dies zu verhindern, ist die Sekundärwicklung des Wandlers durch einen Widerstand 12 abgeschlossen und in den Rückkopplungsstromkreis eine Gegenspannung eingeführt, die im Ausführungsbeispiel an einem Stellwiderstand 16 abgegriffen wird. Zur Erzeugung der Gegenspannung dient ein an Wechselstromklemmen 19, 20 angeschlossener Gleichrichtersatz 18 mit Glättungsdrossel 17. Die Gegenspannung ist so groß bemessen, daß der Spannungs-To prevent this, the secondary winding of the converter is terminated by a resistor 12 and a counter voltage is introduced into the feedback circuit, which in the exemplary embodiment is tapped at a variable resistor 16. A set of rectifiers connected to AC terminals 19, 20 is used to generate the counter voltage 18 with smoothing choke 17. The counter voltage is dimensioned so large that the voltage
009 549/298009 549/298
abfall des Magnetisierungsstromes am ohmschen Widerstand 12 stets kleiner als die Gegenspannung ist und daher den Transistor 1 nicht unbeabsichtigt öffnen kann.the drop in the magnetizing current at the ohmic resistor 12 is always smaller than the counter voltage and therefore cannot open the transistor 1 unintentionally.
Außerdem kann die Graetz-Brücke noch mit einer Reihenschaltung von ohmschem Widerstand 14 und Drossel 15 überbrückt sein. Der ohmsche Widerstand 14 hat den Zweck, für die Gegenspannung am Stellwiderstand 16 einen Umgehungsweg neben der Graetz-Brücke 13 zu schaffen. Bekanntlich weist jeder Transistor einen gewissen Leckstrom auf, d. h., es fließt im Sperrzustand Strom vom Kollektor über die Basis und den Steuerkreis zum Emitter. Dieser Leckstrom kann an einem Widerstand im Steuerkreis einen so großen Spannungsabfall erzeugen, daß der Transistor unbeabsichtigt geöffnet wird. Um dies zu vermeiden, muß der Spannungsabfall durch eine Gegenspannung kompensiert werden. Hierzu kann die bereits vorhandene Gegenspannung am Stellwiderstand 16 dienen, wobei nur dafür gesorgt werden muß, daß sie nicht durch die Graetz-Brücke 13, die ja entgegensetzte Durchlaßrichtung hat, gesperrt wird.In addition, the Graetz bridge can also be equipped with a series connection of ohmic resistance 14 and Throttle 15 be bridged. The purpose of the ohmic resistor 14 is for the counter voltage at the variable resistor 16 to create a bypass next to Graetz Bridge 13. As is well known, every transistor has some leakage current, d. In other words, in the blocking state, current flows from the collector via the base and the control circuit to the emitter. This leakage current can lead to a resistance in the control circuit produce large voltage drop that the transistor is opened inadvertently. To avoid this, the voltage drop must be compensated for by a counter voltage. The existing Serve counter voltage at the variable resistor 16, it only has to be ensured that it is not is blocked by the Graetz bridge 13, which has the opposite forward direction.
Die Drossel 15 unterstützt die Gegenspannung insofern, als sie ihren Stromfluß aufrechtzuerhalten trachtet und daher bei abnehmendem Rückkopplungsstrom gegen Ende der Halbwelle eine Spannung in den Rückkopplungskreis einführt, die den Transistor zu sperren sucht.The choke 15 supports the counter voltage insofar as they maintain their current flow and therefore a voltage in introduces the feedback circuit that seeks to block the transistor.
Zur Steuerung eines Verbrauchergleichstromes wird der Verbraucher in Reihe mit dem Transistor in den Gleichstromzweig der Graetz-Brücke gelegt. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Es bezieht sich auf die Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors, wobei der Schalter als Regler wirkt. Die einzelnen Schaltungselemente sind, soweit sie mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Eine Gegenspannung 16, die hier nur angedeutet ist, sorgt wie bei der Einrichtung nach Fig. 1 dafür, daß der Spannungsabfall des Magnetisierungsstromes am Widerstand 12 den Transistor nicht unbeabsichtigt öffnen kann.To control a consumer direct current, the consumer is in series with the transistor in the Direct current branch of the Graetz bridge laid. A corresponding embodiment is shown schematically in FIG shown. It refers to the speed control of a DC motor, being the switch acts as a regulator. The individual circuit elements, insofar as they correspond to those of FIG. 1, provided with the same reference numerals. A counter-tension 16, which is only indicated here, provides as in the device of Fig. 1 for the fact that the voltage drop of the magnetizing current across the resistor 12 cannot accidentally open the transistor.
Mit dem Motor 11 ist ein Tachometergenerator 22 mechanisch gekuppelt, der in bekannter Weise eine der Drehzahl proportionale Spannung als Istgröße erzeugt. Sie wird mit der Sollspannung verglichen, und die Regelabweichung beeinflußt den Steuersatz 21. Nach Bedarf können Rückführungen (z. B. zur Strombegrenzung), Störwerte usw. auf den Steuersatz geschaltet werden. Parallel zu der ohmisch-induktiven Last ist eine Nullanode 23 angeordnet.With the motor 11, a tachometer generator 22 is mechanically coupled, which in a known manner The voltage proportional to the speed is generated as an actual variable. It is compared with the nominal voltage, and the control deviation influences the tax rate 21. If necessary, feedback (e.g. for current limitation), Fault values etc. can be switched to the tax rate. In parallel with the ohmic-inductive A zero anode 23 is arranged on the load.
Wie bereits früher erwähnt, darf der Transistor 1 höchstens den maximal zulässigen Kollektorstrom führen. Der Kollektorstrom ergibt sich unmittelbar aus dem Quotienten von Netzspannungsscheitelwert und Impedanz im gesamten Stromkreis. Würde der so ermittelte Maximalstrom den zulässigen Kollektorstrom überschreiten, so muß durch geeignete Mittel eine Strombegrenzung vorgenommen werden. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen. Beispielsweise kann man die Netzspannung mit Hilfe eines Transformators, insbesondere eines Autotransformators, herabsetzen. Ferner kann man, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Drossel 24 im Wechselstromkreis anordnen. Den gleichen Zweck erfüllt auch ein ohmscher Vorwiderstand im Gleichstromkreis, d. h. in Reihe mit dem Transistor, wobei allerdings Wirkverluste im Vorwiderstand auftreten. Außerdem kann man in Reihe zu dem Gleichstromverbraucher eine Drossel L schalten, so daß der Kollektorstrom nur proportional der Zeit ansteigen kann. Durch eine Strombegrenzungsschaltung muß der Transistor dann rechtzeitig geschlossen werden, damit der maximale Kollektorstrom nicht überschritten wird. Welche dieser Maßnahmen angewandt wird, hängt maßgeblich von den Daten des Transistors und der Belastung ab.As already mentioned earlier, the transistor 1 may at most carry the maximum permissible collector current. The collector current results directly from the quotient of the mains voltage peak value and the impedance in the entire circuit. If the maximum current determined in this way would exceed the permissible collector current, the current must be limited by suitable means. This can be done in a number of ways. For example, the mains voltage can be reduced with the aid of a transformer, in particular an autotransformer. Furthermore, as shown in FIG. 2, a choke 24 can be arranged in the alternating current circuit. The same purpose is fulfilled by an ohmic series resistor in the direct current circuit, ie in series with the transistor, although active losses occur in the series resistor. In addition, a choke L can be connected in series with the direct current consumer, so that the collector current can only increase proportionally to the time. The transistor must then be closed in good time by a current limiting circuit so that the maximum collector current is not exceeded. Which of these measures is used depends largely on the data of the transistor and the load.
Claims (11)
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 063 208.Considered publications:
German interpretative document No. 1 063 208.
Priority Applications (2)
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- 1958-03-27 DE DES57550A patent/DE1084761B/en active Pending
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