DE2153194A1 - Impulsgenerator - Google Patents
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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 Cx, 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
209820/TOAb
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 Cn- 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 RQ. Erreicht die an Cc
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 Rn- auf dem Weg Xp
durch die Heizwicklungen H zu der Phase L, und der Spannungsabfall an En- 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 Gn 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 CQ 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-
209820/1045 - 19 -
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.
- 20 -
209820/1045
Claims (1)
- - 20 Patentansprüche^.'Elektrischer Impulsgenerator zur Erzeugung von Ausgangsim- ^ pulsen, deren zeitlicher Mittelwert im wesentlichen einem veränderlichen Gleichspannungseingangssignal proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daßa. 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, unde. 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.- 21 209820/10454-, 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 (TRx, 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 IMSPECTED2098 2 0710 45
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