DE2017261B2

DE2017261B2 - Startschaltung für eine Konstantspannungsregelung

Info

Publication number: DE2017261B2
Application number: DE19702017261
Authority: DE
Inventors: Takeshi Tokio Ukai
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1969-04-11
Filing date: 1970-04-10
Publication date: 1979-01-25
Also published as: FR2043185A5; DE2017261A1; DE2017261C3; GB1304416A; JPS499818B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Startschaltung zum allmählichen Anheben einer Ausgangsspannung auf ihren Nennwert für eine Konstantspannungsregelung für Wechselstrom der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Es sind bereits Spannungskonstanthaltungseinrichtungen dieser Art bekannt, bei denen die geregelte Ausgangsspannung zur Durchführung einer genaueren Regelung direkt zurückgekoppelt wird bzw. bei denen eine Einrichtung zur Feststellung der Intensität des von einer Lichtquelle proportional zur Ausgangsspannung abgegebenen Lichtes sowie eine von der Feststelleinrichtung gesteuerte Rückkopplungsschaltung vorgesehen sind, um die geregelte Ausgangsspannung auf einem konstanten Wert zu halten.

Aus der US-PS 33 63 143 ist eine Startschaltung zum allmählichen Anheben einer Ausgangsspannung auf ihren Nennwert für eine Spannungssteuerung bekannt, mit der Stromspitzen, die beispielsweise beim Einschalten von Glühlampen auftreten können, eliminiert und Festkörperschaltungen gegen aufgrund von Fehlern auftretende hohe Ströme geschützt werden sollen, die sonst solche Schaltungen zerstören könnten. Diese Startschaltung ist jedoch nicht dazu geeignet, dem Anlaufstrom jeweils einen bestimmten Phasenwinkel zu geben

Schließlich ist aus der US-PS 33 44 311 eine Startschaltung zum allmählichen Anheben einer Ausgangsspannung auf ihren Nennwert für eine Konstantspannungsregelung für Wechselstrom der angegebenen Gattung bekannt, bei der zweckmäßigerweise eine Neonlampe oder eine andere spannungsempfindliche Schaltanordnung an die beiden vorgesehenen Kondensatoren gekoppelt werden, damit sich während des Startintervalls eine Begrenzerwirkung ergibt Dadurch läßt sich beispielsweise das Rückkopplungspotential so begrenzen, daß nur 5 Ampere Startstrom für die Last fließen können. Die Momentanwerte des Stroms und der Spannung und damit die Momentanleistung hängen jedoch auch von der Phase des Wechselstroms ab, so daß trotz einer solchen Begrenzung bei ungünstigen Phasenwinkel des Anlaufstroms die Gefahr von zu hohen Strom- bzw. Spannungswerten und damit Störungen bzw. gar Beschädigungen dt'r Lastschaltung, beispielsweise einer Glühlampe oder eines Motors, sowie der phasenwinkelgesteuerten Schalteinrichtung, im allgemeinen eines Thyristors, besteht

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Stai tschaltung zum allmählichen Anheben einer Ausgangsspannung der angegebenen Gattung zu

schaffen, bei der die Ausgangsspannung immer mit einem vorher festgelegten Phasenwinkel erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere auf folgender Funktionsweise: Wenn die Konstantspannungsregelung durch Umlegen eines Schalters ausgelöst wird, ist der Kondensator im Steuerkreis des Transistors kurzgeschlossen, so daß dieser die zeitliche Abstimmung der Impulserzeugung steuernde Transistor nicht-leitend ist; dadurch wird der erste Kondensator nicht durch den Transistor aufgeladen. Wenn der einstellbare Widerstand im Steuerkreis des Transistors vorher auf einen geeigneten Widerstandswert gebracht worden ist, wird der erste Kondensator durch den Widerstand aufgeladen, so daß die Aufladezeit konstant bleibt Als Folge hiervon wird durch den Impulsgenerator immer bei einem vorher bestimmten Phasenwinkel der Wellenform der zugeführten Spannung ein Impuls erzeugt, der wiederum die Schalteinrichtung zündet; dadurch wird die Last immer mit einer Startspannung beaufschlagt, die einen vorher festgelegten, gegebenenfalls frei ausgewählten Phasenwinkel hat, der im allgemeinen im Bereich von 160 bis 175° liegt, so daß keine übermäßig hohen Ströme und Spannungen an die Lastschaltung sowie die Schalteinrichtung angelegt werden. Dadurch läßt sich also ein Durchschlag bzw. Durchbruch und die damit zusammenhängenden Schäden und Störungen vermeiden.

Trotz dieses Vorteils läßt sich eine solche Startschaltung so auslegen, daß sie sehr kompakt aufgebaut ist, ein geringes Gewicht hat und sehr zuverlässig arbeitet. Auch die Fertigung solcher Startschaltungen erfordert keinen großen Aufwand, so daß sie mit geringen Kosten hergestellt werden kann.

Mit einer solchen Startschaltung können die positiven und/oder die negativen Sinus-Halbwellen der Wechselspannung während eines Phasenwinkels, der kleiner ist

als der ganze Phasenwinkel einer Halbwelle des Wechselstromes, durchgelassen werden. Dabei wird für jede Halbwelle die Schalteinrichtung, beispielsweise ein Thyristor, ein Trias oder ein ähnliches, rteuerbares, elektronisches Schaltelement, gesteuert, die im Lastkreis liegt Durch diese Schalteinrichtung kann die Größe des Effektivwertes der Spannung beeinflußt werden, indem entweder der Durchlaßbeginn für die Halbwelle jeweils später erfolgt als der Beginn der Halbwelle oder das Durchlaßende für die Halbwelle vor dem Ende der Halbwelle liegt; bei Bedarf können auch beide Maßnahmen gleichzeitig durchgeführt werden.

Die optische Istwertrückführung verwendet zweckmäßigerweise eine miniaturisierte Lichtquelle, so daß die Einrichtung zur Feststellung der Intensität des abgegebenen Lichtes, beispielsweise eine Silizium-Sonnenbatterie, ein entsprechendes Signal erzeugt Da sich die Intensität des Lichtes von der Lichtquelle proportional zum Quadrat der zugeführten Spannung ändert, ergibt sich eine sehr genaue Istwertrückführung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Startschaltung nach der Erfindung, und

F i g. 2 ein elektrisches Schaltbild dieser Ausführungsform.

In beiden Figuren der Zeichnung sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Dabei sind im einzelnen folgende Einrichtungen bzw. Schaltungselemente dargestellt: Ein Startschalter 1, eine Startschaltung 2, die für ein weich einsetzendes Arbeiten der Konstantspannungsregelung sorgt, so daß die Ausgangsspannung automatisch allmählich ansteigt; eine Subminiaturlampe 3, deren Lichtstärke proportional zur Ausgangsspannung ist; eine Sonnenbatterie (Fotodiode) 4 zur Feststellung einer Änderung der Ausgangsspannung entsprechend einer Änderung der Intensität des von der Subminiaturlampe 3 ausgehenden Lichts zur Konstanthaltungseinrichtung, ein Vergleicher und Verstärker 5 zur Steuerung der Konstanthalteeinrichtung in Abhängigkeit von dem Signal von der Sonnenbatterie (Fotodiode) 4, eine durch Wechselstrom gesteuerte Vierschichttriode 6 zur Änderung der Phase der Ausgangsspannung, insbesondere des Phasenwinkels der einzelnen Halbwellen, während welcher diese durchgelassen werden, ein Taktimpulsgenerator 7 zur Steuerung der Vierschichttriode 6, eine an die Ausgangsseite als Last angeschlossene Lampe 8, eine Stromversorgungsschaltung 9 zur Speisung der Regelschaltung des Spannungskonstanthalters, ein Transistor 10 zur Steuerung des Impulserzeugungstaktes dj^rch den Taktimpulsgenerator 7, ein Auf- und Entladekondensator 11, welcher im Taktimpulsgenerator 7 liegt, ein Unijunction-Transistor 12, welcher ausgesteuert wird, wenn die Ladespannung am Kondensator 11 einen vorbestimmten Wert erreicht, ein Impulstransformator 13 zur Zuführung von Impulsen von dem Transistor 12 auf die Torelektrode der Vierschichttriode 6, ein Widerstand 14 zur Gewährleisung eines vorbestimmten Phasenwinkels beim Start zum Aufladen des Kondensators 11, wenn der Transistor 10 in nichtleitendem Zustand ist, ein Kondensator 15 für ein weich einsetzendes Arbeiten, ein einstellbarer Widerstand 16 in Reihe mit einer Diode um die Aufladungszeit des Kondensators 15 zu verändern, und ein einstellbarer Widerstand 17 zur Veränderung der Bezugslichtstärke der Lampe 3.

Die elektrische Verbindung der einzelnen Schaltungsbestandteile ist sowohl schematisch (F i g. 1) als auch im einzelnen (Fig.2) unzweideutig aus der Zeichnung ersichtlich. Eine gesonderte Beschreibung dieser elektrischen Verbindungen erübrigt sich deshalb, ohne daß deswegen die Offenbarung der Erfindung beeinträchtigt wird.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Einrichtung

ίο beschrieben, wenn als Last eine Wolframdrahtlampe mit 90 V und 1 kW angeschlossen ist Wenn die Eingangsspannung anliegt und der Schalter 1 offen ist wird kein Impuls im Taktimpulsgenerator 7 erzeugt, so daß die Vierschichtdiode 6 gesperrt ist Deshalb wird die Lampe 8 nicht aufleuchten. Wenn der Schalter 1 geschlossen ist wird Energie von der Stromversorgungsschaltung 9 zum Vergleicher-Verstärker 5, der Schaltung 2, welche für ein weich einsetzendes Arbeiten sorgt, dem Transistor 10, dem Taktimpulsgenerator 7, der Vierschichtdiode 6, dem Widerstand 14, der Sonnenbatterie 4 usw, weiche die Regelschaltung bilden, zugeführt. In dem Augenblick, in welchem der Schalter 1 geschlossen wird, wirkt der Kondensator 15 als Kurzschluß, so daß der Transistor 10 nichtleitend ist und der Kondensator 11 durch den Transistor 10 nicht aufgeladen wird. Hat der Widerstand 14 einen zweckmäßigen Wert, so wird der Kondensator 11 durch ihn aufgeladen, so daß die Aufladungszeit konstant bleibt. Demzufolge wird nach Schließen des Schalters 1 immer ein Impuls bei einem vorbestimmten Phasenwinkel der jeweiligen Halbwellen der Netzspannung erzeugt, so daß die Vierschichttriode 6 leitend wird. Die Last wird dadurch bei einem vorbestimmten Phasenwinkel der Halbwellen eingeschaltet und liegt deshalb an einer geringeren

Effektivspannung als der Effektivspannung der Vollwelle.

Im Zuge der Aufladung des Kondensators 15 wird der Transistor 10 allmählich leitend, so daß der Kondensator 11 auch durch dessen Kollektor-Emitterstrecke

•ίο geladen wird, je mehr der Kondensator 15 aufgeladen wird, desto schneller wird der Kondensator 11 aufgeladen. Somit nimmt der Impulserzeugungszyklus allmählich zu, wodurch der Steuerwinkel für die einzelnen Halbwellen zum Leitendmachen der Vier-Schichttriode 6 geringer wird und die an der Last 8 liegende Effektivspannung zunimmt. Selbstverständlich bezieht sich die vorgehende Beschreibung nur auf die Vorgänge, welche innerhalb von etwa 2 see. nach dem Schließen des Schalters 1 stattfinden, d. h., es handelt

so sich um die Erläuterung der Vorgänge beim Arbeitsbeginn der Schaltung.

Wenn eine vorbestimmte Spannung an die Last angelegt wird, ist die Lichtintensität der parallel zur Last in Reihe mit dem Widerstand 17 liegenden Lampe 3 proportional der Spannung an der Last. Das Licht von der Lampe 3 fällt auf die im Abstand von der Lampe 3 befindliche Sonnenbatterie (Fotodiode) 4. Dadurch wird eine Spannung proportional der Intensität des auf die Fotodiode 4 auffallenden Lichts erzeugt und der Basisstrom des Transistors 10 wird durch den Spannungs-Vergleicher-Verstärker 5 erhöht oder verringert. Wird die von der Fotodiode 4 erzeugte Spannung größer, weil die Lichtintensität der Lampe 3 über einem vorbestimmten Wert liegt, so wird der durch b5 den Transistor 10 fließende Strom begrenzt oder verringert. Dann nimmt es längere Zeit in Anspruch, bevor der Kondensator 11 durch den Strom vom Emitter des Transistors 10 aufgeladen ist und der

Impulserzeugungszyklus wird langer. Dadurch wird der Steuerwinkel, bis die Vierschichttriode 6 leitend wird, größer und die Effektivspannung über der Last nimmt ab. Wenn andererseits die Leuchtintensität der Lampe 3 geringer als ein vorbestimmter Wert ist, nimmt die Effektivspannung über der Last zu. Auf diese Weise kann die Spannung über der Last 8 auf einem konstanten Wert gehalten werden. Es ist leicht einzusehen, daß die Lastspannung durch Veränderung der Bezugslichtstärke der Lampe 3 verändert werden kann. Dies kann dadurch erfolgen, daß der einstellbare Widerstand 17 auf einen entsprechenden Wert eingestellt wird, wobei die Spannung über der Last automatisch auf einen dem eingestellten Wert des Widerstandes 17 entsprechenden Wert eingeregelt is wird.

Durch Einstellung des Widerstandes 16 kann die Anstiegszeit der Eingangsspannung bei Arbeitsbeginn willkürlich gewählt werden, so daß die Einrichtung gemäß der Erfindung bestens z. B. für die Speisung einer Wolframdrahtlampe geeignet ist, durch welche ein hoher Einschaltstrom beim herkömmlichen Einschalten fließt, oder zum Starten eines Motors, dessen Drehzahl allmählich zunehmen soll.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Lastspannung beim Einschalten immer erst ab einem vorbestimmten Steuerwinkel (160—175°) wirksam wird, so daß weder dem Lastschaltkreis noch der Vierschichttriode 6 ein übermäßiger Strom oder eine übermäßige Spannung zugeführt werden. Dadurch kann eine Zerstörung dieser Einrichtungen wirksam verhindert werden.

Die Erfindung schafft also eine neuartige automatische Spannungskonstanthaltungseinrichtung mit einem optischen Rückkopplungssystem mit einer Lichtquelle oder einem Leuchtelement zur Aussendung von Licht, dessen Intensität sich in Abhängigkeit von der sich ändernden Größe einer geregelten Spannung ändert. Die Lichtquelle bzw. das Leuchtelement ist im Abstand zu einem fotoelektrischen Element, (wie etwa einer Sonnenbatterie) angeordnet, welches zur Erzeugung eines Rückkopplungssignals in Abhängigkeit von der Intensität des Lichts in der Lage ist. Dadurch wird eine genauere Spannungskonstanthaltung ermöglicht. Ferner ist eine Startschaltung für ein »weich« und »stoßfrei« einsetzendes Arbeiten vorgesehen, mit welcher willkürlich die Anstiegszeit einer geregelten Spannung auf eine vorbestimmte Größe gewählt werden kann, wobei immer von einem vorbestimmten Steuer- oder Anschnittwinkel der Spannung ausgegangen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Startschaltung zum allmählichen Anheben einer Ausgangsspannung auf ihren Nennwert für eine Konstantspannungsregelung für Wechselstrom mit einer phasenwinkelgesteuerten Schalteinrichtung für den Lastkreis, mit einer Lichtquelle zur Erzeugung von zur Ausgangsspannung proportionalem licht, mit einer Einrichtung zur Feststellung der Intensität des von der lichtquelle abgegebenen Lichtes und mit einer von der Feststellungseinrichtung gesteuerten, einen Kondensator und einen Widerstand enthaltenden Rückkopplungsschaltung sowie mit Vorrichtungen zum Ausgleich unterschiedlicher Impedazen während der Start- bzw. Betriebsphase, gekennzeichnet durch einen Taktimpulsgenerator (7) zur Erzeugung von Taktimpulsea für die Schalteinrichtung (6), durch einen Transistor (10) zur Steuerung der zeitlichen Abstimmung der Impulserzeugung in der Weise, daß der den Taktimpulsgenerator (7) steuernde Ladezustand des Kondensators (11) durch den Transistor (10) abhängig von der Istwertrückführung steuerbar ist, weiterhin durch einen Kondensator (15) und einen einstellbaren Widerstand (16) im Steuerkreis des Transistors (10) zur Änderung der Aufladezeiten des Kondensators (15), und durch einen Widerstand (14), durch den der Kondensator (11) phasengetreu zur Eingangsspannung aufgeladen wird, wenn sich der Transistor (10) im nicht-leitenden Zustand befindet

2. Startschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem einstellbaren Widerstand (16) eine Diode liegt.

3. Startschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Feststellung der Intensität des von der Lichtquelle (3) abgegebenen Lichtes eine Sonnenbatterie (4) ist, deren für die Istwertrückführung dienendes Ausgangssignal verstärkt wird.

4. Startschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle für die optische Istwertrückführung eine Subminiaturlampe (3) ist.