DE1638531C - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer stabilisierten Spannung aus einer veränderlichen Netzwechselspannung - Google Patents

Description

wird und daß in Abhängigkeit von der Entlade- Hilfe deren sich die einem Verbraucher zugeführte spannung des Kondensators die Zündung des ao Leistung verändern läßt Bei einer bekannten dersteuerbaren Gleichrichters erfolgt, dadurchge- artigen Schaltung (ETZ-B, 1966, S. 653 bis 655, inskennzeichnet, daß zwischen die Steuerelek- besondere Bild 4), läßt sich ein Kondensator bei einer trode (16) und die eine Hauptelektrode (14) des Polarität der Netzspannung über eine Diode in Sperrsteuerbaren Gleichrichters (15) eine die Steuer- richtung der Steuerelektrode eines steuerbaren elektrode (16) in Einschaltrichtung vorspannende as Gleichrichten auf den Spitzenwert der Netzspannung Vorspannungsquelle (29) geschaltet ist und daß auf, während er bei umgekehrter Polarität der Netzdas Verzögerungsnetzwerk (21, 23, 25, 27, 31) spannung über einen parallel zur Diode liegenden derart ausgebildet ist, daß der Kondensator (25) Widerstand umgeladen wird, bis seine Spannung die sich unabhängig von den an dem steuerbaren Zündspannung des gesteuerten Gleichrichters erGleichrichter in Durchlaßrichtung anliegenden 30 reicht. Hierbei hängt nicht nur die Aufladespannung Netzspannungshalbwellen über die Vorspannungs- des Kondensators von der Größe der Netzspannung quelle (29) und parallel dazu über die Steuer- ab, sondern auch seine Umladung und damit die stromstrecke (14, 16) des Gleichrichters (15) ent- Zeitdauer für seine Entladung von der Spitzenspanlädt. nung auf Null, wo der steuerbare Gleichrichter ge-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- 35 zündet wird. Diese Abhängigkeit ist derart, daß sich durch gekennzeichnet, daß die Vorspannungs- der Kondensator bei höherer Netzspannung wegen quelle (29) eine Batterie ist. der umgekehrten Polarität der über den Widerstand

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 an ihm liegenden Spannnung auch schneller zu ent- oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer- laden sucht, als es der Fall wäre, wenn er sich ohne bare Gleichrichter (15) ein Thyristor ist. 40 an ihm liegende Umladespannung unabhängig von

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dieser in einem eigenen Entladekreis entladen würde, und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Bei einer weiterhin bekannten Schaltung (Elec-Wechselspannungseingangsklemme(lO) mit der tronics, engineering edition vom 28. März 1958, Anode (12) des Thyristors verbunden ist, daß S. 53/54, insbesondere F i g. 3) ist die Steuerelektrode eine zweite Wechselspannungseingangsklemme 45 eines steuerbaren Gleichrichters an ein festes Vor-(30) mit einer Anschlußklemme (20) des Ver- Spannungspotential gelegt, welches den Gleichrichter brauchers (19) mit der Kathode (14) des ,_n Durchlaßrichtung vorspannt, so daß er als nor-Thyristors(15) verbunden ist, daß die Diode (21), maler Halbwellengleichrichtcr arbeitet Sowohl die ein veränderlicher Widerstand (23) und der Kon- die Energiezufuhr zu einer Last steuernde Schaltung densator(25), die in der angegebenen Reihenfolge 50 wie auch die Gleichrichterschaltung sind nicht gehintereinanderliegen, zwischen die Anode (12) eignet zur Erzeugung einer stabilisierten Spannung und die Kathode (14) des Thyristors (15) geschal- aus einer schwankenden Netzspannung.

tet sind, wobei die Diode (21) so gepolt ist, daß Für Hersteller von Elektrogeräten stellen die häufig sie konventionellen Strom zur Anode (12) leitet, recht beträchtlichen Schwankungen der Netzspandaß ein zweiter Widerstand (27) und eine Gleich- _{55 nung} ein erhebliches Problem dar, da die Geräte auch Spannungsquelle (29), die in der angebenenen bei Speisung mit einer Spannung, die erheblich von Reihenfolge hintereinanderliegen, zwischen die der Nennspannung abweicht zufriedenstellend arbei-Steuerelektrode (16) des Thyristors (15) und ten sollen. Selbst innerhalb eines relativ engen Gebiedessen Kathode (14) geschaltet sind, wobei die tes, das theoretisch mit Wechselspannung in Nennwertnegative Klemme der Gleichspannungsquelle (29) 60 höhe gespeist wird, ist es in der Praxis nicht ungemit der Kathode (14) und ihre positive Klemme wohnlich, daß an den Anschlußstellen im Haushalt mit dem Widerstand (27) verbunden sind, und daß von Haus zu Haus Schwankungen bis zu 10 %> aufder Verbindungspunkt (24) zwischen dem verän- treten. Solche Schwankungen können verschiedene derlichen Widerstand (23) und dem Kondensator Ursachen haben, z. B. die Lage des betreffenden (25) über einen dritten Widerstand (31) mit der 65 Wechselstromanschlusses zum Verteiler des Elektri-Steuerelektrode (16) verbunden ist. zitätswerkes oder die Einstellung eines Abgriffes in

einem Hochspannungs- oder Verteilertransformator. Noch größere Abweichungen können auftreten, wenn

im Versorgungsnetz wegen Überholungsarbeiten oder erten Gleichrichters für unterschiedliche Netzspan-Störungen ein Generator stillgesetzt werden muß. nungen zeitlich gesehen wesentlich weiter ausein-Bei einem 110-V-Netz können also in der Praxis ander als bei den bekannten Schaltungen, und man ohne weiteres an der Anschlußstelle im Haushalt erhält infolgedessen wesentlich bessere Regeleigen-Nstzspannungsschwankungen zwischen 99 und 121V 5 schäften. Die erfindungsgemäße Schaltung ist damit auftreten, während bei einem 220-V-Netz die Ist- ohne weiteres in der Lage, selbst bei sehr Unterspannung z.B. zwischen 198 und 242VoIt schwan- schiedlichen Netzspannungen, zwischen beispielskenkann. weise 110 und 300 V, eine konstante Ausgangsspan-

In verstärktem Maße tritt das obengenannte Pro- nung für den Verbraucher zu liefern,

blem bei Geräten auf, die auf Reisen mitgenommen io Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

werden sollen. Schon innerhalb Europas gibt es näm- Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Hch Wechselspannungsnetze mit Nennspannungen F i g. 1 ein Schaltbild eines Ausfühnmgsbeispieles

zwischen 90 und 300 Volt. Um den Anschluß von der Erfindung und

elektrischen Geräten an Netzspannungen verschie- Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläute-

dener Größe zu ermöglichen, ist es bekannt, die Ge- 15 mag der Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten

rate mit Spannungswandlern oder Vorschaltgeräten Schaltungsanordnung.

auszurüsten, die eine Anpassung der Netzspannung ' Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung an die für das Gerät erforderliche Betriebsspannung weist eine Wechselspannungseingangsklemme 10 auf, ermöglichen. Dies ist insbesondere bei Reisegeräten, die mit der Anode 12 eines Thyristors 15 verbunden wie elektrischen Rasierapparaten, Reisebügeleisen ao ist. Die Kathode 14 des Thyristors ist mit einem Anusw., üblich. Als Spannungswandler dient im allge- Schluß 18 eines Verbrauchers 19 verbunden, dessen meinen ein Transformator, der eine Anzahl von An- anderer Anschluß 20 an eine zweite Wechselspanzapfungen aufweist, weiche mit einem Spannungs- nungsklemme 30 angeschlossen ist. Zwischen der Anwähler verbunden sind, an dem der Verbraucher dann ode 12 und der Kathode 14 des Thyristors 15 liegt die jeweilige Speisespannung einstellen kann. Die be- as eine Reihenschaltung, die eine Diode 21, einen verkannten Einrichtungen zur Anpassung von elektri- änderlichen Widerstand 23 und einen Kondensator sehen Geräten an verschiedene Speisespannungen 25 enthalt, welche in der angegebenen Reihenfolge sind relativ teuer und umständlich in der Benutzung. hintereinandergeschaltet sind. Die Diode ist so ge-Außerdem besteht die Gefahr von Fehlbedienungen, polt, daß sie von einem konventionellen Strom, der und es kommt nicht selten vor, daß ein Reisender 30 zur Anode 12 des Thyristors 15 fließt, in Flußrichdurch Unachtsamkeit oder Unkenntnis eine falsche tung durchsetzt wird. Zwischen die Steuerelektrode Spannung einstellt oder das Umstellen der Spannung ■ 16 und die Kathode 14 des Thyristors sind ein Widerüberhaupt vergißt, so daß dann das Gerät bei Inbe- stand 27 und eine mit diesem in Reihe liegende Vortriebnahme Schaden erleidet. spannungs-Batterie 29 geschaltet, wobei die Kathode

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der 35 14 direkt mit der negativen Klemme der Batterie 29 Schaffung einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung verbunden ist. Der Verbindungspunkt 24 zwischen

einer stabilisierten Spannung aus einer veränderlichen dem veränderlichen Widerstand 23 und dem Konden-

Netzwechselspannung und wird mittels eines in Reihe sator 25 ist über einen Widerstand 31 mit der Steuer-

mit dem Netz und dem Verbraucher geschalteten elektrode 16 gekoppelt.

steuerbaren Gleichrichters, parallel zu dessen Haupt- 40 Wenn im Betrieb der in F i g. 1 dargestellten Schalelektroden ein zur Zündung des steuerbaren Gleich- tungsanordnung die Polarität der Speisespannung an richters dienendes Verzögerungsnetzwerk geschaltet der Klemme 10 zuerst positiv bezüglich der Klemme ist, das einen Kondensator, mindestens einen Wider- 30 wird, wird der Thyristor 15 in Flußrichtung bestand und ferner eine Diode in derartiger Anordnung aufschlagt, d. h., seine Anode 12 ist positiv bezüglich bzw. Polung enthält, daß der Kondensator von den 45 der Kathode 14, und die Batterie 29 liefert an die an dem steuei baren Gleichrichter in Sperrichtung Steuerelektrode 16 über den Widerstand 27 eine anliegenden Netzspannungshalbwellen mit einer für Spannung, die ausreicht, um den Thyristor zu zündie Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters den. Nach dem Zünden bleibt der Thyristor während eine Sperrspannung darstellenden Polantät aufge- des restlichen Teiles dei positiven Halbwelle leitend, laden wird und daß in Abhängigkeit von der Entlade- 50 bis die Spannung zwischen seiner Anode 12 und spannung des Kondensators die Zündung des Steuer- Kathode 14 auf Null abfällt. Wenn die Polantät der baren Gleichrichters erfolgt, erfindungsgemäß da- Speisespannung wechselt, wird der Thyristor in Spsrrdurch gelöst, daß zwischen die Steuerelektrode und richtung beaufschlagt und leitet nicht. Während die eine Hauptelektrode des steuerbaren Gleichrich- dieser negativen Halbwelle, während der also die ters eine die Steuerelektrode in Einschaltrichtung vor- 55 Klemme t0 negativ bezüglich der Klemme 30 ist, spannende Vorspannungsquelle geschaltet ist und daß wird die Diode 21 in Flußrichtung vorgespannt und das Verzögerungsnetzwerk derart ausgebildet ist, daß leitet. Der Kondensator 25 lädt sich dann während der Kondensator sich unabhängig von den an dem dieser negativen Halbwelle über den Verbraucher 19, steuerbaren Gleichrichter in Durchlaßrichtung anlie- den Widerstand 23 und die Diode 21 auf eine Spangenden Netzspannungshalbwellen über die Vorspan- 60 nung auf, die, wenn man alle anderen Parameter als nungsquelle und parallel dazu über die Steuerstrom- fest annimmt, durch die Speisespannung bestimmt strecke des Gleichrichters entlädt. wird. Die Ladung des Kondensators 25 hat die ent-

Hierbei wird der Entladevorgang des Kondensators gegengesetzte Polarität wie die Batterie 29.

von der umgekehrten Netzspannung nicht wie bei den In Fig. 2 ist die Ladespannung V_e des Konden-

bekannten Schaltungen beeinflußt, sondern für die 63 sators 25 für Speisespannungen verschiedener Größe

Entladung des Kondensators ist ausschließlich die dargestellt; F_cll0 entspricht also beispielsweise der Höhe der ihn aufladenden Spannung maßgebend. Aufladung des Kondensators bei einer Speisespan- Dadurch liegen die Einschaltzeitpunkte des gesteu- nung von 110 V. Wenn die Speisespannung ihr nega-

tives Maximum durchläuft, beginnt sich der Kondensator 25 von V₁. nach Null zu entladen. Wenn, dann die Speisespannung wieder positiv wird, d. h. die Klemme 10 ein positives Potential bezüglich der Klemme 30 annimmt, befindet sich, wie F i g. 2 zeigt, S im Kondensator noch eine gewisse Ladung, deren Größe der Speisespannung direkt proportional ist. Der Thyristor 15 erhält nun wieder eine positive Anodenspannung und kann zünden, wenn seiner Steuerelektrode 16 ein geeignetes Zündsignal zugeführt wird. Die Verbindung der Widerstände 31 und 27 bildet einen Summierpunkt 5 für die Spannungsdifferenz - (V_b— V_c) zwischen der Spannung V_b an der Batterie 29 und der Spannung V_e am Kondensator 25, die an der Steuerelektrode 16 des Thyristors liegt. Die erforderliche Zündspannung ist in F i g. 2 mit V₁ bezeichnet; sie kann beim Fehlen einer Ladung im Kondensator, wie bei einer anfänglichen positiven Haibwelle, direkt durch die Vorspannung V_b geliefert werden. Bevor an der Steuerelektrode 16 jedoch die ZUnspan- »o nung V₁ auftreten kann, muß die Spannung V_c am Kondensator zuerst auf einen Wert V_n abfallen, der so groß ist, daß V_b— V_c mindestens gleich V₁ ist. Wie Fig. 2 zeigt, wird dieser Zündwert V_cz bei einer kleineren Speisespannung zu einem früheren Zeitpunkt während der positiven Halbwelle (z.B. im Funkt Λ bei einer Speisespannung von 110 V) erreicht, als bei einer höheren Speisespannung (z.B. dem Punkt B bei einer Speisespannung von 300 V). Wenn also die Klemmen 10, 30 an ein 110-V-Netz angeschlossen werden, zündet der Thyristor beim Punkt A und bleibt für den restlichen Teil der betreffenden positiven Halbwelle leitend. Wenn die Netzspannung an den Klemmen 10, 30 noch 300 V beträgt, zündet der Thyristor erst beim Punkt B. Bei einer Speisung mit 300 V liegt also' am Verbraucher eine höhere Spannung für eine kürzere Zeit, während bei Speisung mit 110 V am Verbraucher eine kleinere Spannung für eine längere Zeitspanne liegt. In beiden Fällen erhält der Verbraucher jedoch die gleiche Leistung, und er arbeitet unabhängig von der Größe der Speisespannung in den durch die Konstruktion vorgegebenen Grenzen.

Durch Verstellen des Widerstandes 23 kann der Stromflußwinkel des Thyristors für jede beliebige Anfangsspannung und eine beliebige Last auf 180° eingestellt werden. Durch entsprechende Wahl der Schaltungsparameter ist es ferner möglich, die vorliegende Schaltungsanordnung so auszulegen, daß der Stromflußwinkel bei Überschreiten einer bestimmten maximalen Netzspannung Null wird.

Der Widerstand 23 wird im allgemeinen durch den Hersteller des betreffenden Gerätes so eingestellt, daß das Gerät mit Speisespannungen in einem gewünschten Bereich betrieben werden kann. Eine Verstellung durch den Benutzer des Gerätes ist nicht vorgesehen, und der Widerstand soll daher auch nicht von außen zugänglich sein. Die einzige Aufgabe des Benutzers besteht darin, sein Gerät an irgendeine Wechselspannungsquelle oder Steckdose anzuschließen. Die Einregelung der Versorgungsspannung des Gerätes erfolgt dann vollautomatisch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs-Patentansprüche: anordnung zur Erzeugung eine? stabilisieiten Spannung aus einer veränderlichen Netzwechselspannung

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer mittels eines in Reihe mit dem Netz und dem Verstabüisierten Spannung aus einer veränderlichen 5 braucher geschalteten steuerbaren Gleichrichters, Netzwechselspannung mittels eines in Reihe mit parallel zu dessen Hauptelekroden ein zur Zündung dem Netz und dem Verbraucher geschalteten des steuerbaren Gleichrichters dienendes Verzögesteuerbaren Gleichrichters, parallel zu dessen rungsnetzwerk geschaltet ist, das einen Kondensator, Hauptelektroden ein zur Zündung des Steuer- mindestens einen Widerstand und ferner eine Diode baren Gleichrichters dienendes Verzögerungs- io in derartiger Anordnung bzw. Polung enthält, daß netzwerk geschaltet ist, das einen Kondensator, der Kondensator von den an dem steuerbaren Gleichmindestens einen Widerstand und ferner eine Di- richter in Sperrichtung anliegenden Netzspannungsode in derartiger Anordnung bzw. Polung ent- halbwellen mit einer für die Steuerelektrode des hält, daß der Kondensator von den an dem steu- steuerbaren Gleichrichters eine Sperrspannung darerbaren Gleichrichter in Sperrichtung anliegenden 15 stellenden Polarität aufgeladen wird und daß in Ab-Netzspannungshalbwellen mit einer für die Steu- hängägkeit von der Entladespanung des Kondensators erelektrode des steuerbaren Gleichrichters eine die Zündung des steuerbaren Gleichrichters erfolgt Sperrspannung darstellenden Polarität aufgeladen Es sind Phasenanschnittschaltungen bekannt, mit