DE1763847A1

DE1763847A1 - Elektrisches Steuersystem,Ein-Aus

Info

Publication number: DE1763847A1
Application number: DE19681763847
Authority: DE
Inventors: Swinehart Merle Robert
Original assignee: Cutler Hammer Inc
Current assignee: Cutler Hammer Inc
Priority date: 1967-08-24
Filing date: 1968-08-22
Publication date: 1971-12-30
Also published as: FR1585131A; US3558995A

Description

4201 IT. 27th Street, MILWAUKEE, Wisconsin 53216/USA

Elektrisches Steuersystem "Ein-Aus"

Die Erfindung betrifft das Gebiet der "Ein-Aus-Steuerung" oder Steuerung der umschaltung von elektrischen Belastungen entweder von Hand durch Betätigung einer regelbaren Impedan2, oder durch automatische Einrichtungen, welche auf einen iuaseren veränderlichen Parameter ansprechen, z.B. einen aiöli allmählich oder ohne Diskontinuität ändernden Parameter. Im besonderen betrifft die Erfindung die "Ein-Aus-Steuerung" einer induktiven Belastung für einen bestimmten regelbaren Wert eines äusseren veränderlichen Parameters, welcher auf einen Empfänger mit veränderlichem Widerstand wirkt, 3eB, einen Thermistor, einen lichtempfindlichen Widerstand, eine auf die Feuchtigkeit ansprechende Zelle o.dgl. Die Steuerung "Ein-Aus" kann z.B. angewandt werden, um abends Lampen zum Aufleuchten zu bringen, wenn das Tageslicht abnimmt, und sie am Morgen zum Erlöschen

zu

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zu bringen, wenn der Tag anbricht. Die Steuerung "Ein-Aus" kann auch für die Einschaltung oder Ausschaltung eines Relais eines Heizapparats oder einer anderen induktiven Vorrichtung verwendet werden, und auf die Veränderung der Temperatur ansprechen, oder fur die Ein- oder Ausschaltung des Relais eines Befeuchters oder Trockners und auf die Peststellung einer Änderung des Feuchtigkeitsgrades der umgebenden Luft ansprechen, oder für die Steuerung eines Motors oder einer anderen induktiven Vor-P richtung und auf einen veränderlichen Parameter ansprechen, welcher ein Glied mit veränderlichem Widerstand betätigen kann.

Auf diesem Gebiet sind auf einen bestimmten Parameter ansprechende Steuervorrichtungen "Ein-Aue" für einige Anwendungen bekannt. Diese bekannten Vorrichtungen befriedigen

der jedoch nicht vollständig infolge/ihrer Anwendung oder ihrer Leistung gesetzten Grenzen sowie ihres verwickelten Aufbaus und des Gestehungspreises der Stromkreise, welche zur Überwindung gewisser Fehler erforderlich sind. So sind z.B. licht-λ empfindliche Vorrichtungen zur Steuerung von elektrothermischen Relais o.dgl. bekannt, welche Lampen zum Aufleuchten bringen, wenn die Dunkelheit herankommt, und diese Lampen am Morgen bei Tagesanbruch zum Erloschen bringen. Unter diesen bekannten Vorrichtungen gibt es sowohl solche, welche allmählich ansprechen, als auch solche mit plötzlicher Wirkung. Diese bekannten Vorrichtungen besitzen jedoch weder den einfachen Aufbau noch die Wirksamkeit und die Zuverlässigkeit der nachstehend beschriebenen erfindungsgemiissen Vorrichtungen.

Es sind proportionale Steuersysteme bekannt, bei welchen ein regelbarer Widerstand so eingestellt wird, dass er

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den Stromdurchgang durch einen Kondensator "bei jeder Halbwelle einer Wechselspannung verändert. Wenn die Spannung an seinen Klemmen einen bestimmten Schwellenwert erreicht, entlädt sich der Kondensator über eine Auslöeediode inßie Zündelektrode eines Leistungssteuergliedes der Halbleiterbauart. Die Entladegeschwindigkeit des Kondensators bestimmt die an die Belastung angelegte Leistung. Ein derartiges System arbeitet mit "Proportionalsteuerung", da eine Veränderung des Widerstands die Zündphase des Leistungssteuergliedes und somit die an die Belastung angelegte Leistung proportional verändert.

Es hat sich gezeigt, dass eine äusserst einfache Veränderung eines derartigen Proportionalsteuers]«tems ein Steuersystem "Ein-Aus" ergibt, d.h. ein System, welches anstatt mit kontinuierlicher und progressiver Wirkung mit Umschaltung arbeitet. Es hat sich gezeigt, dass bei Steuerung einer induktiven Belastung die Vertauschung der Stellungen des veränderlichen Widerstands und des Kondensators eine Steuerung "Ein-Aus" oder Umschaltsteuerung ergibt. Biese Grundschaltung kann dann auf verschiedene Weise so verändert oder vervollständigt werden, dass die Empfindlichkeit, der Regelbereich, die Grosse usw. erhalten werden, welche für bestimmte Anwendungen erzielt werden sollen, wie dies weiter unten genauer beschrieben ist.

Ein Zweck der Erfindung ist daher die Herstellung einer vervollkommneten elektronischen Steuerschaltung "Ein-Aus¹¹.

Eine besondere Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung eines Systems, welches auf einen bestimmten Parameter anspricht und die Steuerung "Ein-Aus" einer elektrischen Belastung vornimmt.

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Bin weiterer besonderer Zweck der Erfindung ist die Herstellung eines Steuersystems der obigen Art, welches im besonderen für die Miniaturisierung geeignet ist, so dass es an dem Gehäuse oder in dem Gehäuse der von ihm gesteuerten elektrischen Vorrichtung angebracht werden kann.

Ein weiterer besonderer Zweck der Erfindung ist die Herstellung einer einfachen wirtschaftlichen Steuervorrichtung, welche auf das Tageslicht anspricht, um abends Lampen zum Aufleuchten und morgens zum Erlöschen zu bringen.

Ein weiterer besonderer Zweck der Erfindung ist die Herstellung eines Steuersystems "Ein-Aus" der obigen Art mit verbesserten Einrichtungen zur Vorwahl und Regelung des Unterschieds zwischen der Herstellung und Unterbrechung des Stroms in der Belastung.

Das erfindungsgemäsee elektronische System zur Steuerung "Ein-Aus^H zur Umschaltung der von einer Wechselstromquelle einem Empfänger mit einer induktiven Impedanz gelieferten elektrischen Leistung mit einem Halbleitersteuerglied mit gesteuerter Zündung mit zwei Hauptklemmen, welche in Reihe in den die Stromquelle mit dem Empfänger verbindenden Stromkreis eingeschaltet sind,und einer einer der Hauptklemmen zugeordneten Steuerelektrode zur Steuerung der Zündung, einem parallel zu dem Steuerglied geschalteten Auslosekreis mit zwei in Reihe geschalteten Impedanzen und einer zwischen die Zündelektrode und die Verbindungsstelle der beiden obigen Impedanzen geschalteten Auslösediode ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Impedanz des Auslösekreises, welche zwischen die Auslösediode und die nicht der Zündelektrode zugeordnete Hauptklemme des Steuergliedes

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geschaltet ist, einen geringen Wert für einen plötzlichen Spannungssprung besitzt, welcher an den Klemmen des Steuergliedes auftritt, wenn der dieses durchfliessende Strom zu Null wird.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Pig. 1 ist ein vereinfachtes Schema eines Steuersystems, welches die Grundgedanken der Erfindung darstellt.

Fig. 2 ist eine Gruppe von Wellenformen zur Darstellung der Betriebskenngrössen des Systems der Pig. 1.

Pig. 3 ist ein vereinfachtes Schema eines erfindungsgemässen Steuersystems "Ein-Aus", welches durch einen bestimmten Parameter gesteuert wird und zur Steuerung eines Motors dient.

Pig. 4 ist eine Gruppe von Wellenformen zur Darstellung der Betriebskenngrössen des Systems der Pig* 3.

Pig. 5 ist ein vereinfachtes Schema einer Abänderung des Systems der Pig. 1, welche ein gesteuertes empfindlicheres Steuersystem ergibt.

Fig. 6 ist ein der Pig. 1 entsprechendes vereinfachtes Schema, welches jedoch so abgeändert ist, dass der Unterschied zwischen den der Herstellung bzw. der Unterbrechung des Stroms in der Belastung entsprechenden Werten des Eingangssignals geregelt werden kann.

Pig. 7 ist ein eine Abänderung der Pig. 6 darstellendes Teilschema.

Pig. 8 ist ein vereinfachtes Schema einer Abänderung des Systems der Pig. 3, welche ein durch einen bestimmten Parameter gesteuertes Steuersystem ergibt, welches noch

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empfindlicher als das der Pig. 5 ist und eine Regelung des Unterschieds zwischen den der Herstellung bzw. der Unterbrechung des Stroms in der Belastung entsprechenden Werten des Eingangssignals gestattet.

Fig.1 zeigt ein erfindungsgemässes Steuersystem "Ein-Aus". Bei dem dargestellten Beispiel wird die Betätigungsspule 2 eines elektromagnetischen Relais oder Leistungsschutzes steuerbar durch eine Wechselstromquelle gespeiet, deren Klemmen

P mit A und B bezeichnet sind. Das Schutz 2 ist mit einem oder mehreren Kontakten 2a versehen, welche Lampen oder beliebige andere gewünschte Belastungen speisende Stromkreise schlieesen.

Wie in Fig· 1 dargestellt, ist das System mit

Steuereinrichtungen versehen, welche gestatten, die Betätigungsspule 2 gemäss einer "Bin-Aus-Steuerung" zu steuern, d.h. durch Umschaltung. Dies bedeutet, dass die Betätigungsspule im gewünschten Augenblick ptäzlich erregt oder entregt wird, anstatt auf eine beliebige Weise allmählich gesteuert zu werden. Anders

ι ausgedrückt, wenn die Spule gespeist wird, wird sie plötzlich von einem so grossen Strom durchflossen, dass das Relais zwangsläufig betätigt wird, derart, dass weder ein Plattern noch ein Schleichen der Relaiskontakte auftritt. Wenn die Spule des Relais entregt wird, wird der Strom plötzlich unterbrochen, so dass das Relais ohne Schleichen oder Verzögerung einwandfrei abfällt.

Die obigen Steuereinrichtungen enthalten ein Halbleiterumsohaltglied und Einrichtungen zur Steuerung der Zündung desselben, welohe die Umschaltung bewirkt. Das Halbleiterglied ist vorzugsweise ein Leistungssteuerglied 4,

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welches ein "Quadrac" oder "Triac" gennantes Wechselstromumschaltglied ist. Dieses Glied ist mit zwei Hauptklemmen T^ und Tg und einer Steuerelektrode G versehen. Die Klemmen T^ und Tp sind in Reihe mit der Spule 2 geschaltet, und die Gesamtanordnung wird mit Wechselstrom gespeist.

Eine der Hauptklemmen , T-, ist der Steuerelektrode G zur Steuerung der Zündung des Leistungssteuergliedes 4 zugeordnet. Diese Steuerung erfolgt durch Anlegung eines geeigneten Signals zwischen der Steuerelektrode G und der dieser zugeordneten Hauptklemme T-·

Die Einrichtungen zur Steuerung der Zündung enthalten eine in beiden dichtungen leitende Vorrichtung, z.B. eine Auslösediode 6, sowie einen Auslösekreis, welcher zu dem Steuerglied 4 parallel geschaltet ist und einen Kondensator 8 und einen veränderlichen Widerstand 10 enthält. Die Auslösediode 6 ist ein "Auslöser" oder "Diac" genanntes Glied mit Schwellenwert und ist zwischen den Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator und dem veränderlichen Widerstand und die Steuerelektrode G geschaltet.

Es ist zu bemerken, dass der Kondensator 8 und der veränderliche Widerstand gegenüber den Stellungen, welche sie normalerweise in den Proportionalsteuersystemen und ähnlichen Systemen einnehmen, vertauscht sind. Dies bedeutet, dass der Kondensator 8 zwischen die Auslösediode 6 und die nicht der Zündelektrode G zugeordnete Hauptklemme Tg geschaltet ist. Ferner ist der veränderliche Widerstand 10, an dessen Klemmen die Schwellenspannung entsteht, zwischen die Klemme T- und die Auslösediode geschaltet. Diese Verbindungen sowie die

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induktive Belastung bewirken das plötzliche Arbeiten und liefern die nachstehend beschriebene "Treppenfunktion" für die Herstellung der Steuerung "Bin-Aus^M.

Nachstehend ist das Arbeiten des Steuersystems der Fig. 1 unter Bezugnahme auf die in Fig· 2 dargestellten Wellenformen beschrieben. Die Kurve (a) der Fig. 2 stellt die Form der Spannung e2 dar, welche zwischen den Klemmen T- und T« des Quadrac erscheint, bevor dieser gezündet wurde, oder anders

fc. ausgedrückt die Form der Speisespannung· Wie man sieht, ist diese die übliche sinusförmige Spannungswelle der Wechselstrtbmquelle. Die Kurve (b) der Fig. 2 stellt die Form der an den Klemmen des Widerstands 10 aufgetretenen Spannung el dar. Diese Spannung an den Klemmen des Widerstands 10 ist gegenüber der in Fig. 2 bei (a) dargestellten Speisespannung nach vorwärts verschoben, da der sie erzeugende Strom über den Kondensator 8 flieset.

Wahrend die Kurven (a) und (b) die unmittelbar vor der Zündung des Quadrac bestehenden Bedingungen darstellen, d.h.

f .' bevor der Abgriff des Widerstands 10 auf den Wert der Schwellenspannung der Auslösediode eingestellt wurde, stellen die anderen Kurven (c) bis (f) die nach der Einstellung des Abgriffs des Widerstands 10 auf den Wert der Schwellenspannung der Auslösediode vorhandenen Bedingungen dar. Die Kurve (c) zeigt, dass die Spannung an den Hauptklemmen des Quadrac praktisch auf den Wert Null fällt, wenn der Quadrac zündet. Die Kurve (d) zeigt die Spannung el an den Klemmen des Widerstands 10 und die positive Spitze dieser Spannung, welche die Schwellenspannung erheblich übersteigt, jenseits welcher die Auslösediode 6 die

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Zündung des Quadrac bewirkt. Die Kurve (e) zeigt die Spannung e'3i welche an den Klemmen der Belastung auftritt, oder anders ausgedrückt die Speisespannung. Es ist zu bemerken, dass diese Spannung mit der Spannung in Phase ist, welche zwischen den Hauptklemmen des Quadrac vor der Zündung desselben erscheint. Die Kurve (f) zeigt den die Belastung, d.h. die Spule 2, durchmessenden Strom. Wie man sieht, ist dieser Strom gegenüber der Spannungswelle (e) nach rückwarte verschoben, wie dies der Fall sein muss, da die Belastung induktiv ist.

Aus Pig. 1 geht hervor, dass, wenn der Widerstand 10 einen kleinen Wert hat, die Spannung an seinen Klemmen während keiner Halbwelle der Speisespannung die Schwellenspannung oder Zündspannung der Diode 6 erreicht, und der Quadrac wird nicht gezündet. Fig. 2 (b) zeigt diese Spannung an den Klemmen des Widerstands 10, bevor die die Schwellenspannung der Auslosediode erreicht.

Wenn der Abgriff an dem Widerstand 10 verschoben wird, um seinen Ohm'sehen Wert zu vergrössern, erreicht die Spannung an den Klemmen dieses Widerstands die ^achwellenspannung der Auslösediode, wie in Fig. 2(d) dargestellt. Dies hat zur Folge, dass die Diode zündet und einen Stromimpuls auf die Zündelektrode des Quadrac gibt, welcher leitend wird. Wie in Pig. 2(c) dargestellt, wird die Spannung an den Klemmen des Quadrac praktisch Null, wenn dieser gezündet ist. Die Speisespannung tritt dann an den Klemmen der Spule 2 auf, wie in Fig. 2(e) dargestellt, und besitzt eine leichte Zacke an der Stelle der Zündung des Quadrac. Der die Belastung, d.h. die Spule 2, durchfliessende Strom ist ebenfalls in Fig. 2 bei (f) dargestellt.

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Man erhält in jeder Halbwelle der Speisespannung eine plötzliche Umschaltung infolge der Tatsache» dass in der induktiven Belastung die Spannung bereits einen wesentlichen Wert zu dem Zeitpunkt erreicht hat, an welchem der Strom bis auf den Wert Null abnimmt und die Leitfähigkeit des Quadrac aufhört. Wie durch die Kurve (f) der Fig· 2 dargestellt, hört die Leitfähigkeit des Quadrac auf, wenn der ihn durchfliessende Strom I an dem Punkt X bis auf den Wert Null abnimmt. Da aber der Strom gegenüber der Spannung nach rückwärts verschoben ist, hat zu diesem Zeitpunkt die Spannung bereits einen wesentlichen Wert erreicht, welcher in der Nähe ihres Höchstwerts liegt, wie dies die Kurve (e) der Pig· ,2 darstellt. Sa die Belastung induktiv ist, erscheint schnell eine Spannung an den Klemmen des Quadrac und nimmt schnell wie eine "Treppenfunktion" zu· Die Impedanz des Kondensators 8 für diese schnell wachsende Spannung ist gering. Die Spannung el an den Klemmen des Widerstands 10 wird daher verhältnismässig gross und löst die Diode aus, welche ihrerseits den Quadrac zündet. Wie durch die f Kurven der Fig. 2 dargestellt, erscheint, sobald der durch die Kurve (f) dargestellte Strom den Wert Null erreioht, eine durch die Kurve (d) dargestellte positive Spannungsspitze an den Klemmen des Widerstands 10, welche die Schwellenspannung der Auslösediode reichlich übertrifft. Die Diode zündet daher augenblicklich und löst ihrerseits den Quadrac aus. Die Belastung empfängt daher praktisch die Gesamtheit der Wechselstromwelle .

Das Schema der Fig. 3 zeigt die Anwendung auf eine durch einen ausseren Parameter gesteuerte Steuerung

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"Ein-Aus". In diesem Schema sind den Teilen der Pig. 1 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Hauptklemmen des Quadrac 4 sind mit einer induktiven Belastung in Reihe geschaltet, z.B. einem Motor 12 mit Hilfsphase,wobei das Ganze durch die Wechselstromquelle gespeist wird. Die Auslösediode 6 ist mit der Zündelektrode G des Quadrac verbunden, und der Kondensator 8 ist zwischen die Klemme T₂ des Quadrac und die Auslösediode geschaltet.

Zur Erzeugung der Sohwellenspannung für die Auslösediode ist der regelbare Widerstand der Pig. 1a in Fig. 3 durch ein Paar von Kondensatoren ersetzt, nämlich einen Konden~ sator 14 und einen kleineren Kondensator 16, welcher mit dem vorhergehenden so zusammengeschaltet ist, dass man unter Ausgang von der Verbindungsstelle zwischen der Auslösediode 6 und dem Kondensator 8 die zu der Klemme T- des Quadrac führende Reihenfolge 14-16 erhält. Eine auf einen bestimmten Parameter ansprechende Vorrichtung 18 ist an die Klemmen des kleineren Kondensators 16 so angeschlossen, dass sie von diesem einen zu einem äusseren veränderlichen Parameter proportionalen Strom abzweigt. Diese auf einen äusseren Parameter ansprechende Vorrichtung ist in der Form eines Empfängers mit veränderlichem Widerstand dargestellt, z.B. einem lichtempfindlichen Widerstand mit Kadmiumsulfid o.dgl. Dieser lichtempfindliche Widerstand besitzt einen in Punktion des Lichts negativen Widerstandskoeffizienten und spricht auf eine Änderung des auf ihn fallenden Tageslichts so an, dass sein Widerstand abnimmt, wenn die Lichtstärke zunimmt, und umgekehrt.

An die Klemmen des Kondensators 8 ist ein regel-

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barer Widerstand 20 angeschlossen, was die Einstellung der die Einschaltung bewirkenden lichtstarke ermöglicht. Gemäss einer Ausführungsabwandlung kann die Lichtstärke, bei welcher das System die Einschaltung bewirkt, durch Regelung der Abmessungen der Öffnung eingestellt werden, durch welche das licht zu dem lichtempfindlichen Widerstand gelangt. Der Kondensator 8 kann regelbar sein, oder sein Wert kann so gewählt werden, dass er den Idchtstärkenunterschied zwischen "Ein" und "Aus" bestimmt. Dieser Kondensator muss ziemlich groes sein, damit das System den Stromkreis unverzögert schliest. Die Punktionen dieser Teile sind nachstehend genauer beschrieben.

Es soll jetzt das Arbeiten des Systems der Fig· 3 unter Bezugnahme auf die in Fig· 4 dargestellten Wellenformen beschrieben werden. Die Kurve (a) der Fig· 4 zeigt die Form der an den Klemmen I^ und T« des Quadracs vor der Zündung desselben erscheinende Spannung, oder anders ausgedrückt, die Form der Speisespannung. Diese ist die übliche sinusförmige Spannunswelle der Wechselstromquelle. Die Kurve (b) stellt die Form der Steuerspannung dar, welche die Diode leitend macht, wenn ihre Amplitude einen genügenden Wert erreicht. Diese Spannung ist gegenüber der Speisespannung etwas nach rückwärts verschoben, und zwar offenbar infolge der durch den Motor gebildeten Induktivität des Stromkreises.

Während die Kurven (a) und (b) die vor der Zündung des Quadracs bestehenden Bedingungen darstellen, stellen die restlichen Kurven (c) bis (f) die vorhandenen oder sich einstellenden Bedingungen dar, nachdem der Ohm'sche Wert des lichtempfindlichen Widerstands 18 soweit zugenommen hat, dass

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die an die Kondensatoren 14 und 16 angelegte Spannung die Leitfähigkeit der Auslösediode erzeugt. Die Kurve (c) stellt die Spannung an den Hauptklemmen des Quadrac dar und zeigt die Schnelligkeit, mit welcher diese Spannung zunimmt, wenn der durch den Quadrac fliessende Strom auf den Wert Null fällt. Die Kurve (d) stellt die Steuerspannung und die positive Spitze derselben dar, welche die Auslösediode leitend macht. Die Kurve (e) zeigt die an den Klemmen des Motors erscheinende Spannung und die charakteristischen Störungen derselben, welche den Augenblicken entsprechen, an welchen der Quadrac aufhört zu leiten, und an welchen er wieder gezündet wird. Die Kurve (f) zeigt den den Motor durchfliessenden Strom. Wie dargestellt, ist dieser Strom gegen die Spannung an den Motorklemmen nach rückwärts verschoben, wie dies der Fall sein muss, da es sich ja um einen induktiven Stromkreis handelt.

Wenn die Dunkelheit hereinbricht und die durch die öffnung bis zu dem lichtempfindlichen Widerstand gelangende Lichtmenge abnimmt, nimmt der Ohm'sche Wert desselben entsprechend zu, was die Verringerung des von dem Kondensator 16 abgezweigten Stroms zur J?olge hat. Hieraus ergibt sich, dass in jeder Halbwelle der Wechselspannung infolge der Ladung der Kondensatoren 14 und 16 das Potential an der Verbindungsstelle zv/ischen dem Widerstand 20 und dem Kondensator 14 schneller zunimmt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt erreicht infolge des lichtempfindlichen Widerstands die Spannung an dieser Verbindungsstelle den Schwellenwert der Auslösediode 6. Diese Spannung besitzt einen Wert, welcher grosser als der in Mg» 4 bei (b) dargestellte ist, und bewirkt die Zündung des Quadrac

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-H-

in jeder Halbwelle der Wechselstromquelle.

Wie in Fig· 4 dargestellt, wird ein Spannungesprung an die Auslösediode angelegt· Wenn der durch die Kurve (f) dargestellte Strom bis auf Null abnimmt, hat die Speisespannung, welche, wie durch die Kurve (e) dargestellt, nach vorwärts verschoben ist, einen erheblichen Wert erreicht. Da der den Quadrac durchfliessende Strom nach Null strebt, nimmt die Spannung an den Klemmen desselben plötzlich zu, wie durch die Kurve (c) dargestellt. Diese Spannung wird an die Klemmen der Steuerschaltung angelegt, in welcher sie einen plötzlichen Spannungssprung an der an die Auslösediode angeschlossenen Verbindungsstelle erzeugt, wie durch den anfänglichen lotrechten Teil der Kurve (d) dargestellt. Da der Kondensator 8 für diese Spannungswelle mit steiler Stirn nur eine geringe Impedanz hat,nimmt die Spannung an der Verbindungsstelle der Auslösediode ebenfalls schneller zu, wie durch die starke Steigung der Kurve (d) dargestellt. Dies liefert praktisch einen Spannungssprung, welcher den zur Einleitung der Leitfähigkeit der Diode erforderlichen Schwellenwert übersteigt·

Wenn die Diode leitend wird und den Quadrac zündet, fällt die Spannung an den Klemmen desselben auf Null, wie durch die Kurve (c) dargestellt* Die Spannung an den Klemmen der Belastung nimmt ebenfalls zu, um anschliessend der normalen Sinuswelle zu folgen, wie durch die Kurve (e) dargestellt, und der die Belastung durchfliessende Strom hat die durch die Kurve (f) dargestellte Form.

Die Schaltung der Fig. 5 gleicht der der Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, dass der Steuerwiderstand 10 der

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Pig. 1 durch eine auf gewisse Parameter ansprechende Brückenschaltung ersetzt ist, z.B. eine Brückenschaltung des Typs Transistor-Thermistor.

In Pig. 5 ist der Quadrac 4 in Reihe mit einer induktiven Belastung 22 an die Klemmen einer Wechselstromquelle geschaltet. Die Auslösediode 6 ist an die Steuerelektrode G angeschlossen, und der Kondensator 8 ist zwischen die Klemme T₂ des Quadrac und die Auslösediode geschaltet, wie in Pig. 1. Die Brückenschaltung des Typs Transistor-Thermistor ist zwisch-n die Auslösediode und die andere Klemme T₁ des Quadrac geschaltet.

Diese Brückenschaltung des Typs Transistor-Thermistor enthält eine Gleichrichterbrücke 24, eine Widerstandsbrücke 26 und einen Nebenschlusskreis 28. Die Gleichrichterbrücke 24 richtet die beiden Halbwellen gleich. Ihre -^ingangsklemmen sind an die Diode 6 und die Klemme T^ angeschlossen. Die positive und die negative Ausgangsklemme der Gleichrichterbrücke sind mit den Eingangsklemmen der Widerstandsbrücke 26 verbunden. Die Widerstandsbrücke 26 besitzt zwei parallel zwischen die Ausgangsklemmen der Gleichrichterbrücke geschaltete Zweige. Der erste Zweig enthalt einen Thermistor 30 und einen Widerstand 32, welche durch eine Verbindungsstelle 34 verbunden und in Reihe geschaltet sind. Der zweite Zweig enthält einen regelbaren Widerstand 38 und einen mit diesem durch eine Verbindungsstelle 42 in Reihe geschalteten und verbundenen Widerstand 40. Die Verbindungsstellen 34 und 42, welche die Ausgangsklemmen der Gleichrichterbrücke sind, sind mit dem Emitter bzw. der Basis eines Steuertransistors PNP 44 verbunden, wobei

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der Emitterstromkreis des Transistors einen Widerstand 46 zur Festlegung oder Regelung des Verstärkungsfaktors enthält.

Ein Nebenschlusskreis 28 ist parallel zu der Widerstands brücke zwischen die Ausgangsklemmen der Gleichrichterbrücke geschaltet. Dieser Nebenschlusskreis enthält einen Nebenschlusstransistor 50 (NPN), dessen Kollektor und Emitter zwischen die positive und negative Ausgangsklemme der Gleichrichterbrücke geschaltet sind. Der Kollektor des Steuertran-

T' sistors 44 ist unmittelbar mit der Basis des Nebenschlusstransistors 50 verbunden·

Das System der Pig. 5 arbeitet folgendermassen. Wenn die Widerstandsbrücke abgeglichen ist, fliesst kein Strom über den Nebenschlusskreis 28, und die Widerstandsbrücke bietet einen hohen Widerstand an dem Ausgang der Gleichrichterbrücke. Infolgedessen wird die Diode 6 in jeder Halbwelle leitend und zündet den Quadrac.

Wenn die Temperatur zunimmt, wodurch der Ohm'sche

ι Wert des Thermistors 30 verringert wird, nimmt die Spannung an der Klemme 54 zu, was zur Folge hat, dass ein Strom über den Widerstand 46, den Emitter und die Basis des Transistors 44 zu der Klemme 42 flieset. Dies bewirkt die Entsperrung des Transistors 44, welcher seinerseits den Transistor 50 entsperrt. Infolgedessen fliesst ein Strom in dem Nebenschlusskreis 28 über den Kollektor und den Emitter des Transistors 50. Hierdurch wird die an die Auslosediode angelegte Spannung auf einen unter ihrer Schwellenspannung liegenden Wert herabgesetzt, so dass der Quadrac nicht mehr gezündet wird. Die Belastung wird daher nicht mehr gespeist.

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Die Schaltung der Pig· 6 ist der der Pig. 1 'ähnlich, sie ist jedoch durch Einrichtungen zur differentialen Einstellung erweitert. In dieser Schaltung sind die Teilen der Pig. 1 gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Wie in Pig. 6 dargestellt, ist eine induktive Belastung, z.B. die Betätigungsspule 2 eines Relais oder eines Schutzes, mit den Hauptklemmen T^ und Tg des Quadrac 4 in Reihe geschaltet, und die Gesamtanordnung wird durch eine Wechselstromquelle gespeist. Die Auslösediode 6 ist mit der Zündelektrode des Quadracs verbunden, und der Kondensator 8 ist zwischen die Klemme Tp des Quadracs und die Auslösediode geschaltet.

Zur Erzeugung der für die Auslösediode erforderlichen Schwellenspannung ist ein regelbarer Widerstand 10 wie in Pig. 1 zwischen die Klemme T.. des Quadracs und die Verbindungsstelle zwischen der Diode 6 und dem Kondensator 8 geschaltet. Das Schütz 2 ist wie in Pig. 1 mit einem normalerweise offenen Kontakt 2a versehen.

Die Schaltung der Pig. 6 ist ausserdem mit Einrichtungen zur Vorwahl oder Einstellung des Unterschieds zwischen dem Arbeitspunkt und dem Ruhepunkt des Schützes 2 versehen.

Unter der Annahme, dass der Eingangsteil 10 ein von Hand einstellbarer Widerstand ist, ist dieser Unterschied gleich der Differenz des Ohm¹sehen Wertes dieses Eingangswiderstands, welcher erforderlich ist, um das Schütz in die Arbeitsstellung und in die Ruhestellung zu bringen. Diese Einrichtungen enthalten einen veränderlichen Widerstand 52 zur

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Einstellung dieses Unterschieds, sowie einen normalerweise geschlossenen von dem Schutz 2 betätigbaren Kontakt 2b. Die ser veränderliche Widerstand 52 und der Kontakt 2Jb sind zu einander parallel geschaltet, und dieser Parallelstromkreis ist in Reihe mit dem Steuerwiderstand 10 zwischen die Klemme T. und die Auslosediode geschaltet»

Die Arbeitsweise ist dann so, dass, wenn der Steuerwiderstand10 so eingestellt ist, dass er die Erregung

^ des Schützes 2 bewirkt, sich der Kontakt 2l> öffnet, um den veränderlichen Widerstand 52 mit dem Widerstand 10 in Reihe zu schalten. Hierdurch entsteht eine plötzliche Spannungserhöhung an der Verbindungsstelle zwischen der Diode 6 und dem Kondensator 8. Infolgedessen muss zur Entregung des Schützes 2 der Wert des Widerstands 10 beträchtlich unter den Wert gesenkt werden, welcher die Erregung bewirkt hat. Der Unterschied zwischen diesen beiden Werten kann durch Veränderung des Widerstands 52 eingestellt werden·

^ Die in Fig. 7 dargestellte Abänderung besteht

F zu

darin, den Widerstand 52 zur Regelung des Unterschieds parallel!/ dem Steuerwiderstand 10 anstatt mit diesem in Reihe zu schalten, wie in Fig. 6. Dieser Parallelstromkreis der Fig. 7 kann offenbar den mit einem strichpunktierten Strich umgebenen Abschnitt der Fig. 6 ersetzen.

; Die in Fig. 7 dargestellte Parallelschaltung

kann gemäss der Grosse des gewünschten Unterschieds oder der Regelung desselben benutzt werden. Da die äquivalente Leitfähigkeit (Kehrwert des Widerstands) gleich der Summe der Einzelleitfähigkeiten der parallel geschalteten Widerstände

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ist, ist der äquivalente Widerstand oder Gesamtwiderstand der Parallelschaltung stets kleiner als der kleinste Einzelwiderstand. Infolgedessen ist es nur erforderlich, die Werte so zu wählen, dass der Wert des Widerstands 10 den Gesamtwiderstand um einen Betrag übersteigt, welcher gleich dem erforderlichen Unterschied ist. Wenn daher das Schütz in die Arbeitsstellung kommt und sich der Kontakt 21s öffnet, nimmt der Wert des Widerstands plötzlich von dem äquivalenten Wert der parallel geschalteten Widerstände auf den Wert des Widerstands 10 zu.

Die in Pig. 8 dargestellte Ausführungsabwandlung ist der Schaltung der Fig. 3 ähnlich, jedoch ist eine Brückenschaltung anstelle der auf einen bestimmten Parameter ansprechenden Vorrichtung 18 benutzt, und ausserdem sind Einrichtungen zur Einstellung des Unterschieds hinzugefügt. Diese Brückenschaltung ist im allgemeinen gleich der in Fig. 5 dargestellten, wobei Einrichtungen zur Einstellung des Unterschieds hinzugeftgt sind. Zur Erleichterung des Auffindens der Teile sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig· 3 und 5 zur Bezeichnung entsprechender Teile benutzt.

In Fig. 8 ist die Spule 2 des Schützes mit den Hauptklemmen T₁ und T_g des Quadrac 4 in Reihe geschaltet, und die ^esamtanordnung wird durch die Wechselstromquelle gespeist. Die Auslosediode 6 ist mit der Zündelektrode G verbunden, und der Kondensator 8 ist zwischen die Klemme T₂ und die Auslösediode geschaltet. Ein regelbarer Widerstand 20 ist parallel zu dem Kondensator 8 geschaltet, um die Regelung des Wertes des Parameters zu ermöglichen, für welchen das Schütz in die

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Arbeitsstellung kommt. Zur Erzeugung der für die Auslosediode erforderlichen Schwellenspannung sind ein Kondensator 14 und ein kleinerer Kondensator 16 in Reihe geschaltet und in der Reihenfolge 14-16 zwischen die Verbindungsstelle zwischen der Auelosediode 6 und dem Kondensator θ und die Klemme T^ des Quadrac geschaltet* Eine Brückenschaltung des Typs Transistor-Thermistor ist an die Klemmen des kleineren Kondensators 16 angeschaltet, so dass ein Strom in Punktion eines ausseren veränderlichen Parameters abgezweigt wird. Obwohl in der beschrie-

* benen Ausführung ein Thermistor vorgesehen ist» können natürlich an seiner Stelle andere auf einen Parameter ansprechende Teile benutzt werden. Es ist zu bemerken, dass die Brückenschaltung eine erheblich empfindlichere Vorrichtung als der Teil 18 der Fig· 3 let. Durch Benutzung einer derartigen Brückenschaltung zur Ableitung eines Stroms von dem kleineren der beiden in Reihe geschalteten Kondensatoren erhält man also ein sehr empfindliches und stabiles System.

Wie in Pig. β dargestellt, enthält die Brücken-

i, schaltung des Typs Transistor-Thermistor eine Gleichrichterbrücke 24, eine Widerstandsbrücke 26, einen Nebenschlusskreis 28 und nachstehend beschriebene Einrichtungen zur Einstellung des Unterschieds. Die Gleichrichterbrücke 24 arbeitet mit Doppelweggleichrichtung, und ihre Eingangsklemmen sind mit den Klemmen des Kondensators 16 verbunden. Die Ausgangsklemmen der Gleichrichterbrücke sind an die Eingangsklemmen der Widerstandsbrücke angeschlossen. Diese letztere besitzt zwei parallel an den Ausgang der Gleichrichterbrücke geschaltete Zweige. Der erste Zweig enthält einen Thermistor 30 oder einen

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anderen Empfänger und einen an der Verbindungsstelle 34 in Reihe geschalteten Widerstand 32, wie in Pig. 5, jedoch unter Zwischenschaltung einer weiter unten beschriebenen Vorrichtung zur Einstellung des Unterschieds. Der zweite Zweig enthalt einen regelbaren Widerstand 38 und einen an der Verbindungsstelle 42 mit ihm in Reihe geschalteten Widerstand 40. Die die Ausgangsklemmen der Widerstandsbriicke bildenden Verbindungsstellen 34 und 42 sind an den Emitter bzw. die Basis eines Steuertransistors 44 des Typs PN^angeschlossen, und ein Widerstand 46 ist in den Emitterkreis zur Festlegung oder Einstellung des Verstärkungsfaktors eingeschaltet.

Ein Nebenschlusskreis 28 ist parallel zu der Widerstandsbrücke an die Ausgangsklemmen der Gleichrichterbrucke geschaltet. Dieser Nebenschlusskreis enthält einen Nebenschlusstransistor 50 des Typs ΝΡΙΓ, dessen Kollektor und Emitter mit der positiven bzw. negativen Ausgangsklemme der Gleichrichterbrucke verbunden sind. Der Kollektor des Steuertransistors 44 ist unmittelbar mit der Basis des Hebenschlusstransistors 50 verbunden.

Die oben erwähnten Einrichtungen zur Regelung des Unterschieds enthalten einen in den entsprechenden Zweig der Widerstandsbrucke eingeschalteten veränderlichen Widerstand und einen Kontakt an dem Schütz zur Steuerung der Einschaltung dieses Widerstands in die Schaltung. Beispielshalber ist ein zwischen den Widerstand 32 und die Verbindungsstelle 34 geschalteter veränderlicher Widerstand 54 dargestellt. Ein normalerweise offener Kontakt 2b des Schützes 2 ist an die Klemmen des Widerstands 54 angeschlossen.

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Zur Beschreibung der Arbeitsweise ist angenommen, dass ein Heizapparat gesteuert wird, und dass das Schütz 2 zunächst nicht erregt ist. Dies hat zur Folge, dass die Temperatur abnimmt, und dass der Widerstand des Thermistors 30 zunimmt. Wenn der Heizapparat gespeist werden soll, wenn die Temperatur auf 16 Grad Celsius fällt, wird der von dem Kondensator 16 abgeleitete Strom unter Wiederherstellung des Gleichgewichts der Brücke soweit herabgesetzt, dass die Diode

■t 6 den Quadrac zündet, wenn die Temperatur 16° erreicht. Dies bewirkt die Erregung des Schützes 2 und die Schliessung des Kontakts 2a zur Speisung des Heizapparats. Der Kontakt 2b Bchliesst sich, um den Widerstand 54 auszuschalten. Dies hat eine Herabsetzung der Spannung an der Verbindungsstelle 34 zur Folge, und diese niedrigere Spannung wird an dem Emitter des Transistors 44 aufrecht erhalten. Dies bedeutet, dass der Ohm'sche Wert des Thermistors 30 umso mehr herabgesetzt werden muss, um die Ruckkehr des Systems in den Ruhezustand zu gestatten. Diese Verringerung des Ohm'sehen Werts des Thermistors erfor-

r dert eine über 16 Grad liegende Temperatur, z.B. eine Temperatur von 24 Grad. Dieser Temperaturunterschied zwischen der Inbetriebsetzung und der Abstellung des Heizapparats kann durch Veränderung des Werts des Widerstands 54 eingestellt werden. Die oben beschriebenen Systeme gestatten zwar, die erfindungsgemäss angestrebten Ziele zu erreichen, es ist jedoch wohlverstanden, dass die Erfindung nicht auf die obigen

besonderen bevorzugten Ausführungsformen von Steuersystemen "Bin-Aus" beschränkt ist, sondern dass diese in verschiedener Weise abgewandelt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

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Pat ent anspräche

Elektronisches System zur "Ein-Aus-Steuerung" zur Umschaltung der von einer Wechselstromquelle einem Empfänger mit einer induktiven Impedanz gelieferten elektrischen Energie mit einem Halbleitersteuerglied mit gesteuerter Zündung, welches zwei in Reihe in den die Stromquelle mit dem Empfänger verbindenden Stromkreis geschaltete Hauptklemmen und eine einer Hauptklemme zur Steuerung der Zündung zugeordnete Steuerelektrode aufweist, einem Auslösekreis, welcher parallel zu dem Steuerglied geschaltet ist und zwei in Reihe geschaltete Impedanzen enthält, und eine zwischen die Zündelektrode und die Verbindungsstelle der beiden genannten Impedanzen geschaltete Auslösediode, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Impedanz (8) des Auslösekreises, welche zwischen die Auslösediode (6) und die nicht der Zündelektrode (G) zugeordnete Hauptklemme (T₂) des Steuergliedes (4) geschaltet ist, einen geringen Wert für einen plötzlichen Spannungssprung hat, welcher an den Klemmen des Steuergliedes (4) auftritt, wenn der dieses durchflieesende Strom zu Null wird.
2.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Impedanz des Auslosekreises, welche zwischen die Auslösediode (6) und die der Zündelektrode (G) zugeordnete Hauptklemme (T₁) des Steuergliedes (4) geschaltet ist, einen einstellbaren Widerstand (10) enthält, dessen Ohm¹-scher Wert von einem Wert, bei welchen die Spannung an seinen Klemmen kleiner als die Schwellenspannung der Auslösediode (6) bleibt,bis zu einem solchen Wert, dass die Spannung an seinen Klemmen diesen Schwellenwert übersteigt, einstellbar ist.

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3.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Impedanz einen Kondensator (14) mit grosser Kapazität und einen Kondensator (16) mit kleiner Kapazität, welche in Reihe geschaltet sind, und einen zu dem Kondensator (16) kleiner Kapazität parallel geschalteten veränderlichen

Widerstand (18) enthält, dejasen Ohm¹ scher Wert bestimmt, wann die an
/die Auslösediode (6) angelegte Spannung die Schwellenspannung

derselben erreicht.
4.) System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen (52) zur Voreinstellung des Unterschieds zwischen den der Einschaltung bzw. der Unterbrechung des Stroms in der Belastung (2) entsprechenden Werten der zweiten Impedanz, und durch die Einschaltung des Stroms in der Belastung (2) betätigte Einrichtungen (26) zur Einschaltung dieser Voreinstelleinrichtungen (52) zur Steuerung der Stromunterbrechung in der Belastung (2) durch diese.
5·) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Impedanz einen Kondensator (8) enthält, if dessen Kapazität so gross ist, dass er die Einschaltung des Stroms in der Belastung (2) unbedingt sicherstellt.
6.) System nach Anspruch 1 mit Steuerung durch einen ausseren Parameter, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite impedanz einen Empfänger (18) mit veränderlichem Widerstand enthält, dessen Ohm¹scher Wert sich in Funktion eines ausseren Parameters so weit ändert, dass die an die Auslösediode (6) engelegte Spannung die Schwellenspannung derselben ijl jeder Halbwelle der Spannung der Stromquelle übersteigt.
7.) System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich-

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net, dass die erste Impedanz einen einstellbaren Widerstand (20) zur Regelung des der Einschaltung des Stroms in der Belastung (12) entsprechenden Werts des äusseren Parameters enthält.
8.) System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Impedanz einen Kondensator (8) enthält, dessen Kapazität so gross ist, dass er die Einschaltung des Stroms in der Belastung (12) mit Sicherheit gewährleistet und den Unterschied zwischen den der Einschaltung bzw. der Unterbrechung des Stroms in der Belastung (12) entsprechenden Werten des äusseren Parameters festlegt.
9.) System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen parallel zu dem Kondensator (8) geschalteten einstellbaren Widerstand (20) zur Einstellung des der Einschaltung des Stroms in der Belastung (12) entsprechenden Werts des äusseren Parameters .
10.) System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger mit veränderlichem Widerstand einen auf die von ihm empfangene Idchtmenge ansprechenden lichtempfindlichen Widerstand (18) enthält.

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