DE2909283B2

DE2909283B2 - Steuerschaltung für eine Solenoidpumpe

Info

Publication number: DE2909283B2
Application number: DE2909283A
Authority: DE
Inventors: Sadao Higashimatsuyama Saitama Takeshima
Original assignee: JIDOSHA KIKI CO Ltd TOKYO JP
Current assignee: JIDOSHA KIKI CO Ltd TOKYO JP
Priority date: 1978-03-15
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1981-07-16
Also published as: DE2909283C3; JPS54137903U; DE2909283A1; US4219863A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für eine Solenoidpumpe (Magnetankerpumpe) nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Eine entsprechende Schaltung ist beispielsweise auch in der US-PS 39 42 078 beschrieben, wobei dort die induktive Belastung nicht die Spule einer Solenoidpumpe ist, sondern eine Zündanlage, welche über einen Zündtransformator impulsweise angesteuert wird. SoIenoidpumpen sind besonders zum Steuern kleiner Durchflußmengen geeignet, wobei das Solenoid der Pumpe intermittierend eine Hin- und Herbewegung eines Kolbens zum Transport einer Flüssigkeit bewirkt. Beispielsweise werden derartige Pumpen zum Steuern der Brennstoffzufuhr zu einem Raumheizgerät eingesetzt. Es ist aus der US-PS 39 42 078 bekannt, die Magnetspule einer derartigen Solenoidpumpe dadurch impulsweise zu beaufschlagen, daß ein Kondensator, welcher über einen Gleichrichter an einer Wechselspannungsquelle liegt, rhythmisch gesteuert über die Magnetspute entladen wird. Zur Steuerung des Entlade- ; Stromkreises wird hierbei im aligemeinen ein abhängig von einem Triggerkreis durchschaltbarer und sperrbcrer Thyristor vorgesehen.

Bei einer Schaltung der vorgenannten Art wird also die impulsweise mit einem Strom zu beaufschlagende

to Spule in den Entladestromkreis eines Kondensators geschaltet. Um zu vermeiden, daß auch der Ladestrom für den Kondensator über die Magnetspule fließt, wird dieser ein in Richtung des Ladestromes gepolter und damit für den Entladestrom undurchlässiger Gleichrichter parallel geschaltet.

Für insbesondere in vorgenannten Anwendungsfällen vorzusehende Solenoidpumpen ist von besonderer Wichtigkeit, daß die Pumpleistung pro Zeiteinheit und hierzu der der Magnetspule der Pumpe zuzuführende Impulsstrom konstant gehalten wird. Dieses Problem tritt bei einer Zündanlage gemäß der vorgenannten US-PS nicht auf, da dort allein entscheidend ist, daß die angelegte Spannuung bei der Freigabe des Entladevorganges ausreicht, um die gewünschten Funken hervorzurufen.

Bei einer Solenoidpumpe führen Spannungsschwankungen am Eingang des Treiberkreises zu einer wesentlichen Veränderung des Entladestromes und damit auch der Pumpenleistung.

i» Um Spannungsschwankungen innerhalb des Treiberkreises auszugleichen ist bereits in der DE-PS 27 40 214 vorgeschlagen worden, die Kippfrequenz des Triggerkreises spannungsabhängig derart zu steuern, daß bei Absinken der Versorgungsspannung der Entladestrom

J5 durch Erhöhen des Schaltzyklus bzw. Verlängern der Schaltzeiten so ausgeglichen wird, daß die Solenoidpumpe in der Zeiteinheit die gleiche Flüssigkeitsmenge fördert.
Gemäß dem älteren Vorschlag, der ebenfalls auf eine Erfindung der Anmelderin zur vorliegenden Erfindung zurückgeht, werden Spannungsschwankungen durch Beeinflussung des Triggerkreises eatsprechend kompensiert. Der vorliegenden Erfindung geht die Erkenntnis voraus, daß nicht nur Änderungen der Versorgungsspannung zu ungleichmäßigen Förderleistungen führen können, sondern auch Temperaturänderungen, die sich auf den Kapazitätswert des Treiberkondensators und auf den Widerstandswert der Magnetspule selbst auswirken, so daß bei höherer Temperatur die Förderleistung der Solenoidpumpe nachläßt. Auch andere Umwelteinflüsse können sich auf den Kapazitätswert des Treiberkondensators auswirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Treiberschaltung anzugeben, die die Förderleistung einer Solenoidpumpe in der Zeiteinheit einwandfrei konstant hält, und zwar unabhängig von Änderungen der Ladespannung am Eingang der Schaltung sowie von Kapazitätsänderungen und Widerstandsänderungen im Entladekreis selbst. Diese Aufgabe wird mit einer Steuerschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der Steuerschaltung nach der Erfindung wird also mit Hilfe eines einfachen Meßwiderstandes der Entladestromkreis überwacht, wobei durch Parallelschaltung eines zusätzlichen Kondensators zu dem Meßwiderstand der in der Zeiteinheit fließende Entladestrom kontrolliert und die abhängig von dem Entladestrom am Kondensator auftretende Spannung zur Steuerung der Triggerschaltung herangezogen wird.

Dabei empfiehlt es sich innerhalb der Triggerschaitung einen programmierbaren Unijunktiontransistor vorzusehen, da über diesen besonders präzise das KippverhaJten der Triggerschaltung spannungsabhängig, d. h. von der an dem dem Meßwiderst&nd parallel -, geschalteten Kondensator auftretenden Spannung zu steuern. Die Verwendung eines Unijurktiontransistors an dieser Stelle ist an sich in Verbindung mit einer Regelschaltung gemäß der oben genannten älteren Patentanmeldung, jedoch nur für eine von eier m Versorgungsjpannung abhängige Steuerung des Triggerkreises vorgeschlagen worden.

Einzelheiten und die Vorteile einer Treiberschaltung nach der Erfindung werden im folgenden anhand einiger Schaltungsausführungen in Verbindung mit den anlie- is genden Zeichnungen erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine Steuerschaltung für eine Solenoidpumpe gemäß dem Stand der Technik,

F i g. 2 bis 4 Steuerschaltungen nach der Ertindung, ^i

Fig.5a eine grafische Darstellung des Zusammenhanges zwischen der Erregerperiode der Pumpe und des Spulenerregerstromes und

F i g. 5b eine grafische Darstellung der expotentiellen Veränderung der Spannung am Kondensator CS in >-> einer Schaltung nach F i g. 2 und 3 in Abhängigkeit von der Zeit.

Anhand der F i g. I wird, um die Funktionsweis · einer Steuerschaltung nach der Erfindung leichter verstehen zu können, zunächst eine Schaltungsausführung gemäß so dem Stand der Technik erläutert. Bei der in Fig I dargestellten Schaltung wird aus einer Wechselspannungsquelle AC über einen Gleichrichter SR 1 und einen Widerstand R 1 ein Kondensator C1 aufgeladen. Parallel zum Kondensator Cl liegt die Magnetspule 1 j> einer Solenoidpumpe in Reihe mit einem steuerbaren Thyristor 5CR 1.

SteuereleKtrode des Thyristors SCR 1 liegt an einem Widerstand R 4, welcher mit dem Ausgang einer Triggerdiode verbunden ist.

Über die Triggerdiode werden die von einem Triggerkreis abgeleiteten Triggerimpulse der Steuerelektrode des Thyristors 5CR 1 jeweils zugeführt.

Der Triggerkreis besteht aus einem veränderlichen Widerstand VT? 1, einem Kondensator C2 und der « Triggerdiode TD. Über eine Diode SR 2 wird über Strombegrenzungswiderstände R 2 und R 3 dem Triggerkreis eine Gleichspannung zugeführt.

Eine Zenerdiode ZDX ist mit ihrem einer. Ende an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R 2 und R 3 angeschlossen, während ihr anderes Ende mit der anderen Klemme der Wechselspannungsquelle verbunden ist; die Zenerdiode führt dem Vergleichskreis eine konstante Spannung zu. Ein Kondensator C3 kann parallel zur Zenerdiode ZD1 geschaltet sein, um die Spannung konstant zu halten. Der Widerstand R X kann als veränderlicher Widerstand ausgeführt sein, falls dies erforderlich ist

Nach Anlegen der Spannung wird der Wechselstrom aus der Wechselspannungsquelle AC über den Gleichrichter SRX in Form eines Gleichstromes dem Kondensator C1 zugeführt Der Kondensator C1 kann hierbei bis ium Spitzenwert der Wechselspannung innerhalb eines Zeitintervalles Tcm, welches durch den Widerstand des Widerstandes R 1 und die Kapazität des Kondensators CX bestimmt ist, aufgeladen werden. Dieser Zeitintervall kann sich auch über mehrere Wechselspannungsperioden erstrecken.

Parallel dazu wird in dem Triggerkreis der Kondensator C2 aufgeladen bis die Spannung an ihm eine Schwellwertspannung der Triggerdiode TD erreicht, worauf diese Diode leitend wird und sich der Kondensator C2 über den Widerstand Λ 4 entlädt. wodu^rch ein Triggerimpuls erzeugt wird, der der Steuerelektrode des Thyristors SCR X zugeführt wird. Ein derartiger Triggerimpuls tritt wiederholt mit einem Zeitabstand Ttr auf, wobei der Zeitabstand von der Durchbruchspannung der Zenerdiode ZD X den Widerstandswerten der Widerstände R 3, VR X, der Kapazuät des Kondensators C2 und der Schwellwertspannung der Triggerdiode TD abhängt Somit kann die Periode Ttr durch Einstellung des veränderlichen Widerstandes VR X verändert werden.

Durch jeden Triggerimpuls wird der Thyristor SCR X leitend, wodurch sich der Kondensator C1 jeweils über die Magnetspule 1 der Solenoidpumpe entlädt. Wenn der Strom durch die Magnetspule 1 fließt wird die Ladung des Kondensators C1 abgebaut und der Strom durch die Magnetspule 1 hört während der negativen Halbwelle der Wechselspannungsquelle auf zu fließen, wodurch der Thyristor SCR 1 gesperrt wird. Werden die Zeitintervalle so gewählt, daß Tcm kleiner als Ttr ist kann die Magnetspule 1 mit einem Entladestrom des Kondensators CX gespeist werden, nachdem der Kondensator CX bis zum Scheitelwert der Spannungsquelle aufgeladen worden ist, wenn die Anzahl der Entladungen pro Minute mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes VR X entsprechend eingestellt ist.

Eine derart aufgebaute Steuerschaltung ist einfach in ihrem Aufbau. Die Durchflußleistung kann durch Änderung der Periode der Triggerimpulse gesteuert werden, was am einfachsten durch Einstellung des veränderlichen Widerstandes VR X geschieht

Unabhängig von der Einstellung der Periode der Triggerimpulse ist aber die Durchflußleistung abhängig von Spannungsschwankungen der Versorgungsspannungsquelie sowie von Änderungen im Kapazitätswert des Ladekondensators CX sowie des Widerstandswertes der Soieniodspule.

In der Fig. 2 ist eine Schaltungsausführung einer Steuerschaltung gemäß der Erfindung wiedergegeben, bei der also auch Änderungen in der Versorgungsspannung und insbesondere auch der elektrischen Werte von Kondensator und Magnetspule keine Änderung in der gepumpten Durchflußleistung zur Folge haben.

Zum einfachen Verständnis sind in dieser Figur die den in den F i g. t entsprechenden Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen. Im Entladekreis der Magnetspule 1 ist zusätzlich ein Gleichrichter SR 3 vorgesehen, der parallel zu einer Reihenschaltung dieser Spule 1 und eines Meßwiderstandes R 8 liegt. Dieser Gleichrichter ermöglicht den Ladestrom für den Kondensator CX an der Magnetspule 1 vorbei zu führen.

Wenn der Thyristor SCR 1 leitend gesteuert ist, wird der Entladeweg des Kondensators CX über den Thyristor 5CRl, den Meßwidersland R 8 und die Magnetspule 1 geschlossen, was bedeutet, daß abhängig von der Ladung des Kondensators Cl der Spule 1 ein Erregerstrom zugeführt wird. Dieser Erregerstrom wird über den Meßwiderstand R 8 geführt und baut dort eine Spannung in Übereinstimmung mit der Amplitude auf.

Innerhalb der Kippschaltung ist ein programmierbarer Unijunktiontransistor PUT vorgesehen. Dieser Unijunktiontransistor PUT\sl zwischen die Widerstände R 3 und R 4 geschaltet und bildet somit das

Schaltelement des Triggerkreises.

Der Tastkreis des programmierbaren Unijunktion-Iransistors wird von den Widerständen /?6, R 7 und einem Feldeffekttransistor FETX gebildet. Weiter ist ein Kondensator CS vorgesehen, welcher parallel zwischen die Quellenelektrode und die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors FETX geschaltet ist. An diesem Kondensator C5 wird die am MeßwirsUind R 8 gebildete Spannung gespeichert, die von diesem Meßwiderstand über einen Gleichrichter SR4 und einen Reihenwiderstand R 9 zugeführt wird. Parallel zu dem Kondensator C5 liegt ein Widerstand VR mit einstellbarem Widerstandswert.

Die Anordnung dieser Schaltelemente bewirkt, daß der aus Kondensator C5. Widerstand R9.Gleichrichter SR4 und Meßwidersland RS gebildete Meßkreis den durch die Spule 1 fließenden Strom integriert, und zwar mit einer Ladezeitkonstante, welche durch die Werte des Kondensators C 4 und des Widerstandes R 9 bestimmt wird und einer Entladezeilkonstante, welche durch die Werte des Kondensators C4 und den veränderlichen Widerstand VR bestimmt wird, wobei die integrierte Spannung der Steuerelektrode des Feldeffekttransisto'rs FETX zugeführt wird.

Sobald bei einer derartigen Schaltungsausführung die Spannung zugeschaltet wird, leitet der Feldeffekttransistor FETX bei einer Vorspannung Null und die .Schwingfrequenz des Triggerkreises wird von der Zeitkonslante des Kondensators C2 und des Widerstandes R 3 bestimmt. Nach einem gegebenen Zeitintervall steigt das Potential an der Anode des programmierbaren IJnijunktiontransistors PUT über das Steuerpotential, um den PUT leitend zu machen, wodurch am Widerstand R 4 eine Spannung entsteht, welche der Steuerelektrode des Thyristors SCR X im Entladekreis zugeführt wird. Dadurch wird eine gegebene Amplitude des Entladestromes, welcher im Kondensator Cl gespeichert worden war. durch die Spule I geführt. Nach der Entladung des Kondensators Cl wird der Thyristor SCR X ausgeschaltet, und zwar zu dem Zeitpunkt, in welchem die Spannung der Spannungsquelle ihre Polarität umkehrt und dabei der Strom gleich Null ist.

Dann lädt sich der Kondensator wieder auf. Der durch die Spule 1 fließende Strom wird jeweils gemessen mit Hilfe einer von der Amplitude des Erregerstromes abhängigen Spannung, welche den Kondensator C5 lädt und entlädt und der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors FETX zugeführt wird, wodurch die Schwingungsperiode des Triggerkreises gesteuert wird.

Im einzelnen wird also der Kondensator Cl von der Spannungsquelle über die Reihenschaltung aus Widerstand R X und Gleichrichter SR 1 aufgeladen. Der bei Leiten des Thyristors SCR 1 auftretende Stromfluß wird als am Meßwiderstand R 8 auftretende Spannung gemessen. Diese Spannung ist negativer als der negative Pol der Spannungsquelle und wird mit Hilfe eines aus dem Kondensator CS und dem Widerstand R 9 gebildeten Stromkreis mit Ladezeitkonstante und einem aus dem Kondensator CS und dem veränderlichen Widerstand VT? gebildeten Stromkreis mit Entladezeitkonstante integriert, wobei die integrierte Spannung der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors FETl zugeführt wird. Dieser wird leitend, wenn die Spannung am Kondensator CS, einen Schwellwert erreicht.

Der Triggerkreis umfaßt einen Pi/TTransistor, an dessen Anode die an der Zenerdiode ZDl liegende konstante Spannung nach einer von der Zeitkonstante des aus Kondensator C2 und Widerstand R 3 gebildeten Zeitglied liegt. Wenn die zugeführte Spannung höher als das Potential am Verbindungspunkt , zwischen den Widerständen /?6 und R 7, welche einen Spannungsteiler für die Steuerelektrode des Transistors bilden, ist, wird der Transistor leitend, wodurch eine Spannung am Widerstand R4 aufgebaut wird. In Abhängigkeit von dieser Spannung wird der Thyristor

ü, SCR 1 leitend gesteuert. Der Tastkreis des PUT Transistors umfaßt aber einen Spannungsteiler aus Widerständen R 6, R 7 und dem Feldeffekttransistor FETX, so daß dann, wenn der Feldeffekttransistor nicht leitend ist, die der Steuerelektrode des PLTTransistors

ι , zugeführte Spannung gleich der Zenerspannung ist. die an der Anode anliegt, wodurch ein Leiten des Transistors PUT verhindert wird. Mit anderen Worten, der Transistor PUT wird nur dann leitend gemacht, wenn der Feldeffekttransistor FETX leitend ist, um das

ν Potential am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen /?6 und R7 unter die Zenerspannung an der Anode abzusenken. Das Leiten des Feldeffekttransistors FFTX wird vom Meßkreis gesteuert, welcher der Steuerelektrode eine Schwellwertspannung in Über-

■, Stimmung mit der Amplitude des durch die Spule 1 fließenden Erregerstromes nach einem gegebenen Zeitintervall zuführt. Wenn z. B. der Stromfluß durch die Spule 1 zunimmt, wird das negative Spannungsniveau auf das der Kondensator C5 aufgeladen wird,

ι» angehoben. Weil diese Spannung über den veränderlichen Widerstand VR entladen werden muß, bevor die Spannung den Schwellwert des Feldeffekttransistors FETX erreicht, wird eine größere Zeitverzögerung bis /um nächsten Auftreten eines Impulses bereitgestellt.

: Auf diese Weise wird die Schwingungsperiode des Triggerkreises in Übereinstimmung mit der Amplitude des Erregerstromes durch die Spule 1 gesteuert, wodurch der Solenoidpumpe pro Zeiteinheil eine gleichförmige Erregerleistung zugeführt wird.

4ii In der Fig. 3 ist eine andere Schaltungsausführung der Treiberschaltung nach der Erfindung dargestellt. In diesem Falle ist der Feldeffekttransistor FETX in F i g. 2 durch einen Transistor Tr X ersetzt. In dieser Ausführungsform wird beim Einschalten der Spannungsquelle über den veränderlichen Widerstand ein Basisstrom zugeführt, um den Transistor leitend zu machen. Die Schwingfrequenz beim Beginn des Betriebes wird von der Zeitkonstante des Kondensators C2 und des Widerstandes R 3 in der gleichen Weise bestimmt, wie es oben in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 beschrieben worden ist.

Eine Variation zu dieser Ausführung ist gestrichelt eingezeichnet, wobei die Widerstände R X und R 2 kurzgeschlossen sind und die Kathode des Gleichrichters SR 3 mit dem Verbindungspunkt zwischen Spule 1 und Widerstand R 8 verbunden ist

Die Fig.4 zeigt eine mögliche Änderung, gemäß welcher der Kondensator CI und die Spule 1 in ihrer Anordnung vertauscht sind.

μ Die F i g. 5a zeigt grafisch die Abhängigkeit zwischen Erregerstrom / und Erregerperiode f. Obgleich da eine Verschiebung N vorliegt, welche von dem Ansprechen der Pumpe abhängt, ist zu erkennen, daß die in der Fig.5a wiedergegebene Kurve der Entladekennlinie

b5 eines Schaltkreises mit einem Kondensator C5 und einem veränderlichen Widerstand VR ähnlich ist, die als Exponemalkennlinie der Spannung bezüglich der Zeit in der Fig.5b dargestellt ist Folglich entspricht die

Kompensation einer Änderung des Stroinwertes, so daß die Schaltung zufriedenstellend auch ohne Zenerdiode ZD2 arbeitet, welche zur Steuerung der Spannung vorgesehen ist mit der der Kondensator CX für bestimmte Werte der Pumpenerrcgerperiode aufgeladen wird. Sowie es in der F i g. 3 dargestellt ist, wird ein ungefähr linearer Betrieb mit einem Transistor TrI innerhalb eines verringerten Stromwertbereiches bereitgestellt, so daß für praktische Anwendung die Verwendung eines Transistors Tr 1 im praktischen Anwendungen die Verwendung eines Transistors Tr I im wesentlichen das gleiche Resultat erbringt wie die in

der F i g. 2 dargestellte Ausfiihrungsform.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß die Erfindung die Schwingungsperiode des Triggerkreises in Übereinstimmung mit der Amplitude eines Entladestromes steuert, welcher der Spule einer Solenoidpumpe zugeführt wird, wodurch eine stabilisierte Förderleistung der Pumpe bei vorliegenden Schwankungen der Spannung der Spannungsquelle, einer Änderung des Widerstandes der Spule oder einer Änderung der Kapazität des Kondensators, der den Entladestrom für die Spule bereitstellt, beibehalten wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 130129/2β#

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerschaltung für eine Solenoidpumpe (Magnetankerpumpe), deren Magnetspule (1) in einem einen über einer. Gleichrichter (SRi) und einen Strombegrenzungswiderstand (R 1) aus einer Wechselstromquelle aufladbaren ersten Kondensator (Ci) enthaltenden Entladekreis angeordnet ist, wobei der Mangnetspule ein Gleichrichter (SR 3) parallel geschaltet ist, über welchen der Ladestrom für den ersten Kondensator (C I) geführt wird, und bei dem im Entladekreis ein abhängig von einem Triggerstromkreis (R 3, R 4, C 2, PUT) gesteuerter Thyristor (SCR 1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladestromkreis zur Überwachung des Entladestromes weiter ein Meßwiderstand (R S) vorgesehen ist, dem ein zweiter Kondensator (C5) parallel geschaltet ist, von dessen Ladespannung abhängig der Triggerkreis (R 3, R 4, C 2, PUT) zur Steuerung des Thyristors (SCR 1) steuerbar ist

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensator (Ci), die Magnetspule (1) und der Meßwiderstand (RS) in Reihe geschaltet sind und daß der Thyristor parallel zu dieser Reihenschaltung geschaltet ist.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung von erstem Kondensator (Ci) Magnetspule (1) mit Meßwiderstand (RS) eine Zenerdiode (ZD 2) parallel geschaltet ist.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand RS) in Stromrichtung gesehen hinter die aus Kondensator (Ci) und Spule (1) gebildete Teilreihenschaltung angeordnet ist.

5. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Triggerkreis einen programmierbaren Unijunktiontransistor (PUT) enthält, dessen Steuerelektrode an einem Zwischenpotential eines aus zwei Widerständen (Λ6, R7) und einem Feldeffekttransistor (FETi) oder einem Transistor (77? 1) gebildeten Spannungsteiler angeschlossen ist und daß die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors (FETi) bzw. die Basis des Transistors (TR 1) mit dem das Steuerpotential führenden Ende des zweiten Kondensators (CS) verbunden ist (F i g. 2 und 3).