DE2412484A1

DE2412484A1 - Transformatorfreie schaltungsanordnung mit wechselstromeingang fuer einen gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2412484A1
Application number: DE2412484A
Authority: DE
Inventors: Ronald G Arpino
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1973-03-12
Filing date: 1974-03-12
Publication date: 1974-09-19
Also published as: US3794893A; GB1425541A; AU6514074A; FR2221848B3; FR2221848A1

Description

DfPL.-INQ. DIETER JANPER

8 MÖNCHEN BO CBOGENHAUSEN) KOLBERGER STRASSE 21 Telefon: 089/98 27 04

PATENTANWÄLTE DR.-INQ. MANFRED BÖNINQ

Zustelladr····: reply to:

1 BERLIN 15

KURFORSTENOAMM 66 Telefon: 030/8835071 Telegramme: Consideration Berlin

738/15 201 DE 12. März 1974

Patentanmeldung

der Firma Sperry Rand Corporation

60 Hain Street, . Bridgeport, Connecticut, U.S.A.

"Iransformatorfreie Schaltungsanordnung mit Wechselstromeingang für einen Gleichstrommotor"

Die Erfindung bezieht sich auf eine transformatorfreie Schaltungsanordnung mit Wechselstromeingang für einen Gleichstrommotor.

Solche Anordnungen dienen beispielsweise dazu, einen Nieder-

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spannungsgleichstrommotor, ζ. B. einen solchen für 60 bis 70 Volt, mit Hetz ,spannung, z. B. 110 Volt, anzutreiben.

Bei bekannten Schaltungsanordnungen wird ein Transformator verwendet. Dieser ist relativ groß, schwer und teuer.

Ferner ist es bekannt, keinen Transformator, wohl aber Widerstände mit drei Abgriffen vorzusehen, von denen zwei mit der Spannungso.uelle und der dritte mit dem Gleichstrommotor über einen Gleichrichter verbunden ist. Eine solche Anordnung ist dann sinnvoll, wenn zugleich Wärme verlangt wird, z. B. bei einem Fön, aber ungeeignet, wenn keine V/ärme erzeugt werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Schaltungsanordnung derart auszubilden, daß sie billig ist, möglichst ohne Wärmeverlust arbeitet und vorzugsweise für tragbare Geräte, z. B. Trockenrasierer, verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Betrieb der Motor einerseits in Reihe mit der Stromquelle und einem Kondensator und andererseits in einer Schleife mit dem Kondensator und einem Schalter liegt, derart, daß während der einen Halbwelle des Wechselstroms der Kondensator geladen und der Motor angetrieben wird und während der anderen Halbwelle sich der Kondensator über den Motor entlädt.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß parallel zu dem Motor kein Kondensator liegt, Auf diese Weise wird erreicht, daß der Motor ein hohes Anfangsdrehmoment besitzt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. Darin zeigen

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7.

Pig. 1 eine erste Ausführungsform;

Fig. 2 den wirksamen Strompfad wehrend einer'Halbperiode;

3Pig. 3 cLen wirksamen Strompfad während der anderen HaIbperiode und

Pig. 4 eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. entsprechende Teile.

In Fig. 1 ist ein Netzwerk mit einem Gleichstrommotor 10 und einer Energiereduzierungsstufe 11 veranschaulicht.

Diese Stufe weist zwei Leitungen 12 und 13 mit Kontakten 14 und 15 auf, an die eine Wechselstromauelle 16 für 100 bis 240 Volt anschließbar ist. (Bekanntlich sind an verschiedenen Orten die zur Verfugung stehenden Netzspannungen unterschiedlich.)

Das Netzwerk weist einen Reihenzweig (ohne Bezugszeichen) auf, der zwischen den Leitungen 12 und 13 liegt und aus einem Kondensator 18, z. B. einem Elektrolytkondensator C1, mit einem positiven Kontakt 19 und einem negativen Kontakt 20, einer Leitung 21, einem ersten Gleichrichter 22, z. B. einer Diode D1, mit einer Anode 23 und einer Kathode 24, einem Leiter 25, dem Gleichstrommotor 10, z. B. einem Permanentmagnetmotor M₁ mit einem positiven Kontakt 26 und einem negativen Kontakt 27, einem Leiter 28 und einem zweiten Gleichrichter 29, z.B. einer Diode D2,mit einer Anode 30 und einer Kathode 31, besteht.

Außerdem weist das Netzwerk einen Schalter 55 auf, der parallel zu dem Kondensator 18 und dem ersten Gleichrichter 22 liegt.

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Dieser Schalter besteht aus einem NPN-Transistor T1 mit einem Emitter 36, der mit dem Leiter 25 verbunden ist, mit einem Kollektor 38, der mit dem Leiter 12 verbunden ist, und mit einer Basis 40, die über einen Widerstand 41 mit dem Leiter 13 verbunden ist.

Ferner weist das Netzwerk einen dritten Gleichrichter 44 auf, der parallel zu dem Gleichrichter 22 und dem Motor liegt. Dieser Gleichrichter 44 besteht aus einer Diode D3 mit einer Anode 45 und einer Kathode 46.

Das Netzwerk arbeitet bei aufeinanderfolgenden Halbwellen der Quelle 16 verschieden:

Bei einer positiven Halbwelle ist das Potential des Kontaktes 14 positiv. Die erste und und zweite Diode D1 und D2 sind infolgedessen leitend. Die dritte Diode D3 ist gesperrt. Der Transistor T1 ist ebenfalls gesperrt. Von der Quelle 16 kann somit Strom über 12, 01, D1, M, D2 und 13 fließen. Der Motor läuft. Der für diesen Fall wirksame Strompfad ergibt sich aus Fig. 2.

Bei einer negativen Halbwelle ist 14 negativ. D1 und D2 sind infolgedessen gesperrt. D3 und T1 sind offen. Der Kondensator C1 entlädt sich somit über T1, M und D3. Der Motor läuft. Der für diesen Fall wirksame Strompfad ergibt sich aus Fig. 3.

Ist der Kondensator 16 völlig entladen, beginnt erneut die Aufladung des Kondensators 18. Die volle Spannung liegt dann an dem Motor 10 an. Das erfindungsgemäße Netzwerk ist also besonders dann geeignet, wenn ein hohes Anfangsdrehmoment erwünscht ist. Maßnahmen, z. B. ein dem Motor parallel geschalteter Kondensator, zur Glättung sind aus diesem Grunde häufig unerwünscht.

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Beispielsweise ist das Netzwerk gemäß Fig. 1 mit einem 150 Volt-Elektrolytkondensator C1 mit 25 Mikrofarad, drei 3OO PIV-Dioden D1 bis D3, einem Permanentmagnetgleichstronimotor M mit einer Arbeitsspannung von 60 bis 70 Volt ausgerüstet, wobei der Kern des Motors 5OO Wicklungen pro Pol aus einem Draht Ur. 37 AWG aufweist. Der Transistor T1 ist ein NPN-Transistor; der Widerstand 41 hat 15 KXX. Die Stromquelle 16 liefert 120 Volt. Eine solche Schaltung ist besonders für Trockenrasierer od. dgl. geeignet. Die Eingangsund Ausgangsleistung beträgt bei dem angegebenen Beispiel 4,70 und 3,64 Watt. Der erreichbare Wirkungsgrad der Schaltung unter Last ist 77,4 #. Schwankt die effektive Spannung der Quelle 16 zwischen 100 und I30 Volt, so schwankt die Arbeitsspannung am Motor M zwischen 57 und 73 Volt, wobei sich die Geschwindigkeit des Motors zwischen 8000 und 10.000 UPM ändert.

!!Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform. Der NPN-Transistor T1 der Fig. 1 ist durch einen PNP-Transistor T2 ersetzt. Die Teile 1, 10, 18, 22, 29, 41 und 44 des Netzwerkes der Pig. 1 sind zwischen den Leitungen 12 und 13 in gleicher Weise wie bei Fig. 1 zusammengeschaltet, wobei allerdings die anderen Eigenschaften des PNP-Transistors T2 berücksichtigt sind.

Oftmals ist es erwünscht, eine Lampe vorzusehen, die aufleuchtet, wenn das Gerät in Betrieb ist. Die Schaltung gemäß Fig. weist eine solche Lampe 50 auf, die parallel zu dem Reihenzweig liegt. Vorzugsweise nimmt die Lampe weniger als 30 Volt auf und hat einen inneren Widerstand von 1000 JX. Vorzugsweise liegt die Lampe 50 parallel zur Diode D3, so daß sie kontinuierlich Energie erhält, wenn das Netzwerk an die Stromquelle 16 angeschlossen ist. Die Lampe kann als Anzeige dafür dienen, daß.das Gerät an die Stromquelle angeschlossen ist. Ferner kann sie Beleuchtungszwecken dienen: So! kann sie, ist das Netzwerk in einem Rasierapparat eingebaut, den Schneidbereich

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beleuchten. Natürlich kann auch die Schaltung gemäß Fig. Λ mit einer Lampe ausgerüstet sein.

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Claims

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Patentansprüche :

Transformatorfreie Schaltungsanordnung mit Wechselstromeingang für einen Gleichstrommotor, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb der Motor (10) einerseits in der Reihe mit der Stromquelle (16) und einem Kondensator (18) und andererseits in einer Schleife mit dem Kondensator (18) und einem Schalter (35) liegt, derart, daß wahrend der einen Halbwelle des Wechselstroms der Kondensator (18) geladen und der Motor (10) angetrieben wird und während der anderen Halbwelle sich der Kondensator (18) über den Motor (10) entlädt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in der Reihenschaltung, bestehend aus dem Motor (10) und dem Kondensator (18), zwei gleichgerichtete"Gleichrichter (22, 29) liegen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schleife ein Gleichrichter (44) liegt.
4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet , daß parallel zu dem Motor (10) kein Kondensator liegt.
5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß als Schalter ein Transistor (35) dient.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (40) des Transistors (35) mit dem einen Kontakt der Wechselstromquelle (16) direkt oder

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indirekt verbunden int.
7- 3chaltira ^x anordnung noch eine:: eier r^'Te^e¹: der Anr;pri"che 1 — 6, dadurch ~ e I" e η η ? e i c !τ. η e t , dr^r"" zu der lieihenachaltung: Kondensator (Ίο), erster Cieic·"--richter (^2), I.otoz- (10), zweiter Gleichrichter ('-9), ^i^ Emitter— Kollel'-tor—Strecke der- 'Tran.'-iGtorr (^:"5) pnrpllel zu. der· Ifonden.sntor (10) und dem ernten Gleichrichter (22) und der in der Schleife liegende Gleichricliter ('-.'-'I-) ρ-Malle su den: i-,otor (10) und dem ersten Gleichrichter (.?-'"') liert.
8. Schaltunpfanordnunr n-r>ch einem o^er mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch peken η zeichnet , ac^p eine Lrüpe (50) vorpe; eh.en ist, die ?ls Einr-ch-?ltnnzoi^r-e und/oder 3eleu.ch.tunr: der. Arbeitsbereiche" dient.
9. Schaltunpßanordnung nach Anspruch rf, ei?durch ~ e k e η zeichne t , daß die Lanpe (50) parallel zu der: in der Schleife liegenden Gleichrichter (-'!-4-) lierrt.
10. ockaltungsanordnuni? nach einem oder mehreren der :;.nsprüche 1-9» dadurch r: e k e η η ζ e i c h η e t , cn''. ein Elektrolytkondencator (IB) verwendet wird.

DJ: DG

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