DE1275190B

DE1275190B - Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer von einer Wechselspannung abgeleitetenGleichspannung

Info

Publication number: DE1275190B
Application number: DE1964ST021548
Authority: DE
Inventors: Gordon Charles Bennett
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1963-01-25
Filing date: 1964-01-11
Publication date: 1968-08-14
Also published as: GB1000171A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02p

Deutsche Kl.: 21c-67/10

Nummer: 1275 190

Aktenzeichen: P 12 75 190.5-32 (St 21548)

Anmeldetag: 11. Januar 1964

Auslegetag: 14. August 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer von einer Wechselspannungsquelle abgeleiteten Gleichspannung, bei der die Wechselspannung durch Gleichrichter in Zweiwegschaltung gleichgerichtet und als Halbwellenspannung ungeglättet über die Schaltstrecke eines mit der Anode den Gleichrichtern zugewandten steuerbaren Gleichrichters einem mit einem Kondensator überbrückten Verbraucher zugeführt wird und bei der zur Impulsbreitensteuerung des steuerbaren Gleichrichters seine Steuerelektrode in Reihe mit der Zenerspannung einer gesondert gespeisten Zenerdiode an den der Kathode des steuerbaren Gleichrichters abgewandten Pol der Last angeschlossen ist mit derartiger Polung der Zenerdiode, daß die Zenerspannung in bezug auf die Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters der Lastspannung entgegengerichtet ist, und ferner im Steuerkreis des steuerbaren Gleichrichters eine ungeglättete, aus der Wechselspannungsquelle abgeleitete, gleichgerichtete Halbwellenspannung wirksam ist. Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt.

Eine wichtige Forderung für Spannungskonstanthalter in Stromversorgungsanlagen ist, daß die Lastspannung unabhängig von der Größe der Last und von der Größe der Eingangsspannung zu machen ist. Wegen der unvermeidlichen Schaltungswiderstände, die zusammengefaßt den Innenwiderstand der Eingangsspannungsquelle darstellen, kann die erste Forderung nicht eingehalten werden. Aus diesem Grund und wegen der zweiten Forderung sind verschiedene automatische Regelschaltungen entwickelt worden.

So sind Regelschaltungen bekannt, die einen im Strompfad liegenden, stetig gesteuerten Transistor verwenden, dessen Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Regelabweichung gesteuert wird. Bei einer solchen Regelschaltung liegt die Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors zwischen einer Batterie und einem Verbraucher bzw. einem Siebglied im Strompfad. Parallel zur Batterie liegt ein aus einem Widerstand und einer Zenerdiode bestehender Spannungsteiler, dessen Abgriff mit der Basis des Transistors verbunden ist. Die sich aus dem Spannungsabfall am Verbraucher und aus der Zenerspannung ergebende Differenzspannung steuert den Transistor und verändert kontinuierlich den Kollektor-Emitterwiderstand des Transistors. Wenn die zu regelnde Leistung groß ist, so ist ein teurer Leistungstransistor vorzusehen, der den Überschuß an Energie aufnehmen können muß.

Es ist weiterhin eine Steuerschaltung für einen Motor bekannt, zwischen dessen an eine Wechsel-Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer
von einer Wechselspannung abgeleiteten
Gleichspannung

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
7000 Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Gordon Charles Bennett, London

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 25. Januar 1963 (3249)

Spannungsquelle angeschlossener Feldwicklung und Ankerwicklung die Schaltstrecke eines steuerbaren Gleichrichters angeordnet ist. Die Steuerelektrode ist dabei über eine Diode an den Abgriff eines an die Wechselspannungsquelle angeschlossenen Spannungsteilers geführt. Durch diese Anordnung ist die Geschwindigkeit des Motors einstellbar. Es findet dort eine Regelung der Ankerspannung des Motors auf den am Spannungsteiler eingestellten Sollwert statt. Dadurch wird die an den Anker gelieferte Gleichspannung unabhängig von Belastungsänderungen

konstant gehalten. Wenn sich allerdings der Effektivwert der Eingangswechselspannung ändert, bleibt die Gleichspannung nicht konstant.

Bei der eingangs genannten bekannten Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer von einer Wechselspannungsquelle abgeleiteten Gleichspannung wird die Wechselspannung durch Gleichrichter in Zweiwegschaltung gleichgerichtet und dann als Halbwellenspannung ungeglättet über die Schaltstrecke eines mit der Anode auf der Gleichrichterseite Hegenden steuerbaren Gleichrichters einem mit einem Kondensator überbrückten Verbraucher zugeführt, wobei der steuerbare Gleichrichter an seiner Steuerelektrode in Abhängigkeit von einer mittels einer besonderen Wicklung des Übertragers erzeugten und mittels zusätzlicher Gleichrichter gleichgerichteten, ungeglätteten Wechselspannung und in Abhängigkeit von einer mittels einer Zenerdiode erzeugten Ver-

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gleichsspannung und der Verbraucherspannung impulsweise geöffnet wird. Die Steuerschaltung für den steuerbaren Gleichrichter ist dabei derart ausgebildet, daß die Zenerdiode durch eine besondere Gleichspannungsquelle vorgespannt werden muß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die besonders einfach ist und mit geringerem Aufwand auskommt. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zur Einführung der Halbwellenspannung in den Steuerkreis des steuerbaren Gleichrichters und zugleich zur Speisung der Zenerdiode derjenige Pol der Zenerdiode, der an die Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters angeschlossen ist, außerdem über einen Widerstand an den Verbindungspunkt zwischen der Anode des steuerbaren Gleichrichters und dem Pol der der Schaltstrecke des steuerbaren Gleichrichters zugeführten, ungeglätteten Halbwellenspannung angeschlossen ist. ao

An Hand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert.

In der Zeichnung wird eine von einer Wechselspannungsquelle AC bezogene Wechselspannung durch einen Gleichrichter MR in Graetzschaltung gleichgerichtet und über eine elektronische Torschaltung einer Last R₃ zugeführt, die mit einem Kondensator C überbrückt ist. Die elektronische Torschaltung besteht aus einem steuerbaren Siliziumgleichrichter SCR, einer Zenerdiode ZD und den Widerständen jR₁₉ R₂ und A₄. Der Widerstand R₁ begrenzt den Strom durch die Zenerdiode ZD. Der Widerstand R₄ soll die Schaltungswiderstände versinnbildlichen, zu denen beispielsweise der ohmsche Widerstand der nicht dargestellten Transformatorwicklungen und der Durchlaßwiderstand des Gleichrichters MR gehören. Der Zweck des Widerstandes R₂ wird später beschrieben werden.

Selbstverständlich kann der Graetzgleichrichter MR durch geeignete andersgeartete Gleichrichteranordnungen mit Zweiweggleichrichtung ersetzt werden. Auch kann an die Stelle des Siliziumgleichrichters SCR eine Thyratronröhre treten.

Die Arbeitsweise der Anordnung ist folgende: Der Siliziumgleichrichter SCR wird gezündet und in den leitenden Zustand gesetzt, wenn die Anode genügend positiv — annähernd 3 V — gegenüber der Kathode ist und wenn die Steuerelektrode genügend positiv — annähernd 1,5 V — gegenüber der Kathode ist.

Während des Betriebes sorgt der Gleichrichter MR für eine pulsierende Gleichspannung, die sich periodisch zwischen dem Wert Null und dem der Wechselspannung entsprechenden Spitzenwert ändert.

Wenn die Spannung am Kondensator C aus irgendeinem Grund die Zenerspannung der Diode ZD überschreitet, kann der Siliziumgleichrichter SCR nicht gezündet werden, sogar dann nicht, falls die Anode positiv gegenüber der Kathode ist, weil die Steuerelektrode gegenüber der Kathode dann negativ vorgespannt ist.

Wenn die Last .R₃ sehr klein oder nicht vorhanden ist, hält der Speicherkondensator C etwa seine Spannung. Deshalb wird der Siliziumgleichrichter SCR für die Dauer einer genügenden Zahl von aufeinanderfolgenden Halbperioden gesperrt gehalten, bis die Kondensatorspannung unter die Zenerspannung der Diode ZD auf einen solchen Betrag abgesunken ist, daß der Siliziumgleichrichter SCR wieder gezündet werden kann.

Wird der Siliziumgleichrichter SCR gezündet, so fließt ein Ladestrom impulsartig vom Gleichrichter MR zum Kondensator C. Der Ladeimpuls hört in dem Augenblick auf, in dem die Steuerelektrode gegenüber der Kathode negativ wird oder/und das Anodenpotential einen Wert erreicht hat, bei dem der SiHziumgleichrichter SCR zu leiten aufhört.

Die Länge der Ladeimpulse ist je nach Größe der Last unterschiedlich groß; sie ist sehr groß bei großer Last und niedrigen Betriebsspannungen, dagegen sehr klein bei geringer Last und normal großen Betriebsspannungen, während für den Fall, daß keine Last vorhanden ist, jeweils ein einzelner Ladeimpuls erst nach mehreren Halbwellen auftritt.

Da das Leitendwerden des Süizumgleichrichters SCR durch die Differenz der Zenerspannung an der Diode ZD und der Lastspannung bestimmt wird, bleibt die Lastspannung durch Variieren der Durchschaltdauer des Siliziumgleichrichters SCR konstant.

Bei den gegenwärtig verfügbaren Siliziumgleichrichtern darf die Steuerelektrode nicht mehr als etwa 5 V negativer als die Kathode werden. Zu den Zeitpunkten, in denen die Gleichrichterausgangsspannung den Wert Null hat und die Zenerdiode ZD sich in ihrem hochohmigen Zustand befindet, kann die Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters SCR bei NichtVorhandensein des Widerstandes R₂ eine über 5 V hinausgehende negative Spannung erhalten, wenn der Sperrwiderstand des Gleichrichters MR niedrig ist. Ist der Widerstand R₂ jedoch vorhanden und sein Wert verhältnismäßig klein im Vergleich mit dem Sperrwiderstand des Gleichrichters MR, dann kann das negative Potential an der Steuerelektrode des Süiziumgleichrichters SCR auf einen zulässigen Wert begrenzt werden.

Gemäß der vorhergehenden Beschreibung war die Lastspannung automatisch auf die konstante Spannung der Vergleichsspannungsquelle begrenzt worden. Wenn die Vergleichspannung einstellbar gemacht wird, beispielsweise mittels eines der Zenerdiode ZD parallel geschalteten Spannungsteilers, dessen Abgriff mit der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters SCR verbunden ist, so kann damit die Lastspannung ebenfalls einstellbar gemacht werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer von einer Wechselspannungsquelle abgeleiteten Gleichspannung, bei der die Wechselspannung durch Gleichrichter in Zweiwegschaltung gleichgerichtet und als Halbwellenspannung ungeglättet über die Schaltstrecke eines mit der Anode den Gleichrichtern zugewandten steuerbaren Gleichrichters einem mit einem Kondensator überbrückten Verbraucher zugeführt wird und bei der zur Impulsbreitensteuerung des steuerbaren Gleichrichters seine Steuerelektrode in Reihe mit der Zenerspannung einer gesondert gespeisten Zenerdiode an den der Kathode des steuerbaren Gleichrichters abgewandten Pol der Last angeschlossen ist mit derartiger Polung der Zenerdiode, daß die Zenerspannung in bezug auf die Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters der Lastspannung entgegengerichtet ist, und ferner im Steuerkreis des steuerbaren Gleichrichters eine ungeglättete, aus der Wechselspannungs-

quelle abgeleitete, gleichgerichtete Halbwellenspannung wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einführung der Halbwellenspannung in den Steuerkreis des steuerbaren Gleichrichters (SCR) und zugleich zur Speisung der Zenerdiode (ZD) derjenige Pol der Zenerdiode, der an die Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters angeschlossen ist, außerdem über einen Widerstand (R 1) an den Verbindungspunkt zwischen der Anode des steuerbaren Gleichrichters und dem Pol der der Schaltstrecke des steuerbaren Gleichrichters zugeführten, ungeglätteten Halbwellenspannung angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters (SCR) mit dem Abgriff eines zur Zenerdiode (ZD) parallelgeschalteten Spannungsteilers verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 872 378; ίο USA.-Patentschrift Nr. 2 939 064; Elektronik 1961, Nr. 6, S. 177; AIEE-Transactions, Communication and ironies, Juli 1963, S. 375 bis 382.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen