DE2528197A1

DE2528197A1 - Zeitgeberschaltung fuer wechselstrombetrieb

Info

Publication number: DE2528197A1
Application number: DE19752528197
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Fukutake; Kazuyoshi Honda; Hideo Suemasa; Kenichi Yoda
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-06-28
Filing date: 1975-06-25
Publication date: 1976-01-08
Also published as: JPS513772A; US4002929A; JPS5710616B2; DE2528197C2

Description

München, den 27/035

MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD., Osaka, Japan

Zeitgeberschaltung für Wechselstrombetrieb

Die Erfindung betrifft eine Zeitgeberschaltung für Wechselstrombetrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, einen Zeitgeber für Wechselstrombetrieb vom Doppelleitungstyp so auszubilden, daß die Wechselspannung zunächst gleichgerichtet wird und daß mit dieser gleichgerichteten Spannung ein Gleichstromrelais gespeist wird, das nach einem festgelegten Zeitintervall anzieht. Im Gleichrichter wird in diesem Falle ein Siebkondensator benötigt, um den gleichgerichteten Strom zu glätten. Dieser stark beanspruchte Bauteil verringert die Zuverlässigkeit des Zeitgebers, insbesondere bei höheren Temperaturen und ständigem Gebrauch. Ferner besteht wegen der Verwendung eines Gleichstromrelais die Gefahr, daß die Anschlußleitung durch elektrolytische Korrosion beschädigt oder unterbrochen wird. Für eine Wechselspannung in der Größenordnung von.220 Volt ist kein billiges Gleichstromrelais auf dem Markt, das

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dieser hohen Spannung entspricht, weshalb ein Vorwiderstand in Reihe mit der Relaiswicklung geschaltet werden muß. Durch die Wärmeerzeugung in diesem Widerstand können aber andere elektronische Teile hinsichtlich ihrer Eigenschaften und ihrer Lebensdauer beeinträchtigt werden. Wenn in einer solchen Schaltung ein mechanischer Selbsthaltekontakt verwendet wird, um den Betriebszustand des Relais nach Ablauf des vorgegebenen Zeitintervalls aufrechtzuerhalten, kann dieser Kontakt zu weiteren Störungen Anlaß geben und verringert außerdem die Anzahl der für Schaltzwecke zur Verfügung stehenden Relaiskontakte.

IM diesen Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen, ist in der OS-PS 3 633 047 ein kontaktloser Wechselstromzeitgeber vorgeschlagen worden, der weder einen Siebkondensator, noch einen mechanischen Kontakt benötigt. Das Prinzipschaltbild dieses bekannten Zeitgebers ist in Fig. 1 dargestellt. Von der Wechselspannungsquelle wird ein Wechselstrom über eine Last X (vorzugsweise ein Wechselstromrelais) auf einen Zweiweg-Gleichrichter D gegeben. Die gleichgerichtete Ausgangsspannung desselben geht einerseits auf die Serienschaltung eines Widerstandes R und eines Kondensators C und andererseits über einen Thyristor S und einen Widerstand R₄ auf die Serienschaltung eines einstellbaren

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Widerstandes R„ und eines Kondensators C , sowie auf die Serienschaltung der Widerstände R und R . Die Steuerelektrode G eines Spannungsvergleichselementes T, d. h. im vorliegenden Falle eines programmierbaren Unijunction-Transistors (nachstehend als PUT abgekürzt) ist an die Verbindungsstelle der Widerstände R„ und R., angeschlossen. Die Anode A des PUT ist mit der Verbindungsstelle des Widerstandes R^ und des Kondensators C verbunden und die Kathode ist mit der Steuerelektrode des Thyristors S und einem Widerstand R verbunden, der parallel zu einem Kondensator C, liegt. Wenn in dieser Schaltung eine Wechselspannung von der Wechselstromcuelle zwischen den Klemmen a und b angelegt wird, erscheint an den Klemmen d, und d„ eine gleichgerichtete Spannung, durch welche der Kondensator C aufgeladen wird, so daß dessen Klemmenspannung nach Maßgabe der eingestellten Größe des Widerstandes R_ allmählich ansteigt. Wenn das Potential der Anode A des PUT höher als dasjenige der Steuerelektrode G wird, wird der PUT leitend und der Thyristor S wird ebenfalls geöffnet, so daß ein kräftiger Strom durch das Relais X fließen kann und dies betätigt.

Wenn aber die Laststromstärke im Relais X klein ist, läßt sich schwer eine Selbsthaltung des Thyristors S erzielen. Da nämlich in jeder Kelbwelle die gleichgerichtete Spannung einmal zu Null wird, läßt sich für den Fall, daß der Laststrom

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kleiner als 20 mA ist, der Selbsthalt des Thyristors schwer erreichen, selbst wenn die Steuerspannung im Ladebereich liegt, weil der Kondensator C₁ sich allmählich entlädt. Deshalb muß der Thyristor einerseits eine hohe Steuerspannungsempfindlichkeit und andererseits einen niedrigen Haltestrom aufweisen. Ferner besteht der Nachteil, daß der vom Thyristor steuerbare Stromstärkebereich so stark mit der Umgebungstemperatur schwankt, daß der Thyristor leicht unabsichtlich abschaltet. Ferner muß der erforderliche Siebkondensator C eine

hohe Spannungsfestigkeit haben und entsprechend groß dimensioniert sein und wenn der Zeitgeber an die Stromquelle angeschlossen wird, kann durch den plötzlichen Stromstoß im Kondensator C das Relais X kurzzeitig irrtümlich anziehen.

Der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die beschriebene Zeitgeberschaltung auch für kleine Laststromstärken in der Größenordnung von beispielsweise 1 bis 5 mA brauchbar zu machen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mit der Kathode des Thyristors S ein Widerstand verbunden wird und daß ein weiterer Widerstand in Reihe mit dem

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parallel zur Steuerelektrode des Thyristors geschalteten Kondensators gelegt wird.

Der so abgeänderte Zeitgeber arbeitet einwandfrei auch bei niedrigen Wechselstromstärken und hält die eingestellte Verzögerung auch dann genau ein, wenn die an das Relais angelegte Spannung vor dessen Ansprechen abgeschaltet und später wieder eingeschaltet wird. Auch besitzt die neue Zeitgeberschaltung keinen vom Laststrom durchflossenen Vorwiderstand, der unnütze Energie verzehren und schädliche Wärme entwickeln würde.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind

Fig. 1 das erwähnte Schaltbild des bekannten Zeitgebers,

Fig. 2 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Zeitgebers,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung in Fig. 2,

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Fig. 4 eine praktische Ausführung des Zeitgebers nach Fig. 2

und

Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel des neuen Zeitgebers.

In der Schaltung nach Fig. 2 ist das die Last darstellende Wechselstromrelais X in Reihe mit einem Zweiweq-

Gleichrichter D an die Klemmen a und b einer Wechselns

stromquelle e angeschlossen. An den Ausgangsklemmen d, und d_o des Gleichrichters D kann eine gleichgerich-

J.Z Sä

tete Spannung abgenommen werden. An die Klemmen d. und d_ ist ein Thyristor S in Reihe mit einem Kathodenwiderstand R, angeschlossen. Ferner liegt an den Klemmen d, und d_ die Reihenschaltung eines Widerstandes R_

-L & X

und eines Kondensators C , die ein die Verzögerung bestimmendes RC-Glied darstellen. Ein spannungsabhängiges Schaltelement P (z. B. eine Zweirichtungsdiode) ist zwischen die Verbindungsstelle des Widerstandes R und des Kondensators C und die Steuerelektrode des Thyristors S eingeschaltet. Zwischen der Steuerelektrode des Thyristors S und der Minusklemme d_ des ,Gleichrichters liegt ferner die Reihenschaltung eines Widerstandes R, und eines Kondensators C₁, zu denen wieder ein Widerstand R parallel liegt.

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Die beschriebene Schaltung arbeitet folgendermaßen. Wenn eine Spannung von der Wechselspannungsquelle e an den Klemmen a und b auftritt, wird der Kondensator C„ mit dem vom Gleichrichter D abgegebenen Gleichstrom aufgeladen. Wenn die Klemmenspannung des Kondensators C die Schaltspannung des Sehaltelements P nach einer vorgegebenen Zeitspanne erreicht, beginnt das Schaltelement P zu leiten und gibt eine Steuerspannung auf den Thyristor S, so daß dieser geöffnet wird. Infolgedessen fließt ein stärkerer Speisewechselstrom über das Relais X zum Gleichrichter D_ß, den Thyristor S und den Kathodenwiderstand P-, . Dieser Wechselstrom erregt das Relais X.

Die Verwendung des Widerstands R, hat folgenden Vorteil: Wenn das Kathodenpotential des Thyristors S durch den Widerstand R, etwas angehoben wird, läßt sich der mit der Steuerelektrode des Thyristors verbundene Kondensator C, auf weit höhere Spannung aufladen, als der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung durch die Anode des Thyristors zwischen Steuerelektrode und Kathode desselben beträgt; deshalb kann die Entladungszeitkonstante des Kondensators C, groß gemacht werden und selbst ein Thyristor mit geringer Steuerempfindlichkeit läßt sich verwenden. Dies gilt sogar dann, wenn die Speisestromstärke des Relais X klein ist, wie noch dargelegt wird.

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Die Vorteile der Einfügung des Widerstands R.. lassen sich am besten übersehen, wenn zunächst die Verhältnisse ohne diesen Widerstand an Hand der Fig. 3 betrachtet werden. So lange der Strom in der Relaiswicklung X klein ist, ergibt sich ein in der Figur schraffierter Bereich, in welchem die Steuerspannung v. des Thyristors S niedriger als die Kathodenspannung ν ist. Wenn in diesem Zustand der Augenblickswert des durch den Thyristor S fließenden Stromes kleiner als der Haltestrom des Thyristors wird, schaltet der Thyristor S ab und das Relais X kehrt in den Ausgangszustand zurück, wird also fehlerhaft nicht betätigt.

Wenn dagegen der Widerstand R₁ eingefügt ist, verläuft die Steuerspannung V₂ des Thyristors S ganz oberhalb der Kathodenspannung ν in Fig. 3, d. h. es gibt keinen Bereich mehr, in welchem die Steuerspannung unter der Kathodenspannung liegt, so daß der Thyristor S nicht abschalten kann, solange die Wechselstromquelle eingeschaltet bleibt.

Demnach kann auch im Falle eines niedrigen Nennstromes des Relais X ein Thyristor S mit geringer Steuer empfindlichkeit und hoher Haltestromstärke verwendet werden.

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Der nachstehende Vergleich zweier ausgeführter Schaltungen erhärtet das Gesagte.

	Schaltung nach Fig. 1 (bekannt)	(k-A) 4,7	Schaltung nach Fig. 2 (neu)	220	1 mA
Schaltelemente	R g	(^F)IO (/U,F) 0,2 (A) loo	4,7
	^Cl ^Co R O	(kA) -	IO
	^Rl	(fU -	1
	^RK	20 mA
kleinste Halte stromstärke des Thyristors (auf Wechselstrom bezogen)

Fig. 4 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach Fig. 2. Es unterscheidet sich von Fig. 2 im wesentlichen durch zusätzliche Maßnahmen zur Erzielung eines konstanten vorgegebenen Verzögerungsintervalls. Hierzu ist eine Reihenschaltung eines Widerstandes R₀ und einer Zenerdiode ZD über

einen Widerstand R an die Gleichrichterausgangsklemmen

d, und d_ angeschlossen und ein Kondensator C. liegt parallel zu dieser Reihenschaltung. Ferner liegt das

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RC-Glied mit dem einstellbaren Widerstand R und dem Kondensator C parallel zur Zenerdiode ZD. Parallel zum Kondensator C liegt die Serienschaltung eines als PUT ausgebildeten spannungsabhängigen Schaltgliedes P und eines Widerstandes R₄. Die Steuerelektrode G dieses PUT ist über einen Widerstand R₅ an den Abgriff eines zur Zenerdiode ZD parallelen Spannungsteilers R_fi, R₇ angeschlossen. Der Widerstand R ist durch eine Diode D, überbrückt. Zwischen der Anode A des PUT und der Steuerelektrode G desselben liegt ein Kondensator C zum Auffangen äußerer Spannungsstoße. Die Kathode des PUT ist über einen Widerstand R- mit dem Kondensator C₁ verbunden. Ein weiterer Kondensator C_ zur Aufnahme äußerer Spannungsstoße liegt zwischen der Steuerelektrode des Thyristors S und dem negativen Pol d„ des Gleichrichters. Der Kondensator C₁ ist einstellbar. Die Basis eines Transistors T ist über einen Widerstand R_ an die Verbindungsstelle des Kondensators C, und des Widerstandes R, angeschlossen. Kollektor und Emitter des Transistors T sind mit den beiden Klemmen des Kondensators C verbunden.

Wenn bei dieser Schaltungsanordnung eine Wechselspannung zwischen den Klemmen a und b angelegt wird, entsteht _an den Klemmen des RC-Gliedes R , C_T eine konstante Gleichspannung dank des Kondensators C. und der Zener-

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diode ZD, die über die Widerstände R₉ und R₃ vom Gleichrichter D_. gespeist werden. Somit lädt sich der Kondensator C auf, bis seine zwischen Anode A und Kathode des spannungsabhängigen Schaltgliedes P anstehende Klemmenspannung höher als die Steuerspannung des PUT wird. Der PUT beginnt dann zu leiten und seine air. Widerstand R. abfallende Kathodenspannung gelangt über die Widerstände R, und R₃ auf die Steuerelektrode des Thyristors S. Dieser wird infolgedessen ebenfalls leitend, so daß ein Wechselstrom durch das Relais X fließt, der dieses Relais erregt.

Die in Fig. 4 dargestellte Schaltungsanordnung ist vor allem insofern verbessert, als die Restladung des Kondensators C vollständig abgeführt werden kann, so daß eine stabilisierte Verzögerungszext wiederholt erzielt wird. Wenn der PUT gezündet wird, fließt die Ladung des Kondensators C_ über den PUT und den Widerstand R. ab. Wegen des Spannungsabfalls zwischen Anode und Kathode des PUT bleibt in diesem Zeitpunkt eine Ladung von etwa 0,7 Volt im Kondensator C zurück. Diese Ladung soll über den Transistor T abgeführt werden; wenn der PUT gezündet ist, wird Kondensator C- mit dem Entladestrom des Kondensators C über den PUT und Widerstand R₃ aufgeladen, so daß der Transistor T mit der Ladeenergie des Kondensators C₁ leitend gemacht

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wird und die Restladung des Kondensators C vollständig abfließen kann. Infolgedessen beginnt der nächste Schaltzyklus wieder mit vollständig entladenem Kondensator C , so daß sich jedesmal die gleiche Verzögerungszeit einstellt.

Die Anordnung nach Fig. 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 2 darin, daß ein parallel zum Kondensator C des RC-Gliedes geschalteter Widerstand R zwischen Steuerelektrode und Kathode des

Thyristors S eingeschaltet ist und daß der Kondensator C, zwischen dieser Steuerelektrode und der Gleichrichterausgangsklemme d_ liegt.

Wenn in der Schaltung nach Fig. 2 der Thyristor S leitet, bewirkt ein Spannungsabfall im Widerstand R, , daß eine geringe Ladung im Kondensator C des RC-Gliedes zurückbleiben und die Wiederholungsgenauigkeit der eingestellten Verzögerung herabsetzen kann. In der Anordnung nach Fig. 5 wird dagegen das RC-Glied zwischen Anode und Kathode des Thyristors vollständig kurzgeschlossen, so daß eine vollständige Entladung und damit die gewünschte Präzision der eingestellten Verzögerung gewährleistet ist.

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Um den gleichen Effekt wie in Fig. 2 und 4 zu erreichen, kann noch eine Diode parallel zum Widerstand R, geschaltet werden, damit die Spannung an diesem Widerstand
begrenzt wird.

Die Last X wurde vorstehend meist als Relais bezeichnet; es kann aber offenbar jede andere Last ebenfalls zeitabhängig geschaltet werden.

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Claims

München, den 27/035 ' I MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD., Osaka, Japan Patentansprüche

1.J Zeitgeberschaltung für Wechselstrombetrieb mit einer zwischen die Wechselstromquelle und einen Zweiweg-Gleichrichter eingeschalteten Last, einem an die Ausgangsklemmen des Zweiweg-Gleichrichters angeschlossenen Thyristor und einem Impulsgeber, der nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls nach dem Einschalten der Wechselspannung einen Impuls auf die Steuerelektrode des Thyristors gibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (R,) zwischen die Kathode des Thyristors (S) und die negative Ausgangsklemme(d_) des Gleichrichters (O-.) geschaltet ist und daß die Reihenschaltung eines Widerstandes (R,) und eines Kondensators (C,) zwischen der Steuerelektrode des Thyristors (S) und der negativen Klenge (d₂) des Gleichrichters liegt.

2. Zeitgeberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber die an den Gleichrichter (D ) angeschlossene Reihenschaltung eines Strombegrenzungs-

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Widerstandes (R_g) und eines Glättungskondensators (C.), eine an den Glättungskondensator angeschlossene Konstantspannungsquelle (Z ), ein an die KonstantSpannungsquelle angeschlossenes RC-Glied (R ,C) zur Festlegung des vorgegebenen Zeitintervalls und ein parallel zu dem Kondensator (C ) des RC-Gliedes geschaltetes Spannungsvergleichselement (P) enthält, sowie daß das Spannungsvergleichselement durch einen Spannungsanstieg an dem Kondensator (C ) auf einen bestimmten Wert gezündet wird und hierdurch ein öffpungsimpuls auf die Steuerelektrode des Thyristors (S) gibt.

3. Zeitgeberschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Klemmen des zeitbestimmenden Kondensators (C_T) mit Kollektor und Emitter eines Transistors (T) verbunden sind, dessen Basis über einen Widerstand (R„) mit dem Kondensator (C-) der an die Steuerelektrode des Thyristors angeschlossenen Reihenschaltung verbunden ist.

4. Zeitgeberschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsvergleichselement (P) ein programmierbarer Unijunction-Transistor ist, dessen Anode und Kathode parallel zu dem zeitbestimmenden Kondensator (C-) liegen und dessen Steuerelektrode (E) über die Parallelschaltung einer Diode (D^) und eines WiderStandes (R₅) an den Abgriff eines parallel zu der Konstant" spannungsquelle (Z_ß) liegenden Spannungsteilers (R,, R-* angeschlossen ist.

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