DE2322397B2

DE2322397B2 - Fahrspannungssteuergerät

Info

Publication number: DE2322397B2
Application number: DE2322397A
Authority: DE
Inventors: Günter 8500 Nürnberg Albrecht
Original assignee: Trix Mangold & Co 8510 Fuerth De GmbH; Trix Mangold & Co 8510 Fuerth GmbH
Current assignee: Trix Mangold 8510 Fuerth De GmbH
Priority date: 1973-05-04
Filing date: 1973-05-04
Publication date: 1981-04-02
Also published as: DE2322397C3; DE2322397A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrspannungsstüiergerät insbesondere für Modellbahnen mit einem vorzugsweise über einen Transformator mit der Netzspannung verbundenen VoUweg-Glcächrichter und einem in dessen Gleichspannungs-Ausgangsleitung liegenden steuerbaren elektronischen Bauelement um beim Hochsteuern einen kontinuierlichen Obergang von Halbwellen- auf Vollwellenbetrieb zu erreichen, insbesondere nach Patent 23 06 603.

Beim Hauptpatent wird die für den Übergang von Halbwellen- auf Vollwellenbetrieb erforderliche unterschiedliche Aussteuerung des in der Gleichspannungs-Ausgangsleitung Hegenden steuerbaren elektronischen Bauelements dadurch erzielt daß die einen Halbwellen ständig in voller Höhe an einem Potentiometer anliegen, dessen Schleifer mit der Steuerelektrode des steuerbaren Bauelements verbunden ist während die zweiten Halbwellen nach Maßgabe des von der Potentiometer-Schleiferstellung abhängigen Öffnungsgrades eines zweiten steuerbaren Bauelements an das Potentiometer angelegt sind.

Dieses Steuerungsprinzip läßt sfc'j erfindungsgemäß in noch einfacherer Weise unter Einsparung einer Reihe von Bauelementen dadurch erzielen, daß die Steuerelektrode des elektronischen Bauclements sowohl mit dem Mittelabgriff eines einen einstellbaren Widerstand enthaltenden, zwischen Masse und dem spannungsführenden Gleichstrom-Ausgang des Gleichrichters liegenden, ersten Spannungsteilers als auch mit dem Mittelabgriff eines zwischen Masse und dem ersten Wechselspannungsanschlußpunkt des Gleichrichters liegenden zweiten Spannungsteilers verbunden ist wobei die Spannungsteiler so ausgelegt sind, daß in der Ausgangsstellung des einstellbaren Widerstandes die an die Steuerelektrode des elektronischen Bauelementes angelegte Spannung überwiegend vom zweiten Spannungsteiler, in der Endstellung überwiegend vom ersten Spannungsteiler bestimmt ist

Beim erfindungsgemäßen Aufbau wird insbesondere das beim Hauptpatent benötigte zweite steuerbare elektronische Bauelement eingespart. Außer dem bei einer Regelung grundsätzlich erforderlichen einstellbaren Widerstand werden lediglich einige einfache Ohm'sche Widerstände zum Aufbau der Spannungsteiler benötigt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele sowie an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigt

Fig, 1 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemlßen Fahrspannnngwteuergerltes und

F i g, 2 das Schaltbild einer zweiten Ausftihrungsform eines erfindungsgemäßen Fahrspannungsreglers,

Bei dem in Fig, 1 dargestellten Fahrspannungsregler wird die vom Transformator 77? kommende Wechselspannung mit dem Brücken-Gleichrichter G gleichgerichtet und der Kollektor-Hmitter-Strecke des als steuerbares elektronisches Bauelement T dienenden I ο Transistors zugeführt Solange an der Basis des Transistors jedoch keine Spannung ansteht, bleibt dieser gesperrt und die Ausgangsspannung am Lastwiderstand bzw. dem Motor Mist praktisch NuIL

Das Potentiometer Pdnd der Widerstand R\ bilden einen ersten Spannungsteiler. Am Punkt X steht eine beide gleichgerichtete Halbwellen umfassende Spannung, die von der Einstellung des Potentiometers P abhängig ist Diese Spannung wird über den Schutzwiderstand Rz an die Basis des Transistors als elektronisches Bauelement T gegeben, so daß dieser öffnet und dann am Motor Meine Spannung ansteht, die in etwa der am Punkt X entspricht

Der Widerstand R\ im Basiszweig des . ersten Spannungsteilers ist wesentlich kleiner als der volle Widerstand des Potentiometers P, so daß am Punkt X bzw. an der Basis des Transistors Tbeim Maximalwiderstand des Potentiometers Pin der gezeigten Mittelstellung des Schleifers 5 nur eine so kleine Steuerspannung ansteht daß die Spannung am Motor M vernachlässigbar ist d. h. der Motor M noch nicht anläuft da der Transistor als elektronisches Bauelement T noch gar nicht geöffnet wird. Erst wenn der Widerstand des Potentiometers P infolge der Verschiebung des Schleifers 5gegen einen der Endanschlüsse kleiner wird, steigt die Spannung im Punkt X und damit auch am Motor M an und hat beim Widerstandswert 0 des Potentiometers Pden vollen Wert so wie die Spannung vom Gleichrichter G abgegeben wird.

Der mit dem im Basiszweig des ersten Spannungsteilers liegende Widerstand R einen zweiten Spannungsteiler bildende Widerstand A3 ist mit dem ersten Wechselspannungsanschlußpunkt W₁ des Gleichrichters verbunden und erhält da dieser zweite Spannungsteiler auf der anderen Seite an Masse liegt, über den ersten Wechselspannungsanschlußpunkt W₁ lediglich eine der beiden Halbwellen (Halbwelle 1 genannt) zugeführt, da die Diode A für die jeweils andere Halbwelle den zweiten Spannungsteiler gegen Masse kurzschließt und somit während dieser zweiten Halbwellen lediglich die so vernachlässigbare Durchiwßspannung der Diode Oi am zweiten Spannungsteiler anliegt An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß dieses automatische Aussieben einer der Halbwellen an den Wechselspannungsanschlußpunkten nur unter der Voraussetzung gilt daß der zweite Spannungsteiler an Masse liegt und der den negativen Gleichspannungsanschlußpunkt des Gleichrichters G mit Masse verbindende Sicherungswiderstand 5/ vernachlässigbar klein ist. Sind diese Voraussetzungen nicht erfüllt, so bedarf es zum Aussieben einer dem zweiten Spannungsteiler zuzuführenden Halbwellen einer in Serie mit dem Widerstand Rz liegenden Diode.

Über den zweiten Spannungsteiler, bestehend aus dem Widerstand R₃ und dem Widerstand Rt, der gleichzeitig auch den Massezweig des ersten Spannungsteilers bildet, entsteht am Punkt X während der Halbwellen 1 eine B, sissteuerspannung für den Transistor T; die dem Spannungsteilerverhältnfs Hi w H\ entspricht Macht man nun den Widerstand, fa kleiner als den Maximalwiderstand des. Potentiometers P, &q wird die Spannung am Punkt X wahrend dieser, einen Halbwellen einen höheren Wert haben als die aber das Potentiometer an ^gelangende Spannung,

Das Verhältnis des Widerstands Hi und des Schutzwiderstands R₂ ist so zu dimensionieren, daß bei Einschaltung des maximalen Widerstandes des Potentiometers P in den ersten Spannungsteiler der Effektivwert der am Motor M anliegenden Halbwcllenspannung nur so groß ist daß der Motor gerade noch nicht anläuft oder nur mit geringster Drehzahl (Schrittgeschwindigkeit). Im letzteren Fall wird die absolute Haltestellung durch das Abschalten der Ausgangsspannung in der Mittelstellung eines Polwenders erreicht der mit der Betätigungsachse des Schleifers 5 mechanisch gekoppelt ist Ein derartiger Aufbau ist im einzelnen in Fig.2 des Hauptpatents beschrieben. Der volle Widerstandswert des Potentiometers P ist so groß zu wählen, daß «?··; Ausgangsspannung der über den ersten Spannungsteiler am Punkt X anstehenden Halbwellen kleiner ist als die Spannung durch die am festen zweiten Spannungsteiler anliegende Halbwelle 1, nach Möglichkeit nahe O.

Wird nun der Widerstand des Potentiometers dadurch verkleinert daß man den Schleifer auf einen der Endanschlüsse hin verschiebt so steigen beide Halbwellenspannungen am Punkt X an, denn auch während der Halbwelle 1 fließt nun durch den Widerstand R\ ein größerer Strom, so daß am Widerstand Rt ein größerer Spannungsabfall und damit am Transistor als elektronisches Bauelement T eine größere Basissteuerspannung entsteht Die Spannung der zweiten Halbwelie wächst jedoch relativ stärker an als die der Halbwelle 1, bedingt durch die unterschiedlichen Spannungsteilerverhältnisse beider Spannungsteiler. In dem Fall, in dem der Widerstand des Potentiometers P wesentlich kleiner geworden Ist als der Widerstand Ry, stehen beide Halbwellen in gleicher Höhe an der Basis des Transistors T an, d. h. die Steuerung des Transistors erfolgt nunmehr hauptsächlich durch den ersten Spannungsteiler mit dem Potentiometer P.

Bei dem gemäß F i g. 2 aufgebauten Fahrspannungsregler wird wiederum der vom Transformator TR kommende Wechselstrom durch den Brücken-Gleichrichter G gleichgerichtet Am positiven Gleichspannungsausgang steht eine pulsierende Gleichspannung, bestehend aus den Halbwellen 1 und 2. Das aus zwei Transistoren Tt und Ti in Darlington-Schaltung bestehende steuerbare elektronische Bauelement T arbeitet wiederum als Spannungsstabilisator, dessen Ausgangs* spannung, die die Arbeitsspannung für den Motor M darstellt etwa gleich der Basisspannung ist.

Das Potentiometer Pt liegt an der vollen pulsierenden Gleichspannung. Mit seinem Schleifer S wird je nach dessen Stellung ein Teil dieser Spannung abgegriffen und über den Widerstand Ra der Basis des Eingangstransistors Tt der Dar'ington-Schahung als elektronisches Bauelement Tzugeführt und wirkt hier als Basis-Steuerspannung.

Der Widerstand Ra bildet weiterhin mit dem zwischen dem Schleifer 5 und Masse liegenden unteren Teil P₁" des Potentiometers Pt den Fußpunktwiderstand des zweiten Spannungsteilers, ?u dem der Widerstand R5 gehört. Der Widerstandswert von Rs ist kleiner oder höchstens gleich dem des Maximalwiderstandes des

Potentiometers P\. Steht nun am zweiten WcchsclspannungsanschluBpunkt Wj des Gleichrichters G die positive Phase der Wechselspannung (Halbwelle 1) an, dann ergibt sich am Punkt X während der Zeit dieser ersten Halbwelle eine größere Spannung, als sie eigentlich der Potentiometerschleiferstellung bei allein vorhandenem Potentiometer entsprechen würde, und zwar vor allem im unteren Einstellbereich, wenn der Schleifer dem Masseanschlußpunkt des Potentiometers P\ angenähert ist. Die Widerstände Ra und A₅ sind dann nämlich dem oberen Teil /V des Potentiometers P\ parallelgeschaltet, so daß dann ein größerer Strom durch den unteren Teil P\" des Potentiometers fließt und dort eine entsprechend größeren Spannungsabfall hervorruft. Je kleiner jedoch dann beim Verstellen des Schleifers Szum positiven Anschluß des Potentiometers hin der Widerstand im oberen Teil Pi' des Potentiometers P\ wird, desto geringer wird der Einfluß der Parallelschaltung der zum zweiten Spannungsteiler gehörenden Widerstände R* und /?s, bis schließlich im Endbereich die Regelung der Basissteuerspannung praktisch voll vom Potentiometer P₁ übernommen wird.

Steht am zweiten Wechselspannungsanschlußpunkl W₂ jedoch die negative Phase der Wechselspannung (Halbwelle 2) an, dann ist der zweite Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen Rs. Rt und dem unteren Teil P₁" des Potentiometers P₁ zwischen dem Schleifer und Masse, in der unteren Stellung des Schleifers 5 beim Masseanschlag praktisch durch die zum Gleichrichter gehörende Diode D₂ kurzgeschlossen, so daß dann auch die Spannung am Punkt X über den zweiten Spannungsteiler praktisch den Wert Null hat. Der Transistor ist somit im unteren Regelbereich des Potentiometers /Ί während der Halbwelle 2 gesperrt und die Spannung am Motor M folglich gleich Null oder nahe Null.

In der oberen Stellung des Schleifers S(+ Anschlag steht dagegen die volle Spannung über die Widerstände Ri, und Rs an. Da R* wesentlich kleiner ist als Rs steht damit auch praktisch die volle Spannung an der Basis des Transistors 71 und die Ausgangsspannung am Motor Λ/erreicht ihr Maximum.

Der Widerstand Ra muß als Basisschutzwiderstand mindestens so groß sein, daß der maximale zulässige Basisstrom nie überschritten werden kann, darf aber andererseits im Verhältnis zum Widerstand fts nur so groß sein, daß die durch die Halbwelle 1 hervorgerufene

to effektive Ausgangsspannung am Motor M nur so groß ist, daß sich der Motor M gerade nicht dreht, bzw. nur so langsam dreht, daß das vom Motor M angetriebene Fahrzeug gerade eben Schrittgeschwindigkeit einhält. Im letzteren Fall erfolgt — wie auch bereits bei der

π Erläuterung der Fig. 1 erwähnt worden ist — das Abschalten des Fahrstroms für die totale Haltestellung in der Mittelstellung eines Fahrstrom-Umpolschalters, der mit der Potentiometerachse gekoppelt ist. Eine geringe Anfangsspannung für Schrittgeschwindigkeit ist im übrigen von Vorteil, weil dann der Potentiometerschleiferweg voll für die Fahrtregelung ausgenützt werden kann und kein oder nur wenig »toter Gang« bis zum Anlaufen des Fahrzeugs vorhanden ist.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestelltenAusführungsbeispiele beschränkt. So wäre es neben der Verwendung einer Darlington-Schaltung aus zwei Transistoren beispielsweise auch möglich, in F i g. 2 an Stelle des einfachen Potentiometers P\ ein Potentiometer mit geerdeter Mittelanzapfung und parallel geschal-

jo teten Endanschlüssen zu verwenden, um auf diese Weise die im Hauptpatent näher beschriebene mechanische Kopplung der Achse des Potentiometerschleifers mit einem Fahrspannungs-Umpolschalter versehen zu können.

j5 Selbstverständlich wäre es in gleicher Weise möglich, die Widerstände Rj und /?5 an den zweiten Wechselspannungspunkt W₂ anzuschließen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Fahrspannungssteuergerat insbesondere für Modellbahnen, mit einem vorzugsweise aber einen Transformator mit der Netzspannung verbundenen s Vollweg-Gleichrichter und einem/in dessen Glejchspannungs-Ausgapgileitung liegenden steuerbaren elektronischen Bauelement, um beim Hochsteuern einen kontinuierlichen Obergang von Hälbwellenauf Vollwellenbetrieb zu erreichen, insbesondere ι ο nach Patent 2306603, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des elektronischen Bauelements (T) sowohl mit dem Mittelabgriff eines einen einstellbaren Widerstand (Potentiometer P, Pi) enthaltenden, zwischen Masse und dem spannungsführenden Gleichstrom-Ausgang des Gleichrichters (G) liegenden, ersten Spannungsteilers (P₁ Ri; Pi', Pi") als auch mit dem Mittelabgriff eines zwischen Masse und dem ersten Wechseispannungsanschlußpunkt (Wi) des Gleichrichters (G) liegenden(z\yeiten Spannungsteilers (Ru Ry, Pi", Ra, Rs) verbunden ist, wobei die Spannungsteiler (P, Rf, Pi', Pi"; Ri, R₃ bzw. Pi", A₄, A₅) so ausgelegt sind, daß in der Ausgangsstellung des einstellbaren Widerstandes (Potentiometer P, Pi) die an die Steuerelektrode des elektronischen Bauelementes (T) angelegte Spannung überwiegend vom zweiten Spannungsteiler (Ri, Ry, Pi, Ra, Rs),Tin der Endstellung überwiegend vom ersten Spannungsteiler (P; Ry, Pi', /V^ bestimmt ist

2. Fahrspannungssteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungsteiler (P, Ry, Ri, R₃) einen gemeinsamen festen Massezweig aufweisen und dad der am Gleichrichter (G) anliegende Widerstand /Ri) des zweiten Spannungsteilers (Ru Ri) kleiner ist als der Maximalwiderstand des am spannungsführenden Gleichrichter-Ausgang liegenden einstellbaren Widerstand (Potentiometer P) im ersten Spannungsteiler (Ri, P) aber größer als der Widerstand (Ri) an Masse.

3. Fahrspannungssteuergerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zwischen dem gemeinsamen Mittelabgriff (Punkt X) der beiden Spannungsteiler (P, Ry, Ru R₃) und der Steuerelektrode des elektronischen Bauelementes (T) liegenden Schutzwiderstand (R₂).

4. Fahrspannungssteuergerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß der einstellbare Widerstand (Potentiometer P) ein Potentiometer mit parallelgeschalteten Endanschlüssen ist

5. Fahrspannungssteuergerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet daß der Schleifer (S) eines zwischen dem spannungsführenden Gleichstromausgang des Gleichrichters (G) und Masse liegenden Potentiometers (Pt) über einen Widerstand (Ra) als Schutzwiderstand mit der Steuerelektrode des elektronischen Bauelements (Tt, T₂) und diese über einen Widerstand (Rs), der wesentlich größer als der Widerstand (Ra) und kleiner als der Gesamtwider· eo stand des Potentiometers (Pi) ist, mit einem Wechselspannungsanschlußpunkt (Wi) des Gleichrichters (Cy verbunden ist.

6. Fahrspannungssteuergerät nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (Pi) einen geerdeten Mittelabgriff und parallel geschaltete Endanschlüsse aufweist.

7. Fahrspannungssteuergerät nach Anspruch 4

oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betatl· gungswelle ssur Verstellung des Potentiometer-Schleifers (S) mit einer Umschaltvorrichtung zur Umpolung der Ausgangsspannung des Fahrspannungssteuergeräts gekoppelt ist,

8, Fahrspannungssteuergerät nach ejnem.der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare elektronische Bauelement ein Transistor (V'ist ■ ,

9_r Fahrspannungssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare'elektronische Bauelement eine Darlington-Schaltung aus zwei oder mehr Transistoren (T\, T)