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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsversorgungseinheit
bzw. Stromversorgungseinheit, die eine Leistung bzw. einen Strom
an ein Messinstrument zum Messen verschiedener Daten von Fabrikgeräten oder
einem Überwachungsgerät an einem
Platz, wo verschiedene Fabriken errichtet sind, liefert.
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2. Technischer
Hintergrund
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Bei
Fabriken mit einer großen
Größe, die eine
Anzahl von elektrischen Geräten,
wie zum Beispiel einen elektrischen Motor oder Transformator, verwenden,
zum Beispiel verschiedene Fabrikeinrichtungen, wie zum Beispiel
ein Kraftwerk oder eine Wasseraufbereitungsanlage und ähnliches,
ist es essentiell, eine Verlässlichkeit
der Fabrik bzw. des Werks sicher zu stellen, und eine Betriebsrate
zu verbessern. Dies bedeutet, dass in solch einer Fabrik mit einer
großen
Größe Daten
der eingerichteten elektrischen Geräte gesammelt werden, um als
Information zu dienen hinsichtlich des Betriebs, und die Betriebsbedingungen
werden einer Überwachung
ausgesetzt, so dass es möglich
ist, sofort mit irgendetwas Abnormalen, das detektiert wurde, fertig
zu werden.
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Für solche
Zwecke ist es ein neuerlicher Trend, ein Gerätezustandsüberwachungsgerät zum Überwachen
der Zustände der
Geräte
einzuführen, dass
verschiedene Daten gemessen werden von dem Elektrische-Leistungs-Gerät, elektrischen
Gerät und ähnlichen,
die in der Fabrik installiert sind. Die Daten werden dann betrachtet
und Zustände
des Geräts
werden überwacht
oder analysiert, basierend auf den Inhalten derselben.
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Das
Gerätezustands-Überwachungsgerät zum Überwachen
der Zustände
des Geräts
bzw. der Geräte
ist nicht nur auf Maschinen/Elektrische-Geräte gerichtet, wie zum Beispiel
einem elektrischen Motor, elektrischen Generator, Pumpe, Ventil
und Rohrleitung, aber auch auf Rechner, gedruckte Leiterplatten,
die in dem Gerät
eingebaut sind und einem Messinstrument.
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Es
gab herkömmlich
zwei Arten von solchen Gerätezustand-Überwachungsgeräten zum Überwachen
der Zustände
der Geräte.
Eines ist ein Gerät, das
sich nahe dem elektrischen Gerät,
das zu überwachen
ist, befindet. Dieses Gerät
misst Daten des zu überwachenden
Geräts
auf einer regulären
Basis oder bei willkürlichen
Zeiten, wodurch ein Überwachen
der Zustände
des Geräts
zur Zeit einer Messung für
eine Patrouille, durchgeführt
von einem Bediener in der Fabrik, ausgeführt wird (das Gerät ist hier
im Folgenden als ein Detektiergerät bezeichnet). Das andere ist
ein Gerät,
das Daten des zu überwachenden
Geräts
online, das heißt
permanent, bei allen Zeiten über
eine Vielzahl von Detektiergeräten misst,
wodurch ein Überwachen
der Zustände
zu allen Zeiten ausgeführt
wird (das Gerät
wird hier im Folgenden als ein zentrales Steuergerät bezeichnet). Das
Detektiergerät
und das zentrale Steuergerät
befinden sich beide beispielsweise am Ort der gleichen Fabrik. Jedoch
sind mehrere Detektiergeräte
weit voneinander platziert in einer verstreuten Art und Weise in
dem sogenannten Ort, während
das zentrale Steuergerät
sich in einem zentralen Ort in dem sogenannten Steuergebäude oder ähnlichem befindet. Beide
von diesen befinden sich innerhalb eines relativ kurzen Abstandes
voneinander. Als Ergebnis kann, um die gesammelten Daten zu übertragen,
ein Verfahren eines Übertragens
ohne Bau einer Leistungsleitung, wie zum Beispiel einem Funksystem, leicht
verwendet werden.
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Nun
wird, um das Detektiergerät
zu betreiben, eine Leistungsversorgung selbstverständlich benötigt. Jedoch
gehören
die meisten der Detektiergeräte
gewöhnlich
einer Kategorie eines sogenannten lichtelektrischen Zubehörs an, und
werden bei einer extrem geringen Spannung und einem sehr kleinen
Strom betrieben. Andererseits gibt es viele zu überwachende elektrische Geräte, die
bei einer hohen Spannung und einem großen Strom betrieben werden
können.
Deshalb ist es oft der Fall, dass obwohl das überwachende Gerät ein elektrisches
Gerät ist,
eine passende Leistungsversorgung für das Detektiergerät nicht
erhältlich
ist an dem Ort der Installation.
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Selbstverständlich kann
es möglich
sein, eine geringe Spannung von dem zu überwachenden elektrischen Gerät zu erhalten
durch ein gutbekanntes Verfahren, wie zum Beispiel einem Verwenden
eines druckverringernden Widerstands oder Transformers. Tatsächlich ist
jedoch für
den Zweck eines Sicherstellens einer Spannungsdauerbeständigkeit, eine
Kosteneffizienz übermäßig schlecht,
und über die
hinaus ist es schwer, ein Eindringen einer Stossspannung zu verhindern,
was zu einer Unzulänglichkeit
bei der praktischen Verwendung führt.
Daher ist es nötig,
um eine Leistungsversorgung bereitzustellen, ein Leistungsversorgungskabel
zusätzlich
als eine Leistungsversorgung zur Messung zu legen, oder eine Batterie
zu verwenden; andererseits muss eine elektrische Leistung an dem
Ort erzeugt werden, unter Verwendung beispielsweise einer Solarbatterie.
Jedoch werden, um das Leistungsversorgungskabel zu den Detektiergeräten, die
weit verteilt in der Fabrik sind, zu legen und zu verbinden, eine
große Menge
an Kosten und Aufwand benötigt. Über dies hinaus
bringt die Batterie die Probleme eines Aufrechterhaltens oder Ersetzens
mit sich. Hinsichtlich der Solarbatterie, ist das Batterieleben
begrenzt und ein Ort für
eine Installation ist so begrenzt, dass die Solarbatterie nicht
in diesem Gebiet der Technik verwendet werden kann.
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Als
Verfahren zum Lösen
dieser Probleme schlägt
die japanische Patentveröffentlichung
(ungeprüft)
Nr. 58960/1994 eine Leistungsversorgungseinheit vor.
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9 zeigt
ein schematisches Diagramm einer bekannten Leistungsversorgungseinheit,
die ähnlich
ist zu der, die in dem oben erwähnten
Amtsblatt offenbart ist, und die eine Leistung erhält über einen
Stromtransformator, der als eine Leistungsversorgung zum Überwachen
einer Übertragungsleitung verwendet
wird. 10 zeigt ein spezifisches Diagramm
solcher einer Schaltung. In 9 bezeichnet das
Bezugszeichen A eine Leistungsversorgungseinheit. Das Bezugszeichen 81 bezeichnet
eine Leistungsleitung, wie zum Beispiel eine Verteilungsleitung
bzw. Steigleitung. Bezugszeichen 82 bezeichnet einen Stromtransformierer,
der eine Leistungsversorgungsleistung von der Leistungsleitung 81 auf
eine Nicht-Kontakt-Art und Weise nimmt. Das Bezugszeichen 83 bezeichnet
eine Wechselstromsteuerschaltung. Das Bezugszeichen 84 bezeichnet
eine Gleichrichterschaltung. Das Bezugszeichen 85 bezeichnet eine
Spannungs-Detektions-/Steuer-Schaltung.
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Die
Leistung, die von dem Stromtransformierer 82 genommen wird,
muss als stabile Leistungsversorgung zugeführt werden. Diese Leistungssteuereinrichtung
umfasst die Wechselstromsteuerschaltung 83, die Gleichrichterschaltung 84 und
die Spannungs-Detektions-/Steuer-Schaltung 85 in 9, und
eine Schaltung derselben ist speziell in 11 gezeigt.
In der Zeichnung bilden ein Widerstand 86 in der Wechselstromsteuerschaltung 83 und
ein Kondensator 87 eine Schutzschaltung zum Schützen, wenn
eine abnormale Spannung, wie zum Beispiel ein Stoss erzeugt wird.
Das Bezugszeichen 88 bezeichnet ein Triac. Die Bezugszeichen 89a, 89b sind Phototransistoren.
Die Gleichrichterschaltung 84 ist eine Voll-Wellen-Gleichrichterschaltung
und ein Ausgang derselben ist verbunden mit Schaltungen, wie zum
Beispiel einer Konstanten-Spannungs-Diode 90 und lichtemittierenden
Dioden 91a, 91b zum Schutz gegen eine Überspannung
in der Spannungs-Detektions-/Steuer-Schaltung 85. Daher
fließt,
wenn eine Gleichstromausgabe von der Gleichrichterschaltung 84 eine
inverse Spannung der Konstanten-Spannungs-Diode 90 überschreitet,
ein Strom durch die lichtemittierenden Dioden 91a, 91b,
um sie zum Leuchten zu bringen. Mittels dieser Lichtsignale werden
die Phototransistoren 89a, 89b betrieben, um einen
Strom durch ein Gatter des Triac 88 zuzuführen. Durch
diesen Strom werden eine Anode und eine Kathode zum Kurzschluss
gebracht, was eine Eingabe von Wechselstrom unterbricht. Jedoch
wird das Triac 88 wiedergewonnen mittels eines Null-Kreuzpunkts des Wechselstroms
und wird Leistung bis zu einer nächsten Überspannung
liefern.
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Die
herkömmliche
Leistungsversorgungseinheit ist angeordnet, wie oben erwähnt, so
dass sie eine Wechselspannung steuert. Deshalb wird, selbst wenn
der Primärstrom
variiert, irgendeine Überspannung
nicht ausgegeben. Jedoch arbeitet die Spannungs-Detektions-/Steuer-Schaltung 85 zu
der Zeit, wenn ein Wert einer Spannungswellenform eine Spannung
V90 der Konstanten-Spannungs-Diode 90 erreicht,
und die Wechselstrom-Steuerschaltung 83 arbeitet
so, dass die Ausgangsspannung übertroffen wird.
Deshalb wird, wie in 11 gezeigt, hinsichtlich der
Ausgabewellenform eine Dauer der Wellenform kleiner mit der Erhöhung des
Primärstroms.
Als Ergebnis zeigt, wie in 12 gezeigt,
ein Durchschnittswert der Ausgangsspannung solch eine Charakteristik,
dass er sich verringert, wenn der Primärstrom sich erhöht, über eine
Höhe des
Betriebs des Triac. In 11 zeigt Bezugszeichen 93 eine
Wellenform der Ausgangsspannung des Transformierers 82,
wenn der Primärstrom
klein ist. Das Bezugszeichen 94 zeigt eine Wellenform der
Ausgangsspannung des Transformierers bzw. Transformators 82, wenn
der Primärstrom
groß ist.
Das Bezugszeichen 93a zeigt eine Wellenform der Ausgangsspannung nach
einem Betreiben des Triac 88 bei der Wellenform 93,
womit die Wellenform unterbrochen wird. Das Bezugszeichen 94a zeigt
eine Wellenform der Ausgangsspannung nach einem Betreiben des Triac 88 bei
der Wellenform 94, womit die Wellenform unterbrochen wird.
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Deshalb
wird ein Bereich des Primärstrombetrags,
der für
ein Erhalten einer stabilen Spannungsaufgabe ausreicht, eng. Selbst
wenn eine Schaltung zum Stabilisieren einer Spannung verwendet wird
als Nachbehandlung, kann die Spannung nicht perfekt am Fluktuieren
gehindert werden. Schließlich
wird eine Leistung als eine Leistungsversorgung einer Instrumentierungsschaltung
zum Ausführen
einer präzisen
Messung nicht ausreichend gezeigt, und über dies hinaus kann solch
eine herkömmliche
Leistungsversorgungseinheit nicht für irgendeine Leistungsleitung
verwendet werden, die einer Last, wie zum Beispiel einem elektrischen
Motor, ausgesetzt ist, bei der ein Stromwert groß fluktuiert.
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In
der herkömmlichen
Leistungsversorgungseinheit der oben erwähnten Anordnung zeigt sich
ein Problem, obwohl das Kabellegen nicht benötigt wird, dadurch, dass ein
Bereich des Primärstroms,
in dem eine stabile Ausgangsspannung erhalten werden kann, übermäßig eng
ist, und über dies
hinaus zeigt sich ein anderes Problem darin, dass es schwer ist,
eine stabile Spannung als eine Leistungsversorgung für eine Instrumentierung
zu erhalten.
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EP 0 421 204 A2 beschreibt
eine Überstromschutzvorrichtung,
umfassend einen Stromtransformierer, der einen Wechselstrom in einer
elektrischen Leitung detektiert, wobei die Ausgabe des Transformierers
gleichgerichtet wird, und eine Umschalteinrichtung und ein Widerstand
sind in Reihe über
die Ausgangsanschlüsse
eines Gleichrichters verbunden. Eine Steuerschaltung umfasst einen
Kondensator, einen Vergleicher und eine Referenzspannungserzeuger,
der parallel mit der Umschalteinrichtung durch eine Diode gekoppelt
ist.
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US 4,698,740 offenbart eine
stromversorgte regulierte Spannungsversorgung, die entworfen ist, um
eine regulierte Gleichstromausgabe von einer Wechselstromquelle
bereitzustellen. Die Leistungsversorgung umfasst einen Gleichrichter,
ein elektronisch gesteuertes Umschaltelement mit einem Shunt-Schalter
und einem Vergleicher, dessen Ausgabe den Shunt-Schalter aktiviert.
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US 5,475,371 beschreibt
einen Fehl-Schaltungs-Detektor mit einem isolierten Indikator, der Fehlströme in einem überwachten
Leiter detektiert. Wenn ein Fehler einer vorbestimmten Größe detektiert
wird, wird ein Lichtpuls von dem Detektor an den Indikator übertragen über ein
faseroptisches Kabel, wobei beim Empfang der Puls umgewandelt wird
zu einem elektrischen Puls, was bei dem Indikator hervorruft, einen
Fehlzustand zu kennzeichnen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um die oben diskutierten
Probleme zu lösen und
weist eine Aufgabe eines Bereitstellens einer Leistungsversorgungseinheit
auf, die stabil über
einen weiten Bereich einer Variation im Primärstrom arbeitet und eine Stabilität von solch
einem Niveau aufweist, dass sie in der Lage ist, einen Computer
an dem Ort anzutreiben, als eine Leistungsversorgung eines präzisen Messinstruments,
selbst in dem Fall, dass die Quelle des Primärstroms über einen weiten Bereich variiert,
beispielsweise im Fall eines elektrischen Motors.
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Diese
Aufgabe wird erreicht durch eine Leistungsversorgungseinheit mit
den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine
Leistungsversorgungseinheit nach einem Beispiel umfasst:
einen
Stromtransformierer, der an einer Leistungsversorgungsleitung eines
elektrischen Geräts
angebracht ist;
eine Gleichrichterschaltung, die verbunden
ist mit einer Eingangsseite des Stromtransformierers;
einen
Kondensator, der über
ein Rückstromhemmelement
mit einem Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung verbunden
ist und mit einem Ausgangsstrom von dem Stromtransformierer aufgeladen
wird;
eine Vielzahl von Spannungsüberwachungsschaltungen zum
Ausgeben von Befehlssignalen, wenn die Spannung an den zwei Anschlüssen des
erwähnten Kondensators
Spannungsschwellen übersteigt,
die verwandt sind mit jeder der Spannungsüberwachungsschaltungen und
unterschiedlich sind voneinander und zum Anhalten der Vielzahl von Befehlssignalen,
wenn die Spannung über
dem Kondensator abfällt
unter jede der Schwellenspannungen; und
eine Vielzahl von Umschaltschaltungen,
wobei jede einen Widerstand aufweist, zum Verbinden mindestens eines
Widerstands mit dem Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung,
in Ansprechen auf das Befehlssignal, und Verringern eines Stroms
zum Aufladen des erwähnten
Kondensators.
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Als
Ergebnis kann eine Spannung von der Leistungsversorgungsleitung
auf eine Nicht-Kontakt-Art abgenommen werden, und eine stabile Spannung
kann auch bezüglich
eines weiten Bereichs einer Variation in dem Primärstrom erhalten werden.
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Eine
Leistungsversorgungseinheit kann des Weiteren einen Konstant-Spannungs-Regulator
umfassen zum Erhalten einer vorbestimmten konstanten Spannungsausgabe
von der Spannung an beiden Anschlüssen des erwähnten Kondensators.
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Als
Ergebnis kann eine extrem stabile Spannung ausgegeben werden über einen
sehr weiten Bereich einer Variation des Primärstroms.
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In
der Leistungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung wird es bevorzugt,
dass der erwähnte Stromtransformierer
ein Stromtransformierer mit einem Kern ist, der die erwähnte Leistungsversorgungsleitung
umgibt und einer Sekundärwicklung, die
um den erwähnten
Kern gewunden ist.
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Als
Ergebnis kann eine Leistungsversorgung abgegriffen werden auf eine
Nicht-Kontakt-Art.
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In
der Leistungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung wird es bevorzugt,
dass der erwähnte Kern
zusammengesetzt ist aus einer saturierbaren Reaktanzspule, die magnetisch
saturierbar ist in einem Zyklus eines Primärstroms des erwähnten Stromtransformierers.
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Als
Ergebnis kann eine stabile Ausgangsspannung erhalten werden in dem
weiteren Bereich einer Variation des Primärstroms.
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Die
Leistungsversorgungseinheit gemäß der Erfindung
umfasst ferner einen Widerstand, der parallel mit einer Sekundärwicklung
des erwähnten Stromtransformierers
verbunden ist; und wobei die erwähnte
Gleichrichterschaltung ein Spannungsmultipliziergleichrichter oder
eine Cockcroft-Walton-Typ-Spannungserhöhungsschaltung
ist.
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Als
Ergebnis kann eine stabile Ausgangsspannung selbst in dem Bereich
eines geringen Primärstroms
erhalten werden.
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Als
Ergebnis kann eine stabile konstante Spannungsausgabe erhalten werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Diagramm zum Erklären
eines Betriebszustands einer Leistungsversorgungseinheit in einer
Fabrik gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 zeigt
ein Schaltungsdiagramm der Leistungsversorgungseinheit, die nicht
unter diesen Anspruch fällt.
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3(a) und (b) sind Wellenformdiagramme,
wobei jedes zum Erklären
eines Betrieb der Schaltung in 2 dient.
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4 zeigt
ein charakteristisches Diagramm zum Erklären einer Betriebscharakteristik
der Schaltung in 2.
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5 zeigt
ein Schaltungsdiagramm einer Leistungsversorgungseinheit nach einer
zweiten Ausführungsform.
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6 zeigt
ein charakteristisches Diagramm zum Erklären eines Betriebs der 5.
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7 zeigt
ein Wellenformdiagramm, das eine Charakteristik eines Stromtransformierers
in einer Leistungsversorgungseinheit nach einer dritten Ausführungsform
erklärt.
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8 zeigt
ein Schaltungsdiagramm einer Leistungsversorgungseinheit, die nicht
unter den Anspruch fällt.
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9 zeigt
ein schematisches Diagramm, das eine Anordnung einer herkömmlichen
Leistungsversorgungseinheit zeigt.
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10 zeigt
ein Schaltungsdiagramm von 9.
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11 zeigt
ein Wellenformdiagramm zum Erklären
eines Betriebs der 10.
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12 zeigt
ein charakteristisches Diagramm zum Erklären einer Charakteristik der
Schaltung in 10.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Fig.
zeigt eine Anordnung eines Detektiergeräts, das elektrisch gespeist
wird von einer Nicht-Kontakt-Leistungsversorgungseinheit
gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer Anordnung eines zentralen
Steuergeräts,
das damit verbunden ist. 2 zeigt eine Schaltung der Nicht-Kontakt-Leistungsversorgungseinheit 2 von 1.
In 1 bezeichnen die Bezugszeichen 11a, 11b (gepunktete
Linien) Detektiergeräte,
die in dem Ortsbereich einer gewissen Fabrik, die nicht gezeigt
ist, installiert sind, und Bezugszeichen 12 bezeichnet
ein zentrales Steuergerät 12,
das in dem Steuergebiet der gleichen Fabrik installiert ist. Ferner,
aus Gründen
der Einfachheit der Erklärung,
bezeichnet Bezugszeichen 71 Funkwellen 71 zum
Bereitstellen einer Verbindung zwischen den Detektiergeräten 11a, 11b und
dem zentralen Steuergerät 12.
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Da
die Detektiergeräte 11a und 11b die
gleiche Anordnung haben, wird deshalb nur das Detektiergerät 11a hier
im Folgenden beschrieben. Gezeigt in 1 sind das
Detektiergerät 11a,
installiert bei nicht weniger als einem Ort, und das zentrale Steuergerät 12,
installiert in einem Steuergebiet, entfernt von dem Ortsgebiet durch
eine gewissen Entfernung, beispielsweise mehrere hundert Meter.
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In
dem Ortsgebiet gibt es einen elektrischen Motor 21, der über ein
Leistungsversorgungskabel 30 von einer Leistungsversorgung
bzw. Netzteil 28 gespeist wird, und an diesem elektrischen
Motor 21 oder dem Leistungsversorgungskabel 30 wird
das Detektiergerät 11a über einen
Stromtransformierer 1 angebracht.
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Das
Detektiergerät 11a enthält eine
Vielzahl von Detektoren 22a1, 22a2, 22a3;
eine Vielzahl von Kabeln 32a1, 32a2, 32a3 zum Übertragen
von Detektiersignalen von diesen Detektoren; eine Vielzahl von Signalumsetzern 24a1, 24a2, 24a3 zum
Umsetzen der übertragenen
Signale in digitale Signale, die in einer CPU verarbeitet werden
können;
eine CPU 25 zum Leiten eines Befehls eines Verarbeitens
der Signale; einen Speicher 26 zum Speichern der Signale oder
Befehle; und einen Funksignalumsetzer 33 zum Umsetzen bzw.
Umwandeln der Signale in die Signale in ein Kommunikationsformat,
um diese an das zentrale Steuergerät 12 zu übertragen.
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Des
weiteren befinden sich der Signalumsetzer 24a1, 24a2, 24a3,
die CPU 25 und der Speicher 26 in einem Controller 23.
Der Controller 23 wird gespeist über das Leistungsversorgungskabel 31 von der
Leistungsversorgungseinheit 2. Wenn es eine Vielzahl von
den Ortsgebieten gibt, ist das andere Ortsgebiet 11b auf
die gleiche Art und Weise angeordnet.
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Ein
Betrieb der Nicht-Kontakt-Leistungsversorgungseinheit gemäß dieser
Ausführungsform,
die nicht unter den Anspruch fällt,
wird hier im Folgenden mit Bezug auf die 1, 2, 3 und 4 beschrieben.
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In
der Nähe
von jedem zu überwachenden Gerät, wie zum
Beispiel dem elektrischen Motor 21 in 1,
nimmt die Leistungsversorgungseinheit 2 zum Verarbeiten
an dem Ort einen sekundär
induzierten Strom auf an einer Spule 1a des Stromtransformierers 1,
der an dem Leistungsversorgungskabel 30 des erwähnten elektrischen
Motors angebracht ist. Der genommene sekundär induzierte Strom wird gleichgerichtet
bei der Gleichrichterschaltung 31, um in eine Gleichstrom-Niedrigspannung
umgewandelt zu werden und dem Controller 23, etc. zugeführt zu werden.
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Der
Stromtransformierer 1 umfasst eine Stromtransformiererspule 1a zum
Ausgeben eines Sekundärstroms
und ein Schutzelement 1b zum Verhindern, dass eine hohe
Spannung induziert wird an einem Anschluss der Stromtransformiererspule 1a,
in dem Fall, in dem der Anschluss fälschlicherweise geöffnet ist.
Solange die Schaltung zum Speisen des sekundär induzierten Stroms normal
verbunden ist, wird das Schutzelement 1b nicht betrieben
und der sekundär
induzierte Strom wird zugeführt
an die Gleichrichterschaltung 31.
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Die
Gleichrichterschaltung 31, die den sekundär induzierten
Strom empfangen hat, wandelt ihn in eine Gleichspannung V31 um.
Wenn ein Wert des sekundär
induzierten Stroms größer ist
als eine Gesamtmenge des Stroms, der in den Schaltungen verbraucht
wird, die abwärts
angeordnet sind (einschließlich
nicht nur dem Verbrauch in dem Controller 23, aber auch
eine Menge an Strom, die in jedem der Teile in dem Inneren der Leistungsversorgungseinheit 2 verbraucht
wird), geht jedoch der sekundär
reduzierte Strom durch ein Rückstrom-Hemmelement 33 und
wird als Leistung in einem Kondensator 34 gespeichert,
so dass er eine Spannungsquelle darstellt. Zu dieser Zeit nimmt
eine Spannung V32 an beiden Anschlüssen des Kondensators 34 in
solch einem Ausmaß zu,
dass der Zustand eines Aufladens von einer konstanten Stromquelle,
die einen Strom ausgibt, von (Ausgabestrom von dem Stromtransformierer 1 – der erwähnte verbrauchte
Strom) erfüllt wird.
Dann wird, nach einem Umwandeln in eine Zielspannung bei einem konstanten
Spannungselement 36 (das heißt, ein konstanter Spannungsregulator
in der Erfindung), die Spannung V32 dann geglättet bei einem Glättungskondensator 37 und
zugeführt
an den Controller 32, etc.
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Die
Spannung V32 an beiden Anschlüssen des
Kondensators 34 erhöht
sich und verringert sich gemäß einer
Fluktuation in dem Laststrom von der Steuerung 23, etc.
und einer Fluktuation im Ausgangsstrom von dem Stromtransformierer 1,
das heißt,
eine Erhöhung
und Verringerung im Strom von dem elektrischen Motor 21.
Deshalb wird die Spannung V32 des Kondensators bei einer Spannungsüberwachungsschaltung 35 detektiert.
wenn die Spannung V32 aufgeladen wird auf eine unerwünschte hohe
Spannung, die über
einer Eingangsdauerbeständigkeitsspannung
ist (hier im Folgenden bezeichnet als V2) des Konstanten-Spannungselements 36,
wird ein Befehlssignal von der Spannungsüberwachungsschaltung 35 ausgegeben,
um einen Kurzschluss 32 hervorzurufen (die Umschaltschaltung
in der Erfindung), um in einem leitenden Zustand zu sein. Daher
wird die Ausgabe der Gleichrichterschaltung 31 umgangen
zu einem Widerstand R1, wobei eine Ausgangsspannung V31 des Gleichrichters
verringert wird. Als Ergebnis wird der Kondensator 34 nicht
aufgeladen und die Spannung an beiden Anschlüssen V32 wird verringert entsprechend
dem Leistungsverbrauch an dem Controller.
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Bei
dem Betrieb der Kurschlussschaltung 32, wird die Leistung
an dem Kondensator 34 gehemmt mittels des Rückstrom-Hemmelements 33,
wobei es keinen Stromfluss zurück
zu der Kurzschlussschaltung 32 gibt. Als Ergebnis fährt der
Controller 23 fort zu arbeiten unter der Einwirkung des
Kurzschlusses bzw, der Kurzschlussschaltung 32, die Leistung
in dem Kondensator 34 wird verbraucht, und die Spannung
V32 fällt
ab. Wenn die Spannung V32 abgefallen ist auf einen niedrigeren Grenzwert
(hier im Folgenden bezeichnet als V1) der Eingangsspannung des Konstanten-Spannungs-Elements 36,
setzt die Spannungsüberwachungsschaltung 35 den
Kurzschlusszustand der Kurzschlussschaltung 32 neu und
startet wieder ein Aufladen des Kondensators 34. Die Betriebsspannung,
durch die die Spannungsüberwachungsschaltung 35 ein
Befehlssignal ausgibt, wird hier im Folgenden als eine erste vorbestimmte
Spannung bezeichnet. Des Weiteren wird die Betriebsspannung zum
Freigeben des kurzgeschlossenen Zustands der Kurzschlussschaltung 32 hier
im Folgenden als eine zweite vorbestimmte Spannung bezeichnet.
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Für ein leichtes
Verstehen zeigen 3(a) und (b) eine
Beziehung zwischen einer zeitsequentiellen Variation der Spannung
V32 des Kondensators 34 und dem Betrieb der Kurzschlussschaltung 32. 3(a) zeigt den Fall eines kleinen Primärstroms, wobei
der Anstieg einer Spannungserhöhungsleitung 71 moderat
ist, während
der Anstieg einer Spannungsverringerungsleitung 32 steil
ist. 3(b) zeigt den Fall eines großen Primärstroms,
wobei der Anstieg der Spannungserhöhungslinie steil ist, während der
Anstieg der Spannungsverringerungslinie 34 moderat ist.
In den Zeichnungen kennzeichnen AN oder AUS An- oder Aus-Zustände der
Kurzschlussschaltung. Selbstverständlich ermöglicht eine größere Kapazität des Kondensators 34,
dass eine Periode von An/Aus länger
wird.
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Für ein leichteres
Verständnis
zeigt 4 eine Variation in der Spannungsaufbaurate bei
beiden Anschlüssen
des Kondensators 34 mit Bezug auf den Wert des Primärstroms.
In der Zeichnung kennzeichnet Bezugszeichen 100 eine Charakteristik
der Spannungsaufbaurate des Kondensators 32 unter der Bedingung,
dass die Kurzschlussschaltung 32 nicht betrieben wird.
Das Bezugszeichen 101 kennzeichnet die Rate, unter der
Bedingung, dass die Kurzschlussschaltung 32 betrieben wird.
Jedoch wird in 4 aus Leichtigkeit der Erklärung von
einem Wert des Stroms, der bei dem Controller verbraucht wird, etc.
angenommen, dass er konstant ist. Es sei bemerkt, dass der Primärstrom dieser
Leistungsversorgungseinheit innerhalb eines Bereichs (gekennzeichnet
durch Bezugszeichen 110 in der Zeichnung) arbeiten kann,
in dem die Spannungsaufbaurate des Kondensators Plus ist (positiver
Bereich) unter der Bedingung, dass die Kurzschlussschaltung 32 nicht betrieben
wird (durchgezogene Linie 100 in der Zeichnung), und die
Spannungsaufbaurate des Kondensators 34 ist Minus (negativer
Bereich) unter der Bedingung, dass die Kurzschlussschaltung 32 betrieben
wird (durchgezogene Linie 101).
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In
dieser Leistungsversorgungseinheit kann, wenn ein Wert des Primärstroms
des Stromtransformierers 1 kleiner wird und die Spannung
V32 des Kondensators 34 nicht ansteigen kann, obwohl die Kurzschlussschaltung 32 Aus
ist, eine vorbestimmte Spannung nicht ausgegeben werden in einer
kurzen Zeit, was in einem Stopp des Betriebs resultiert. Zusätzlich kann,
wenn der Primärstrom
größer als
vorausgesehen wird, ein Ansteigen der Spannung V32 selbst dann nicht
gestoppt werden, wenn die Kurzschlussschaltung 32 An ist.
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Der
Betriebsbereich 101 kann wie folgt ausgedrückt werden: (verbrauchter Strom + R1 Umgehungsstrom) > Transformiererausgabestrom > verbrauchter Strom
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Die
Leistungsversorgungseinheit wird betrieben innerhalb dieses Bereichs 101.
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Falls
der Zustand, in dem der Ausgangsstrom von dem Transformierer übersteigt
(verbrauchter Strom + R1 Umgehungsstrom) für eine lange Zeit weitergehen
kann, wird sich die Spannung an beiden Anschlüssen des Kondensators 34 auf
einen extrem hohen Wert erhöhen.
Deshalb, um dies zu verhindern, wird eine Konstante-Spannungs-Diode
Z eingebracht in der Kurzschlussschaltung 32 für den Zweck eines
Umgehens des Stroms und Erhöhen des
verbrauchten Stroms beim Überschreiten
einer Grenzspannung.
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Um
eine Minimumgrenze des Primärstroms niedriger
zu machen, bei dem der Konstante-Spannungs-Regulator 36 eine
vorbestimmte Spannung ausgeben kann, wird es bevorzugt, dass eine
Dimensionierung des Ausgangsstroms von dem Stromtransformierer 1 erhöht wird.
Jedoch sei bemerkt, dass in solch einem Fall, eine Maximalgrenze
des Primärstroms
auch verringert wird. Deshalb ist es wesentlich, einen Wert der
Dimensionierung so auszuwählen,
dass er in der Lage ist, einen Betriebsbereich passend abzudecken.
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Mit
solchen Schaltungen ist es möglich,
eine Leistungsversorgung für
das Detektiergerät,
ein Messinstrument oder ähnliches
sicherzustellen in der Nähe
von verschiedenen elektrischen Geräteeinrichtungen, die zu überwachen
sind, womit es möglich gemacht
wird, eine beträchtliche
Anzahl eines Verlegens des Leistungsversorgungskabels zu reduzieren.
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Ferner
kann, selbst in irgendeinem elektrischen Gerät, wie zum Beispiel einem elektrischen Motor,
bei dem die Stromhöhe
stark variiert, und in dem bei der Startzeit eine große Menge
von Strom fließt,
zwischen mehr bis zehnmal so groß als der in einem normalen
Zustand, eine stabile konstante Spannung erhalten werden.
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Ausführungsform 1
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5 zeigt
eine Anordnung der Leistungsversorgungseinheit gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung.
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In
der vorhergehenden Ausführungsform wird
ein Maximalwert des Primärstroms
bewirkt aufgrund einer Stromkapazität des Elements, das die Kurzschlussschaltung 32 bildet.
Um ferner die Schaltung anzuwenden bis zu einem Bereich eines großen Stroms,
wird deshalb die Kurzschlussschaltung 32 mit parallelen
Kurzschlussschaltungen bereitgestellt, die eine parallele Kurzschlussschaltung 32a bilden (parallel
verbundene Umschaltschaltungen), wie in 5 gezeigt.
Um zu bewirken, dass jede der parallelen Kurzschlussschaltungen 32a sequentiell
arbeiten mit einem Erhöhen
des Primärstroms,
werden eine Vielzahl von Spannungsüberwachungsschaltungen 35 bereitgestellt
und ihre Werte der Spannung V32 zum Ausgeben eines Befehlssignals
werden entsprechend unterschiedlich gemacht. Als Ergebnis kann eine
Abdeckung vergrößert werden.
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In 5 gibt
es Unterschiede von der Ausführungsform
von 2 in dem Aspekt, dass die parallelen Kurzschlussschaltungen 32a verwendet
werden, und dass eine Vielzahl der Spannungsüberwachungsschaltungen 35a,
so viele wie Parallelkurzschlussschaltungen 32a und unterschiedlich
in der Spannung zur Aktivierung voneinander, verwendet werden.
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Ein
Betrieb der ersten Ausführungsform
wird nun beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Jedoch
wird eine weitere Beschreibung der gleichen Teile, wie die der vorhergehenden
Ausführungsform,
weggelassen.
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Wenn
die Spannung des Kondensators 34, der eine gleichgerichtete
Leistung gespeichert hat, sich erhöht und zu einer vorbestimmten
Spannung geht, wird ein Element der parallelen Kurzschlussschaltung 32a kurzgeschlossen.
Die Kurzschlussschaltung wird erstellt über einen Widerstand R1 in Reihe
verbunden mit dem Element. Wenn der Primärstrom sich weiter erhöht, erhöht sich
daher die Spannung V31 der Gleichrichterschaltung 31 und
erreicht wieder einen erlaubten maximalen Grenzwert des Konstanten-Wert-Elements 36.
In 5 werden vor diesem, die anderen Elemente der parallelen Kurzschlussschaltungen 32a zum
Leiten gebracht, und die Spannungsaufbaurate der Spannungen V31 und
V32 wird begrenzt durch Anordnen von Widerständen R1 und R2 parallel zueinander.
Ferner führt eine
Erhöhung
der Anzahl der Kurzschlussschaltungen parallel zueinander zum Ermöglichen,
dass ein breiterer Bereich des Primärstroms angelegt werden kann.
Zusätzlich
ist es nötig,
einen Widerstand zur Zeit der Kurzschlussschaltung so zu setzen,
dass der Wert des parallelen Widerstands während des Betriebs nicht größer ist
als eine Lastimpedanz der Leistungsversorgung.
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Für ein leichtes
Verständnis
zeigt 6 eine Änderung
in der Spannungsaufbaurate bei beiden Anschlüssen des Kondensators 34 mit
Bezug auf einen Wert des Primärstroms.
In der Zeichnung kennzeichnet Bezugszeichen 100 eine Charakteristik
der Spannungsaufbaurate des Kondensators 34, wenn die Kurzschlussschaltung
nicht betrieben wird. Das Bezugszeichen 101 zeigt die Charakteristik,
wenn eine der Kurzschlussschaltungen betrieben wird. Das Bezugszeichen 102 zeigt
die Charakteristik, wenn zwei Kurzschlussschaltungen betrieben werden,
und das Bezugszeichen 103 zeigt die Charakteristik, wenn
drei Kurzschlussschaltungen betrieben werden. Jedoch wird in 6 für eine leichtere
Erklärung angenommen,
dass ein Wert des Stroms, der bei dem Controller, etc. verbraucht
wird, als konstant angenommen wird. Es sei bemerkt, dass der Primärstrom dieser
Leistungsversorgungseinheit innerhalb eines Bereichs (gekennzeichnet
durch Bezugszeichen 100 in der Zeichnung) betrieben werden
kann, indem die Spannungsaufbaurate des Kondensators 34 Plus
ist (Positiver Bereich) unter der Bedingung, dass die parallel Kurzschlussschaltung 32a überhaupt
nicht betrieben wird (durchgezogene Linie 100 in der Zeichnung),
und die Spannungsaufbaurate des Kondensators ist Minus (negativer
Bereich gekennzeichnet durch 110 in der Zeichnung) unter der
Bedingung, dass die Kurzschlussschaltung 32 betrieben wird
(durchgezogene Linie 101, 102, 103).
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Es
ist ein Vorteil dieser ersten Ausführungsform, dass ein geeigneter
Bereich des Primärstroms des
elektrischen Motors oder ähnlichem
vergrößert werden
kann.
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Ausführungsform 2
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7 zeigt
eine andere bevorzugte Ausführungsform
gemäß der Erfindung.
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In
der vorhergehenden ersten Ausführungsform
wird eine Vergrößerung eines
Bereichs des Primärstroms,
der in der Lage ist, eine passende Ausgangsspannung zu erhalten,
erreicht durch Anordnen der Widerstände R1 bis R3 der Kurzschlussschaltungen
parallel zueinander. Alternativ wird es auch bevorzugt, dass beim
Reduzieren des Ausgangsstroms selbst von dem Stromtransformierer 1, während der
Primärstrom
sich erhöht,
sich ein anwendbarer Bereich des Primärstroms sich vergrößert.
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Bezug
nehmend auf 7, wird ein Stromtransformierer 1 so
angeordnet, dass Material und Konfiguration eines Kerns desselben
eine Hysteresecharakteristik einer starken Tendenz zur Saturierung
aufweist (saturierbare Reaktanzspule in der Erfindung). Demgemäß wird,
wenn der Primärstrom klein
ist, wie ein Bereich A, gekennzeichnet in 7(a),
eine Ausgabe von dem Stromtransformierer in den meisten Bereichen
des Leistungsversorgungszyklus erhalten. Indessen tritt, wenn der
Primärstrom
größer wird,
eine magnetische Charakteristik des Stromtransfermierers 1 in
einen saturierten Bereich bei einem Anfangspunkt von jedem Zyklus ein.
Ein Bereich B, wo es im Wesentlichen keine Leistungsversorgung an
den Kondensator 34 gibt, erhöht sich daher, und daher erhöht sich
dann der sekundäre Ausgangsstrom
nicht im Wesentlichen, womit es möglich wird, eine Überspannung
in dem Bereich des großen
Primärstroms
zu verhindern.
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Ein
Vorteil eines Verwendens des Stromtransformierers, der die in 7 gezeigte
Charakteristik aufweist, liegt darin, dass selbst wenn eine Leistungsversorgung
erhalten wird von irgendeinem elektrischen Gerät, wie zum Beispiel einem elektrischen Motor
mit einem großen
Bereich einer Variation im Stromwert, eine stabile Spannung erhalten
werden kann mit Bezug auf den breiten Bereich einer Variation im
Stromwert.
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8 offenbart
ein weiteres neues Merkmal, das sich auf eine Nicht-Kontakt-Leistungsversorgungseinheit
bezieht.
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In
einer tatsächlichen
Fabrik ist es möglich, dass
ein Isolierungszusammenbruchunfall auftreten kann in dem Stromtransformierer 1,
aufgrund eines Brechens bei der sekundären Wicklung bzw. Verdrahtung
des Stromtransformierers 1. Deshalb ist es manchmal erwünscht, um
solche ein Problem zu verhindern, einen Schutzwiderstand 1C an
einem Ausgangsanschluss der sekundären Wicklung, wie in 8 gezeigt,
zu verbinden.
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In
diesem Fall wird, in der Gesamt-Wellen-Gleichrichterschaltung 31 gemäß der in 2 gezeigten
vorhergehenden Ausführungsform,
wenn der Primärstrom
des elektrischen Motors klein ist, die Spannung V31 nach einem Gleichrichten
klein werden. Unter Betrachtung eines Vorwärtsspannungsabfalls in dem
Rückstrom-Hemm-Element 33,
wird das Konstante-Spannungs-Element 36 nicht gespeist
mit einer ausreichenden Spannung, wobei es unmöglich gemacht wird, eine konstante
Zielspannung zu erhalten.
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Um
mit solch einem Problem fertig zu werden, wird es bevorzugt, dass
die Gleichrichterschaltung eine Gleichrichterschaltung umfasst,
die in der Lage ist, eine hohe Spannung zu erhalten, wie zum Beispiel
einen Spannungsmultipliziergleichrichter 31a, Spannungsverdreifacher-Gleichrichter
oder Cockcroft-Walton-Typ-Gleichrichter.
Jede dieser Gleichrichterschaltungen sind gut bekannt und deshalb
wird eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen. In 8 kennzeichnet
das Bezugszeichen 31a den Fall eines Verwendens eines Spannungs-Multiplizier-Gleichrichters.
Teile, die nicht die Gleichrichterschaltung betreffen, sind von
der gleichen Anordnung, wie diese in 2.
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In
der Schaltung von 8 kann der Bereich des Primärstroms
des elektrischen Motors, der in der Lage ist, eine Zielspannung
zu erhalten, vergrößert werden
auf einen Bereich eines kleineren Stroms.