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Einrichtung zur Einschaltstrom-
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begrenzung für wechselspannungsbetriebene Verbraucher Zusammenfassung
Es wird eine Einrichtung zur Einschaltstrombegrenzung und gegebenenfalls zur gleichzeitigen
Ubertemperaturabschaltung bei wechselspannungsbetriebenen Verbrauchern mit hohen
Einschaltströmen vorgeschlagen, die dazu dient, einerseits beim Einschalten solcher
Verbraucher die Einschaltströme sicher auf ungefährliche Werte zu begrenzen, aber
andererseits den vollen Aussteuerbereich von in Reihe mit den Wechselspannungsverbrauchern
geschalteten Steuerelementen wie Triacs oder Thyristoren, die nach dem Prinzip der
Phasenanschnittsteuerung betrieben werden, zuzulassen.
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Die Einrichtung umfaßt einen unmittelbar parallel zur Hauptschaltstrecke
des Triacs oder Thyristors geschalteten Steuerkreis und eine RC-Gliedschaltung,
die so betrieben wird, daß lediglich ein Teilelement der den Ansteuerkreis für den
Thyristor oder Triac bildenden Teilerschaltung in seinen Werten in zeitlicher Abhängigkeit
steuert.
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Die Erfindung umfaßt weiterhin eine Einschaltstrombegrenzung fär eine
Regelschaltungen, die bei starker Belastung durch den Verbraucher diesen entsprechend
stärker aussteuern; schließlich sind für beide Einrichtungen Übertemperatur-Abschaltungen
vorgesehen. Sowohl bei den Einschaltstrombegrenzungen aufgrund von Steuerungsvorgängen
als auch bei der Regelung und schließlich bei den Übertemperatur-Abschaltungen erfolgt
der Eingriff der steuernden Größe bevorzugt kontinuierlich gleitend.
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach
der Gattung des Hauptanspruchs. Beim Betrieb von Verbrauchern mit höheren Nennlasten,
beispielsweise ab ca. 800 Watt können sich beim Einschalten dieser Verbraucher,
hauptsächlich wenn es sich um induktive Lasten handelt, sehr hohe Einschaltströme
ergeben, die nicht selten den Nennstrom um das Zehnfache überschreiten. Zumeist
handelt es sich bei solchen Verbrauchern um Elektromotoren in beliebiger Ausgestaltung,
vorzugsweise um solche, deren Ankerwicklung in Reihe mit einer oder mehreren Feldwicklungen
geschaltet ist, also sogenannte Reihenschlußmotoren. Solche Stromspitzen beim Einschalten
können beispielsweise im Haushaltbereich zu Netzspannungseinbrüchen und gegebenenfalls
zum Auslösen von Haushaltssicherungen führen.
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Einschaltstrom-Begrenzungsschaltungen, die diesen Schwierigkeiten
begegnen,
sind bekannt; bei der gebräuchlichsten Art einer solchen Strombegrenzung wird ein
hochbelastbarer Widerstand verwendet, der in Reihe-zum jeweiligen Verbraucher geschaltet
ist und den Einschaltstrom durch den Gesamtwiderstand von Vorwiderstand und Verbraucherwiderstand
begrenzt. Mittels eines Zeitschalters wird dann, beispielsweise nach Anlaufen des
Elektromotors, der Vorwiderstand überbrückt, so daß dem Verbraucher die volle Netzspannung
zugeführt wird. Der Nachteil einer solchen Begrenzungsart liegt bei der erforderlichen
Belastbarkeit des Vorwiderstandes, wenn eine entsprechende Baugröße notwendig ist
und bei der dabei auftretenden Verlustleistung, die hauptsächlich in Wärme umgesetzt
wird. Ein entsprechend ausreichend dimensionierter Vorwiderstand ist im übrigen
verhältnismäßig kostspielig, hinzu kommen die Kosten für die Zeitschaltereinrichtung.
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Bei einer weiteren Art einer Einschaltstrombegrenzung wird ein temperaturabhängiger
Widerstand verwendet, der entweder direkt in Reihe zum Verbraucher geschaltet ist
- diese Lösung ist jedoch bezüglich der Leistungsaufnahme des Verbrauchers sehr
problematisch - oder der im Ansteuerkreis eines Wechselstromschalters liegt, der
seinerseits dann ständig in Reihe mit dem Verbraucher geschaltet ist. Ein solcher
Wechselstromschalter kann beispielsweise ein Thyristor oder ein in antiparalleler
Zuordnung betriebener Doppelthyristor sein, der im Fachgebrauch allgemein als sogenannter
Triac bezeichnet wird und wie er auch im folgenden ausschließlich noch genannt werden
soll. Es versteht sich aber, daß bei der gewählten Bezeichnung eines Triacs als
Wechselstromschalter alle anderen möglichen Arten von Schaltsystemen ebenfalls umfaßt
sind und die Erfindung nicht auf einen Triac speziell begrenzt ist.
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Bei Geräten mit großen Schalthäufigkeiten oder bei Betrieb mit
vorkommenden
kurzen Ausschaltzeiten ist aber eine solche, einen temperatur abhängigen Widerstand
verwendende Begrenzungsart ungeeignet, da die Eigentemperatur des temperaturabhängigen
Widerstands nach dem Abschalten des Geräts nicht schnell genug abgeführt werden
kann und daher beim schnellen Wiedereinschalten die Funktion der Strombegrenzung
nicht mehr voll gewährleistet ist, unter Umständen völlig ausfällt.
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Schließlich ist auch noch eine Einschaltstrombegrenzung in Verbindung
mit einer Triac-Steuerung bekannt, bei der über einen im Steuerkreis des Triacs
liegenden Widerstand ein Kondensator geladen wird, dessen ansteigende Spannung dann
auch die Steuerspannung für den Triac kontinuierlich ansteigen und somit den Triac
entsprechend der Zeitkonstanten aus diesem Widerstand und dem Kondensator gleitend
durchsteuert. Bei dieser bekannten Schaltung liegt die Teilerschaltung, die den
Ansteuerkreis für den verwendeten Triac bildet, nicht unmittelbar an Versorgungsspannung
bzw. an der Spannung, mit der der Triac beaufschlagt ist, sondern lediglich über
den schon erwähnten Vorwiderstand, so daß sich als Nachteil bei dieser Art der Einschaltsteuerung
der Umstand bemerkbar macht, daß dieser Widerstand im Steuerkreis des Triacs als
Ladewiderstand und als Zeitkonstanten bildender Widerstand für den Kondensator die
volle Aus steuerung des Triacs nicht erlaubt. Mit anderen Worten bedeutet dies,
daß auch bei maximaler Aussteuerung durch den Steuerkreis nicht die vollen Halbwellen
der Wechselspannung durchgeschaltet werden können, sondern ein Phasenwinkel, beispielsweise
von 300, ungenutzt verbleiben muß. Nachteilig ist hierbei auch die Größe des zu
verwendenden Kondensators, der bei einer Gleichspannungsbelastbarkeit von mindestens
350 Volt einige pF betragen muß.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß
die erwähnten Nachteile vermieden und mit einfachen handelsüblichen Bauteilen kostengünstige
Schaltungen erstellt werden können, bei denen der gesamte Aussteuerbereich der verwendeten
Wechselstromschalter ausgenutzt werden kann, ohne daß ein entsprechender Aufwand
bei der Dimensionierung der verwendeten elektrischen Bauelemente wie bei den bekannten
Schaltungen getrieben werden muß. Im Gegensatz zu der bekannten Schaltung, bei der
die den Ansteuerkreis bildende Teilerschaltung durch den Kondensator lediglich so
lange belastet wird, bis dieser einen vorgegebenen Ladezustand erreicht hat - aus
diesem Grunde muß der Kondensator an die Teilerschaltung auch über einen Gleichrichter
angeschlossen werden liegt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender
Erfindung der Steuerkreis an voller Spannung und ein weiterer, das RC-Glied enthaltender
Stromkreis beeinfluß eines der Elemente der Teilerschaltung, beispielsweise einen
Widerstand, in seinen Widerstandswerten.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfaßt die vorliegende Erfindung eine
Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung bei der Halbwellenregelung von wechselspannungsbetriebenen
Verbrauchern, bei der ebenfalls mit Hilfe eines RC-Gliedes die dem Wechselspannungsschalter
zugeführte Steuerspannung langsam ansteigend ist, so daß die zum Verbraucher (Motor)
durchgeschaltete Effektivspannung ebenfalls langsam ansteigend verläuft.
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Beiden Schaltungsvarianten lassen sich ergänzende Schaltungen zur
Ubertemperatur-Abschaltung zuordnen, die ihre Abschalt-Steuergrößen dem Wechselspannungsschalter
ebenfalls allmählich ansteigend oder abfallend zuführen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen
Erfindung möglich, wobei die Unteransprüche, sofern nicht ausdrücklich angegeben,
auch Maßnahmen enthalten, die für sich gesehen und unabhängig zum Hauptanspruch
von erfinderischem Wert sind.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung nach Aufbau und Wirkungsweise
im einzelnen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Einschaltstrombegrenzung mit einer Schaltfolge, die ein schlagartiges Umschalten
auf die volle Ansteuerspannung elmögVkht, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Einschaltstrombegrenzung, die ein gleitendes Hochschalten des Verbrauchers
ermöglicht, die Figuren 3a und 3b weitere mögliche Ausführungsbeispiele für Einschaltstrom-Begrenzungsschaltungen,
Fig. 3c eine zusätzliche Variante zur Schaltung der Fig. 3b, die Fig. 4 zeigt eine
besonders kostengünstige Lösung für eine Einschaltstrombegrenzung, die aber lediglich
bei fester Verdrahtung der Netzspannungzuführung verwendbar ist, die Fig. 5 zeigt
eine bevorzugte Kombinationsschaltung, die eine Einschaltstrombegrenzung in Verbindung
mit einer elektronischen Obertemperatur-Abschaltung in vorteilhafter Ausgestaltung
vorliegender Erfindung umfaßt, Fig. 6 zeigt eine mögliche Schaltungsausführung für
eine Einschaltstrombegrenzung und Ubertemperaturabschaltung bei Verwendung von integrierten
Schaltkreisen, Fig. 7 zeigt eine Schaltung zur Halbwellenregelung mit Einschaltstrombegrenzung
und Fig. 8 eine Variante der Schaltung nach Fig. 7 mit zusätzlicher Ubertemperaturabschaltung.
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Beschreibung der Erfindungsbeispiele Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen
wird als wechselspannungsbetriebener
Verbraucher mit entsprechend
hohen Einschaltströmen ein Motor M verwendet, dessen Ankerwicklung über Kohlebürsten
K1 und K2 mit Motorfeldwicklungen F1 und F2 in Reihe geschaltet und mit den Netzanschlüssen,
hier mit der Phase R und dem Mittelpunktsleiter M ,verbunden ist. Zwischen p die
Feldwicklung F1 und dem einen Anschluß der Ankerwicklung ist der jeweils verwendete
Wechselstromschalter, beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der Triac T geschaltet.
Die Ansteuerung des Triacs T erfolgt über ein antiparallel geschaltetes Diodenpaar
D, gegebenenfalls in Reihemit einem Widerstand R1 von einer Teilerschaltung Tl aus,
die den Ansteuerkreis für den Triac T bildet. Der Triac ist bekannterweise so ausgebildet,
daß er je nach der seiner Steuerelektrode zugeführten Steuerspannung die an seiner
Hauptschaltstrecke anliegende Wechselspannung in beiden Richtungen durchläßt, gegebenenfalls
mit einer Verzögerung nach Durchlaufen des Nullpotentialniveaus, so daß sich eine
Phasenanschnittsteuerung ergibt, die je nach Auslegung des Steuerkreises bei maximaler
Aussteuerung die vollen Halbwellen der WechselspannungdurchläBt oder lediglich einen
Halbwellenteil. Es handelt sich hierbei um die einfachste Art einer Vollwellensteuerung,
denn mit dem Potentiometer P im Ansteuerkreis kann der ganze Zyklus der positiven
und negativen Halbwellen vom Phasenwinkel 0° bis 1800 durchgesteuert werden. Der
eingestellte Widerstandswert des Potentiometers P ist umgekehrt proportional zur
durchgeschalteten Effektivspannung an der Last (Motor M). Die Teilerschaltung Tl
des Ansteuerkreises für den Triac liegt unmittelbar an dessen Hauptelektroden und
besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus der Reihenschaltung des schon
erwähnten Potentiometers P, einem Schutzwiderstand R2 und einem Kondensator C1.
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Für die Einschaltstrombegrenzung ist ein zusätzlicher Untersteuerkreis
Uk vorgesehen, der selbständig an der Versorgungsspannung
bz.
am Netz R, M liegt. Dieser Untersteuerkreis Uk p umfaßt ein RC-Glied, bestehend
aus dem Kondensator C und einem mit diesem in Reihe geschalteten Widerstand R. Zur
Gleichrichtung ist dann noch mit der RC-Reihenschaltung eine Diode D1 in Reihe geschaltet;
parallel zum Kondensator C liegt ein Relais RL. Dieses Relais hat einen Relaiskontakt
rl, der den einen An-Tl schlußpunkt P1 des Ansteuerkreises/für den Triac T mit dem
Abgriff des Potentiometers P verbindet.
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Die Funktion ist so, daß dann, wenn an die Schaltung Spannung angelegt
wird, das Relais RL noch abgefallen ist, so daß sein Kontakt rl geöffnet und der
Steuerkreis des Triacs T hochohmig ist. Daher ist die vom Triac zum Verbraucher
M durchgeschaltete Effektivspannung klein und der Einschaltstrom ebenfalls verhältnismäßig
klein. Hat der Kondensator C, der über die Diode D und den Widerstand R geladen
wird, die Ansprech-Schaltspannung des Relais RL erreicht, dann zieht dieses an und
schließt seinen Kontakt rl und stellt den Steuerkreis dann auf den am Potentiometer
P eingestellten Phasenwinkel bzw. bei einem Motor auf die Solldrehzahl ein.
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Die Einschaltstrombegrenzung erfolgt hier daher in lediglich zwei
Stufen, wobei die Umschaltung von der ersten auf die zweite Stufe abrupt erfolgt
und die erste Stufe immer den kleinsten Phasenwinkel für den Steuerkreis sichert.
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Wird ein gleitendes Hochschalten des Verbrauchers gefordert, dann
kann entsprechend der Darstellung der Fig. 2 zwischen Abgriff des Potentiometers
P und dem Schaltungspunkt P1 ein Fotowiderstand PW geschaltet werden, der zusammen
mit einer zugeordneten Leuchtdiode LD sehr häufig schon ein gemeinsames Bauelement
PD bildet. Die Leuchtdiode ist jedoch Teil des Untersteuerkreises Uk1 und liegt
in Reihe mit einem Widerstand R3
parallel zum weiter vorn schon
erwähnten Kondensator C.
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Wird die Schaltung an Netzspannung gelegt, dann ist im ersten Moment
die Spannung am Kondensator C noch Null und steigt dann langsam an. Daher wird die
Leuchtdiode mit steigender Spannung allmählich heller und steuert ihrerseits den
Fotowiderstand PW aus, der mit steigender Leuchtstärke der Leuchtdiode LD immer
niederohmiger wird und somit über den Steuerkreis der Teilerschaltung Tl den Triac
T gleitend von minimal bis zum eingestellten Sollwert durchsteuert.
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Eine Schaltungsvariante der in Fig. 2 angegebenen Lösung läßt sich
der Darstellung der Fig. 3a entnehmen; hier liegt der Fotowiderstand PW1 in Reihe
zum den Sollwertsteller bildenden Potentiometer P; die Anordnung der restlichen
Schaltungselemente ist mit der Schaltung der Fig. 2 identisch. Im Moment des Einschaltens
ist der Triac T daher bei der Schaltung der Fig. 3a voll gesperrt, da der Fotowiderstand
sehr hochohmig ist. Erst mit dem allmählichen Absenken des Widerstandswerts des
Fotowiderstands im Verlauf der Aufladung des Kondensators C beginnt dann der Triac,
von Null bis zum eingestellten Sollwert durchzusteuern.
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Die Zeitdauer für das gleitende Durchsteuern wird durch die Größe
des Kondensators C und des Reihenwiderstandes R bestimmt, der Reihenwiderstand R
bestimmt aber auch den Diodenstrom der Leuchtdiode LD, der benötigt wird, um den
Fotowiderstand PW1 niederohmig zu steuern, denn die Leuchtstärke der Leuchtdiode
darf nicht außer acht gelassen tii den. Da die Schaltung dieses Untersteuerkreises
Uk2 direkt an Netzspannung liegt, ist mit leichter Erwärmung des Widerstandes R
zu rechnen.
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Dies kann man vermeiden, wenn man entsprechend der Darstellung
der
Fig. 3b dem Ladekreis des Kondensators C bei dem Untersteuerkreis Uk3 eine Zenerdiode
Zd1 parallel schaltet, die ihrerseits die Höhe der Spannung für die Parallelschaltung
aus Kondensator C mit Leuchtdiode LD und Widerstand R3 vorgibt und der die Versorgungsspannung
über einen weiteren Kondensator Cx zugeführt wird.
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Da die Leuchtdiode LD eine Spannungsschwelle hat und beim Anlegen
der Netzspannung die Versorgungsspannung für die Leuchtdiode bei Null Volt beginnt,
vergeht bis zum Erreichen der Spannungsschwelle eine bestimmte Zeit, bis die Leuchtdiode
LD den zugeordneten Fotowiderstand PW anzusteuern beginnt. Will man dies vermeiden,
dann kann man entsprechend der Darstellung der Fig. 3c in den Stromzweig des Ladekondensators
C eine Zenerdiode Zd2 schalten, also mit dem Ladekondensator in Reihe anordnen,
wodurch die über der Leuchtdiode LD und dem Reihenwiderstand R3 liegende Spannung
zunächst sehr schnell auf den von der Zenerdiode Zd2 bestimmten Spannungswert ansteigt
(Spannungsschwelle der Leuchtdiode LD) und dann mit der Aufladung des Kondensators
allmählich größer wird. Die Anlaufzeit der Leuchtdiode läßt sich so auf einige Millisekunden
reduzieren.
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Schließlich läßt sich der Darstellung der Fig. 4 eine besonders einfache
Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung bei mechanisch bedingter Schaltfolge entnehmen;
diese Schaltung setzt jedoch voraus, daß das Drehzahlstellpotentiometer P mechanisch
mit dem das Gerät einschaltenden und in Fig. 4 gestrichelt gezeigten Schalter gekoppelt
ist. Die Schaltabfolge ist dann so ausgelegt, daß nach dem Einschalten des Einschalters
der Widerstandswert des Potentiometers P stets maximal ist, so daß notwendigerweise
die dem Triac T zugeführte Ansteuerspannung klein und die vom Triac momentan durchgeschaltete
Effektivspannung ebenfalls klein ist, so daß ein entsprechend kleiner Einschaltstrom
resultiert.
Durch eine in dieser Weise geschickt mechanisch bedingte Schaltfolge kann auf den
Untersteuerkreis ganz verzichtet werden, wobei aber vorausgesetzt werden muß, daß
der zu versorgende Verbraucher nicht mit einem Netzkabel ausgerüstet ist, welches
beliebig überall eingesteckt werden kann.
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Denn in diesem Fall ließe sich der jeweilige Verbraucher auch über
das Ziehen bzw. Einstecken des Netzsteckers aus- bzw. einschalten, so daß die Art
der Einschaltbegrenzung mit Hilfe des mit dem'Potentiometer P gekoppelten Schalters
dann wirkungslos werden würde. Die Schaltungsart eignet sich daher nur für stationär
fest installierte und verdrahtete Geräte.
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Es ist möglich, die beschriebene elektronische Einschaltstrombegrenzung,
die für den Steuerkreis des Triacs einen zusätzlichen Untersteuerkreis Uk verwendet,
durch Änderungen an diesem Untersteuerkreis ergänzend mit einer elektronischen Ubertemperatur-Abschaltung
auszustatten, wobei es gelingt, den schaltungsmäßigen Aufwand kleinzuhalten. Der
Darstellung der Fig. 5 läßt sich die Kombination einer Einschaltstrombegrenzung
mit elektronischer Ubertemperatur-Abschaltung entnehmen. Der Untersteuerkreis Uk4
der Fig. 5 umfaßt neben der Leuchtdioden-Fotowiderstandskombination PD in Reihe
mit einem Widerstand R3 wiederum den parallel geschalteten Kondensator C, wobei
jedoch der Leuchtdiode LD die Kollektor-Emitterstrecke eines Halbleiterschaltelements,
nämlich eines Transistors Tr parallel geschaltet ist. Parallel geschaltet ist dem
Kondensator außerdem noch die Basisspannungsteilerschaltung aus einem temperaturabhängigen
Widerstand RAund einem weiteren Stellwiderstand RT. Der temperaturabhängige Widerstand
kann ein NTC-Widerstand sein. Wird an die Schaltung der Fig. 5 Netzspannung angelegt,
dann läuft zunächst die Funktion der Einschaltstrombegrenzung wie weiter vorn beschrieben
ab. Liegt dabei die zu überwachende Temperatur noch unter der am Widerstand
RT
eingestellten Abschalttemperatur der Anordnung, so ist der Transistor Tr gesperrt
und es ist der Leuchtdiode möglich, den Fotowiderstand niederohmig zu steuern, denn
der die Temperatur überwachende NTC-Widerstand Rv ist noch ausreichend hochohmig.
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Wird jedoch der NTC-Widerstand infolge ansteigender Temperatur, etwa
bedingt durch ein Ansteigen der Motortemperatur'durch aber belastung oder durch
sonstige Temperaturabtastung, niederohmiger, so wird bei Überschreiten des Schaltpunktes
der Transistor Tr leitend und die Leuchtdiode LD durch den Transistor zunehmend
kurzgeschlossen. Der Fotowiderstand PW wird folglich ebenfalls hochohmig und steuert
den Triac zurück. Da die Temperaturänderung relativ langsam erfolgt, ist auch das
Zurücksteuern des Triacs durch die Übertemperaturabschaltung ein gleitender Vorgang,
desgleichen das Wiedereinschalten des Triacs beim Rückgang der Temperatur.
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Eine weitere Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung und
gegebenenfalls zur Übertemperaturabschaltung läßt sich der Darstellung der Fig.
6 entnehmen; bei diesem Ausführungsbeispiel wird als von dem RC-Glied des Untersteuerkreises
im Hauptsteuerkreis oder in der Teilerschaltung für den Triac angesteuertes Teilelement
ein Transistor verwendet, dessen Kollektor-Emitterstrecke in ihrem Widerstandswert
variiert werden kann. Ergänzend eignet sich die Schaltung der Fig. 6 auch zur Verwendung
von integrierten Schaltkreisen, die sich besonders bei der Phasenanschnittsteuerung
zur Realisierung verschiedenster Anwendungsarten eignen.
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Der mit peripheren Schaltungselementen bestückte Steuerbaustein in
integrierter Schaltung ist in der Darstellung der Fig. 6 allgemein mit B bezeichnet;
er ist so ausgebildet, daß er durch Ansteuerung vom Abgriff eines mit der Kollektor-Emitterstrecke
des Transistors Trl in Reihe geschalteten Drehzahlsteller-Potentiometers
P2
je nach zugeführter Spannung den Triac T sperrt oder allmählich an dessen Steuereingang
durchschaltet.
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In diesem Sinne bildet der Transistor Tr1 mit dem Potentiometer P2
die schon erwähnte Teilerschaltung Tl' des Hauptsteuerkreises für den Triac T (hier
mit vorgeschaltetem integrierten Baustein B), wobei im Basiskreis des Transistors
Tr1 die den Untersteuerkreis bildende Reihenschaltung des Kondensators C' mit dem
Widerstand R' liegt.
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Zur Übertemperaturabschaltung ist dann noch parallel zum Kondensator
C' die Kollektoremitterstrecke eines weiteren Transistors Tr2 geschaltet, der in
seinem Basiskreis zur Ansteuerung die schon mit Bezug auf die Schaltung der Fig.
5 erwähnte Reihenschaltung des temperaturabhängigen NTC-Widerstandes Ry, mit einem
weiteren Stellwiderstand RT aufweist.
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Wird die Netzspannung an diese Schaltung gelegt, dann ist zunächst
nach Anstehen der Versorgungsspannung aus dem Steuerbaustein B der Transistor Tr1
gesperrt, da der Kondensator C' noch leer ist. Der Steuereingang des Bausteins B
bewirkt, daß keine Ansteuerung des Triacs T erfolgt und somit der Motor M stromlos
ist.
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Über den Widerstand R' wird nun der Kondensator C' langsam aufgeladen
und der Transistor Tr1 steuert proportional zur Ladespannung des Kondensators C
durch so daß auch über den Steuerbaustein B der Triac langsam durdschaltet, wobei
die Effektivspannung am Verbraucher lancsa steigt und der Verbraucher (Motor) leitend
bis zur Solldrehzahl hochgefahren wird.
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Die Übertemperatur-Abschaltung erfolgt dann entsprechend der weiter
vorn schon mit Bezug auf Fig. 5 ausführlich erläuterten
Funktion,
bei Anstieg der Temperatur des an geeigneter Stelle angeordneten NTC-Widerstands
über die eingestellte Abschalttemperatur wird der Transistor Tr2 leitend und der
Kondensator entlädt sich über diesem. Das Abfallen der Spannung am Kondensator C
sperrt den Transistor Tr1 und der Baustein B steuert den Triac zurück, so daß die
dem Motor zugeführte Effektivspannung gegen Null geht und der Motor gleitend zum
Stillstand kommt. Bei Rückgang der Temperatur wird der Motor langsam entsprechend
der Einschaltstrombegrenzung wieder auf die eingestellte Solldrehzahl hochgefahren.
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Insbesondere bei der Vollwellenaussteuerung von Motoren ergibt sich
der Nachteil, daß die Solldrehzahl des Motors bei Belastung entsprechend zurückgeht,
so daß bevorzugt bei Anwendungsfällen, in denen die Drehzahl weitgehend konstant
bleiben soll, Regelschaltungen eingesetzt werden. Wegen der Kostengünstigkeit ist
hierbei eine Halbwellenschaltung sinnvoll, wie sie als Ausführungsbeispiel der Darstellung
der Fig. 7 entnommen werden kann.
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Der Motor M liegt in diesem Fall lediglich über einem Thyristor Th
und seine Feldwicklungen an Netzspannung; im Ansteuerkreis für den Thyristor befindet
sich die Parallelschaltung eines Kondensators C4 mit einem Stellwiderstand T2, dessen
Abgriff mit der Steuerelektrode des Thyristors Th verbunden ist. Der eine Anschluß
der Parallelschaltung ist mit dem Verbindungspunkt der Kathode des Thyristors Th
mit der einen Kohlebürste des Motors M und der andere Anschluß mit der Kathode einer
Diode D4 verbunden, deren Anode am Abgriff des weiter vorn schon für die Einstellung
der Solldrehzahl verwendeten Drehzahlsteller-Potentiometers P liegt. In Reihe mit
diesem Potentiometer ist ein Stellwiderstand T1 geschaltet. In die Verbindungsleitung
der Parallelschaltung aus C4 und T2 mit Motor M und Thyristor Th kann zum Arbeiten
mit maximaler Regelung noch eine gestrichelt angedeutete Diode D5 geschaltet sein.
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Bei einer solchen Halbwellenregelung läßt sich eine Einschaltstrombegrenzung
dadurch erzielen, daß parallel zur Reihenschaltung des Potentiometers P und des
Stellwiderstands T1 über eine Diode D6 ein Kondensator C" geschaltet wird, dem noch
ein Widerstand R parallel geschaltet ist. Wird an eine solche Schaltung Spannung
angelegt, dann wird zunächst der Kondensator C" langsam aufgeladen, so daß die Steuerspannung
für den Thyristor Th langsam ansteigend ist, desgleichen die zum Verbraucher (Motor
M) durchgeschaltete Effektivspannung. Der Motor wird so langsam bis zu der am Drehzahlsteller-Potentiometer
P eingestellten Solldrehzahl hochgefahren. Bezüglich der Wirkungsweise einer solchen
Schaltung sei noch darauf hingewiesen, daß sich mit dem Stellwiderstand T2 die Stärke
der Regelung und mit dem Stellwiderstand T1 die Minimaldrehzahl einstellen läßt.
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Nach Abschalten der Netzspannung entlädt sich der Kondensator C" über
den Widerstand R und ist somit sofort wieder für den nächsten gleitenden Anlauf
durch Einschaltstrombegrenzung bereit.
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Die Größe des Kondensators C" ist zeitbestimmend für den verzögerten
Anlauf des Motors.
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Fügt man in den Steuerkreis der Regelschaltung, wie in Fig. 8 gezeigt,
einen weiteren Transistor Tr3 ein, und zwar in Reihenschaltung zum Drehzahlsteller-Potentiometer
P, dann kann man die Steuerspannung bei Überschreiten der an einem weiteren Stellwiderstand
T3 eingestellten Abschalttemperatur abschalten. Angesteuert wird dieser Transistor
Tr3 an seiner Basis über eine Diode D7 von der schon bekannten Teilerschaltung aus
dem temperaturabhängigen NTC-Widerstand Rin Reihe mit dem schon erwähnten Stellwiderstand
T3. Ist die Temperatur am NTC-Widerstand R niedriger als die eingestellte Abschalttemperatur,
dann ist der Transistor Tr3 leitend und die Steuerspannung steht der Regelschaltung
voll zur Verfügung. Bei Anstieg der Temperatur
am NTC-Widerstand
über die eingestellte Abschalttemperatur sinkt die Teiler spannung an der Basis
des Transistors Tr3 unter die Schaltschwelle, der-Transistor sperrt und die Steuerspannung
geht gegen Null, es wird der Thyristor Th und durch diesen der Verbraucher in seiner
Effektivspannung zurückgesteuert. Bei Absinken der Temperatur steigt die Effektivspannung
am Verbraucher dann, wie schon beschrieben, wieder auf die dem eingestellten Drehzahlsollwert
entsprechende Spannung an.