-
Die Erfindung bezieht sich auf eine überwachungseinrichtung für elektronische
Gleichspannungsregelgeräte mit einem oder mehreren im Längszweig der Regeleinrichtung
angeordneten Stelltransistoren und einem Strommeßwiderstand, der in Reihenschaltung
mit einem Widerstand eines Spannungsteilers im Querzweig der Regeleinrichtung in
den Steuerkreis eines Meßtransistors eingeschaltet ist.
-
Es ist bekannt, zum Schutz von Stelltransistoren in Spannungsregelgeräten
vor Überlastung den Spannungsabfall an einem vom Laststrom durchflossenen Meßwiderstand
mit einer Bezugsspannung im Steuerkreis eines Transistors zu vergleichen und gegebenenfalls
Maßnahmen einzuleiten, die eine Zerstörung der Stelltransistoren verhindern. Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine erweiterte überwachungseinrichtung zu
schaffen, bei der unter weitgehend gemeinschaftlicher Ausnutzung aller Schaltungsteile
nicht
nur der Laststrom, sondern auch der Spannungsabfall an der Kollektor-Emitter-Strecke
und die Temperatur der Stehtransistoren elektronisch überwacht werden. Die Üben=rachungseinrichtung
soll gleichzeitig auf andere mit der Gleichspannungsregeleinrichtung zusammenwirkende
Schaltungsteile einwirken, um die Voraussetzungen für eine Wiedereinschaltung des
Regelgerätes nach Behebung einer Störung zu schaffen.
-
Gemäß der Erfindung sind ein erster und ein zweiter Meßtransistor
bei Überlastung des Gleichspannungsregelgerätes unter Zuhilfenahme von mit Zeitgliedern
arbeitenden Transistorstufen und einer von der Ausgangsspannung des Regelgerätes
unabhängigen Hilfsspannung im Steuerkreis zweier Hilfsthyristoren angeordnet, die
in zeitlicher Abhängigkeit voneinander Spannungsimpulse auf je eine Primärwicklung
eines gemeinsamen Impulsübertragers geben, der über vorzugsweise mehrere von galvanisch
getrennten Sekundärwicklungen des Impulsübertragers gesteuerte Abschaltthyristoren
die Sperrung des Stelltransistors bzw. der Stelltransistoren, die Abschaltung eines
der Regeleinrichtung vorgeschalteten Gleichrichtergerätes und Entladung eines Siebkondensators
am Eingang der Regeleinrichtung und gegebenenfalls die automatische Wiedereinschaltung
des Regelgerätes bewirkt.
-
Außer der Überwachung des Laststromes der Spannung und der Temperatur
am Stehtransistor übernimmt die Überwachünesschaltung weitere mit der Verbesserung
der Betriebssicherheit von Stromversorgungsaeräten eng zusammenhängende Funktionen.
Nach dem Abschalten des Regelgerätes werden von der Überwachungsschaltung selbsttätig
in einem bestimmten Rhythmus Wiedereinschaltversuche gemacht, um die Ausfallzeit
der Stromversorgung möglichst kurz zu halten. Die Überwachungsschaltung unterscheidet
dabei drei Kriterien, um das Regelgerät nicht erneut zu gefährden. Ist die Störunssursache
eine kurzzeitige Überlastung, dann wird der Wiedereinschaltversuch in zeitlichen
Abständen von z. B. 2 Sekunden wiederholt. Bei Dauerkurzschluß bleibt das Regelgerät
nach einem ersten Wiedereinschaltversuch abgeschaltet. Bei thermischer überlastung
des Stelltransistors bzw. der Stehtransistoren erfolgt die Wiedereinschaltung in
Abhängigkeit von der Temperatur am Stelltransistor bzw. an den Stelltransistoren.
Ist dem Regelgerät ein mit LC-Siebung arbeitendes Gleichrichtergerät vorgeschaltet,
so können beim Einschalten Überspannungen an den Stelltransistoren auftreten. Um
zu verhindern, daß die Snannungsüberwachung darauf anspricht, wird der Siebkondensator
bei jeder Abschaltung des Regelgerätes entladen, um bei der Einschaltung verzögert
auf Nenn-Spannung aufgeladen zu werden.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand eines in den F i
g. 1 a und 1 b dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
-
Das Gleichspannungsregel.gerät ist auf seiner Eingangsseite (Spannung
UP) mit einem beispielsweise thyristorgeregelten Gleichrichtergerät verbunden, das
in der Figur nicht dargestellt ist. Im Längszweig der Schaltung ist in bekannter
Weise das Stellglied Ts 1 angeordnet, das im Ausführungsbeispiel aus mehreren Transistoren
besteht, deren Kollektor-Emitter-Strecken einander parallel geschaltet sind. Zur
Symmetrietang der Kollektorströme ist jedem Stelltransistor ein Emitterwiderstand
zugeordnet. Eine von der Ausgangsspannung unabhängige Hilfsspannung U h liefert
über den Vorwiderstand R 11 und die Diode D 2 einen öffnenden Steuerstrom für die
Stelltransistoren Ts 1. Die Hilfsspannungsquelle liefert außerdem die Betriebsspannung
für die überwachungsschaltung. Die Spannungsregelung erfolgt mit einem für stetig
wirkende Stellglieder gebräuchlichen Spannungsregler Sp, der nicht --näher beschrieben
wird. Ebenfalls im Längszweig der Regelschaltung ist der Strommeßwiderstand R 5
angeordnet, der vom Laststrom durchflossen wird. Im Querzweig ist hinter den Stelltransistoren
Ts 1 ein Spannungsteiler R 3, R 4 vorgesehen, der an der Ausgangsspannung
U a liegt. Die Reihenschaltung aus den Widerständen R 3 und R 5 bildet mit
.dem Basis-Emitter-Kreis des Meßtransistors Ts-3 den ersten Schaltungsteil zur Stromüberwachung.
Einen weiteren Meßkreis zur Spannungsüberwachung bildet die Steuerstrecke des Transistors
Ts 3 mit der Diode Z 1 und den dazu in Serie liegenden Kollektor-Emitter-Strecken
aller parallelgeschalteten Stehtransistoren Ts 1. Der Meßtransistor Ts
3 ist über einen Transistor Ts 4 mit der Steuerstrecke des Hilfsthyristors
Ty 2 verbunden. Dem Transistor Ts 4 ist ein Meßtransistor Ts 5 parallel
geschaltet, dessen Basis-Emitter-Kreis in Serie mit einer Diode Z 2 den Kaltleiter
R k zur Temperaturüberwachung der Stelltransistoren Ts 1
enthält. Der Hilfsthyristor
Ty 2 liegt über ein RC-Glied R 6, C 3 in Reihenschaltung mit einem Teil I der Primärwicklung
des Impulsübertragers Tr an der Hilfsspannung U h. Für die Schaltung zur
Stromüberwachung ergibt sich folgende Wirkungsweise: Bei Überstrom überwiegt die
am Strommeßwiderstand R 5 entstehende Spannung den Spannungsabfall am Widerstand
R 3 des Spannungsteilers im Querzweig der Schaltung. Der Meßtransistor Ts
3
wird jetzt leitend gesteuert und zündet über den Transistor Ts 4 den Hilfsthyristor
Ty 2. Jetzt kann über den Primärwicklungsteil I des Impulsübertragers Ti- und den
Kondensator C 3 mit dem parallelgeschalteten Entladewiderstand R 6 ein Strom fließen,
der zur Aufladung des Kondensators C 3 führt. Der Kondensator C 3 nimmt verzögert
Spannung auf und steuert nach Erreichen der Arbeitsspannung der Diode Z 3 den Löschtransistor
Ts 6 in den leitenden Zustand. Der Hilfsthyristor Ty 2 wird dadurch stromlos.
Der Löschtransistor Ts 6 hält den Strom durch die Primärwicklung I so lange
aufrecht, bis infolge der Entladung des Kondensators C 3 der Basisstrom unterbrochen
wird. Während der Dauer des Impulses wird der Übertrager Tr ummagnetisiert. In den
drei Sekundärwicklungen des Übertragers entstehen Zündimpulse, die über die Vorwiderstände
R 12, R 13 und R 14 und die Steuerstrecken der Abschaltthyristoren Ty
4, Ty 5 und Ty 6 einen Zündstrom treiben. Der Abschaltthvristor Ty
4 entzieht den Stelltransistoren Ts 1 den öffnenden Steuerstrom. Die Stelltransistoren
sperren jetzt, und der Ausgang des Regelgerätes wird spannungslos. Gleichzeitig
sperrt der Abschaltthyristor Ty 5 über die Leitungen a und b ein vorgeschaltetes,
in der Figur nicht dargestelltes Gleichrichtergerät. Der Thyristor Ty 6 zündet den
Thvristor Ty 1, der den Siebkondensator C 1 über den Widerstand R 1 entlädt. Die
pulsierende Hilfsspannung U s, die über die Diode D 1 am Widerstand R 1 liegt, löscht
den Thyristor Ty 1 nach der Entladung des Siebkondensators C 1 auf einen durch die
Größe der Hilfsspannung Us vorgegebenen Spannungswert. Bei
den Thyristoren
Ty 4, Ty 5 und Ty 6 handelt es sich um steuerbare Gleichrichter, die mittels
der Steuerelektrode gesperrt werden können. -Um die- Laufzeit des Abschaltsignals
vom Meßwiderstand R 5 bis zu den Abschaltthyristoren Ty 4, Ty 5 und Ty 6, die bei
Kurzschluß die Stelltransistoren Ts 1 gefährden kann, unschädlich zu machen, ist
zwischen dem Kollektor des Meßtransistors Ts 3 und der Basis des den Stelltransistoren
Ts 1 vorgeschalteten Transistors Ts 2 eine Diode _D 3 in Serie -mit einem
Widerstand R 10 eingeschaltet. Durch diesen Schaltungsteil erreicht man, däß durch
die am Meßwiderstand R 5 abfallende Spannung über den leitend gesteuerten- Meßtransistor
Ts 3, die Diode D 3 und den Widerstand R 10 der Abschaltvorgang
der Stelltransistoren verzögerungsfrei eingeleitet und die Laufzeit überbrückt wird.
_ Nach einer überlästung des Regelgerätes .durch Überstrom, die zu einer Abschaltung
des Regelgerätes geführt hat, erfolgt unter Verwendung eines Zeitgliedes ein automatischer
Wiedereinschaltversuch. Der Schaltungsteil für die automatische Wiedereinschaltung
enthält außer dem- Zeitglied, - das aus der Parallelschaltung von Widerstand R 7
und Kondensator C 4 besteht, eine Transistorstufe Ts 8; die über einen Koppelkondensator
C 5 mit einem Impulstransistor Ts 9 verbunden ist, der an die Steuerstrecke
eines Hilf sthyristors Ty 3 angeschlossen ist. Die Wiedereinschaltung erfolgt verzögert
durch Umladung des Kondensators C 4 nach einer Ab-
schaltung. Den zum Ladekondensator
C 4 parallelgeschalteten Steuerwiderstand R 7 durchfließen über die Vorwiderstände
R 8 und R 9 gegeneinander gerichtete Ströme, wobei -der Strom über den Vorwiderstand
R 8, der von der Ausgangsspannung der Schaltung abgeleitet wird, den von der Hilfsspannung
U h abgeleiteten und über den Widerstand R 9 fließenden Strom überwiegt.
-
Die Differenz der Ströme erzeugt am Steuerwiderstand R 7 eine Spannung,
die den Einschalttransistor Ts 8 gesperrt hält. Wird infolge einer Abschaltung
der Ausgang des Regelgerätes spannungslos, dann ist im Steuerwiderstand R 7 nur
noch der Strom. über den Widerstand R 9 aus der Hilfsspannun.gsquelle wirksam. Die
Spannung am Steuerwiderstand R 7 polt sich, verzögert durch den Ladekondensator
C 4, um und schaltet nach Erreichen der Arbeitsspannung der im Basis-Emitter-Kreis
liegenden Diode Z 4 den Einschalttransistor Ts 8 durch. Der Impulstransistor
Ts 9 ist bis zur Aufladung des Koppelkondensators C 5 leitend gesteuert und legt
einen Zündimpuls an die Steuerstrecke des Hilfsthyristors Ty 3. Der Hilfsthvristor
Ty 3 liegt in Serie mit einem Zeitglied (RC-Glied) R 15, C 8 und mit dem Primärwicklungsteil
1I des Impulsübertragers Tr an der Hilfsspannung Uh. Bei diessen Zündung
wird ein Spannungsimpuls, dessen Länge durch das Zeitglied bestimmt ist, an den
PrimärwicklungsteitlI des. Impulsübertragers Tr gegeben. Das.-Zeitglied steuert
den Transistor Ts 10, der den Thyristor Ty 3 löscht und den Impulsstrom während
der Impulsdauer übernimmt. In den drei Sekundärwicklungen entstehen Löschimpulse,
die über die Steuerstrecken der Abschaltthyristoren Ty 4, Ty 5 und Ty 6 einen Sperrstrom
treiben, wodurch diese löschen. Danach wird der öffnende Strom für die Stelltransistoren
Ts 1 wieder freigegeben. Die Spannung am Ausgang des vorgeschalteten Gleichrichtergerätes
läuft angenähert nach einer e-Funktion ohne Überschwingungen auf den Nennwert der
Ausgangsspannung hoch. Nach jeder Abschaltung infolge Überstromes in den Stelltransistoren
erfolgt nach beispielsweise etwa 2 Sekunden ein. Wiedereinschaltversuch entsprechend
der Umladung des Kondensators C 4. Bei einem Dauerkurzschluß bleibt nach dem ersten
Wiedereinschaltversuch der Einschalttransistor Ts 8 leitend und der Koppelkondensator
C 5 aufgeladen, da sich am Ausgang keine Spannung aufbauen kann und daher keine
Sperrspannung über den Vorwiderstand R 8 an die Steuerstrecke des Einschalttransistors.
Ts 8 gelangt. Das Gerät bleibt ohne weitere Einschaltversuche abgeschaltet.
-
Die Spannungsüberwachung für die Stehtransistoren erfolgt mittels
der im Basis-Emitter-Kreis des Meßtransistors Ts 3 in Serie mit der Kollektor= Emitter-Strecke
des Stehtransistors bzw. der Stelltransistoren Ts 1 angeordneten Diode
Z 1. Bei Überspannung wird der Meßtransistor Ts 3 leitend gesteuert. Die
Abschaltung und automatische Wiedereinschaltung erfolgen in gleicher Weise wie bei
einer Überlastung durch Überstrom.
-
Der vom Kaltleiter R k gesteuerte Meßtransistor Ts 5 überwacht
die Stelltransistortemperatur. Bei Übertemperatur wird der Kaltleiter hochohmig
und der Meßtransistor Ts 5 dadurch leitend gesteuert. Die Abschaltung der
Stelltransistoren erfolgt in gleicher Weise wie bei der Abschaltung durch Überstrom
über den Mlfsthyristor Ty 2. Für die Wiedeeinschaltung .des Regelgerätes wird der
bereits beschriebene Schaltungsteil benutzt, jedoch unter Verwendung einer zusätzlichen
Transistorstufe Ts 7 zur Einschaltverzögerung. Gleichzeitig mit dem Meßtransistor
Ts 5 für die Stelltransistortemperatur wird der Transistor Ts 7 leitend
gesteuert. Die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors liegt parallel zum Steuerwiderstand
R 7 und verhindert somit die Umladung des Ladekondensators C4. Der Einschalttransistor
Ts 8, der vom Umladevorgang gesteuert wird, bleibt daher so lange gesperrt, bis
die Ansprechtemperatur des Kaltleiters R k wieder unterschritten wird. Die Transistoren
Ts 5 und Ts 7
sperren dann wieder und geben die Umladung des Ladekondensators
C 4 und damit die Wiedereinschaltung frei.