DE2153194A1

DE2153194A1 - Impulsgenerator

Info

Publication number: DE2153194A1
Application number: DE19712153194
Authority: DE
Inventors: John Patrick Flackwell Heath Tennant Melvin Alexander Holmer Green Buckinghamshire Armstrong (Großbritannien)
Original assignee: PerkinElmer Ltd
Current assignee: PerkinElmer Ltd
Priority date: 1970-11-06
Filing date: 1971-10-26
Publication date: 1972-05-10
Also published as: GB1373625A; IT940763B; DE2153194C2; JPS4710265A; US3742373A; JPS5915471B1; NL7115339A

Description

Patentanmeldung

Perkin-Elmer Limited,

Post Office Lane, Beaconsfield,

Buckinghamshire; England

Impulsgenerator

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Impulsgenerator zur Erzeugung von Ausgangsimpulsen, deren zeitlicher Mittelwert im wesentlichen einem veränderlichen Gleichspannungseingangssignal proportional ist.

Impulsgeneratoren dieser Art werden besonders zur Erzeugung von Auslöseimpulsen für die Zündung von gesteuerten Halbleitergleichrichtern, Thyristoren und ähnlichen Schaltgliedern in Wechselstrom-Proportionalreglern mit Nulldurchgangsschaltung verwendet. Solche Regelungen finden in großem Umfang für die unterschiedlichsten Anwendungen in der Technik Verwendung, in erster Linie zur Temperaturregelung. Die meisten Temperaturregler dieser Art sind mit geschlossenem Regelkreis ausgebildet, in dem das Verhältnis der Zahl der vollständigen Perioden, während derer der Laststrom zugeführt wird, zu der Zahl der vollen Perioden, während derer die Stromzufuhr unterbrochen ist, vollständig durch das Ausgangssignal eines Fühlers bestimmt wird, der mit der Last verbunden ist.

In den bisher bekannten Reglern wurden Auslöseimpulsgeneratoren verwendet, die einen Generator zur Erzeugung von Synchroni-

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s ati ons impuls en aufweisen, der bei jedem Nulldurchgang der Versorgungsspannung einen Referenzimpuls erzeugt. Die Höhe eines Synchronisationsimpulses allein reicht nicht aus, um einen Leistungsthyristor zu zünden, dazu ist vielmehr zusätzlich ein Fehlersignal notwendig, das einen vorbestimmten Wert erreicht haben muß. Das Fehlersignal wird in einem Kondensator gespeichert, und bei Erreichen des genannten vorbestimmten Wertes reicht die maximale Höhe des Synchronisationsimpulses auf diesem Signal aus, um die richtige Hohe für die W Zündung des Thyristors zu erreichen. Der Kondensator wird jedesmal, wenn der Thyristor leitend wird, entladen unter Wiedereinstellung der Ausgangsbedingungen.

Es ist ganz klar, daß in einer solchen Einrichtung nur dann eine Regelung erfolgt, wenn das Fehlersignal abwechselnd ansteigt und abfällt. Bei jeder Einschaltung der Regelung "weiß" der Regler nicht, welcher Bedarf besteht, bis der Fühler "genug" sagt; während jeder Ab-schaltperiode "weiß" der Regler nicht, wie lange diese Periode dauert, bis der Fühler "anschalten" sagt. Das bedeutet, daß eine solche Vorrichtung nicht mehr richtig arbeitet, wenn die Zusammenwirkung zwischen der ^ Last und dem Fühler, die den Regelkreis schließt, gestört wird. Bestenfalls wird dabei erreicht, daß ein Ein-Aus-Betrieb erfolgt, bei dem eine begrenzte Proportionalität zwischen Zufuhr und Bedarf besteht. Es ergibt sich, daß sogar in dem geschlossenen Regelkreis das Ansprechen der Regelung in großem Umfang durch die thermischen Parameter der Last bestimmt ist und sorgfältig an die Regelaufgabe angepaßt werden muß. Sind dabei die thermischen Bedingungen starken Veränderungen unterworfen, so kann ein beträchtliches Über- oder Unterschießen der Regelung eintreten.

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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestellt darin, einen Impulsgenerator für eine Regeleinrichtung der vorgenannten Art zu schaffen, der ohne besondere Anpassungsmaßnahmen den verschiedensten Regelanforderungen zu genügen vermag«

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

a. ein erster entsprechend einem durch das veränderliche Gleichspannungssignal aufladbarer Speicher,

b. ein mittels des ersten Speichers aufladbarer zweiter Speicher,

c. ein oberhalb eines Schwellwertes leitendes Schaltglied, das zur mindestens teilweisen Entladung des zweiten Speichers, wenn dessen Aufladung den Schwellwert überschreitet, verbunden ist,

d. ein den ersten und zweiten Speicher parallel verknüpfendes Glied, mittels dessen der zweite Speicher vom ersten Speicher unter Vermeidung einer wesentlichen Entladung des ersten Speichers bei Überschreiten des Schwellwertes _ aufladbar ist, und

e. ein das oberhalb des Schwellwertes ..eitende Schaltglied hur kurzzeitig in vorbestimmten, gleichen Zeitabständen öffnendes Zeitglied vorgesehen ist. Dabei kann das Parallelverknüpfungsglied als ein Widerstand oder als ein von dem Zeitglied gesteuerter Schalter ausgebildet sein. Das Zeitglied weist einen Spannungsfühler auf, der das Schaltglied unmittelbar vor dem Nulldurchgang der negativen Halbwelle einer Wechselspannung einschaltet.

Nach der Erfindung ist weiter eine Impulsdehnungsschaltung zur Verbreiterung des von dem Schwellwertschaltglied von unmittelbar vor dem Ende der negativen Halbwelle bis in den Anstieg

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der positiven Halbwelle erzeugten Impulses vorgesehen. Diese Impulsdehnungsschaltung ist in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Impulsgen-erator und einer auf den Nulldurchgang ansprechenden Wechselspannungsproportionalregelung zur Steuerung einer Sehalteinrichtung zur Aufschaltung der Wechselstromleistung auf den Verbraucher bei Erzeugung'jedes einzelnen verbreiterten Impulses verbunden.

Bei dem erfindungsgemäßen Impulsgenerator ist der erste Spei-" eher in seiner Aufladung auf einen einem vorbestimmten Leistungsbedarf des Verbrauchers entsprechenden Wert einstellbar. Es kann aber auch eine Servo-Schaltung zur Überlagerung des Eingangswertes für die Aufladung des ersten Speichers mit einem Eingangssignal, das die Differenz zwischen Soll- und Ist-Leistung im Verbraucherkreis darstellt, und im wesentlichen zur selbsttätigen Abgleichung dieser Differenz vorgesehen sein.

Nach der Erfindung ist also ein Impulsgenerator vorgesehen, der an seinem Ausgang so eingerichtet ist, daß nur während einer Periode einer Reihe von eindeutig bestimmten Perioden mit gleichen Abständen ein Ausgangsimpuls auftreten oder nicht auftreten kann, wobei das Verhältnis, der Zahl aufeinanderfolgender Impulse zu der Zahl der aufeinanderfolgenden impulsfreien Perioden in der Reihe innerhalb eines vorbestimmten Bereiches dem Bedarf entspricht, wie er durch eine ausgewählte Signalhöhe dargestellt wird, die am Eingang des Generators aufrechterhalten wird. Dabei ändert sich die Situation am Ausgang nahe dem unteren Ende des Bereiches, in dem auf das Auftreten eines Impulses eine vorbestimmte Maximalzahl impulsfreier Perioden folgt, bis zum Auftreten einer vorbestimmten Maximalzahl aufeinanderfolgender Impulse und einer darauf folgenden impulsfreien Periode am oberen Ende des Bereiches.

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Der Impulsgenerator kann in bezug auf eine Wechselstromversorgung, z.B. Netzanschluß, synchronisiert werden, so daß ein Impuls nur bei oder se.hr nahe dem Nulldurchgang des Wechselstroms auftreten oder nicht auftreten kann, wodurch der Impulsgenerator als ein Ausloseimpulsgenerator für eine Nulldurchgang-Thyristorschaltung in einem Wechselstromleistungsregler verwendet werden kann.

Die Thyristorschaltung kann darin so eingerichtet sein, daß entweder eine Halbwelle oder eine ganze Welle vollständig auf den Verbraucher geschaltet wird, und der Impulsgenerator kann dann dazu dienen, den Heglerausgang festzulegen, bei dem für jeden willkürlich wählbaren Leistungsbedarf innerhalb eines bestimmten Bereiches ein bestimmtes An-Aus-Verhältnis vollständiger Leistungsperioden oder -halbperioden entsprechend den Anforderungen besteht. Das bedeutet, daß ein solcher Segler in einem offenen !Regelkreis arbeitet, und, daß bei überlagerung der in einem geschlossenen Regelkreis herrschenden Bedingungen die Leistungsausschläge des Reglers um den Einstellwert in beträchtlichen Maße eingeschränkt werden.

Im einzelnen besteht der Impulsgenerator nach einem weiteren Aspekt der Erfindung aus einem für verhältnismäßig geringe Leistungen ausgelegten Schaltungsteil mit einem Schwellwert für das Einganssignal, das mit einem davon abhängigen für verhältnismäßig große Leistungen ausgelegten Schaltungsteil in der Weise verbunden ist, daß bei einem den Schwellwert überschreitenden Eingangssignal ein Ausgangsimpuls am Anfang einer Periode einer Reihe von voneinander durch gleiche Abstände getrennten zeitlichen Perioden erzeugt wird; darin sind der

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erste und zweite Speicher parallel verbunden und speichern ein gegebenes Eingangssignal so, daß kein Ausgangsimpuls entsteht, wenn nicht beide Speicher einen Signalwert erreicht haben, der den genannten Schwellwert überschreitet; der zweite Speicher ist ferner so verbunden, daß bei Erzeugung eines Ausgangsimpulses eine Entladung erfolgt, ohne daß der erste Speicher im wesentlichen davon beeinflußt wird, und der Impulsgenerator ist so aufgebaut und eingerichtet, daß im Betrieb nach der Entladung des zweiten Speichers die Aufladung des ersten Speichers auf beide Speicher verteilt wird, und, daß bei einer festgelegten Höhe des Eingangssignals das An-Aus-Yerhältnis der Ausgangsimpulse dadurch bestimmt ist, wie weit die Zeitkonstante des ersten Speichers die des zweiten Speichers übersteigt, indem der Unterschied dieser Zeitkonstanten die Zahl der zeitlichen Perioden bestimmt, die vergehen müssen, bevor nach dem Auftreten des Ausgangsimpulses wiederum der Schwellwert überschritten wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Abbildungen mit den zugehörigen Bezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben:

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Auslöseimpulsgenerators;

Fig. 2 ist das Blockschaltbild eines Vechselstromproprotionalreglers mit einem Impulsgenerator nach Fig. 1 ;

Fig. 3 zeigt das Schaltbild eines Wechselstromleistungsreglers, der in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Impulsgenerator nach Fig. Λ verwendet wird;

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Fig. 4 zeigt das Schaltbild des in Fig. 1 und 2 mit 6 bezeichneten Zeitgliedes;

Fig. 5 stellt die Schaltung eines Impulsdehners in Fig. 2 dar.

Der erfindungsgemäße Impulsgenerator wird im folgenden besonders im Hinblick auf seine Verwendung im Zusammenhang mit einem Nulldurchgangs-Wechselstromregler beschrieben, der zur Temperaturregelung einer Chromatorgraphenheizung verwendet wird.

Nach dem in Fig. Λ gezeigten Prinzipschaltbild, stellt der Emit-

■Sut terkreis eines Unijrmktionstransistors U eineVverhältnismäßig niedrige Leistungen ausgelegte Schaltung dar, die einen ersten Speicher in Gestalt eines Kondensators C^, einen zweiten Speicher in Gestalt eines Kondensators Cp und einen parallel verknüpfenden Widerstand R^. enthält. Der für verhältnismäßig hohe Leistungen ausgelegte Kreis ist mit den Basen B,- und Bo des Unijunktionstransistors U verknüpft und stellt eine abhängige Schaltung mit den Widerständen R₂ und R^ dar, die tatsächlich beiden Schaltungen gemeinsam sind. Der Widerstand R* kann auch durch einen Halbleiterschalter, z.B. einen Feldeffekttransistor, ersetzt werden, der bei Zündung des Unijunktionstransistors öffnet.

Das veränderliche Eingangssignal wird durch eine Batterie B und ein Potentiometer P zur Verfügung gestellt und ist durch einfache Verstellung des Schleifers S veränderbar, der über den Widerstand R^, mit der Verbindungsstelle zwischen R,. und C_x, verbunden ist. Bei einer solchen Ausbildung des Eingangs kann in einfacher Weise das Verhalten des Auslöseimpulsgenerators in

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einem offenen Regelkreis beschrieben werden, obwohl die weiter unten beschriebene Anordnung mit einem Konstant-Strom-Eingang in der Praxis selbst bevorzugt angewendet wird·

Der Unijunktionstransistor TI zündet jedesmal, wenn die an seinem Emitter anliegende positive Spannung auf einen Wert oberhalb der Schwellenspannung V ansteigt. Es entsteht dann eine Spannungsdifferenz zwischen dem Ausgangsanschluß 0 und Erde, die dazu verwendet werden kann, eine Thyristorschaltung auszulösen, z.B. einen Triac, der die Wechselstromlast regelt.

Es ist nun wohl-bekannt, daß V sich proportional mit der zwischen den Basen bestehenden Spannung ändert, und das bedeutet folgendes: Bei plötzlicher Erniedrigung der Spannung an der Basis Bp während einer kurzen Zeit fällt auch V ; der Unijunktionstransistor wird gezündet, wenn während dieser Zeit die Eingangsspannung größer ist als dieser niedrige Wert von V . Tatsächlich ist ein weiteres Teil 6 vorgesehen, mittels dessen über den Kondensator CU die Basis Bp mit einem kurzen negativen Impuls beaufschlagt wird und die daran anliegende Spannung während der Zeit des Nulldurchgangs der Wechselspannung erniedrigt. Damit wirkt dieses Teil als Synchronisierung, die sicherstellt, daß nur in der Nähe des Nulldurchganges dem Verbraucher Wechselstromleistung zugeführt wird.

Ein üblicher Thyristor erfordert zu seiner Zündung eine Mindestspannung zwischen Anode und Kathode, wobei die Anode natürlich positiv gegen die Kathode ist. Das bedeutet, daß der Zündimpuls für den Thyristor, der vom Ausgang 0 abgeleitet wird, zu der Zeit wirksam werden muß, zu der die positive Spannung an der Thyristoranode den erwähnten Mindestwert erreicht.

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Wie sich aus dem folgenden ergibt, kann dazu eine Einrichtung getroffen werden, die den Zündimpuls an 0 zur Verfügung stellt, wenn die Periode der Wechselspannung nahe dem Ende einer negativen Halbwelle ist, und die den Impuls so weit dehnt, daß er durch den Rest der negativen Ilalbwelle und den Nulldurchgang hindurch ausreichend vielt in den Anstieg der positiven Halbwelle hineinreicht, wodurch eine zuverlässige Zündung des Thyristors sichergestellt wird, obwohl bei Thyristoren des gleichen Typs von der Herstellung her die Mindestanodenspannung, die für die Leitung erforderlich ist, über einen gewissen Bereich variiert.

Man erkennt, daß nach Einschalten durch den Auslöseimpulsgenerator in der Nähe des Nulldurchgangs der Thyristor fast bis zum nächsten Nulldurchgang eingeschaltet bleibt. Mit anderen Worten, ein Thyristor üblicher Bauart mit einem einfachen Anoden-Kathoden-Leitungsweg wird in der Nulldurchgangsschaltung nur während einer vollen Halbwelle Leistung zur Verfügung stellen. Halbwellen-Wechselstromregler dieser Art finden durchaus ihre Verwendung, besonders dort, wo Kosten eine sehr bedeutende Rolle spielen, jedoch erfordert ein Ganzwellenbetrieb eigentlich nur eine zusätzliche Einrichtung für die abhängige Zündung eines zweiten Thyristors.

Ein Triac ist ein Triodenthyristor, der in einem einzigen Bauteil das Äquivalent eines Paares von entgegengerichtet parallelgeschalteten gesteuerten Halbleitergleichrichtern darstellt. Dabei kann gegebenenfalls ein Glied des Paares als Hauptgleichrichter und das andere als llebengleichrichter dienen.Bei dem hier betrachteten Wechselstromregler geht in der Tat die letztlich dem Verbraucher zugeführte Wechselstromleistung von einem

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Triac aus, wobei das Hauptglied des gesteuerten Halbleitergleichrichters (im folgenden als Hauptgleichrichter bezeichnet) entsprechend dem Ausgang am Anschluß 0 gezündet wird und über eine Halbwelle Leistung an den Verbraucher abgibt, während das Nebenglied des gesteuerten Halbleitergleichrichters (im folgenden als Nebengleichrichter bezeichnet) entsprechend einem von einer zugehörigen Zündschaltung gelieferten Auslöseimpuls gezündet wird und während der nächsten Halbwelle Leistung abgibt.

Die Hauptaufgabe des Auslöseimpulsgenerators besteht darin, die Zahl der ganzen Perioden, während derer Leistung abgegeben wird, zu der Zahl der vollen Perioden, während derer keine Leistung gegeben wird, so einzustellen, daß dem durch den Schleifer S des Potentiometers P eingestellten Leistungsbedarf in im wesentlichen proportionaler Weise genügt wird.' Dabei ist natürlich angenommen, daß der Verbraucher die Leistungsstöße in wirksamer Weise integrieren kann, wie das tatsächlich bei den Heizwicklungen einer Chromatographenheizung der Fall ist.

Es ist klar, daß der Zündimpulsgenerator keinen Ausgang abgibt, wenn durch den Schleifer S nicht eine Spannung abgegriffen wird, die die mittels des Synchronisationsimpulses aus dem Teil 6 erniedrigte Spannung V des ünijunktionstransistors übersteigt. Dementsprechend soll das Potentiometer P gerade so eingestellt sein, daß V geringfügig überschritten werden kann. Die Kondensatoren Cy. und Cp werden parallel aufgeladen, und der Unijunktionstransistor zündet unter Erzeugung eines Ausgangsimpulses bei 0, wenn die am Kondensator G~ anliegende Spannung größer als V wird. C2 wird dann entladen, da die

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Impedanz der Emitter-Basis-Verbindung zu B1 niedrig wird. Während der kurzen Zeit, in der der Emitter-Bads-Widerstand erniedrigt wird, entlädt sich (jedoch der Kondensator C^ nicht, da die Zeitkonstante 0,-R₁ so gewählt ist, daß sie viel grosser als die Zeitkonstante CJpRx ist. Nach Entladung von C~ folgt eine Ladungsverteilung zwischen C^ und Cp, und die beiden Kondensatoren ziehen gleichzeitig Strom vom Potentiometer P und werden wiederum zu V hin aufgeladen.

Eine erneute, auf eine vorhergehende Zündung folgende Zündung des Uni junkt ions transistor s U nahe dem nächsten Übergang von der negativen zur positiven Halbwelle hängt natürlich davon ab, ob C in der Zwischenzeit wieder auf eine V übersteigende Spannung aufgeladen worden ist. Bei konstantem Eingang hängt die Zeit, die erforderlich ist, damit die an Cp anliegende Spannung V überschreitet, davon ab, wie weitgehend G~ bei der vorhergehenden Zündung des Unijunktionstransistors entladen worden ist, sowie davon, wie wirksam die erneute Aufladung von Co durch C- ist. C^., Cp und R^ können so gewählt werden, daß bei einer bestimmten Einstellung des Potentiometers P, die einem unteren Grenzwert entspricht, die Zeit zur Wiaderaufladung von Cg nach der Entladung einer Vielzahl von vollen Perioden der Versorgungswechselspannung entspricht. Das bedeutet, daß auf einen Leistungsstoß, der für die Dauer einer vollen Periode an. den Verbraucher abgegeben wird, eine entsprechend große Zahl von Perioden folgt, während derer keine. Leistung abgegeben wird. Dabei wird bei der niedrigsten Einstellung des Potentiometers P praktisch überhaupt keine Leistung an den Verbraucher geliefert.

Hinsichtlich der Eingangsspannung kann Cp bei einer größeren Potentialdifferenz zwischen den Kondensatoren in einer Zeit

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auf einen größeren Wert als V aufgeladen werden, die einer kleineren Zahl voller Y/echselspannungsperioden entspricht, wobei die impulsfreie Zwischenzeit soweit begrenzt werden kann, bis nie nur noch eine V/ochselspannungsperiode beträgt. Bei weiter.er Erhöhung wird während zweier Perioden Leistung abgegeben und während einer Periode nicht, wobei mit annehmender Erhöhung der Bingangsspannung die Zahl der Perioden, während derer Leistung abgegeben wird, laufend zunimmt und nur während jeweils einer Periode keine Leistung geliefert ψ wird. Es wird also, ausgehend von der niedrigsten Einstellung, in einem ersten Leistungsbereich die abgegebene Leistung vergrößert, indem der impulsfreie Zeitraum von einer gegebenen Maximalzahl voller Perioden auf ein Minimum von einer Periode beschränkt wird, und in einem zweiten Hereich, indem die Zeit, während der Leistung abgegeben wird, von einem Mindeswert einer Periode bis nahe dem oberen Grenzwert vergrößert wird, indem eine Vielzahl von. Leistungsperioden wenig häufig von einem impulsireien Zeitraum von der Breite einer Periode unterbrochen werden. Pei der Einsteilung für die maximale Leistung wird während jeder Periode Leistung abgegeben.

. Der vorstehend beschriebene Impulsgenerator arbeitet demnach in einein offenen Regelkreis, es kann ihm jedoch das Verhalten eines geschlossenen Regelkreises aufgeprägt werden, indem das Potentiometer P durcn eine Einrichtung zur "Urzeugung eines GleichspaiiJiungssigiialn ersetzt wird, das der Differenz zwischen einem Oollwert der Leistung, der an einer veränderbaren Vergleichsvorrichtung einstellbar ist,, und dem Leisturrgsistwert, wie er von einem thermisch an den Veri raucher gekoppelten /¹U¹I-ler ül erwacht wird, proportional ist. ;.;an erkennt, daö selbst in einem geschlossenen Regelkreis Tür eine Regelung nicht erforderlich ist, da3 die Vorrichtung abwechselnd an- und abge-

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schaltet wird. Da die Vorrichtung eine gegebene Ausgangsleistung bei einem, konstanten Eingang am Zündimpuls generator aufrechterhalten kann, ist es in der Tat möglich, den Eingang mit einer dem Bedarf unter den erwarteten mittleren Bedingungen entsprechenden Vorspannung zu beaufschlagen und den geschlossenen Regelkreis zu verwenden, um eine geringe Korrektur oberhalb und unterhalb dieses Hittelwertes zu bewirken. Dies ist deshalb möglich, weil die Kondensatoren Gy. und Cp dann eher nach einer linearen als nach einer exponentiellen Funktion aufgeladen werden, so daß sich eine bessere Proportionalität zwischen der Ausgangsleistung und dem leistungsbedarf ergibt. In der praktischen Durchführung wird dazu ein Konstantstromverstärker vorgesehen, der C. und Cp auflädt und von einem Spannungsverstärker gesteuert wird; Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf eine solche Vorrichtung.

Das Blockschaltbild der Fig. 2 zeigt allgemein einen Wechselstromproportionalregler mit einem Zündimpuls generator nach der Erfindung. Dieser Regler dient der Temperaturregelung einer Chromatographenheizung für veränderliche Temperaturen, kann aber natürlich auch an andere Anwendungen angepaßt werden, insbesondere an elektrische Heizungseinrichtungen. Es bezieht sich auf den Betrieb innerhalb eines geschlossenen Regelkreises, Jedoch besitzt es auch durch den Zündimpulsgenerator die Möglichkeit zu einem Betrieb in einem offenen Regelkreis, da dieser in Abwesenheit von Störungen im Regelsystem selbst in der Lage ist, die Versorgung proportional an den Bedarf anzupassen.

Entsprechend Fig. 2 ist eine Chromatographenheizung 1 mit einem Fühler versehen, dessen Widerstand einen Temperaturkoeffi-

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zienten besitzt. Der Fühlerausgang wird in einer Brückenschaltung 2 nach. Art einer Wheatstone-Brücke mit dem Ausgang an einem Vergleichswider stand verglichen. Das Differenzsignal wird zu einem Spannungsverstärker 3 weitergeleitet, der den Stromverstärker A- steuert und seinen Strom an die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator G. und dem Widerstand Ry. des Zündimpulsgenerators nach Fig. i abgibt, der unter Auslassung des Potentiometereingangs durch den Block 5 dargestellt fe wird.

Der Ausgang von 5 wird mittels des Hullspannungsdetektors und Synchronisators 6 synchronisiert und einer Impulsdehnungsschaltung 7 zugeführt, die sicherstellt, daß ein gegen das Ende einer negativen Halbwelle des Versorgungswechselstroms erzeugter Impuls hinreichend gedehnt wird und erst beendet ist, wenn die folgende positive Halbwelle weit genug angestiegen . ist, um die maximalen Abweichungen in der Anodenminde st spannung zu überdecken, die üblicherweise bei einem Triac, der zur Regelung der Wechselstromleistung für die Chromatographenheizung geeignet ist, für die Leitfähigkeit erforderlich ist. Der gedehnte Zündimpuls wird an das Gatter des Hauptgleichrichters ψ vom Triac gelegt; der Triac und die Zündschaltung für den ITebengleichrichter sind in Block 8 eingeschlossen. Die in Fig. 2 zwischen 8 und 1 gezogene Linie soll lediglich andeuten, daß die dem Block 1 zugeführte Leistung von Block 8 gesteuert ist.

Im einzelnen ist Block 8 in Fig. 5 dargestellt, in der der in der Schaltung 7 (Fig· 2) erzeugte gedehnte Impuls über den Netz-Isolationstransformator T und den mit der Sekundärwicklung des Transformators in Reihe liegenden Widerstand R,- an der Par alle !verknüpfung des Kondensators C₂, und des Widerstandes R^

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anliegt, die im Nebenschluß zum Gatter und zur Kathode des Hauptgleichrichters liegen, der die eine Hälfte des Triacs TR^. bildet. Der Kondensator CL wirkt als Sicherung gegen zufällige, vorübergehend auftretende Spannungsspitzen, deren Energie ausreichen könnte, um den Kondensator auf die früher genannte Sperrspannung aufzuladen. Der Widerstand IL- bildet eine Ableitung für den Kondensator C^, wobei die Daten der beiden Bauteile natürlich so gewählt sind, daß ihre Zeitkonstante im Vergleich zur Dauer einer Halbwelle des Versorgungswechselstromes hinreichend klein ist.

Bei Zündung des Hauptgleichrichters fließt ein Strom von der Phase L über die Heizwicklungen H der Chromatographenheizung und von der Anode des Hauptgleichrichters zur Kathode entlang dem mit y^. bezeichneten Pfeil zum Nulleiter N. Im Nebenschluß zu den Wicklungen H fließt ebenfalls Strom über die Diode D-, sowie die Widerstände R₇ und Rg. Der parallel zu Rg liegende Kondensator C_n- wird mit der gezeigten Polarität aufgeladen und wird dem Spannungsabfall folgen, der durch den durch den Widerstand R₀ fließenden Strom bestimmt ist, wobei dieser Stromfluß ο

durch den in Reihe geschalteten Widerstand R₁-, sehr begrenzt ist, dessen Wert viel höher ist als der von R_Q. Erreicht die an C_c anliegende Spannung die Sperrspannungsschwelle des Nebentriacs TRp, so wird TRp in der durch den Pfeil y₂ bezeichneten Richtung leitend unter Ausbildung eines Spannungsabfalls vom Gatter zur Kathode von TR. infolge des durch TR^ und R,- während der positiven Halbwelle fließenden Stromes. Dies hat jedoch keinen Effekt auf das Gatter, da dieses schon vorher, nämlich bei Einschaltung des Hauptgleichrichters in TR^., seine Steuerwirkung verloren hat.

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Kurz nachdem der Wechselstrom in seinem Verlauf durch Null gegangen ist und der negativen Halbwelle folgt, wird durch die am Gatter TRp anliegende Spannung, die von der in C₁- gespeicherten Ladung erzeugt wird, wiederum TE₂ gezündet, wobei diesesmal die Leitung in der durch den Pfeil Xp "bezeichneten entgegengesetzten Richtung erfolgt. Der Strom fließt jetzt vom Nulleiter N über den Widerstand R_n- auf dem Weg Xp durch die Heizwicklungen H zu der Phase L, und der Spannungsabfall an E_n- wird zwischen Gatter und Kathode von TR,. wirksam, ™ indem der Nebengleichrichter von TR- auf dem Leitungsweg x. eingeschaltet wird. Nicht lange danach wird der Kondensator Cj- über Rg weitgehend entladen sein; dabei ist die Zeitkonstante Cc-Rg in geeigneter Weise kürzer als die Dauer einer Halbwelle des Versorgungswechselstromes.

Es wurde bereits weiter oben darauf hingewiesen, daß beim Übergang des Wechselstromes von der positiven zur negativen Halbwelle ein Zündimpuls in 6 (Fig. 2) erzeugt und in 7 verbreitert wird, und zwar von gerade vor dem Ende der negativen Halbwelle bis zu einem kleinen Anfangsteil der darauf folgenden positiven Halbwelle, falls durch die Einheit 2 festgefe legt wurde, daß - beginnend mit der nächsten positiven Halbwelle - der Verbraucher mit einer vollen Periode von der Wechselstromleistung beaufschlagt werden muß.

Entsprechend Fig. 3 verläuft der Sperrspannungsimpuls für TRp durch einen Widerstand Rq₁VM den Gatterstrom zu begrenzen. Darüber hinaus ist eine Hilfseinrichtung dafür vorgesehen, daß an TR. schnelle Spannungsänderungen vermieden werden, und zwar in Form des in Reihe mit dem Kondensator C^ verknüpften Widerstandes

1.0*

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Im folgenden ist das Aus führungsb ei spiel für eine Schaltung dargestellt, die die "bei 6 in Fig. 1 angezeigte Wirkungsweise besitzt. Entsprechend ist in Fig. 4- der Uni junkti ons transistor U aus Fig. 1 wiederholt dargestellt, jedoch nicht der Emitterkreis, der nicht direkt mit der anschließend beschriebenen Synchronisatoreinrichtung zusammenwirkt. R₅, ist ein wie in Fig. 1 verbundener Baaswiderstand, und der Unijunktionstransistor II erzeugt wie in Fig. 1 am Anschluß 0 einen Ausgangsimpuls. Der mit der Basis B~ verbundene Widerstand R^. ^. ist jedoch nicht direkt mit der Stromschiene P verbunden, die mit einer positiven Spannung von 24- Volt gegen Erde beaufschlagt ist, sondern wird von der Mitte der Verbindung zwischen den beiden in Reihe geschalteten Widerständen R^p und Ry,-τ von je 1'kOhm zwischen der positiven Stromschiene und Erde her versorgt. Das bedeutet, daß in Abwesenheit weiterer Schaltungsteile, mit denen R,.. verbunden ist, dieser Widerstand von einem Punkt versorgt wird, der eine positive Spannung von 12 Volt gegen Erde hat. Tatsächlich ist aber eine an R^₂ liegende Schaltvorrichtung vorgesehen, die normalerweise geschlossen ist, so daß Ry.* normalerweise eine positive Spannung von 24 Volt gegen Erde hat, wobei ferner vorgesehen ist, daß die Schaltvorrichtung öffnet, wenn sich der Verlauf des Wechselstroms dem Ende der negativen Halbwelle nähert, so daß in diesem Augenblick die Versorgungsspannung von R^_x. halbiert wird. Die Schaltvorrichtung wird von dem Transistor TR gebildet, an dem über den Widerstand R^₁, eine Le itungs vor spannung anliegt, während ein zu einem Kondensator C₁-, in Reihe verbundener Widerstand R^₁- in seinem Basis-Emitterkreis liegt. - Der Kondensator Cn wird aufgeladen, wenn an dem Widerstand R^jdurch einen darin in Richtung des Pfeiles A fließenden Strom ein Spannungsabfall erfolgt, wenn dies eine mit dem Anschluß

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T^ verbundene Diode Dp zuläßt, wobei an den Anschlüssen T^. und Tp eine Versorgungs spannung von 30 Volt anliegt; der Widerstand R^j- und die Diode Dp sind über einen in Reihe geschalteten Widerstand R.,g verbunden. Ein Paar in Reihe geschalteter Begrenzungsdioden D, und D^ liegen im ÜFebenschluß zum Widerstand R,, ^; als Folge der Zusammenwirkung der drei Dioden erhält man anE.r einen Stromverlauf, der im wesentlichen einen negativ gerichteten Rechteckimpuls darstellt. Die Vorderflanke des Impulses wird durch den

Kondensator G_n differenziert und der Ladestrom wird den c

Transistor TR lediglich im eingeschalteten Zustand halten. Die Rückflanke wird ebenfalls differenziert, jedoch wird der Entladestrom von Cr₇ eine Abschaltung von TR bewirken, da der Spannungsabfall anE.r sich Hull annähert. Gleichzeitig wird an 0 ein kurzer Impuls verfügbar, falls die Esaitterspannung des Unijunktionstransistros U oberhalb des Zünd-r schwellwertes liegt.

Die in Fig. 2 mit 7 bezeichnete Impulsdehnungsschaltung kann nach Art von Fig. 5 eingerichtet sein, wobei/sich vorstellen muß, daß diese Schaltung von der gleichen positiven 24- Volt-Schiene und Erde versorgt wird wie die in Fig. 4 dargestellte Schaltung. Die Impulsdehnung enthält ein komplemeriäres Paar von Transistoren TRA und TRB. Die Basis von TRA, die in. dieser Figur nicht verbunden ist, muß man sich als zum Anschluß 0 verbunden vorstellen. Beim Auftreten eines Impulses am Anschluß 0 wird TRA leitfähig und der Kondensator C_Q entlädt sich über den Widerstand R^₇ in TRA. Nach der Entladung fließt ein Ladestrom über die Widerstände R^₈ und R^q zu Kondensator Cg mit dem Ergebnis, daß TRB angeschaltet wird und Strom dem Lastwiderstand R^₀ und dem Kondensator Cg zufließt. Solange dieser Ladestrom fließt, was natürlich von der Bemes-

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sung der "beteiligten ,Bauteile abhängig ist, liegt an der Primärseite des Impulstransformators T, der der gleiche ist wie der in Fig. 3 gezeigte Transformator, eine Gleichspannung an.

Wenn die an der Primärseite des Transformators T (Fig. 3) anliegende Spannung ihren Maximalwert erreicht, wird an den Anschlüssen der Sekundärseite eine Ausgangsspannung mit einem "bestimmten Vorzeichen erzeugt. Diese sekundärseitige Spannung tritt auf, gerade "bevor die Wechselstromwelle in den positiven Bereich übertritt und sie dauert an, bis die Welle des Netzstromes einen beträchtlichen positiven Wert erreicht hat. Diese Sekundärspannung wird bei der Zündung des Hauptgleichrichters vom Triac TR. wirksam.

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Claims

- 20 Patentansprüche

^.'Elektrischer Impulsgenerator zur Erzeugung von Ausgangsim- ^ pulsen, deren zeitlicher Mittelwert im wesentlichen einem veränderlichen Gleichspannungseingangssignal proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a. ein erster, entsprechend einem durch das veränderliche Gleichspannungseingangssignal auf ladbarer Speicher (C,.),

b. ein mittels des ersten Speichers aufladbarer zweiter Speicher (C^),

c. ein oberhalb eines Schwellwertes (V ) leitendes Schaltglied (U), das zur mindestens teilweisen Entladung des zweiten Speichers verbunden ist, wenn dessen Aufladung den Schwellwert überschreitet,

d. ein den ersten und zweiten Speicher parallel verknüpfendes Glied (R/,), mittels dessen der zweite Speicher vom ersten Speicher unter Vermeidung einer wesentlichen Entladung des ersten Speichers bei Überschreiten des Schwellwertes aufladbar ist, und

e. ein das oberhalb des Schwellwertes leitende Schaltglied nur kurzzeitig in vorbestimmten, gleichen Zeitabständen öffnendes Zeitglied (6)

vorgesehen sind.

2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paralle!verknüpfungsglied als ein Widerstand (R,,) ausgebildet ist.

J. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Parallelverknüpfungsglied als ein von dem Zeitglied (6) gesteuerter Schalter ausgebildet ist.

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4-, Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (6) einen Spannungsfühler (TR) zur Einschaltung des Schaltgliedes (U) unmittelbar vor dem Nulldurchgang der negativen Halbwelle einer Wechselspannung aufweist.

5- Impulsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulsdehnungsschaltung (7; Fig· 5) zur "Verbreiterung des von dem Schwellwertschaltglied (U) von unmittelbar vor dem Ende der negativen Halbwelle bis in den Anfang der positiven Halbwelle erzeugten Impulses vorgesehen ist.

6. Impulsgenerator nach Anspruch 5 ih Verbindung mit einer auf den Nulldurchgang ansprechenden Weehselstromproportionalregelung (8), dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdehnungsschaltung (7) zur Steuerung einer Schalteinrichtung (TR_x, und TR ρ j Fig. 3) zur Aufschaltung einer Wechselstromleistung auf einen Verbraucher bei Erzeugung jedes einzelnen verbreiterten Impulses verbunden ist.

7· Impulsgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Speicher (C.) in seiner Aufladung auf einen einem vorbestimmten Leistungsbedarf des Verbrauchers entsprechenden Wert einstellbar ist.

8. Impulsgenerator nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine Servo-Schaltung (2, 3, 4-) zur Überlagerung der Aufladung des ersten Speichers (G^.) mit einem Eingangssignal, das die Differenz zwischen der Soll- und der Istleistung im Verbraucher darstellt, und im wesentlichen zur selbsttätigen Abgleichung dieser Differenz vorgesehen ist."

— —— ORIGINAL IMSPECTED

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