DE2528197C2

DE2528197C2 - Zeitgeberschaltungsanordnung für Wechselstrombetrieb

Info

Publication number: DE2528197C2
Application number: DE2528197A
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Matsusaka Mie Fukutake; Kazuyoshi Kadoma Osaka Honda; Hideo Hirakata Osaka Suemasa; Kenichi Moriguchi Osaka Yoda
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-06-28
Filing date: 1975-06-25
Publication date: 1983-05-05
Also published as: JPS5710616B2; DE2528197A1; JPS513772A; US4002929A

Description

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

Eine solche Zeitgeberschaltungsanordnung ist aus der US-PS 33 33 175 bekannt. Dort ist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator zwischen die Steuerelektrode des Thyristors und den negativen Anschluß der Schaltung eingefügt Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Thyristor auch dann sicher gezündet wird bzw. durchgeschaltet bleibt, wenn die periodischen Spannungsminima auftreten. Der Kondensator dieser Reihenschaltung dient also als Zwischenspeicher, um die Zeiten niedriger Kfemmspannung des Thyristors zu überbrücken. Der Reihenwiderstand hat dabei die Aufgabe, die sofortige Wiederentladung des Kondensators zu verhindern. Er verzögert aber auch die Aufladung des Zwischenspeicherkondensators. Eine weitere Ladeverzögerung wird durch einen weiteren Widerstand zwischen dem zeitbestimmenden Kondensator und dem Emitter eines Unijunction-Transistors in dem Impulsgeber verursacht. Diese Ladeverzögerung hat eine verlängerte Erholungszeit der Zeitgeberschaltungsanordnung nach einer Unterbrechung der Betriebsspannung zur Folge. Wenn nämlich während eines Ladeintervalls des Zeitgebers die Netzspannung unterbrochen wird, so wird der Unijunction-Tran«;istor des Impulsgebers durchgeschaltet, und die gespeicherte elektrische Ladung des zeitbestimmenden Kondensators wird in die Steuerelektrode des Thyristors entladen. Trotzdem wird jedoch dieser Thyristor nicht leitend, weil die Netzspannung fehlt Wenn dann die Netzspannung wieder angelegt wird, kann der Unijunction-Transistor erst wieder gesperrt werden, wenn die Entladestromstärke des zeitbestimmenden Kondensators genügend abgesunken ist Dadurch wird die Erholungszeit der Zeitgeberschaltungsanordnung bis zur Wiederaufnahme des normalen Betriebs entsprechend verlängert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zeitgeberschaltungsanordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine lange Erholungszeit bis zur Wiederaufnahme des norma'en Betriebs nach einer Netzspannungsunterbrechung vermieden wird. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Weil bei der erfindungsgemäßen Zeitgeberschaltungsanordnung der Impulsgeber bzw. der darin enthaltene Unijunction-Transistor an die Verbindungsstelle des Speicherkondensators und seines Serienwiderstandes angeschlossen ist, wird dieser Speicherkondensator schlagartig vom Zeitgeberkondensator aufgeladen, kann sich aber nur verhältnismäßig langsam über den Serienwiderstand und die Steuerelektrode des Thyristors entladen, während gleichzeitig der störende Widerstand in der Verbindungsleitung zwischen dem zeitbestimmenden Kondensator und dem Unijunction-Transistor ohne Schaden weggelassen werden kann. Der dem zeitbestimmenden Kondensator mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke parallelgeschaltete Transistor bewirkt eine praktisch vollständige Restentladung dieses Kondensators.

Das Kurzschließen eines Zeitgeberkondensators mittels eines parallelgeschalteten Transistors ist bei einer Relaisschaltung mit verzögertem Abfall an sich bereits aus der US-PS 35 82 716 bekannt. Aus der DE-OS 19 52 030 ist es ferner bekannt, dem zeitbestimmenden Kondensator einen Unijunction-Transistor parallelzusichalten. Dieser kann aber keine vollständige Restentladung bewirken, da er im leitenden Zustand einen Spannungsabfall von etwa 0,7 V aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines bekannten Zeitgebers;

Fig.2 ein Schaltbild eines weiteren bekannten Zeitgebers;

F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 2;

F i g. 4 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zeitgeberschaltungsanordnung; und

Fig.5 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispie's der erfindungsgemäßen Zeitgeberschaltungsanordnung.

Bei der in F i g. 1 gezeigten bekannten Zeitgeberschaltungsanordnung fließt aus einer Wechselspannungsquelle ein Wechselstrom über ein Wechselstromrelais X auf einen Zweiweg-Gleichrichter Db- Die gleichgerichtete Ausgangsspannung desselben geht einerseits auf die Serienschaltung eines Widerstandes Rn und eines Kondensators Co und andererseits über einen Thyristor S und einen Widerstand fts "<uf die Serienschaltung eines einstellbaren Widerstandes Rt und eines Kondensators Ct, sowie auf die Serienschaltung aus den Widerständen R₂ und Ry, Die Steuerelektrode G eines programmierbaren Unijunction-Transistors P, der im folgenden als PUT bezeichnet wird, ist an die Verbindungsstelle der Widerstände R₂ und R₃ angeschlossen. Die Anode A des PUT ist mit der Verbindungsstelle des Widerstandes Rt und des Kondensators C_T verbunden, und die Kathode ist mit der Steuerelektrode des Thyristors Sund einem Widerstand R_g verbunden, der parallel zu einem Kondensator G liegt. Wenn zwischen die Klemmen a und b dieser Schaltungsanordnung eine Wechselspannung angelegt wird, so erscheint an den Klemmen d\ und d₂ eine gleichgerichtete Spannung, durch welche der Kondensator Ctaufgeladen wird, so daß dessen Klemmenspannung nach Maßgabe der eingestellten Größe des Widerstandes Rt 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 durchgeschaltet, so daß ein kräftiger Strom durch das Relais X fließen kann und dieses betätigt.

Wenn aber die Lastsiromstärke im Relais X klein ist, läßt sich schwer eine Selbsthaltung des Thyristors S erreichen. Da nämlich in jeder Halbwelle die gleichgerichtete Spannung einmal zu Null wird, läßt sich für den Fall, daß der Laststrom kleiner als 20 mA ist, die Selbsthaltung des Thyristors schwer erreichen, selbst wenn die Stei'erspannung im Ladebereich liegt, weil der Kondensator G sich allmählich entlädt. Dies macht eine hohe Steuerspannungsempfindlichkeit und einen niedrigen Haltestrom desselben erforderlich.

Die in Fig. 2 dargestellte Zeitgeberschaltungsanordnung ist auch für kleine Laststromstärken in der Größenordnung von z. B. 1 bis 5 mA brauchbar. Dort ist das die Last darstellende Wechselstromrelais Xm Reihe mit einem Zweiweg-Gleichrichter Db an die Klemmen a und b einer Weehselstromquelle e angeschlossen. An den Ausgangsklemmen d\ und d₂ des Gleichrichters Db kann eine gleichgerichtete Spannung abgenommen werden. An den Klemmen d\ und di ist ein Thyristor Sin Reihe mit einem Kathodenwiderstand R^ angeschlossen. Ferner liegt an den Klemmen d\ und d-_z die Reihenschaltung eines Widerstandes Rt und eines Kondensators Ct, die ein die Verzögerung bestimmendes ÄC-Glied darstellen. Ein spannungsabhängiges Schaltelement P ist zwischen die Verbindungsstelle R_T mit dem Kondensator C_T und die Steuerelektrode des Thyristors Seingeschaltet Zwischen der Steuerelektrode des Thyristors S und der Minuskiemme </₂ des Gleichrichters liegt ferner die Reihenschaltung eines Widerstandes R^ mit einem Kondensator G, zu denen ein Widerstand /^parallel liegt

Die beschriebene Schaltung arbeitet folgenderma-Ben: Wenn eine Spannung von der Wechselspannungsquelle e an den Klemmen a und b auftritt wird der Kondensator Ct mit dem vom Gleichrichter Db abgegebenen Gleichstrom aufgeladen. Wenn die Klemmenspannung des Kondensators CVdie Schaltspannung des Schaltelements 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 Speisewechseistrom über das Relais X zum

-o Gleichrichter Db, den Thyristor S und den Kathodenwiderstand Rk- Dieser Wechselstrom avegt das Relais X.

Die Verwendung des Widerstands Rk hat folgenden Vorteil: Wenn das Kathodenpotential des Thyristors S

2i durch den Widerstand Rk etwas angehoben wird, läßt sich der mit der Steuerelektrode des Thyristors verbundene Kondensator Ci auf weit höhere Spannung aufladen, als der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung durch die Anode des Thyristors zwischen Steuerelektro-

*·» de und Kathode desselben beträgt; deshalb kann die Entladungszeitkonstante des Kondensators G groß gemacht werden und selbst ein Thyristor mit geringer Steuerempfindlichkeit läßt sich verwenden. Dies gilt sogar dann, wenn die Speisestromstärke des Relais X

Ji klein ist, wie noch dargelegt wird.

Die Vorteile der Einfügung des Widerstands R\ lassen sich am besten übersehen, wenn zunächst die Verhältnisse ohne den Widerstand R\ an Hand der F i g. 3 betrachtet werden. Solange der Strom in der Relaiswick-

-tfi lung X klein ist, ergibt sich ein in der Figur schraffierter Bereich, in welchem die Steuerspannung v\ des Thyristors S niedriger als die Kathodenspannung v₀ 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 R\ eingefügt ist, verläuft die Steuerspannung v₂ des Thyristors S ganz

i" oberhalb der Kathodenspannung v₀ 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 Weehsc'.stvomquelle eingeschaltet bleibt.

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

Fig.4 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbei-

" spiel. Es unterscheidet sich von dem in Fig. 2 im wesentlichen durch zusätzliche Maßnahmen zur Erzielung eines konstanten vorgegebenen Verzögerjngsintervalls. Hierzu ist eine Reihenschaltung eines Widerstandes Rg und einer Zenerdiode Zo über einen

M Widerstand /?i an die Gleichrichterausgangsklemmen d\ und d₂ angeschlossen und ein Kondensator G liegt parallel zu dieser Reihenschaltung. Ferner liegt das RC-Glied mit dem einstellbaren Widerstand Rrund dem

Kondensator Ct parallel zur Zenerdiode Zo. Parallel zum Kondensator Ct liegt die Serienschaltung eines als PUT ausgebildeten spannungsabhängigen Schaltgliedes P und eines Widerstandes Ä». Die Steuerelektrode G dieses PUT ist über einen Widerstand Ri an den Abgriff eines zur Zenerdiode Zo parallelen Spannungsteilers /?(,, Ri angeschlossen. Der Widerstand Ri ist durch eine Diode D\ überbrückt. Zwischen der Anode A des PUT und der Steuerelektrode G desselben liegt ein Kondensator C₃ zum Auffangen äußerer Spannungsstö- w ße. Die Kathode des PUT ist über einen Widerstand A₃ mit dem Kondensator C\ verbunden. Ein weiterer Kondensator C₂ zur Aufnahme äußerer Spannungsstöße liegt zwischen der Steuerelektrode des Thyristors S und dem negativen Pol </₂ des Gleichrichters. Der r, Kondensator Ci ist einstellbar. Die Basis eines Transistors T ist über einen Widerstand R₂ an die Verbindungsstelle des Kondensators Q und des Widerstandes /?i angeschlossen. Kollektor und Emitter A~~ T¹CnVtVtV(Qt-P τ 5Jn^J mit den beiden Klemmen ^*** "*" Kondensators Crverbunden.

Wenn bei dieser Schaltungsanordnung eine Wechselspannung zwischen den Klemmen a und b angelegt wird, entsteht an den Klemmen des flC-Gliedes R_T, Ct eine konstante Gleichspannung dank des Kondensators G r> und der Zenerdiode Za die über die Widerstände /?? und Rt vom Gleichrichter D_B gespeist werden. Somit lädt sich der Kondensator Cr auf, bis seine zwischen Anode A und Kathode des spannungsabhängigen Schaltgliedes P anstehende Klemmenspannung höher als die Steuer- m spannung des PUT wird. Der PUT beginnt dann zu leiten und seine am Widerstand Ra abfallende Kathodenspannung gelangt über die Widerstände R₁ 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 Ct vollständig abgeführt wird, so daß stets dieselbe Verzögerungszeit erzielt wird. Wenn der PUT gezündet wird, fließt die Ladung des Kondensators Crüber den PUT und den Widerstand Ra ab. Wegen des Spannungsabfalls zwischen Anode und Kathode des PUT bleibt in diesem Zeitpunkt eine Ladung von etwa 0,7 Volt im Kondensator Cr zurück. Diese Ladung soll über den Transistor Tabgcführt werden; wenn der PUT gezündet ist, wird Kondensator Q mit dem Entladestrom des Kondensators Ct über den PUT und Widerstand R) aufgeladen, so daß der Transistor T mit der Ladeenergie des Kondensators Q leitend gemacht wird und die Restladung des Kondensators Ct vollständig abfließen kann. Infolgedessen beginnt der nächste Schalt/vklus wieder mit vollständig entladenem Kondensator Lr, so daß sich jedesmal die gleiche Verzögerungszeit einstellt.

Die Anordnung nach Fig. 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach F i g. 2 darin, daß ein parallel zum Kondensator Cr des /fC-Gliedes geschalteter Widerstand /^zwischen Steuerelektrode und Kathode des Thyristors .S ein^sch?.!*?! ist und d?.ß der Kondensator Ci zwischen dieser Steuerelektrode und der Gleichrichterausgangsklemme ./2 liegt.

Wenn in der Schaltung nach F 1 g. 2 der Thyristor 5 leitet, bewirkt ein Spannungsabfall im Widerstand Rn, daß eine geringe Ladung im Kondensator Ct des /?C-Gliedes zurückbleiben und die Wiederholungsgenauigkeit der eingestellten Verzögerung herabsetzen kann. In der Anordnung nach Fig. 5 wird dagegen das ÄC-Güed zwischen Anode und Kathode des Thyristors vollständig kurzgeschlossen, so daß eine vollständige Entladung und damit die gewünschte Präzision der eingestellten Verzögerung gewahrleistet ist.

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

Bei der Last X wurde vorstehend von einem Relais ausgegangen; es kann aber jede andere Last ebenfalls zeitabhängig geschaltet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zeitgeberschaltungsanordnung für Wechselstrombetrieb mit einer zwischen die Wechselstromquelle und einen Zweiweg-Gleichrichter (Dg) einge- , schalteten Last (X), einem an die Ausgangsklemmen (d\, ck) des Zweiweg-Gleichrichters (Da) angeschlossenen Thyristor (S) und einem Impulsgeber mit einem spannungsabhängigen Schaltelement (P), der nach Ablauf eines mit Hilfe eines einstellbaren ersten Widerstandes (Rt) und eines zu diesem in Reihe geschalteten Kondensators (Ct) vorgegebenen Zeitintervalls nach dem Einschalten der Wechselspannung einen Impuls auf die Steuerelektrode des Thyristors (S) gibt, einem zweiten _]5 Widerstand (Rk) zwischen der Kathode des Thyristors (S) und der negativen Ausgangsklemme (cfy des Zweiweg-Gleichrichters (D_B) und einer zwischen der Steuerelektrode des Thyristors (S) und der negativen Klemme (di) des Gleichrichters (D_B) liegenden Reihenschaltung eines dritten Widerstandes (R\) und eines weiteren Kondensators (Q), dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber über den dritten Widerstand (R\) mit der Steuerelektrode des Thyristors (S) verbunden ist, daß die Verbindungsstelle von drittem Widerstand (R\) und weiterem Kondensator (Q) über einen vierten Widerstand (R2) mit der Basis eines Transistors (T) verbunden ist und daß Kollektor und Emitter dieses Transistors mit den beiden Klemmen des zeitbestimmenden Kondensators (Ct) des Impulsgebers verbunden sind.

2. Zei.geberschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch pekennr.-ichnet, daß der Impulsgeber eine an den Zweiweg-Gleichrichter (D_B) angeschlossene Reiheuscha'vung, bestehend aus einem Strombegrenzungswiderstand (Rg) und einem Glättungskondensator (Q), eine dem Glärtungskondensator über einen fünften Widerstand (Rg) parallelgeschaltete Z-Diode (Zo) und — parallel zur Z-Diode (Zd) — die Reihenschaltung aus dem einstellbaren ersten Widerstand (Rt) und dem zeitbestimmenden Kondensator (Ct) sowie das parallel zu dem zeitbestimmenden Kondensator ('Cr) des /?C-Gliedes geschaltete spannungsabhängige Schaltelement (P) enthält und daß das spannungsabhängige Schaltelement (P) durch einen Spannungsanstieg an dem zeitbestimmenden Kondensator (Ct) auf einen bestimmten Wert gezündet wird und hierdurch einen Öffnungsimpuls auf die Steuerelektrode des Thyristors (S) gibt.

3. Zeitgeberschaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das spannungsabhängige Schaltelement (P) ein programmierbarer Unijunction-Transistor ist, dessen Anöden-Kathoden-Strecken parallel zu dem zeitbestimmenden Kondensator (Ct) liegt und dessen Steuerelektrode (G) über die Parallelschaltung einer Diode (D\) und eines sechsten Widerstandes (R%) an den Abgriff eines parallel zur Z-Diode (Zo) liegenden Spannungsteilers (Ri, R7) angeschlossen ist.