NL8202666A - Netspanningsdiscriminatieinrichting. - Google Patents

Description

* .,, * V

ΗίΝ 10.396 1 N.V. Philips' Gloeilairpenfahrieken te Eindhoven.

Netspanningsdiscr imnatieinr ichting.

De uitvinding heeft betrekking op een netspanningsdiscrimi-natieinrichting voor het onderscheidenlijk aanpassen van een gebruiker aan een lager of een hoger wisselspanningsbereik, omvattende een weerstand met positieve tanperatuurscoëfficiënt met daarmede in serie 5 geschakeld een spanningsafhankelijke weerstand die zodanig is bemeten en aangebracht, dat zijn weerstandswaarde in het hoger wisselspanningsbereik lager is dan in het lager wisselspanningsbereik.

Een dergelijke inrichting is bekend uit de tervisiegelegde Duitse octrooiaanvrage nummer 2838716 en kan bijvoorbeeld gebruikt 10 worden cm een wisselstrocmnotar, in het bijzonder van een scheer- apparaat, automatisch aan te passen aan netspanningen van bijvoorbeeld 110 of 220 Volt, wanneer die optreden.

Bij deze bekende inrichting is de weerstand met positieve temperatuurs-coëfficiënt in serie met de motor tussen de netspanningsingang 16 aangesloten. Parallel aan die weerstand met positieve teuperatuurs-coëfficiënt is een voorschakelirnpedantie in het bijzonder een capaciteit aangebracht. Voor een lage netspanning van 110 Volt is de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt laagohmig en staat de wLsselstrocmmotor parallel aan de netspanningsingang 20 geschakeld. Voor een hogere wisselspanning van 220 Volt gaat de motor meer stroom trékken, waardoor tengevolge van de eigen dissipatie de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt warm wordt en de impedantie van die weerstand zal toenemen waardoor de capaciteit in serie met de motor komt te staan ei aldus een deel 25 van de hogere wisselspanning van 220 Volt opneemt. Teneinde de stroom die door de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt gaat vloeien bij een wisselspanning van 220 Volt minder afhankelijk te maken van de door de motor bij die spanning opgenomen stroom is parallel aan de motor, en dus in serie met de weerstand met 30 positieve tenperatuurscoëfficiënt, een spanningsafhankelijke weerstand geschakeld met een overgangsspanning die zodanig is dat deze spanningsafhankelijke weerstand laagohmig wordt bij een ingangsspanning van 220 Volt zodat er additioneel een stroom gaat i 8202666 i ‘ t EHN 10.396 2 vloeien door de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt waardoor deze wam wordt ongeacht de werkelijke stroomafname van de motor.

Wanneer er rekening gehouden wordt met de spreiding 5 op voedingsspanningen van 110 en 220 Volt van + of -10%, een verhoging van de stroom door de condensator van 20% wanneer de netfrequentie 60 Hz is in plaats van 50 Hz, waarbij bij 120 Volt zowel 50 als 60 Hz voorkomt en bij 220 Volt uitsluitend 50 Hz vóórkant, en dat de spreiding van de condensator 10% bedraagt, 10 dan moet de PTC schakelen tussen de grenzen 168 Volt en 176 Volt. Wanneer ook nog rekening wordt gehouden met de spreiding van de weerstand met positieve temperatuurscoëff iciënt en de invloed van de angevingstenperatuur dan blijkt dat een goede werking in de praktijk met een PTC-weerstand niet te garanderen is. Bovendien zou 15 bij gebruik van een op een dergelijk eng spanningsbereik afgestelde weerstand roet positieve temperatuurscoëff iciënt de schakeltijd zeer lang worden.

De uitvinding beoogt een netspanningsdiscriminatieinrichting van het in de aanhef genoemde type aan te geven waarbij omschakeling 20 binnen redelijke schakeltijden tussen genoemde grenzen wel mogelijk is. De uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat de weerstand met positieve temperatuurscoëff iciënt en de spanningsafharikelijke weerstand zodanig bemeten zijn, dat de spanningsafhankelijke weerstand in het hoger wisselspanningsbereik althans aanvankelijk 25 meer energie dissipeert dan de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt en dat beide weerstanden in eng thermisch contact met elkaar staan, zodat de temperatuur van de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt aanvankelijk voornamelijk door de dissipatie van de spanningsafhankelijke weerstand bepaald 30 wordt.

Wanneer de netspanning nu 220 Volt in plaats van 110 Volt wordt, wordt de spanningsafhankelijke weerstand laagohmig en warmt zichzelf op. Tengevolge van de thermische koppeling wordt daardoor ook de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt warm.

35 De weerstandswaarde van deze weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt neemt daarbij toe en begrenst de stroom door de spanningsafhankelijke weerstand. Door de toename van de weerstandswaarde kan de dissipatie van de weerstand met positieve 8202666 * < * ΕΉΝ 10.396 3 temperatuurscoëfficiënt toenemen zodat in de eindtoestand de spanningsafhankelijke weerstand weinig dissipeert en de weerstand met positieve temperatuurscoëfficiënt voornamelijk tengevolge van de eigen dissipatie warm blijft, het een en ander afhankelijk van 5 de ddmensionering van de schakeling. De serieschakeling van beide weerstanden blijft dan ingesteld staan op een punt bij een zekere temperatuur. Op deze manier wordt de netspanning gediscrimineerd door de spanningsafhankelijke weerstand zelf, die een veel nauwkeuriger amschakelpunt heeft dan de geleidelijk cmschakelende 10 weerstand met positieve tertperatuurscoëff iciënt. De weerstand met positieve temperatuurscoëfficiënt begrenst de stroom door de spanningsafhankelijke weerstand zodat deze niet vernietigd wordt.

Ook het probleem van de invloed van de omgevingstenperatimr op de weerstand met positieve temperatuurscoëfficiënt, welke invloed 15 weliswaar blijft bestaan, maar doordat de spanningsafhankelijke weerstand een relatief groot vermogen opneemt bijvoorbeeld enkele tientallen Watts, is dit van geen invloed meer qp het omschakelpunt.

Immers, bij de inrichting volgens de uitvinding wordt gediscrimineerd bij een spanning die bepaald wordt door de cmschakelspanning van 20 de spanningsafhankelijke weerstand en niet bij een bepaalde temperatuur. Bij de tekende inrichting wordt gediscrimineerd bij een bepaalde temperatuur van de weerstand met positieve temperatuurscoëfficiënt, dus niet bij een bepaalde spanning, welke temperatuur veroorzaakt wordt door een sparmingstoename boven een bepaalde grens.

25 Een eerste uitvoeringsvorm van een netspanningsdiscrimi- natieinrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat parallel aan de spanningsafhankelijke weerstand en in serie met de weerstand met positieve temperatuurscoëfficiënt een eerste voorschakelimpedantie is qpgencmen, dat parallel aan de serieschakeling 30 van de spanningsafhankelijke weerstand en de eerste voorschakel-impedantie een tweede voorschakelimpedantie is opgenomen en dat de gebruiker in serie is geschakeld met deze parallelschakeling.

Bij deze uitvoering zorgt de weerstand met positieve temperatuurscoëfficiënt zelf voor het omschakelen van de gebruiker.

35 Immers, wanneer de weerstand met positieve temperatuurscoëfficiënt koud is staan beide voorschakelimpedanties parallel in serie met de motor en wanneer de weerstand met de positieve temperatuurscoëfficiënt warm is is alleen de tweede voorschakelimpedantie 8202666

J

EHN 10.396 4 in serie met de motor geschakeld waardoor dus bij een hogere spanning een hogere, voorschakelimpedantie aanvrezig is.

Een tweede uitvoeringsvorm van een netspanningsdis-criminatieinrichting volgens de uitvinding, kan warden gekenmerkt, 5 doordat een thermisch aansprekende schakelaar in eng thermisch contact met de spanningsafhankelijke weerstand is aangebracht cm de gebruiker cm te schakelen van het een naar het andere wissel-spanningsbereik.

Bij deze netspanningsdiscriminatieinrichting wordt de 10 gebruiker omgeschakeld door middel van een schakelaar die aanspreekt op het warm worden van de spanningsafhankelijke weerstand en de weerstand met positieve temperatuurscoëfficïënt waarbij die weerstand met positieve temperatuurscoëff iciënt in dat geval uitsluitend als begrenzer voor de stroom door de spanningsafhankelijke 15 weerstand functioneert, en als dissiperend element in de stationaire toestand na omschakeling.

Deze netspanningsdiscriminatieinrichting kan nader worden gekenmerkt, doordat de serieschakeling van de spanningsafhankelijke weerstand en de weerstand met positieve 20 temper atuurscoëff iciënt parallel aan een netspanningsingang zijn aangebracht.

Een verder kenmerk van deze uitvoeringsvorm is, dat de thermisch aansprekende schakelaar met een bi-metaal is uitgerust.

De voorkeursuitvoeringsvorm van deze laatste netspannings-25 discriminatieinrichting kan verder worden gekenmerkt, doordat de spanningsafhankelijke weerstand en de weerstand met positieve temper atuurscoëff iciënt ter weerszijde van een metalen drager zijn aan aangebracht, welke drager is voorzien van een bi-metaal.

Een verder kenmerk van een netspanningsdiscriminatie-30 inrichting volgens de uitvinding is, dat de spanningsafhankelijke weerstand bestaat uit een element, in het bijzonder een zenerdiode die boven een bepaalde spanning sterk geleidend wordt, in serie met een dissipatieweerstand, welke dissipatieweerstand thermisch gekoppeld is met de veerstand met positieve temperatuurscoëf f iciënt.

35 De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van een netspanningsdiscriminatieinrichting volgens de uitvinding, 8202666 ' . t PHN 10.396 5 waarbij de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt zelf de gebruiker aan het netspanningsbereik aanpast, toont, figuur 2 een inrichting waarin een spanningsafhankelijke weerstand net een weerstand net positieve tenperatuurscoëff iciënt 5 in thermisch eng contact zijn samengevoegd ten behoeve van de inrichting volgens figuur 1, toont, f iguur 3 een uitvoeringsvorm van een netspannings-discriminatieinrichting volgens de uitvinding, waarin de netspan-ningsdiscriminatieinrichting via een schakelaar de gebruiker aanpast, 10 toont, figuur 4 een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding met een transformator met midden aftakking toont, figuur 5 de thermische samenschakeling van een weerstand 15 met positieve tariper atuurscoëfficiënt, een spanningsafhankelijke weerstand en een bi-metaal toont ten behoeve van de schakeling volgens figuur 3 en 4, en figuur 6 een uitvoeringsvorm van een spanningsafhankelijke weerstand ten behoeve van de inrichting volgens 20 figuur 1, 3 of 4 toont.

Figuur 1 toont een uitvoeringsvorm van een netspanningsdiscriminatieinrichting volgens de uitvinding in het bijzonder voer het aanpassen van een wisselstroamgebruiker met een relatief klein opgenanen vermogen, zoals een scheer-25 apparaat. De inrichting omvat een spanningsafhankelijke weerstand 1 die in serie is geschakeld met een weerstand met positieve temperatuurscoëfficiënt 2. Parallel aan de spanningsafhankelijke weerstand 1 is een voorschakelcandensatar 3 aangebracht.

Parallel aan de serieschakeling van de voorschakelcondensator 3 en 30 de weerstand met positieve temperatuurscoëff iciënt 2 is een voorschakelcondensator 4 aangebracht. Dit geheel is in serie met een gelij kr ichtdiodebrug 5 aangebracht tassen de aansluitingen 6 en 7 voer een ingangswisselspanning. De uitgang van de diodegelij krichttamg 5 is verbonden met een motor 8.

35 Parallel aan de motor 8 is een afvlakcondensator 10 en een spanningsstabilisatiezenerdiode 9 aangebracht. Zoals met stippellijnen is aangegeven in figuur 1 is de spanningsafhankelijke weerstand 1 thermisch gekoppeld met de weerstand net 8202666 * 1 ~ EHN 10.396 6 positieve tenperatuurscoëfficiënt 2. Bij een ingangsspanning van ongeveer 120 Volt is de spamingsafhankelij ke weerstand hoogohmig en wordt niet warm, de waarde van de weerstand met positieve temperatuurscoëff iciënt 2 is zo gekozen dat deze nooit uit 5 zichzelf wam wordt. Is de spanningsafhankelijke weerstand hoog-obmig en de weerstand met positieve temperatuurscoëff iciënt dus laagobmig, dan staan de condensatoren 3 en 4 parallel in serie met de gebruiker geschakeld en nemen aldus een deel van de aan ingang 6 en 7 aangeboden wisselspanning op.

10 De spanningsafhankelijke weerstand is zodanig gekozen dat wanneer de voedingsspanning aan ingangen 6 en 7 hoger dan 170 Volt wordt de weerstand van de spanningsafhankelijke weerstand veel kleiner wordt en de spanningsafhankelijke weerstand zichzelf opwarmt en warmte afgeeft aan de weerstand met positieve 15 tenperatuurscoëfficiënt. Deze weerstand met positieve temperatuurs-coëfficiënt bereikt dan snel de temperatuur waarbij zijn weerstands-waarde sterk toeneemt en daardoor de stroom door de spanningsafhankelijke weerstand begrenst. Tengevolge van de begrenzing van de stroom neemt de dissipatie in de spanningsafhankelijke 20 weerstand af. De verhoogde weerstandswaarde van de weerstand met positieve temperatuurscoëfficiënt zorgt echter voor een verhoging van de dissipatie in die weerstand met positieve tenperatuurscoëff iciënt zodat die warm blijft. Doordat bij die hogere inganswisselspanning de weerstandswaarde van de weerstand 25 met positieve tenperatuurscoëfficiënt 2 hoog is geworden, is bij die ingangswisselspanning alleen condensator 4 in serie met de gebruiker geschakeld. Dus bij de hogere ingangswisselspanning is een hogere impedantie in serie met de gebruiker geschakeld en wordt een groter deel van de ingangswisselspanning door de 30 voorschakelimpedantie cpgenomen. De stroom door de spanningsafhankelijke weerstand en de stroom door condensator 3 zijn 90° in fase verschoven. Daardoor heeft de extra stroom door de spanningsafhankelijke weerstand 1 slechts een geringe invloed op de totale stroom door de schakeling. Een goede dimensicnering 35 van de diverse onderdelen staat toe dat de schakeltijd tot enkele seconden beperkt wordt. Een korte schakeltijd is noodzakelijk omdat de hogere beginstrocm een hogere dissipatie in zenerdiode 9 veroorzaakt welke hogere dissipatie door de 8202666 PHN 10.396 7 warmtecapaciteit van die zenerdiode moet woeden opgevangen.

Figuur 2 toont de spanningsafhankelijke weerstand 1 en de weerstand met positieve temperatuurscoëff iciënt 2 uit de schakeling van figuur 1 in eng thermisch contact samengebracht.

5 Beide weerstanden 1 en 2 zijn pilvormig uitgevoerd en aan hun uiteinde voorzien van metalen ccntactvlakken. Zij zijn ter weerszijde van een metalen lichaam 11 aangebracht en worden daarop met verende elanenten 13 en 14 gedrukt geheuden. Het lichaam 11 en de verende elementen 13 en 14 zijn via een bodenplaat 17 doorgeit) voerd naar aansluitpennen 12, 15 respectievelijk 16. Het geheel · is angeven door een behuizing 18.

Figuur 3 toont een uitvoeringsvorm van een netspannings-discriminatieinrichting volgens de uitvinding, waarbij in tegenstelling tot bij de inrichting volgens figuur 1de weerstand 15 met positieve tenperatuurscoëfficiënt 2 niet zelf de gebruiker cmschakelt. De spanningsafhankelijke weerstand 1 en de weerstand met positieve terrperatuurscoëfficiënt 2 zijn in serie tussen de aansluitklemmen 6 en 7 voor de ingangswisselspanning aangebracht. Tussen die wisselspanningsaansluitklemmen functioneren ze op 20 dezelfde wijze als in de schakeling volgens figuur 1, zij het dan dat hun weerstandswaarde en de spanningswaarde waarbij de spanningsafhankelijke weerstand gaat geleiden aan deze situatie zijn aangepast. Bij een ingangswisselspanning van groter dan 170 Volt zal de spanningsafhankelijke weerstand 1 gaan geleiden 25 waardoor de spanningsafhankelijke weerstand wam zal warden. Tengevolge van de thermische koppeling met de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt 2 zal ook deze wam warden en de stroom door de spanningsafhankelijke weerstand begrenzen. Teneinde de netspanningsdiscriminatie te benutten, is een schakelaar 30 19 aangebracht die reageert op het wam worden van de spanningsafhankelijke weerstand 1 of de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt 2 hetgeen symbolisch met een stippellijn is aangegeven In de figuur 3. Zoals in figuur 3 getoond kan dit benut worden door met schakelaar 19 de voorschakelcondensator 3 35 parallel aan de voorschakelcondensator 4 te schakelen. Verder is de schakeling geheel in overeenstemming met die volgens figuur 1. Voor spanningen beneden de 170 Volt blijft de spanningsafhankelijke weerstand 1 koud en is condensator 4 parallel aan condensator 3 8202666 EHN 10.396 8 geschakeld in serie met de gebruiker. Voor spanningen hoger dan 170 Volt wordt condensator 3 door middel van schakelaar 19 af geschakeld ai is uitsluitend condensator 4 in serie met de gebruiker geschakeld.

In plaats van het af schakelen van een parallele 5 voorschakelimpedantie zoals in de inrichting volgens figuur 3 is het natuurlijk ook mogelijk cm op ccmnando van de netspannings-diseximinatie met de spanningsafhankelijke weerstand 1 en de weerstand met positieve terrperatuurscoëfficiënt 2 een voorschakel-impedantie kart te sluiten in het lage wisselspanningsbereik en 10 deze door het opheffen van die kortsluiting in te schakelen bij de ingangsspanningen groter dan 170 Volt.

Figuur 4 toont een andere uitvoeringsvorm waarin de netspanningsdiscriminatieinrichting volgens de uitvinding wordt toegespast. Deze hestaat evenals bij de schakeling volgens figuur 3 15 uit een spanningsafhankelijke weerstand 1 die in serie net een weerstand 2 met positieve tenperatuurscoëfficiënt is opgenanen tussen de vcedingsaansluitklerrinen 6 en 7. Thermisch daarmee gekoppeld is een schakelaar 19. In afwijking van de bij de schakeling volgens figuur 3 wordt bij de schakeling volgens 20 figuur 4 met behulp van schakelaar 19 een keuze gemaakt uit twee secundaire aansluitingen 20 en 21 van een netspanningstrans-formator 22. De stand van schakelaar 19 bepaalt dus welke van de aftakkingen 20 en 21 naar de uitgangen 23, 24 van de schakeling volgens figuur 4 voert. Bij een juiste dimensionerihg van de 25 diverse componenten is dan de spanning aan uitgangen 23, 24 bij eett'ingangswisselspanning van 120 Volt gelijk aan de spanning aan die uitgang bij een ingangswisselspanning van 220 Volt.

Voor de schakelaar 19 in de figuren 3 en 4 kan bij voorkeur een bi-metaalschakelaar gekozen warden. Figuur 5 30 toont in dat geval de samenschakeling van de spanningsafhankelijke weerstand 1 en de weerstand met positieve temperatuurscoëff iciënt 2 volgens figuur 2 uitgevoerd met een bi-metaal. Hiertoe is het metalen lichaam 11 tussen de beide weerstanden voorzien van een strip bestaande uit bi-metaal 25. Deze bi-metalen strip 25 35 is aangebracht tussen twee contacten 26 en 27 die uitgevoerd zijn naar aansluitpennen 28 respectievelijk 29. Hierdoor is afhankelijk van de temperatuur van de spanningsafhankelijke weerstand het contact 12 dat met de metalen middenplaat 11 is verbanden, 8202666 • " PHN 10.396 9 verbonden met aansluitpen 28 of 29.

in figuur 5 is de inrichting weergegeven net een bi-metaal-schakelaar die als wisselschakelaar is uitgevoerd met een moeder-ccntact 12 en twee secundaire contacten 28 en 29. Deze kan natuurlijk 5 ook als maak-of verbreekschakelaar vonden uitgevoerd.

Figuur 6 toont een manier cm een spanningsafhankelijke weerstand te maken met behulp van een zenerdiode 30. Deze zenerdiode 30 is in serie met een diode 31 geschakeld cm de stroomrichting in de andere richting dan de richting waarin de zeneridode 30 10 zenert te blokkeren. Omdat een zenerdiode bij doorlaat een zeer lage impedantie vertoont is een veerstand 32 in deze serieschakeling cpgencmen. Gaat zenerdiode 30 geleiden, dan wordt de weerstands-waarde van de serieschakeling bepaalt door veerstand 32.

15 20 25 30 1 8202666

Claims (7)

1. Netspanningsdiscriminatieinrichting voor het onderscheidenlijk aanpassen van een gebruiker aan een lager of een hoger wisselspanningsbereik, omvattende een weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt met daarmede in serie geschakeld een spanningsafhankelijke weerstand, 5 die zodanig is bemeten en aangebracht, dat zijn weerstandswaarde in het hoger wisselspanningsbereik lager is dan in het lager wissel-spanningsbereüc, met het kenmerk, dat de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt en de spanningsafhankelijke weerstand zodanig bemeten zijn, dat de spanningsafhankelijke weerstand in het hoger 10 wisselspanningsbereik althans aanvankelijk meer energie dissipeert dan de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt en dat beide weerstanden in eng thermisch contact met elkaar staan, zodat de temperatuur van de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt aanvankelijk voornamelijk door de dissipatie van de spanningsafhankelijke 15 weerstand bepaald wordt.

2. Netspanningsdiscriminatieinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat parallel aan de spanningsafhankelijke weerstand en in serie met de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt een eerste voorschakelinpedantie is opgenomen, dat parallel aan de 20 serieschakeling van de spaningsafhankelijke weerstand en de eerste voorschakelinpedantie een tweede voorschakelinpedantie is opgenomen en dat de gebruiker in serie is geschakeld met deze parallelschakeling.

3. Netspanningsdiscriminatieinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een thermisch aansprekende schakelaar in eng 25 thermisch contact met de spanningsafhankelijke weerstand is aangebracht cm de gebruiker om te schakelen van het een naar het ander wisselspanningsbereik.

4. Netspanningsdiscriminatieinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de serieschakeling van de spanningsafhankelijke 30 weerstand en de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt parallel aan een netspanningsingang zijn aangebracht.

5. Netspanningsdiscriminatieinrichting volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de thermisch aansprekende schakelaar met een bi-metaal is uitgerust.

6. Netspanningsdiscriminatieinrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de spanningsafhankelijke weerstand en de weerstand met positieve tenperatuurscoëfficiënt ter weerszijde van een metalen drager zijn aangebracht, welke drager is voorzien van 8202668 Λ ^ ΡΗΝ 10.396 11 het bi-metaal.

7. Inrichting volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de spanningsafhankelijke weerstand bestaat uit een element, in het bijzonder een zenerdiode, dat 5 boven een bepaalde spanning sterk geleidend wordt in serie net een weerstand. 10 15 20 25 30 35 8202666