DE1488140A1 - Steuersystem fuer Wechselstrombelastungen - Google Patents

Description

• Steuewrstem für Wecheelstrombelaetungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für Wechselatrombelaetungen,.einechließlich Motoren, insbesondere auf ein Steuer- system für Umkehrmotoren oder Motoren mit Umkehr-Wicklungen.
• Es ist oft erwünscht, eine Weeheeletrombelastung derart zu steuern, daß das System auf ein äußeres Signal sofort anspricht. War die Belastung ein Weahneletrommotor, so wurden früher für die Steue- rung hauptsächlich Drosselspulen (reaetions) mit sättigungsfähigem Kern verwendet, die auf Grund ihrer hohen Kosten und ihrer Größe nicht sehr zweckmäßig waren. Insbesondere bei der Motorsteuerung war es notwendig, ein Wechseletromsignal als Steuermittel au ver- wenden. Bei vielen Anwendungsgebieten stellt dieses Erfordernis ein Problem dar, da4 das gerade verfügbare Steuersignal ein Gleichstromsignal sein kann, das dann auf irgendeine Weise in ein Wechselstromsignal zum Steuern des Motors umgewandelt werden mu8. Es ist daher der Hauptzweck der Erfindung, eine Wecheelstrombelastung wunittelbar durch Verwendung einer Gleichstromsignalquelle zu betätigen oder zu steuern.
• Ein weiteres Ziel bei Anwendung der Erfindung ist eng einen Brtikkengleichrichteretromkreia zur Steuerung des Wecheelstromflusses zu einem Paar von Belastungen zu verwenden. Auch soll bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Spannungsquelle für einen Steuerverstärker unmittelbar von den eingeschalteten Belastungen (switehed loade) hergeleitet werden.

  Das nachstehend beechriebene erfindungsgemäße Steuersystem besteht

  im wesentlichen in der Verwendung zweier Belastungen, die von einer

  Wechselatromquelle her gespeist werden. Mit jeder der beiden Be-

  lastungen ist ein Brückengleichrichter in Reihe geschaltet. An den

  Aungangezweigen des Brückengleichrichters liegt ein Schalter. Der

  Schalter kann in verschiedener form ausgebildet, beispielsweise

  ein Transistor, eire pnpn gesteuerter Silizium-Halbleiter-Schalter

  oder ein Gasthrratron sein. Der Schalter steuert in wirksamer gleise

  den durch die Brückeneahaltung fließenden WeQheelstrom. Wenn der

  Stromkreis an den Ausgangszweigen den Brückengleichrichters ge-

  der Schwingung der Wechselatromquelle

  schlossen ist, fließt der Strom bei jeder Umkehr/abwechselnd durch

  je eines der Brückenzweigepaare. En ist weiterhin ersichtlich, daß

  bei geöffnetem Stromkreis kein Strom fließt. Somit wird allein

  durch Öffnen und Schließen des an Ausgangszweige des Brückengleich-

  richters gelegten Schalters das Schalten jeder der Belastungen bewirkt. Praktische Ausführung einer solchen Einrichtung macht anstelle des Schaltern eine schnell wirkende Vorrichtung erforderlich, vorzugsweise eine in festen Zustand (solid stete) befindliche bzw. nicht mit beweglichen Teilen arbeitende -Vorrichtung, z.B.
• ein Halbleiterbauelement nach Art einer Metalldiode, der eine Tor-Steuerspannung zugeführt wird, beispielsweise ein gesteuerter Silizium-Gleichrichter oder Transistor. Somit schafft die Erfindung ein Weohseletrometeuergystem für eine erste und eine zweite Belastung, wobei eine Wecheeletromquelle, deren eine Ansehlußklerne an eine mit jeder der Belastungen gemeinsamen Klemme verbunden ist,und ein erster und ein zweiter, in Reihe mit jeder der Belastungen geschalteter Brückengleichrichter Torgesehen sind, während die andere Aneehlußklemme der Weehseletromquelle mit den Brückengleichrichtern und in Reihe mit den Belastungen und an einer an den Ausgang des ersten und zweiten Brückengleichrichters angeschlossenen Schalteinrichtung verbunden ist.
• Ferner weist eine besondere Ausführungsform der Erfindung eine nach vorn vorgespannte Diode auf, die von einer Ausgangsklesme jedes der Brückengleichrichter ausgehend mit einer Zenerdiode und einem damit in Reihe geschalteten Scheinwiderstand verbunden ist, w.Mirend die andere Klemme der Zenerdiode mit einem zweiten Paar nach vorn vorgespannter Dioden verbunden ist, die an die . andere Ausgangsklemme jedes der Brückengleichrichter angeschlossen sind, wobei eine Verbindung an der Zenerdiode liegt, durch die eine beschnittene (clipped) und vollweggleiehgerichtete Weohseletromepannung unabhängig vom Leitzustand der Schaltvorrichtung erzeugt wird.
• Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen beiepieleweise näher erläutert, und zwar zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Aueführungeform der Erfindung, und Fig. 2 u.3 je eine schematische Darstellung anderer Belastungsfälle, die durch die Vorrichtung nach Zig. 1 gesteuert werden können.
• Bei der in Fig. 1 gezeigten Aueführungeform der :Erfindung ist ein Motor 10 mit gespaltener Phasenwicklung (eplit-Iphaee motor) gezeigt, der einen Rotor 11, eine Statorwieklung 12 und eine Statorwi.ekiung 13, die eine für Drehrichtung im Uhrzeigersinn, die andere für Drehung im Gegensinn, und eine aus einem Widerstand 14 und . einem Kondensator 15 bestehende Phasenverschiebungseohaltung aufweist. Wie vorbekannt, wird ein, solcher Motor durch die Wirkung von zwei Phasen mittels den Phasenverschiebungnstromkreisen angelassen, wobei die Ströme der beiden Statorwicklungen nicht miteinander in Phase sind und dieser Zustand durch eine Differenz in den Parametern des Ohmschen und des kapasitiven Widerstandes der beiden Ständerwieklungeetromkreise erzeugt wird. Eine Drehleistungaabgabe diesen Motors kann von der Rotorwelle 16 abgenommen werden. Mit der Wicklung 12 ist ein Brückengleichrichter in Form von vier Dioden 17, 18, 19 und 20 in Reihe geschaltet, die Rückseite gegen Rückseite angeordnet eind,und am Ausgang des Brückengleichrichtern liegt ein Schalter 25 in Form einen Siliziumgleichriehters mit einem Torechaltungseingang 26.
• Mit der Wicklung 13 ist ein zweiter Brückengleichrichter in Form von vier Dioden 30, 31, 32 und 33 in Reihe geschaltet, die Rückseite gegen Rückseite angeordnet eind,und an dem Ausgang des Brückengleichrichters ist ein Sehalter 35 in Form einen Silizium.-gleichriehters angelegt, der einen Torschaltungseingang 36 besitzt.

  Eine Weehselstromquelle ist an die Klemmen 37 und 38 angeschlossen,

  wobei die Klemme 37 mit einer den Motorwicklungen 12 und 13 ge-

  meinsamen Klemme 39 verbunden ist, während die Klemme 38 ?ji 40

  und 41 an eine Eingangsklemme der Brückengleichrichter angesehlos-

  der

  sen ist. Je eine Klemme des Ausgangs jedee/Brückangleiohrichterpf-

  kreise ist mit dem anderen Über die Rückseite an Rückseite ge-

  schalteten Gleichrichter 42 und 43 verbunden, wobei der gemeinsame

  Verbindungspunkt über einen Widerstand 45 mit einer Klemme 46 ver- bunden ist. Die andere Klemme des Ausgangs jeden der Brückengleichrichter ist ebenfalls über je einen Sperrgleichrichter 4? bzw. 49 mit einer Klemme 48 bzw. 50 verbunden.
• Die Klemme 46 Bowie die miteinander verbundenen Klemmen 48 und 50 bilden die Energiequelle eines Vorveretärkeretromkreises, der im wesentlichen mit einer Gleiehstromankopplung versehener ausgegliche- ner Differentialverstärker ist. Der Verstärker erhält seine Arbeiteepannung von der Klemme 46 aus, zwischen die und einen den Klemmen 48 und 50 gemeinsamen Punkt eine Zenerdiode 54 eingeschal- tet ist. Die Eixgangsatufe den Vorverstärkers besteht aus zwei Transistoren55 und 56, deren Basen über Widerstände 5? und 58 mit der gemeinsamen Rückleitung den Stromkreises verbunden sind. Die Basen sind außerdem durch einen kIderstand 59, der auch als Aus- gleichpotentiometer dient, miteinander ve..-bunden und die Emitter der Transistoren 55 und 56 sind miteinander und über den Widerstand 52 mit der Stromquelle 46 verbunden.
• Eine zweite Stufe den Vorverstärkers besteht aus Transistoren 60 und 61, deren Emitter mit den Kollektoren der Transistoren 55 und 58 verbunden sind. Die Basen der Transistoren 60 und 61 sind über geeignete Vorspannungawideretände 62, 63, 64 und 69 an die Kollektorkreine den Transistoren 56 bzw. 55 angeschloesen.und auf diese Weise ist der ganze Vorverstärkurstromkreie mit dieser Kreuzkupplung sehr empfindlich gegenüber Unausgeglichenheit gemacht. Die vom Vorverstärker abgehende Spannung tritt natürlich an den Kollektoren der Transistoren 60 und 61 auf, von denen der Strom dann durch die vorwärts vorgespannte Diode 65 bzw. 66 und die Schwellen der Biliziumgleiehrichter 35 bzw. 25 weitergeleitet wird. Die Kollektoren der Transistoren 60 und 69 sind außerdem mit je einer weiteren vorwärts vorgespannten Diode 67 bzw. 68 verse- hen, deren Rückleitung zu der negativen Klemme der Zenerdiode 54 führt. Diese besondere, vorwärts vorgespannte Diode verhindert, daß der Kollektorstrom blockiert wird, wenn der mit diesem be- sonderen Transistor verbundene Siliziumgleichrichter eingeschaltet ist. Dies ist erforderlich, da die Tor-Steuerspannung des einge- schalteten Siliziumgleichrichters hoch genug ist, um die Diode zwischen dem Tor und dem zugehörigen Transistorkollektor umgekehrt vorzuspannen (reverse bias)q was dazu führen könnte, daß ein unzeitiges Einschalten des gegenüberliegenden Siliziumgleiehrichters durch eine Rückkopplungswirkung innerhalb des Vorver- stärkers selbst eintritt, An das Tor und die Kathode je eines der Siliziumgleichriehter ist ein Thermistor 70 bzw. 71 angesohlosnen. Diese Thermistoren sind mit dem Gehäuse der Biliziungleiohrichter physikalisch verbunden und kompensieren somit die Wirkungen der Änderung sowohl der Umgebungstemperatur als auch des inneren Temperatur des 911iziumgleichrichtere. Außerdem ist ein Kondensator 72 bzw. 73 an das

  Tor und die Kathode je einen der siliziubgleiohriahter engesohl.Qe-

  sen, die Spsnnungeatöße und Eingangegergueahe ausgleichen, die

  ein nur Unzeit erfolgenden Einschalten einen der Bilisiumgieiph»

  richter veraniaesen könnten.

  Eine dem Vorverstärker sm Eingang zugeführte Spannung tritt natür-

  lich an den mit #Eingang' bezeichneten Klemmen auf, und wenn bei-

  epielaweiee an der Klemme 74 die Spannung gentagend negativ wird,

  erzeugen die Transistoren 55 und 60 einen Stromfluß in den Doppel-

  leitungen (loop oirouite, Leitungssahleit«)* der dazu auereioht,

  den Siliziumgleiahxichter 35 einzuschalten, Wenn der Biliziua-

  gleichrichter 35 eingeschaltet ist" tritt am Brückengleichrichter

  nur ein .sehr kleiner Scheinwiderstand auf, Selbstverständlich

  liegt eine Weshnelapannung an den Klemmen 76 und 77, wenn der

  Motor läuft. Wtrut die hleame ?7 positiv ist, fließt der Strom

  über die Teile 31, 43, 45,, denn Vorverstärker und die Teile 4.7

  und 19 zu der Klemme 76. Bei umgekehrter Polarität fließt der

  Strom durch die Teile 17a 42, 45, den Vorverstärker und die

  Teile 49 und 34 zur Klemme 77. Die Zenerdiode ist eo eingestellt,

  das sie die Spe in einer zur Betätigmg des YUrveret#rkere

  auereichenden Höhe beschneidet und, wie en bei den meisten in ,

  festem Zustand befindlichen oder ohne bewegliche Teile arbeiten-

  den Einrichtungen (solid etate deriaes), wie %.H. Halbleiterbau-

  elemente nach Art von Kristalldioden und Transistoren,, der *Fall

  ist, ist nur eine sehr niedrige Spannung notwendig. Bei dem

  einen vom Aasmelder ausgeführten Beispiel hat sich eine Zenerdiode mit einer Beschneid.- bzw. Begrenzungsspannung von 5#6 V als zutriedenstellend herausgestellt.
• Dem Vorverstärker wird unabhängig davon, ob der Motor läuft oder nicht, Spannung zugeführt. Duft der Motor, wie in vorstehender Beschreibung vorausgesetzt wurde, so wird eine beschnittene, vollweggleichgerichtete und ungefilterte Wechselspannung zugeführt, die der Netsepannung um 45o nacheilt. Wenn jedoch beide Siliziumgleiohriahter abgeschaltet eind@und der Motor infolgedessen nicht läuft, so besteht an der Zenerdiode eine beschnittene, vollweggleiehgerichtete, ungefilterte Weoheelapannung, die mit der Netzspannung in Phase ist. Diese Spannung wird über die Klemmen 37 und 38 zugeführt,und wenn die Weohselspanning in einem bestimmten Augenblick an der Stelle 39 immer positiv ist, so kann der Strom durch beide Winklungen , den Zweig 17 bzw. 31 der Brückengleichrichter, darauf durch die Diode 42 bsw. 43 und zu dem Widerstand 45, dem Vorverstärker, die Diode 47 bzw. 49 und die Diode 20 b$w. 33 zu der Klemme 38 geleitet werden. Ist die Spannung en der Klemme 38 positiv, so fließt der Strom durch die Dioden 18 und 42 und die Dioden 32 und 43, darauf durch den Widerstand 45, den Vorverstärker, die Dioden 47 und 49= die Dioden 19 und 30 und die Motorwicklungen 12 und 13 zu der Klemme 37. Auf diese Weise ist es nicht erforder- lich, einen besonderen Energiespeisekreis für den Betrieb des Verstärkern des Steuerstromkreises vorzusehen. Ungleichgewicht zwischen den beiden Eingängen 74 und 75 kann auf verschiedene Weise erzielt werden. Zum Beispiel kann eine geregelte Gleichstromquelle ein Potentiometer 80 speisen, dessen Abgriff mechanisch mit der Motorwelle verbunden und elektrisch an die Klemme 75 angeschlossen ist. Das Eingangssignal wird dabei über das Rotentiometer 82 eingeführt, dessen Abgrift elektrisch an die Klemme 74 angeschlossen ist und dessen mechanische Einstellung so gewählt ist, daß die Spannung in der mittleren Nullstellung an den Klemmen 74, 75 Null ist. Das über das Potentiometer 82 einge- führte Signal kann entweder Strom- ouer spannungsgesteuert sein. Außerdem kann eine Wheatatone'sehe Brücke mit Gleichstromspeisung verwendet werden, In den Fig. 2 und 3 sind zwei grundlegende Belastungestromkreiee gezeigt, von denen der eine oder andere so gesteuert werden kann wie die Wicklungen den Motors 10. Zu diesem Zweck sind in Fig. 2 die Relaiswicklungen 84 und 86 miteinander verbunden sowie an einen Kondensator 87 angeschlossen, während die anderen ßnden an den Klemmen 76 und 77 enden. Die Belastungen können einfacher auch durch Widerstände 88, 89, wie in Pig. 3 gezeigt ist, gebildet sein, da der Kondensator 87 in Verbindung mit den induktiven Belastungen 84, 86 lediglich als Recktanz wirkt, um den resultierenden Schein- widerstand in seiner Wirkung zu einem ohmsohen Widerstand zu ma- chen und um ein empfindlicheres Ansprechen der Relais zu erhalten.

  Somit wurde eine Belastungssteuerung für allgemeine Verwendung*.

  zwecke geschaffen, die in ihrer vollständigen Form eine in sich

  geschlossene Vorverstärlrsaeteuerung aufweist, die unmittelbar

  von der Weehselstromquelle her mit Strom versorgt wird, ohne daB

  übliche Spamungsredusiertraneforsatoren (dropping transfoxmer),

  Widerstände oder eine besondere Gleiahriohtung erforderlich sind.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e r ro n o @ rrr Wechselstromsteuersystem für eine erste und eine zweite Belastung, bekennzeichriet durch einen ersten und einen zweiten Brückengleich- richter, einü bechselstromquelle, deren eine Klemme mit ,jeder der Belastungen verbunden ist, w,'iJt.rend die andere Klemme mit der Ein- ge.c:gsklerume jedes der Brückengleichrichter verbunden ist, während die andere Eingaigsklefume des ersten und des zweiten Brücken- glfIichriciiters urmittelbar an die andere Kle=e der ersten bzw. der zweiten Belastung angeschlossen ist, wobei je eine Schaltvor- richtung an dem Ausgang des ersten bzw. des zweiten Brückengleich- richters liegt, durch ciie die Leitfähigkeit der Brückengleich- richter bewirkt wird. 2: ;-fecliselstro-,iste@xernysten nach Anspruch 'i, da;7-urch gekennzeichnet, daß eine vorwärts vorgespannte Diode von einer Ausgangsklemme je- des der Brückengleichrichter ausgehend an eine Zenerdiode und einen damit in Reihe geschalteten Zakzu#bm Scheinwiderstand ange- schlossen ist, während die andere Klemme der Zenerdiode an ein zweites Paar vorwärts vorgespannter Dioden angeschlossen ist, die an die andere Ausgangsklemme jedes der Brückengleichrichter ange- schlossen ist, wobei eine Verbindungsleitung an der Zenerdiode liegt, durch die eine beschnittene und vollweggleichgerichtete Weohselapannung erzielbar ist, wenn keine oder nur eine der* Scha.t- vorrichtungen die die Schaltvorrichtungen speisende Spannung wei- terleitet. 3. "fechselstromsteuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung eine in festem Zustand (solid state device.) befindliche bzw. ohne bewegliche Teile arbeitende Vorrich- bau tung, z.B. ein Halbleitev6lement, ist. 4. Wechseletrometeuersystem nach Anspruch 3, dadurch ,gekennzeichnet, daß ein ausgeglichener Differentialverstärker zum Triggern oder Auslösen der als Halbleiterbauelement bzw. in festen Zustand ar- beitenden Vorrichtungen vorgesehen ist, der seine Speisespannung über die Zenerdiode empfängt. 5. Weehseletromsteuersystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn- zeichnet, daß die als Halbleiterbauelement bzw. in festem Zustand arbeitende Vorrichtung ein durch Silizium gesteuerter Gleichrichtet ist. 6. Eecliselstromsteuersyetem nach einem der Anepri-äche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Belastung je'aus eine3 Wicklung eines Umkehrmotors bestehen. 7. b'echselstroasteuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daü die :Leistungsabgabe des Differentialverstärkern durch eine vorwärts vorgespannte Diode dem Tor-Kathodenstromtreia jedes der Silisiumgleichrichter zugefUhrt wird.