Regelvorrichtung zur Stabilisierung und Regelung einer von einer Wechselstromquelle über gesteuerte Gleichrichter erzeugten Gleichspannung
Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zur Stabilisierung und Regelung einer von einer Wechselstromquelle über gesteuerte Gleichrichter erzeugten Gleichspannung, welche Regelvorrichtung eine Induktivität, eine Kapazität, ein Spannungsreferenzelement, einen ersten Widerstand, einen Regeltransistor, einen Doppelbasis-Dioden-Pulsgeber und einen Puistransfor- mator aufweist.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, eine gleichgerichtete Wechselspannung möglichst verlustarm zu stabilisieren und zu regeln. Dies bedingt im allgemeinen einen verhältnismässig grossen Schaltungsaufwand.
Diesbezüglich bekannte Schaltungsanordnungen basieren meistens auf gesteuerten Gleichrichtern, deren Zündwinkel so eingestellt ist, dass je Halbperiode ein Stromflusswinkel erreicht wird, der gerade ausreicht, die durchschnittlich entnommene Energie zu ersetzen, so dass z. B. die Ausgangsspannung oder der Ausgangsstrom verglichen mit einer entsprechenden Referenzgrösse konstant gehalten werden kann. Da zu diesem Zweck ausschliesslich von Wechselspannung, bzw. umgerichteter Gleichspannung ausgegangen wird und als Vergleich eine geglättete Referenzspannung zur Verfügung steht, ergibt sich in der resultierenden Fehlerspannung eine relativ hohe Restkomponente des überlagerten Wechselspannungsanteils. Dieser Wechselspannungsanteil wird umso höher, je höher die Referenzspannung gewählt wird.
Einerseits jedoch ist erwünscht, mit einer möglichst hohen Referenzspannung zu arbeiten, damit durch eine hohe prozentuale Abweichung der Fehlerspannung hohe Korrekturwerte erreicht werden und dementsprechend Verstärkungsaufwand eingespart werden kann. Die Erfindung ermöglicht, die nachteiligen Einwirkungen der überlagerten Wechselspannung weitgehend zu eliminieren, d. h. ein stabiles Verhalten des Regelkreises auch bei hohen Anforderungen an die Regelgenauigkeit zu gewährleisten, d. h. bei gleichzeitiger Ausnützung einer möglichst hohen Referenzspannung mit minimalen Verstärkungsaufwand arbeiten zu können, ohne dass sich die überlagerten Wechselspannungskomponenten ungünstig auswirken könnten.
Die eingangs erwähnte Regelvorrichtung zur Stabilisierung und Regelung einer von einer Wechselstromquelle über gesteuerte Gleichrichter erzeugten Gleich- spannung, welche Regelvorrichtung eine Induktivität, eine Kapazität, ein Spannungsreferenzeiement, einen ersten Widerstand, einen Regeltransistor, einen Doppeiba- sis-Dioden-Pulsgeber und einen Puistrausformator aufweist, ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch ein aus einer Kapazität und einem zweiten Widerstand bestehendes Sielbglied, dessen Zeitkonstante auf die Frequenz der, der dem Regeltransistor rückgeführten, am ersten Widerstand gebildeten Fehlerspannung überlagerten Restwechselspannungskomponente abgestimmt ist.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Regelvorrichtung ist anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Wechselstromquelle 1, z. B. der Sekundärwicklung mit Mittelabgriff eines Transformators, gesteuerten Gleichrichtern 2 und 3 je mit Anoden und Kathoden, sowie Steuerelektroden, wobei Anode oder Kathode entsprechend der gewünschten Polarität der Ausgangsspannung mit je einem Pol des erwähnten Transformators oder Wechselstromgenerators verbunden sind, während die Gegenpole miteinander verbunden sind und jeweils die positive oder negative Ausgangsleitung 4 der geregelten Einheit bilden,
während die umgekehrt polarisierte Ausgangsleitung 5 durch den Mittelabgriff Ides Transformators gebildet wird. In dieser Leitung befindet sich ausserdsm eine Induktivität 6, einerseits verbunden mit der Kapazität 7, die sich zwischen den positiven und negativen Ausgangsklemmen 8 und 9 befindet und einen Siebkreis bildet. Die eigentliche Regelvorrichtung wird gespeist von zwei Dioden 10 und 11, die einerseits mit denselben Transformatoranschlüssen verbunden sind und zwar im gleichen Sinne, wie die gesteuerten Gleichrichter 2 und 3 und andererseits parallelgeschaltet sind und über Widerstand 12 in der Speiseleitung 14 die Re belschaltung speisen. Speiseleitung 14 ist mit Zenerdiode 18 zur gemeinsamen Leitung 4 hin im nichtleitenden Sinne verbunden.
Die eigentliche Regelvorrichtung Ibesteht im wesentlichen aus einem Paar identischer Pulstransformatoren 17 oder einem einzigen Puistransforma- tor mit doppelten Sekundärwicklungen, die sekundärseitig mit den Steuerelektroden und Kathoden der gesteuerte ten Gleichrichter 2 und 3, und primärseitig mit Leitung 14 und dem ersten Diodenanschluss eines IJnijunction- Transistors 15 verbunden sind, dessen zweiter Diodenanschluss über Widerstand 16 mit Leitung 4 verbunden ist, ausserdem aus einem Ladekondensator 19, der mit Leitung 14 und dem Emitteranschluss des Unijunction Transistors 15 verbunden ist, der zudem über einen Begrenzungswiderstand 20 mit einer Hauptelektrode von Transistor 21 in Verbindung steht,
während Idessen zweite Hauptelektrode über Widerstand 22 mit Leitung 4 verbunden ist, und dessen Steuerelektrode mit der einen Elektrode des Kondensators 28, dessen andere Elektrode an der Leitung 4 liegt, und über Widerstand 25, Widerstand 24 und Diode 23 in leitendem Sinne mit der Leitung 14 verbunden ist, wobei der gemeinsame Punkt der Widerstände 24 und 25 über Widerstand 26 und einen zu diesem parallel geschalteten Kondensator 27 mit der Leitung 4 in Verbindung steht.
Die Steuerelektrode des Transistors 21 ist über ein Diodenpaar 29 einerseits über einen Widerstand 30 mit Leitung 4 und andererseits über eine Zenerdiode 31 in nicht leitendem Sinne mit dem einstellbaren Abgriff von Potentiometer 32 verbunden, wobei Potentiometer 32 mit Ider Ausgangsklemme 9 und über Widerstand 33 mit Leitung 4 verbunden ist.
Funktion:
Die Regelvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer elektronischen Schaltung mit gesteuerten Gleichrichtern 2 und 3, die mit Wechselstrom aus einer Transformatorwicklung oder Wechselstromgenerator 1 versorgt werden, wobei die Steuerelktroden der gesteuerten Gleichrichter über Pulstransformatoren oder einem Pulstransformatorenpaar 17 wechselseitig angesteuert werden, wobei diese Pulstransformatoren primärseitig Zündpulse von einem Pulsgeber, z.
B. einem Unijunction-Transistor 15 zugeführt bekommen, welche andererseits über Ladekondensator 19, Widerstand 20 und Regeltransistors 21 mit 13mitterstabilisierungswiderstand 22 zeitverzögert einstellbar erzeugt werden, wobei jeweils nach jeder Zündung der gesteuerten Gleichrichter 2 und 3 die Pulserzeugung für die Restdauer der jeweili- gen Halbperiode durch Wegfallen der Spannung zwischen Leitungen 4 und 14 inaktiv wird und durch Kombination von Lastwiderstand 12 und Zenerdiode 18 unabhängig von Eingangsspannungsschwankungen die Stabilität der Zündvorgänge garantiert werden.
Die Phasenlage der Zündpulse lässt sich durch die entsprechende Aussteuerung von Transistor 21 erreichen, wobei die über Referenzdiode 31 am Widerstand 30 erzeugte Fehlerspannung, die mit der Ausgangsspannung proportional verläuft, über das Diodenpaar 29 dem Regeltransi- stor 21 zugeführt wird und dieser mit zunehmender Feh lerspannung gedrosselt wird, d. h.
die Aiifladezeit von Kondensator 19 verzögert wird, wobei der Kondensator 28 zusammen mit Widerstand 25 und Eingangsimpedanz der Steuerelektrode von Transistor 21 ein Siebglied bilden, dessen Zeitkonstante im Wesentlichen auf die Frequenz der, der am Widerstand 30 gebildeten Fehlerspannung überlagerten Wechselspannungskomponente abgestimmt ist und das den Zweck hat, die Regeispan- nung von der ihr überlagerten Wechselspannungskomponente durch Aussiebung zu befreien, d. h. deren Ein fluss.auf den Regelkreis zu eliminieren.
Da der Spannungswert des Spalmungsreferenzele- mentes 31 ohne Beeinflussung durch die überlagerte Wechselspannungskomponente in Abhängigkeit der Zeitkonstanten des Siebgliedestgewählt werden kann, lässt sich erreichen, dass durch eine geeignete Wahl dieses Spannungs,wertes die dem Regeltransistor 21 rückgeführte Fehlerspannung ohne Vorverstärkung den für die gewünschte Regelverstärkung erforderlichen hohen Wert erreicht.
Ausserdem sorgt ein weiterer Regelkreis dafür, dass der eigentliche Regelvorgang beim Einschalten des Gerätes nur langsam vor sich geht, d. h. während des Einschwingvorganges im Falle eines Wechselrichters jegIicher Stromfluss im Ausgangskreise momentan gesperrt bleibt, wobei dieser Regelkreis, welcher aus Diode 23, Widerständen 24 und 26 und Kondensator 27 besteht, die Vorspannung, die über Widerstand 25 auf die Steuerelektrode von Transistor 21 führt, entsprechend verzögert, wobei Widerstand 26 im wesentlichen den Sinn hat, Kondensator 27 beim Abschalten des Gerätes zu entladen, während Widerstand 24 mit Kondensator 27 die eigentliche Ladezeitkonstante bestimmen und Widerstand 25 in doppelter Funktion die entsprechende Vorspannung Ider Steuerelektrode von Transistor 21 zuführt und diesen leitend macht.
Ausserdem muss die dreifache Funktion des Widerstandes 13 hervorgehoben werden, der erstens vor dem Zündvorgang der gesteuerten Gleichrichter 2 und 3, dem Regelkreis über Leitung 4 die nötige Verbindung zum Mittelabgriff von Transformator 1 verschafft und diesen Regelkreis mit Strom versorgt, so dass die Erzeugung des Steuerimpulses stattfinden kann, zweitens den Zweck hat, beim Eintreten des Steuerimpulses die Aufrechterhaltung der Zündung dieser gesteuerten Gleichrichter zu gewährleisten (induktive Belastung Drossel 6), und der drittens nach dem Zünden der gesteuerten Gleichrichter die Stromversorgung über die Leitung 4 für die Restzeit der entsprechenden Halbperiode auf Null zurückbringt.
Zur Verbesserung der Stromflusscharakteristik auf der Gleichstromausgangsseite kann eine Diode 34 zwischen den Leitungen 4 und 5 oder zwischen der Leitung 4 und einem Abgriff der Drosselspule geschaltet werden.