DE1463662A1

DE1463662A1 - Elektrisches Stromversorgungsgeraet

Info

Publication number: DE1463662A1
Application number: DE19641463662
Authority: DE
Inventors: Tolmie Robert James
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1963-12-26
Filing date: 1964-12-18
Publication date: 1969-05-08
Also published as: NL6415090A; DE1463662C3; DK128300B; CH455922A; BE657655A; JPS4419068B1; DE1463662B2; AT267687B; US3355650A; GB1088210A

Description

"Elektrisches^Stromversorgungsgerät"

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Sty-omversorgungsgerat, welches mit einer Regelvorrichtung für Elektrogeräte ausgerüstet ist, und insbesondere für ein Gerät kleiner Größe, geringen Gewichts und kleiner leistung bestimmt ist, welches aus einem Wechselstromnetz versorgt werden soll.

Es sind bereits zahlreiche Stromversorgungsgeräte, beispielsweise für elektrische Trockenrasiergeräte, bekannt, die einen elektrischen Antriebsmotor haben, und es sind auch schon Geräte zur Umwandlung von einer Wechselstromleistung aus einer äußeren Stromquelle in eine Gleichstromleistung zur Speisung des Antriebsmotors bekannt. Dadurch, daß klein·* Elektrogeräte eine außerordentlich große Bedeutung und weite Anwendung gewonnen haben, entstand das Bedürfnis für ein universal verwendbares Gerät mit einer Schaltungsanordnung, die es ermöglicht, das

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Gerät an vielen. Orten benutzen zu können, obwohl an solchen Stellen die Wechselstromleistung hinsichtlich der Größe der Spannungen, unter denen sie dargeboten werden, innerhalb sehr weiter Grenzen schwanken.

Frühere Versuche zur Lösung dieser Aufgabe betrafen Geräte mit handbetätigten Schaltern, die viele Kontakte und Schaltstellungen aufweisen, um irgendeine Vielzahl von Stromkreisen selektiv mit dem für das Gerät zur Verfügung stehenden Meta zu verbinden.

Selbstverständlich möchte man aber ein Gleichstromgerät zur Verfügung haben, welches eine elektrische Schaltanordnung aufweist, die auf automatischem Wege die richtige Speisung des Antriebsmotors trotz der großen Unterschiede der Nennspannungen der Netze ermöglichen, die in jedem einzelnen Falle zur Verfügung stehen!

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kleines elektrisches Stromversorgungs-und Reg.elgerät zu schaffen» welches die vorschriftsmäßige Speisung des Elektrogerätes aus Wechselstromnetzen mit verschieden hohen Nennspannungen ermöglicht.

Zur Zielsetzung der Erfindung gehört es auch, ein derartiges Stromversorgungs-und Regelgerät einfach, insbesondere aber auch in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhaft zu gestalten und mit elektronischen Stromkreiselementen auszurüsten, die aus festen Körpern bestehen und möglichst geringe' Größe und möglichst geringes Gewicht haben.

Ein besonderer Zweck der Erfindung besteht darin, das Strom·» Versorgungsgerät mit einer Einrichtung zu versehen, die das betreffende Elektrogerät automatisch mit praktisch konstant bleibender Energie versieht, also insbesondere einen Antriebsmotor, unabhängig von der Höhe der Eingangsspeisespannung, die innerhalb eines weiten Bereiches schwanken kann,

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Daö neue Gerät weist insbesondere eine automatisch- wirkende S&annungsbegrenzungseijtirichtung auf, die den Zweck hat, das Elektrogerät konstant mit Energie zu versorgen, so daß dieses in der beabsichtigten Weise arbeiten kann, ohne daß der Leistungsverbrauch des Elektrogeräts merklich ansteigt, selbst wenn die benutzte Wechselstromspannung sich innerhalb weiter Grenzen ändert. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß man in der Schaltungsanordnung des neuen Stromversorgungsgerätes eine induktive Impedanz vorsieht, die im Wechselstromeingangskreis des elektrischen Versorgungsgerätes liegt, um die Höhe der Spannung der angelegten Wechselstromspaimung auf einen bestimmten Pegel herab- λ aupetzen·. Biese reduzierte Wechselspannung wird gleichgerichtet und dem eigentlichen Arbeitskreis des Versorgungsgerätes über einen Stromkreis für die Leistungsregelung zugeführt. Der Steuerkreis hält die dem Elektrogerät zugeführte

elektrische Leistung auf einem vorbestimmten richtigen Pegel mit Hilfe automatisch wirkender Schalteinrichtungen(Leistungsumwandlungskreis) automatisch aufrecht, wobei der eigentliche Betriebskreis elektrisch in den Leistungskreis ein-bzw. ausgeschaltet wird, um eine.konstante Lcistungszufuhr sicherzustellen. Der automatisch wirkende Steuorkreis enthält einen gesteuerten Silizium-Gleichrichter, eine Vorrichtung zur Steuerung der Zündung des Gleichrichters und einen Nebenschlußkondensator, der parallel zu dem eigentlichen Wirkungs- ( kreis liegt.

Bei einer zweiten Ausführungsform des Geräts nach der Erfindung gelangt ein Steuorkreis zur Anwendung mit zwei gesteuerten Silizium-Gleichrichtern, die am Eingang des Wandlers von Wechselstromleistung in Gluichstrcmleistung liegen. Einer dieser Gleichrichter dient als automatisch wirkender "Ein-Aus-Schalter für positive Halbwellen der angelegten Wechselspannung, während der andere als ein automatisch wirkender "Ein-Aus"-Schalter für die negativen Halbwellen der angelegten Wechselspannung dient und infolge seiner An-

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Ordnung dazu dient, die Wechselstromleistung am Eingang des Leistungswandlers konstant zu halten. Diese geregelte angelegte Wechselstromleistung wird dann in Gleichstromleistung umgewandelt und dem betreffenden Elektrogerät !augeführt. Parallel, zu der eigentlichen Wirkungs- oder Betriebsvorrichtung liegt ein Stabilisierungs-Kondensator.

Bei einer dritten Ausführungsform des neuen Gerätes wird die Ausgangswechselstromleistung zunächst auf einen Halbwellengleichricliter und dann auf einen automatisch wirkenden Steuerkreis gegeben, der seinerseits einen gesteuerten Silizium-Gleichrichter enthält, der einen Schaltzyklus durohläuft, um eine konstante Leistung auf den Betriebskreis des Versorgungsgerätes geben zu können, der seinerseits im Nebenschluß einen Stabilisierungskondensator aufweist.

Das Versorgungsgerät nach der Erfindung kann an Wechselstromnetze angeschlossen werden, deren Nennspannungen sich innerhalb eines weiten Bereiches ändernj ohne daß es notwendig wäre, einen komplizierten, mechanischen Schalter zu veir enden, oder ohne daß es notwendig ware, daß der Benutzer des Elektrogerätes, bevor er dieses in Betrieb nimmt, von Hand den richtigen Eingangskreis wählt, der erforderlich ist, um das Versorgungsgerät in der richtigen Weise zu speisen, Auf diese Weise wird durch die Erfindung dadurch, daß der Benutzer den richtigen Eingangskreis nicht zu wählen braucht, vermieden, daß in manchen Fällen eine Beschädigung des Gerätes oder eine Verletzung des Benutzers eintritt.

Wettere Merkmale und Vorteile des Erfindung^t&andes werden aus der nun ΐolgenden Beschreibung hervorgehen, in der auf , die Zeichnung Bezug genommen werden wird.

In der Zeichnung ist: .

Fig» 1 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild einer Ausführungsform' des elektrischen Stromversorgungsund Steuergerätes nach der Erfindung, wie es bei

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Elektrogeräten mit elektronischem Antrieb verwendet werden kann; das Schaltbild enthält auch die Hilfsmittel zur Umwandlung der unter verschieden hohen Spannungen zugeführteii Weehselstromleistungen in Gleichstromleistungen sowie die Einrichtungen zur automatischen Aufrecht erhaltung dieser Gleichstrom·*· leistung» die dem Elektro»otor bei einem vorbestimmten Pegel dej? SÄergiezufuhr zugeführt wird.

Flg.2 bis 7 jeweils ein Oszillogramm verschiedener Formen von Spannungsquellen eines geprüften Stromkreises nach Fig. 1,

Fig.8 ein vereinfachtos schematisches Schaltbild einer abgeänderten Ausführungsform des elektrischen Strom- ™ versorgungs-und Steuergerätes nach Fig. 1, bei der elektronische Sehalteinrichtungen die Eingangs-Wechsels tr omle istung, die für die Zv/ecke der Umwandlung in Gleichstromleistung auf einen Vollweg-Gleichrichter gegeben wird» praktisch konstant halten, und

Fig. 9 ein vereinfachtes sehemat±sehes Schaltbild einer zweiten Ausfülirwntgsxorm d$s Gerätes nach Fig. 1, welches einen automatisch wirkenden Steuerkreis für die Leistung enthält, der dazu dient, den Leistungsausgang eines Halbwellengleichrichters auf konstanter Höhe zu halten, ■ ' (

In Fig. 1, welche die bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wiedergibt, ist mit M der Rotor eines Gleiohstrom-Antriebsmotors eines kleinen Elektrogerätes, beispielsweise eines Trockenrasiergerätes, und mit PMF sein Per- | manentmagnetfeld bezeichnet. P bezeichnet einen elektrischen Stecker, der die Verbindung mit einer (nicht dargestellten) Wechselstromquelle herstellt, wie sie beispielsweise in jedem normalen Haushalt in der Anschlußdose eines Wechselstrom-l netzes zur Verfugung steht. V bezeichnet einen Vollweg-

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Gleichrichter in Brückenachalt wag., <ler äur Umwandlung der angelegten Wechselstromleistung in Gleiclistromleistung für die Zwecke der Speisung des Rotors M des Elektromotors dient.

EAn Kondensator 01 für die Zwecke der Spannungsherabsetzung liegt im Eingangskreis des Vollweg-Brückengleichrichters Vj er hat die Aufgabe, die Höhe der angelegten Spannung auf einen vorbestimmten Wert herabzusetzen. Parallel zu dem Kondensator 01 liegt ein Widerstand R1, durch den sich der Kondensator 01 entladen kann, wenn die angelegte elektrische Leistung von der Anordnung getrennt'ist.

Der Ausgang des Vollweg-Gloichrichters V liegt an einem Regelkreis, der die Speisung des Motorrotors M auf einem vorbestimmten geeigneten Pegel automatisch aufrecht erhält, auch wenn die Höhe der Spannung der zügeführten elektrischen leistung innerhalb weiter Grenzen schwankt» Der Steuerkreis enthält einen gesteuerten Silizium-G.leichrichter SCR der Bauart 3TCRHj der Anoden-Kathoden-Kreis dieses Gleichrichters liegt am Ausgang des Gleichrichters V und seine Steuerelektrode steht über einen Strombegrenzungswiderstand R2 mit der positiven Ausgangsklemme + des Brückengleichrichterg V in Verbindung, Ein Kondensator 02 liegt parallel zu dem Rotor M des Elektromotors und in Reihe mit einer Selen-Diode RE am Ausgang des Gleichrichters V. Die Diode RE verhindert die Entladung des Kondensators 02 über den Anoden-Kathoden-Kreis des gesteuerten Silizium-Gleichrichters SCR in den Fällen, in denen der Kondensator 02 aufgeladen und der gesteuerte Silizium-Gleichrichter SCR stromleito-nd ist, wie im folgenden noch näher beschrieben werden soll» -

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes eei angenommen, daß der Antriebsmotor eines Trockenrasiergerätos aus einer äußeren Wachsolstrom^uelles gespeist warden

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SQlI* welche die Wechselstromleisiung fcei den verschiedensten H«auij?annung&n liefert, also beispielweise in einem Bereich 410 bis 250 Volt und bei einer Frequenz von 50 Herta.

diesen Gegebenheiten erhielt man für eine geprüfte Ausführungsform des Geräts ftach der Erfindung eine zufrioden- stellende Wirkung, wenn die Widerstandawerte der Widerstände kl bew« R2 bei 270 Kiloohm bzw« 12 Kiloohm lagen; die Werte fur die Kapazitäten der Kondensatoren C1 und G2 lagen bei 3 bzw. 20 Mikrofarad»

Angenommen, der Gerätestecker P sei an die Dose eines (nicht dargestellten) Wechselstromnetzes angeschlossen, welches eine ' derartige veränderliche Leistung liefert·« Die Eingangsspannung ™ wird über einen Kondensator C1 _f der die angelegte Spannung auf einen vorbestimmten Wert herabsetzt, auf den Vollweg-Gleichrichter V gegeben. Der gleichgerichtete Ausgang des Gleichrichters V liegt an deia A-nodeh-Kathoden-Kreis des gesteuerten Silizium-Gleichrichters 3CR sowie an dem Widerstand R2_# der die Vorspannung für die Steuerelektrode des gesteuerten fllitium-Grleichrichters SC3 liefert. Gleichzeitig wird der gleichgerichtete Ausgang über die Diode RE auf de* PaTa7letkondensator C2 gegeben, wobei der Kondensator über die Diode · , aufgeladen wird, und er wird auch auf den Rotor M des Elektro- ' aetors gegeben, so daß der Antriebsmotor gespeist wird und sich zu drehen beginnt. ι

Ist die Eingangsspannung jedoch kleinar_y beträgt sie also beispielsweise 110 Volt_y dann bleibt dor gesteuerte Silizium-Gleichrichter SCR stromundurchlässig und vcrhi&aert infolge- j dessen, daß ein Strom durch seifen Anode»-Kathoden-Kreis fließt. Der Widerstand deo VorspaiMT&ngswiaerstarxde-s R2 hat einen solchen Ohm¹ sehen Wide-^slawdUweifl, da/i clear Gleichrich- · ter SCR über seinen Anoden-Kathoden Kreis stromdurchlässig wird und einen "Kur^scivkußlcxeis" odor |!ieb«r.schlußpf-a&

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geringer Impedanz parallel zum Ausgang des Brückengleichrichtürs V unter Bedingungen darbietet, unter denen die Hoho der angelegten Eingangsepannung einen vorbestimmten Pegel erreicht, der über dem Pegel liegt, der für eine richtige Arbeit das Rotors M erforderlich ist, Der Widerstand P.:-.: bildet zusammen mit dem Kondensator C1 einen taktgebenden RC-Kreis, der den ''Zündwinkel" oder PunRf. der Stromleitung des gesi;euerten ^Silizium-Gleichrichters SCR festlegt-Angenommen, die Spannung der angelegten Leistung werde größer _t so daß der Ausgang des Gleichrichters V bestrebt wäre, dem Rotor M des Elektromotors Energie unter einer Spannung zuzuführen, deren Höhe übsr dem Wert liegt, der für den normalen Betrieb des Motors erforderlich ist.Erx'reicht die Spannung an dem Vorspannungswiderstand R2 tatsächlich einen solchen überhöhten Wert, dann läßt es der Widerstand R2 zu, daß ein genügend starker Strom durch das "Steuertor¹¹ oder durch den Steuerkreis des Gleichrichters SCR hindurchfließt, der ausreicht, den Gleichrichter SCR zu zünden. Nach erfolgter Zündung leitet der Gleichrichter SCR einen Strom durch seinen Anoden-Kathoden-Kreis und "schließt" den Ausgang des Brückengleichrichters V "kurz", da im Falle der Stromdurchlässigkeit des Gleichrichters SCR die Impedanz seines Anoden-Kathoden-Kreises praktisch Null ist. Die Diode , RFl verhindert, daß der Kondensator C2 sich über den niederohmigen Anoden-Kathoden-Kreis des Gleichrichters SCR entlädt. Stattdessen beginnt der Kondensator C2 sich über den Rotor M deB Motors zu entladen, sucht also die richtige Speisung des Motorrotors aufrecht zu erhalten; der Umfang der Entladung ist durch die Ohm'sche Komponente der Impedanz des Rotorkreises des Motors und durch den Kapazitätswert des Kondensators C2 gegeben.

Für den nächsten Betriebsfall sei angenommen, daß entweder _s. ' - 9 -

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die positive oder die negative Halbwolle der angelegten Spannung, je nach Lage des Falls, unter einen vorbestimmten Wert absinkt, so daß die Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke des Gleichrichters SCR und der Strom durch den Gleichrichtortorkreis unter den Pegel fallen, der erforderlich ist, um den Gleichrichter SCR stromdurchlässig zu halten. Unter diesen,Bedingungen hört der Gleichrichter SCR auf, in seiner Anoden-Kathoden-Strecke stromleitend zu sein und entfernt den "Kurzschlußkreis" am Ausgang des Gleichrichters V, Dies bewirkt, daß der Gleichrichter seinen gleichgerichteten Ausgang von neuem wieder an den Kondensator C2 legt, diesen auflädt und diesen Ausgang an den Rotor M des Motors anlegt.

Tatsächlich spricht der Regelkreis des nc-ues Gerätes an, wenn die angelegte Spannung einen vorbestimmten Pegel überschreitet und wirkt dann als elektronischer automatischer "Ein-Aus" Schalter, der in Wirklichkeit den Ausgang des Vollweg-Gleichrichters V von dem Kondensator C2 elektrisch trennt und elektrisch wieder in Verbindung bringt, wobei der Schaltvorgang auch auf den Rotor M des Motors ausgedehnt wird, um die dem Motor tatsächlich zugefiihrte Leistung praktisch konstant und auf dem richtigen Pegel zu halten. Auf diese Weise ist die Gesamtleistung, die dem Motorrotor M zum Zwecke seiner Speisung zugeführt wird, auf einem praktisch konstanten Pegel gehalten; es tritt also das sogenannte "Zerhacken" der angelegten Leistung auf, und zwar immer dann, wenn jede Hall welle positiver Polarität der angelegten Spannung auf einen bestimmten Wert ansteigt, aber auch wenn jede Halbwelle negativer Polarität eine bestimmte Höhe erreicht.

An dieser Stelle sei erwähnt, daß in den Fällen, in denen der gesteuerte Silizium-Gleichrichter SCR einen Nebenschluß-"Kurzschlußkreis" an den Ausgang des Gleichrichters V legt,

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die Anoden-Kathoden-Strecke des Gleichrichters SCR einen Strom beträchtlicher Stärke führt. Dagegen steigt die Spannung an dem Kondensator C1 scharf an, solange derartig starke Ströme abgezogen werden, und da der Kondensator Cl selbst einen kapazitiven Blindwiderstand darstellt, bleibt die gesamte Leistung, die eier Stromkreis verbraucht, klein, obwohl ein sehr starker Strom in ihm fließt.

Die Wirkungsweise des automatischen Regelkreises in dem Gerät nach der Erfindung erkennt man am besten aus den Wellenformen der Spannungen in den Oszillogrammen der Flg. 2 bis 7. Die Wellenformen dor Spannungen ändern sich hinsichtlich ihrer Größe in Richtung der vertikalen Achse E relativ zu der hor-1-* zontalen Zeitachse T; es liegen keine Versuchsergebnisse für den Pail vor, daß der Nullpunkt der Spannung und der Nullpunkt der Zeit festgestellt werden soll. In Fig.2 ist die Wellenform der Spannung selbst mit VA bezeichnet, sie bezieht sich auf die Spannung der Wechsolstromleistung, die dem Stromkreis nach Fig.1 von den Klemmen .des Anschlußsteckers P aus zugeführt wird. Die obere, mit VI bezeichnete Kurve stellt die Wellenform der Wechselspannung dar, die an die Eingangsklemmen des Vollweg-Brückengleichriohters V angelegt ist. Die Wellenform VI entspricht also der Eingangswellenform VA, die durch den „Kondensator 01 hinsichtlich ihrer Größe redueiert und hinsichtlich ihrer Form etwas verändert worden ist.

In Fig. 3 ist die mit VS1 bezeichnete Kurve die Kurve des Ausgangs des Brückengleichriehters V nach Fig. 1 und betrifft die gleichgerichtete Ausgangsgleichspannung, wie sie an den Anoden-Kathoden-Kreis des gesteuerten Silizium-Gleichrichters SCR unter den Betriebsbedingungen in Erscheinung tritt, in denen der Gleichrichter SCR noch nicht gezündet hat, d.h.,in der Anoden-Kithoden-Strecke nicht stromleitend ist. Als

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nächst es sei angci'ioimnen, die Eingaiigswecliselspannung VA (Fig,2) steige über einer, "bestimmten Wert, "beispielsweise 110 Volt an, der orfordörlich. iat, .um den Motorrotor M (Pig.1) mit der gewünsohten Drehzahl anzutreiben, d.h.also auf einen Spannungswert von 130 Volt. In jeder einzelnen Halbwelle der angelegten Spannung, also unabhängig davon, ob es sich um die negative oder positive Polarität handelt, was je nach Lage des Falls sein kann, wird der Gleichrichter SCR, wenn die Spannung einen bestimmten Betrag übersteigt, zum Zünden gebracht und wird in seinor Anoden-Kathoden-Strecke stromleitend. Bei diesen Gogoülleiten stellt die Kurve VS2 (Fig.3) bei einer WechsGleingangsspannung von annähernd 130 Volt die Spannung an dor:,. Anodon-· Kathoden-Strecke des Gleichrichters SCR dar. Der Gleichrichter SCR verbleibt im eingeschalteten Zustand, bis die Spannung an seiner Anoden-Kathoden-Strecke und der Strom durch seinen Torkreis unter einen bestimmten Pegel absinkt. Der Gleichrichter SCR kehrt dann wieder in seinen " ausgeschaltete»'¹' Zustand zurück und legt den Ausgang des Gleichrichters V wieder an den Überbrückungskondensator C2 und an den Iio torrot or M an, wie dies oben beschrieben worden 1st. Die Kurve VS 2 zeigt deutlich den elektronischen "Zc-rhacker-Vorgang" oder die Schaltwirkung des Gleichrichters SCR des Steuerkr^ises, wenn die Eingangswechselspannung den Wort 110 Volt in beiden Halbwellen, also sowohl den Halbwellen der negativen als auch den Halbwellen der positiven Polarität, der Eingangsspannung VA (Fig.2) Übertrifft. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters V wird also in dem Punkt JJIz erhack", in welchem die Eingangsspannung einen vorbestimmten Überschußtbetrag, also beispielsweise 112 Volt, für jede Halbwelle der angelegten Wechselspannung erreicht.

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Ein Teil der Eingangsweehselspannung erscheint an dem Ein-. gangskondensator C1 , Diese Spannung, ist durch die Kurve VC1 in Fig. 4 wiedergegeben und betrifft den Zustand der Schaltanordnung bevor der gesteuerte Silizium-Gleichrichter SCR in Betrieb kommt bzw. "gezündet"' wird« Die Kurve VC2 stellt den Verlauf der Spannung dar, die a» de«n Kondensator C1 auftritt,, und zwar für den Fall, daß dej«· Gleichrichter .CR "gezündet" hat und in seiner Anoden-KathocUm-Strecke stromlcitend geworden ist, um einen "Kurzsctolu&kieeis" am Ausgang des Gleichrichters V entstehen zu lassen» wie dies oben bereits erwähnt worden ist. OLv Kurve VC2 zeigt, Wie die Spannung an dem Kondensator C1 bei diesen Gegebenheiten zunimmt und praktisch den doppelten Wert erreicht, den sie ursprünglich hatte,

Die Kurven VM1 und VM2 in Fig.. 5 gebe» den Verlauf de* Gleichstromspannung an dem Motorrotor M de*¹ Fig. 1 fti* die beiden oben erwähnten unterschiedlichen Kurzschlwßf^lle wieder» Jede dieser Kurven stellt die Weehselkowponente der pulsierenden Gleichspannung dar, die man ai*ch als "Brummspannung" oder "felligkeitsspannung", bezeichnet u«cS die dem Motorrotor M mit Hilfe des Steuorkreises in Fig. 1 fcuge.führt wird. Die Höhe jeder Welligkeitsspannung ist gegeben durch den Abstand jeder "einzelnen Kurve von der Zugehörigen BasUlinie B,

Die Spannungskurve«. VM1 und VH2 machen die Filterwirkung des Spoichorkondensators 02 deutlich. Die Kurve VM1 stellt die gefilterte Brummspannung dar, bevor der gesteuerte Silizium-Gleichrichter SCR (S¹Ig. 1) in Tätigkeit getreten oder "gezündet" worden ist, und entspricht dur Kurve der nichtgefiltcrten Spannung VS1 in Fig, 3 (das ist also die Kurve der Spannung an der Anoden-Kathoden -3t ι ecke der: Gleichrichters SCH), Dj « Spannungskurve VIi2 der Fig.5 stellt die gefilterte Brummspannung dar, nachdem der gesteuerte Silizium-Gleichrichter SCR

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"gezündet" hat und nachdem er den Ausgang des Gleichrichters

V kurzgeschlossen hat, wie dies oben bereits" gesagt worden ist. D3e.se Kurve VM2 entspricht dor Spannungskurve VS2 der Fig.3. Die Kurve VM2 zeigt deutlich., wie der Kondensator G2 (Fig.3) im Sinne der Aufrochterhaltung der Speisung des Motorrotors M mit konstanter Leistung wirkt, insbesondere während der Zeitintervalle, während der der Ausgang des Gleichrichters

V mit Hilfe des elektronischen Schaltkreises und im Wege der "Zurhackung" auf den Wort Null gebracht ist,

Im folgenden sei angenommen, daß die Eingangswechselspannung weiter ansteigt. Unter diesen Bedingungen schneidet der gesteuerte Silizium-Gleichrichter SCR einen größeren Teil des ^ gleichgerichteten Spannungsausgangs des Gleichrichters V ab. Dies ist durch die Kurven VS3 und VS4 in Fig. 6 erläutert, in welcher die Kurve VS3 die Spannung ist, die an der Anoden-Kathoden-Strecke des Gleichrichters SCR in den Fallen erscheint, in denen die Spannung der angelegten Wechselstromleistung 195 Volt beträgt. Dia automatische Leistungsregelung dos selbsttätig wirkenden elektronischen Schalters nach Fig.1 wird deutlich, wenn man die Spannungskurve VS3 mit der Spannungskurve VS2 (Fig.3) vergleicht, die einer angelegten Eingangsspannung von nur 130 Volt entspricht.

Die Kurve VS4 in Fig. 6 stellt den Verlauf der Spannung an der Anoden-Kathoden-Strocke des Gleichrichters CSR für die Fälle dar, in denen die angelegte Eingangsspannung einen noch größeren Wert als 230 Volt hat. Unter diesen Betriebsbedingungen sieht man deutlich, daß der gesteuerte Silizium-Gleichrichter SCR (Fig.1) in jeder Halbwelle der angelegten Spannung zweimal oin-und ausgeschaltet oder gezündet hat, anstelle eines einsigen Vorganges wie er sich bei den niedrigeren Spannungen abspielt (siehe die Kurve VS3 in Fig. 6 und die Kurve VS2 in Fig. 3). Die Kurve VM3 (Fig.7) stellt den

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Vorlauf der gefältelten und gleichgerichteten "Welligiceita- | spannung" dar, die dem Motorrotor M zugeführt wird (und di© durch den Nebenschlußkondensator C2 gefiltert ist) fUr den Fall, daß die angelegte Eingangsspannung 230 Volt beträgt.

Ein Vergleich der Kurve VM3 für die Welligkeitsspannung mit · den Kurven VM1 und VM2 der Fig. 5 läßt deutlich erkennen, daß die automatisch wirkende Regeleinrichtung die an den Motorrotor M angelegte Spannung praktisch konstant hält, unabhängig von den erheblichen Änderungen der angelegten Eingangsspannung. Mit Hilfe des neuen Stromversorgungsgeräts für den Fall, daß dieses gewünscht wird, mit jeder beliebigen von verschiedenen normalisierten, aber unterschiedlichen äußeren Stromquellen (nicht dargestellt) betrieben werden, die eine Wechsolspannungsloistung bei einer Spannung von beispielsweise 127, 160 bzw. 220 Volt und bei einer Frequenz von 50 Hertz liefern, wie dies in vielen Teilen Europas vorkommt. Dadurch wird der Erfindungsgegenstand zu einem universeIi verwendbaren Versorgungsgorät, welches praktisch ?.n der ganzen Welt vertrieben werden kann, oder auch von einem Reisenden von dem einen Ort zu einem andern OrU mitgeführt werden kann, in denen sich Stromq .öl" .,'ä. jurterschie-dlicher Spannungen befinden, und kann doch überall auf gleiche Weise benutzt werden.

Bei der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 8 wird die in den Motorrotor M c-ingespeiste elektrische Energie von einem Regelkreis praktisch gleich groß gehalten, der ähnlich dem Regelkreis nach Fig. 1 ist. In dem Regelkreis nach Fig. 8 gelangen jedoch zwei gesteuerte Silizium-Gleichrichter SCR1 und SGR2 zur Anwendung, die mit ihren entsprechenden 2Zündstromkreisen an den Eingang des Vollweg-Gleichrichters V gelegt sind. Diese beiden Gleichrichter SCR1 und SCR2 können von gleicher Bauart sein, beispielsweise Gleichrichter der Type 3TCR sein. Die Wechselstromleistung wird von dem Stecker

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P her an die Anoden-Kathoden-Kreise der "beiden Gleichrichter SCR1 und SCR2 und an ihre entsprechenden Zündstromkreise über den Eingangskondensator C1 säur Spannungsherabsetzung gelegt, der die Höhe der Spannung der angelegten Leistung auf einen vorbestimmtcn Wert herabsetzt. Widerstände R2 und R3 liegen im Torkreis des? Gleichrichters SCR1 _f während Widerstände R4 und R5 im Torkrois des Gleichrichters SCR2 liegen. Diese Widerstände bilden zusammen mit dem Kondensator C1 taktgebende RHC-Kreise zur Steuerung des "Zündwinkels^M der entsprochenden gesteuerten Silizium-Gleichrichter SCR1 und SCR2.

Die Gleichrichter sind mit entgegengesetzter Polarität in die Schaltungsanordnung eingefügt, derart, daß der Gleichrichter SRC1 tatsächlich die positive Halbwelle der angelegten Ein» gangsspannung erfaßt und "zerhackt", während der Gleichrichter SCR2 die negative Halbwelle der angelegten Eingangsspannung erfaßt und regelt. Der Widerstand C2, der parallel zum Ausgang der Vollweg-Gleichrichterbrücke an den Klemmen des Motorrotors M liegt, wirkt in der gleichen Weise wie in der Schaltanordnung nach- Fig. 1, d.h. er dient zur Glättung und Filterung der gleichgerichteten Spannung, die auf den Motorrotor M gegeben wird, um eine Speisung mit praktisch konstanter Energie zu ermöglichen. Der Brückengleichrichter V verhindert die Entladung des Kondensators C2 über einen anderen Strompfad als durch den Motorrotor M in allen den Fällen, in denen einer der · beiden gesteuerten Siliziumgleichrichter SCR1 und SCR2 sich in der Stellung "Ein" befindet und den Eingang in die GloichrichtcrbrücKe V kurzschließt.

Bei einer praktisch ausgeführten und geprüften Ausführungsform, die zufriedenstellend arbeitete, hatten die Kondensatoren ei und C2 eine Kapazität von 2, 8 bzw. 20 Mikrofarad, während der Widerstand R1 270 Kiloohm Widerstandswert hatte«

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Die taktgebenden Widerstände R2 und R5 hatten Widorstandswerte von 5 Kiloohm, während der Widerstandswert der beiden Widerstände R4 bzw. R3 15 Kiloohm betrug.

In Fig. 9 ist.eine weitere Ausführungsform dea Vorsorgungsgeräts nach der Erfindung dargestellt, bei welcher eine halbwellig gleichgerichtete Wechselstromleistung auf den Motorrotor M gegeben und mit Hilfe eines einzigen gesteuerten Silizium-Gleichrichters SCR geregelt wird, der am Ausgang des halbwelligen Gleichrichters RE1 liegt. Die dem Motorrotor M zugoführte Leistung wird durch die Parallelschaltung eines Kondensators 02 praktisch konstant gehalten, wie dies bei den beiden anderen Ausführungsbeispielen auch der Fall ist. Dem Halbwellen-Gleichrichter RE1 wird die Wechselspannungsleistung über den Kondensator der Spannungsherabsetzung zugeführt, der die Spannung auf einen vorbestimmten Wert herabsetzt. Der Halbwellen-Gleichriohter RE1 legt die gleichgerichtete Halbwellenspannung an die Anoden-Kathoden-Strecko des gesteuerten Silizium-Gleichrichters SCR und auch an seinen Zündkreis, der aus den Widerständen R2 und R3 besteht. Der Ausgang des Gleichrichters RE1 liegt außerdem über . die Diode RE2 an dem Kondensator C2 und damit an dem Motorrotor M. Steigt nun die gleichgerichtete Halbwellenleas tung über eine vorbestimmte Höhe hinaus,an, dann fließt ein genügend großer Strom durch die Widerstände R2, R3 und durch den Torkrois des Gleichrichters SCR, um zu bewirken, daß der Gleichrichter SCR zündet und in seinem Anoden-Kathoden-Stromkreis stromleitend wird, um auf diese Weise tatsächlich einen elektrischen Kurzschlußkreis am Ausgang des Halbwellen-Gleichrichters RE1 entstehen zu lassen. Der über die Diode RE2 aufgeladene Kondensator C2 kann sich infolge dos Vorhandenseins der Diode nur ausschließlich durch den Motorrotor M entladen und hält auf diese Weise die Speisung des

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Motorrotors auf die gleiche Weise aufrecht wie bei den beiden anderen Ausführungsformen des'Stromversorgungsgerätea nach der Erfindung, Der gesteuerte Silizium-Gleichrichter SCR bleibt, wie» bei den beiden anderen AusfUhrungsformen, solange stromdurchlässig, bis die an seine Anoden-Kathoden-Strecke angelegte Spannung bzw. an seinen Torkreis angelegte Spannung so stark abnimmt, daß die Stromdurchlässigkeit aufhört und der Gleichrichter in seinen lausgeschalteten" Zustand zurückkehrt. Auch hier bewirkt das "Zerhacken" der mit Hilfe des Halbwellen-Gloichrichters RE1 angelegten Leistung in jeder positiven Halbwelle der angelegten Wechselspannung sich so aus, daß der Motorrotor M mit einer praktisch % konstanten Energie beaufschlagt wird.

Das Wesen der Erfindung ist in der obigen Beschreibung unter Bezugnahme- auf die Zeichnung anhand einiger weniger Ausführung sbeispiele im einzelnen näher erläutert worden. Es versteht sich von selbst, daß der Fachmann auf diesem Spezialgebiet der Technik zahlreiche Änderungen an dem Erfindungsgegenstand vornehmen kann, ohne deshalb den Rahmen der Erfindung verlassen zu müssen.·

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Claims

DIPL-ING.DlETER 3ANDER

PATENTANWALT

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Patentanmeldung

der Firma

SPERHZ RAND CORPORATION,

New York 19, N.Y.,U.S.A.

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Elektrisches Stromversorgungagerätefür ElelrtrogerätQ mit Elektromotor oder einem anderen Antrieb scwie mit einer Schaltanordnung zur Umwandlung von Wechselstromleistung in Gleichstromleistung für das Elektrogerät, gekennzeichnet durch eine elektronische Schaltanordnung (R2, R3, R4, B5i SCR) zur Regelung· der Versorgung des Antriebs (M) des Elektrogerätes, die automatisch in Abhängigkeit von der zugeführten Y/echsolstromleistung die Höhe der Leistung, die dem Antrieb zugeführt wird, begrenzt, und ferner gekennzeichnet durch einen Speicher (C2) für elektrische Energie, der zwischen den Elektromotor od.dgl. und den Leistungswandlerkreis (V) geschaltet ist und dazu dient, Energie aus dem Leistungsumwandlungskreis für die Zwecke dor Speicherung aufzunehmen und die gespeicherte Energie in den Elektromotor oder einen anderen

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Antrieb einzuspeisen, sobald der Leistungsumwandlungskreis Unter dem Einfluß der elektronischen Schaltanordnung keine Energie an den Elektromotor od«,dgl. liefert.

... 2) Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1, bei welchem der Leletungsumwandlungskreis einen Vollweg-Brückengleiohriohter enthält, dadurch gekonnzeichnet , daß der Speicher für die elektrische Energie ein Kondensator (C2) mit Filtereigenschaften ist, der parallel zu dem Elektromotor oder sonstigen elektrischen Antrieb liegt, und daß zwischen dem Kondensator (C2) und der elektronischen Schalt- " anordnung ein Gleichrichter (RE) liegt,der dazu dient, zu verhindern, daß dear Kondensator (C2) 3ich über die elektronische Schaltanordnung entlädt,·.

5) Stromversorgungsgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Impedanzkreis (R1, C1) der zur Begrenzung derjenigen Spannung dient, die am Eingang des leistungsumwandlungskreises liegt,

4) Stromvers orgungsge-'Hät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Impedanz eine kapazitive Impedanz ist.

5) Stromversoigungügoräi. nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der elektronischen Schaltanordnung ein gesteuerter- Silizium-Gleichrichter (SCR) liegt, dessen Torkreis an den Ausgang des Leistungsumwandlungskreises gelegt ist, derart, daß eine niedrige Impedanz den Strompfad am Ausgang des leistwiigsumwandlungskreises immer dann präctisch kurzschließt, wenn die Spannung der gleichgerichteten Leistung eine vorbestimrate Höhe überschreitet, derart, daß der Ausgang des Umwandluiigskreises in jeder

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Halbwelle der angelegten Wechselstromleistung von dem Elektromotor od.dgl. und dem Kondensator (C2) getrennt wird.

6) Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1., bei welchem der Leistungsumwandlungskreis einen Vollweg-Brückengleichrichter enthält, dadurch gekennzeichnet , daß in der elektronischen Schaltanordnung zwei gesteuerte Silizium-Gleichrichter (SCR1, SCR2) und deren entsprechende Zündkreise (R2j R3 bzw. R4, R5) liegen, und daß die Gleichrichter jeweils parallel zum Eingang des Leistungsumwandlungskreises liegen, aber mit entgegengesetzter Polarität geschaltet sind, und der Zündkreis des ersten Gleichrichters so eingestellt ist, daß sein Anoden-Kathoden-Kreis immer dann stromleitend wird, wenn · die Spannung der angelegten Wechsolstromleistung während der Halbwellen positiver Polarität eine vorbestimmte Höhe überschreitet und der andere Gleichrichter ähnlich arbeitet, wenn die Spannung der angelegten Wechse-lstromleistung während der Halbwellen negativer Polarität eine· vorbestimmte Höhe überschreitet«

7) Stromvorsorgungsgerät nach Anspruch 2, dadurch 'gekennzeichnet , daß der Leistungsumwandlungskreis anstelle

düs Vollweg-Brückcngleichrichters (V) einen Halbwellen-Gleichrichter enthält.

8) Stromvorsorgungsgerät nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Kapazität des Filterkondensators (C2) einen Speicherwert besitzt, der ausreicht, eine konstante Energieversorgung für den Elektromotor od.dgl. aufrechtzuerhalten, wenn die elektronische Schaltanordnung den Leistungsumwandlungskrois kurzschließt. ₍

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9) Stromversorgungsgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Sohaltan Ordnung so getroffen ist, daß die gesteuerten Silizium-Gleichrichter stromundurchlässig worden, wsfin die an ihnen liegende Spannung unter einsn vorbestimmten Pegel absinkt, so daß die Zufuhr von Energie zum dem Elektromotor od. dgl. wiederhergestellt wird.

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