DE2322397C3

DE2322397C3 - Fahrspannungssteuergerät

Info

Publication number: DE2322397C3
Application number: DE2322397A
Authority: DE
Inventors: Guenter 8500 Nuernberg 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: 1981-11-12
Also published as: DE2322397A1; DE2322397B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrspannungssteuergerät insbesondere für Modellbahnen mit einem vorzugsweise über einen Transformator mit der Netzspannung verbundenen Vollweg-Gleichrichter und einem in dessen Gleichspannungs-Ausgangsleitung liegenden steuerbaren elektronischen Bauelement, um beim Hochsteuern einen kontinuierlichen Übergang 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 <n der Gleichspannungs-Ausgangsleitung liegenden 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 sich erfindungsgemäß in noch einfacherer Weise unter Einsparung einer Reihe von Bauelementen dadurch erzielen, daß die Steuerelektrode des elektronischen Bauelements 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

F i g. 1 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrspannungssteuergerätes ond

F i g. 2 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrspannungsreglers.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Fahrspannungsregler wird die vom Transformator TR kommende Wechselspannung mit dem Brücken-Gleichrichter G gleichgerichtet und der KoIItktor-Emitter-Strecke des als steuerbares elektronisches Bauelement T dienenden Transistors 2T:geführt Solange an der Basis des Transistors jedoch keine Spannung ansteht, bleibt dieser gesperrt und die Ausgangsspannung am Lastwiderstand bzw. dem Motor Mist praktisch Null.

Das Potentiometer fund der Widerstand Ri 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 /?2 an die Basis des Transistors als elektronisches Bauelement Γ gegeben, so daß dieser öffnet und dann am Motor Meine Spannung ansteht, die in etwa der am Punkt Λ'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 P den vollen Wert, so wie die Spannung vom Gleichrichter Gabgegeben wird.

Der mit dem im Basiszweig des ersten Spannungsteilers liegende Widerstand R einen zweiten Spannungsteiler bildende Widerstand Rz ist mit dem ersten Wechselspannungsanschlußpunkt IVi des Gleichrichters verbunden und erhält, da dieser zweite Spannungsteiler auf der anderen Seite an Masse liegt, über den ersten Wechselspannungsanschlußpunkt Wi lediglich eine der beiden Halbwellen (Halbwelle 1 genannt) zugeführt, da die Diode D\ für die jeweils andere Halbwelle den zweiten Spannungsteiler gegen Masse kurzschließt und somit während dieser zweiten Halbwellen lediglich die so vernachlässigbare Durchlaßspannung der Diode D\ 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 Si 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 R₃ liegenden Diode.

Über den zweiten Spannungsteiler, bestehend aus dem Widerstand Ri und dem Widerstand R\, der gleichzeitig auch den Massezweig des ersten Spannungsteilers bildet entsteht am Punkt X während der Halbwellen 1 eine Basissteuerspannung für den Transistor T, die dem Spannungsteiierverhäknis A₃ zu Ri entspricht Macht man nun den Widerstand R₃ kleiner als den Maximalwiderstand des Potentiometers P, so wird die Spannung am Punkt X während dieser einen Halbwellea einen höheren Wert haben als die über das Potentiometer an ^gelangende Spannung.

Das Verhältnis des Widerstands A₃ und des Schutzwiderstands /?2 ist so zu dimensionieren, daß bei Einschaltung des maximalen Widerstandes des Potentiometers P in den ersten Spannungsteiler der Effektivwert der am Motor M anliegenden Halbwellenspannung 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 Mittelsteilung eines Polwenders erreicht, der mit der Betätigungsachse des Schleifers S mechanisch gekoppelt ist Ein derartiger Aufbau ist im einzelnen in F i g. 2 des Hauptpatents beschrieben. Der volle Widerstandswert des Potentiometers P ist so groß zu wählen, daß die 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 0.

Wird nun der Widerstand des Potentiometers dadurch verkleinert daß man den Schleifer auf einen der Endanschlüsse hm verschiebt so steigen beide Halbwellenspannungen am Punkt X an, denn auch während der Halbwelle 1 fließt nun durch den Widerstand Ri ein größerer Strom, so daß am Widerstand Ri ein größerer Spannungsabfall und damit am Transistor als elektronisches Bauelement T eine größere Basissteuerspannung entsteht. Die Spannung der zweiten Halbwelle 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 R₃, 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 Γι und Ti in Darlington-Schaltung bestehende steuerbare elektronische Bauelement Γ arbeitet wiederum als Spannungsstabilisator, dessen Ausgangsspannung, die die Arbeitsspannung für den Motor M darstellt, etwa gleich der Basisspannung ist.

Das Potentiometer Pi liegt an der vollen pulsierenden Gleichspannung. Mit seinem Schleifer 5 wird je nach dessen Stellung ein Teil dieser Spannung abgegriffen und über den Widerstand A₄ der Basis des Eingangstransistors 7Ί der Darlington-Schaltung als elektronisches Bauelement ^zugeführt und wirkt hier als Basis-Steuerspannung.

Der Widerstand Ra bildet weiterhin mit dem zwischen dem C^hleifer 5 und Masse liegenden unteren Teil Pi" des Potentiometers Pi den Fußpunktwiderstand des zweiten Spannungsteilers, zu dem der Widerstand Rs gehört Der Widerstandswert von A₅ ist kleiner oder höchstens gleich dem des Maximalwiderstandes des

Potentiometers P\. Steht nun am zweiten Wechselspannungsanschlußpunkt W₂ 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 Potentiometerschleiierstellung bei allein vorhandenem Potentiometer entsprechen würde, und zwar vor allem im unteren Eiristellbereich, wenn der Schleifer dem Masseanschlußpunkt des Potentiometers P\ angenähert ist Die Widerstände Ra und A₅ sind dann nämlich dem oberen Teil P\ 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 5 zum positiven Anschluß des Potentiometers hin der Widerstand im oberen Teil P\ des Potentiometers P\ wird, desto geringer wird der Einfluß der Parallelschaltung der zum zweiten Spannungsteiler gehörenden Widerstände Ra und A₅, bis schließlich im Endbereich die Regelung der Basissteuerspannung praktisch voll vom Potentiometer P₁ übernommen wird.

Steht am zweiten Wechselspannungsanschlußpunkt W₂ jedoch die negative Phase der Wechselspannung (Halbwelle 2) an, dann ist der zweite Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen A₅, Ra und dem unteren Teil P\" des Potentiometers P_x 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 Pi während der Halbwelle 2 gesperrt und die Spannung am Motor M folglich gleich Null oder nahe NuIL

In der oberen Stellung des Schleifers S(-t- Anschlag) steht dagegen die volle Spannung über die Widerstände Ra und Rs an. Da Ra wesentlich kleiner ist als Rs steht damit auch praktisch die volle Spannung an der Basis des Transistors Γι und die Ausgangsspannung am Motor Merreicht 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 /?₅ nur so groß sein, daß die durch die Halbwelle 1 hervorgerufene

ίο effektive Ausgangsspannung am Motor M nur so groß ist, daß sich der Motor Mgerade 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 Erläuterung der Fig. t 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 dargestelltenAusfüh rungsbeispiele 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- 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.

Selbstverständlich wäre es in gleicher Weise möglich, die Widerstände R3 und Rs an den zweiten Wechselspannungspunkt Wi anzuschließen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fahrspannungssteuergerät insbesondere für Modellbahnen, mit einem vorzugsweise über einen Transformator mit der Netzspannung verbundenen Vollweg-Gleichrichter und einem in dessen Gleichspannungs-Ausgangsleitung liegenden steuerbaren elektronischen Bauelement, um beim Hochsteuern einen kontinuierlichen Übergang von Halbwellenauf Vollwellenbetrieb zu erreichen, insbesondere 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 (P, R₁; F_x, Pi") als auch mit dem Mittelabgriff eines zwischen Masse und dem ersten Wechselspannungsanschlußpunkt (Wi) des Gleichrichters (G) liegenden zweiten Spannungsteilers (Ri, Rj; Pi", A₄, Rs) verbunden ist, wobei die Spannungsteiler (P, R\; Pi', Pi"; Ru A3 bzw. Pi", R₄, Rs) so ausgelegt sind, daß in der Ausgangsstellung des einstellbaren Widerstandes (Potentiometer P, P_t) die an die Steuerelck- trode des elektronischen Bauelementes (T) angelegte Spannung überwiegend vom zweiten Spannungsteiler (Ru R₃; Pi', R*, Rs), in der Endstellurig überwiegend vom ersten Spannungsteiler (P; R\; P\', Pi") bestimmt ist

2. Fahrspannungssteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungsteiler (P, Rf, Ru A3) einen gemeinsamen festen Massezweig aufweisen und daß der am Gleichrichter (G) anliegende Widerstand (Ri) des zweiten Spannungsteilers (R\, R₂) 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, Ri; Ru Ri) 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 so mit parallelgeschalteten Endanschlüssen ist.

5. Fahrspannungssteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifer (S) eines zwischen dem spannungsführenden Gieichstromausgang des Gleichrichters (G) und Masse liegenden Potentiometers (Pi) über einen Widerstand (R₄) als Schutzwiderstand mit der Steuerelektrode des elektronischen Bauelements (Tu T₂) und diese über einen Widerstand (Rs), der wesentlich größer als der Widerstand (R₄) und kleiner als der Gesamtwiderstand des Potentiometers (Pi) ist, mit einem Wechselspannungsanschlußpunkt (Wi) des Gleichrichters (G) verbunden ist.

6. Fahrspannungssteuergerät nach Anspruch 5, 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 Betätigungswelle zur Verstellung des Potentiometer-Schleifers (S) mit einer Umschaltvorrichtung zur Umpolung der Ausgangsspannung des Fahrspannungssteuergeräts gekoppelt ist

β. Fahrspannungssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare elektronische Bauelement ein Transistor (TJist.

9. Fahrspannungssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare elektronische Bauelement eine Darlington-Schaltung aus zwei oder mehr Transistoren (Ti, T₂)\st