AT231011B - Differenzspannungsregeleinrichtung - Google Patents

Description

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  Diff erenzspannungsre geleinrichtung 
In der österr. Patentschrift Nr. 202653 ist ein Verfahren beschrieben, mittels welchem die Speise- spannung für besonders schwankungsempfindliche Verbraucher konstantgehalten werden kann. Diese Ver- braucher werden von einem nicht näher beschriebenen   Bereitschaftsgleichrichter,   der mit einer statio- nären Batterie in Verbindung steht, mit einer konstanten Spannung betrieben. 



   Im Normalbetrieb, bei vorhandener Netzspannung, wird die Spannungskonstanz des Bereitschafts- gleichrichters voll ausreichen, um ein einwandfreies Arbeiten der Verbraucher zu gewährleisten. Kommt es jedoch zu einem Ausfall der Netzspannung, so wird die Batteriespannung wesentlich kleiner als die erlaubte Verbraucherspannung werden, während nach der Netzwiederkehr, sofern der Gleichrichter mit einer Überregelungseinrichtung ausgerüstet ist, die eine raschere Volladung der Batterie bezweckt, die
Batteriespannung vorübergehend auf ein weit höheres Niveau gebracht wird. 



   Das oben genannte Verfahren hält mittels eines elektronisch geregelten motorgetriebenen Genera- tors, dessen Spannung sich entweder addieren oder subtrahieren kann, die Verbraucherspannung konti- nuierlich konstant. Der Motor wird von der Batterie gespeist und wird im. Bedarfsfalle, d. h. bei Unter- oder Überspannung, eingeschaltet. 



   Diese Anordnung kann jedoch nur für grössere Leistungen verwendet werden, wenn deren Wirkungsgrad nicht zu ungünstig und der relative Aufwand nicht zu gross werden soll. 



   Die erfindungsgemässe Anordnung betrifft eine ähnliche Einrichtung, wobei als Zusatzspannung eine stufenlos geregelte Differenzspannung erzeugt wird und verwendet erfindungsgemäss ausschliesslich Halbleiter. Sie eignet sich für kleine bis mittlere Leistungen. In Fig. 1 ist die Grundschaltung dargestellt. 



  Fig. 2 zeigt ein Schaltbild des Reglers. Der Bereitschaftsgleichrichter 5 hält die Spannung   derBatterie7   konstant. 3 und 4 sind die   Verbraucherklemmen. Der   negative Pol der Batterie führt über den Differenzspannungsregler 6 zur negativen Verbraucherklemme 4. Innerhalb des Differenzspannungsreglers wird die Differenzspannung gegen den Sollwert gebildet, die zwischen einem positiven und negativen Maximum jeden Zwischenwert annehmen kann. Diese Differenzspannung wird vorzeichengerecht zur Batteriespannung hinzugefügt. 



   Die Erzeugung dieser Differenzspannung kann auf zwei Arten erfolgen. Ein von der Batterie gespeister ungeregelter Transistor-Wechselrichter erzeugt eine Rechteckspannung mittels eines Wechselrichtertransformators, dessen Sekundärseite über einen zeitflächengesteuerten Transduktor mit einem Gleichrichter in Verbindung steht, der dann die Differenzspannung bildet. Die Steuerwicklung des Transduktors kann in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung mittels eines Regelgerätes entsprechend beaufschlagt werden. 



   Die zweite Art, deren Schaltung in Fig. 2 abgebildet ist, erreicht mit kleinerem Aufwand einen noch günstigeren Wirkungsgrad, da der Transduktor entfällt. Als Regelorgan dient der Wechselrichter selbst, der entsprechend der Verbraucherspannung keine, schmälere oder breitere, Impulse abgibt. 



   In Fig. 4 a-d ist die Kurvenform der Impulsspannung eines der Leistungstransistoren 19, 20 ersichtlich, u. zw. in 4 a ohne Aussteuerung, in 4 b mit kleiner, in 4 c mit mittlerer und in 4 d mit voller Aussteuerung. 



   Das Regelgerät 28 (Fig. 2) liefert in noch zu beschreibender Weise mittels der Transformatoren 11, 12 gegenphasige Steuerimpulse variabler Breite an die Basen der Leistungstransistoren 19, 20, die als Schalttransistoren arbeiten und entweder voll leitend oder voll gesperrt sind. An der Sekundärseite des Wechsel- 

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 richtertransformators 13 treten diese Impulse zufolge seines   Übersetzungsverhältnisses   in entsprechend ver- kleinerter Amplitude auf und werden durch den Doppelweggleichrichter 27 gleichgerichtet und durch die
Siebdrossel 14 und den Kondensator 16 geglättet. Das   Schlitz   17 ist im Normalbetrieb und bei Unter- spannung abgefallen und überbrückt dabei die Halbleitergegenzellen 18. Zur Steuerung dieses Schützes kann ein nicht näher gezeichneter Spannungswächter herangezogen werden.

   Der Kondensator 23 ver- hindert in Verbindung mit den Ventilen 21,22 und dem Entladewiderstand   204   das Auftreten von Span- nungspitzen am Wechselrichtertransformator 13. Zur Reduzierung des Wechselstrominnenwiderstandes der
Stromversorgungseinrichtung ist ein. Kondensator 26 vorgesehen. 



   Die Drossel 15 ist eine Dreischenkeldrossel, deren Mittelschenkel vom Verbraucherstrom durchflossen wird und die für die Strombegrenzung dient. 



   Bei Batterieüberspannung wird das Schütz 17 zum Ansprechen gebracht, wodurch die Gegenzellen 18 in den Verbraucherkreis geschaltet werden und dadurch das Niveau der Verbraucherspannung um einen nahezu konstanten Wert gesenkt wird. Die Differenz auf das Normalniveau wird hierauf vom Wechselrichter geliefert. Gleichzeitig mit dem Einschalten der Gegenzellen ist der Grundlastwiderstand 25 zur
Verbraucherseite parallelgeschaltet worden, um eine allfällige   Leerlaufüberhöhung   zu verhindern. 



   Die Schaltung des Regelgerätes ist in Fig. 3 dargestellt. Das Regelgerät soll die Breiteseiner Ausgangsimpulse, welche die Grösse der Zusatz-Differenzspannung bestimmt, so dosieren, dass die Verbraucherspannung als Summe von Batteriespannung und Zusatz-Differenzspannung konstant bleibt. Oberhalb einer bestimmten Verbraucherstromgrenze soll die Aussteuerung der Leistungstransistoren aufhören, um diese vor Überlastungen zu schützen, so dass die Verbraucherspannung während der Dauer der Überlast auf den Wert der Batteriespannung zurückgehen kann. Das Spannungsniveau der Verbraucherspannung kann am Potentiometer 36 eingestellt werden. Es soll etwas tiefer als das Normalspannungsniveau liegen, so dass der Wechselrichter bei Normalbetrieb nicht arbeitet.

   Der NTC-Widerstand 37 dient zur Temperaturkompensation des Transistors 42, dessen Basis die Differenzspannung aus einer durch die Zenerdiode 38 gebildeten Referenzspannung und dem vorhandenen Istwert   erhält,   Die Zenerspannung dient gleichzeitig zur Speisung eines Gegentaktoszillators, der eine möglichst oberwellenfreie Spannung abgeben soll und der die Frequenz des Wechselrichters bestimmt. Er besteht im wesentlichen aus dem Transformator   41   und den beiden Transistoren 39,40. Die Sekundärseite des Transformators 41 hat je nach der Kollektorspannung des Transistors 43 verschiedene Spannungen gegen den negativen Pol der Referenzspannung. 



  Dementsprechend verschieden sind auch die Leitzeiten der Transistoren 44 und 45, die bei zu kleinem Istwert klein, entsprechend Fig, 4d, und bei zu grossem Istwert gross, entsprechend Fig. 4b, oder auch dauernd leitend   nach Fig. 4a   sind. Die Kollektoren der Transistoren 44,45 sind über   die Zenerdioden 58, 59,   deren Zenerspannung grösser als die der Zenerdioden 38 sein muss, an die   Verstärkertransistoren46, 47   gekoppelt, die ihrerseits die Ausgangstransistoren 48,49 steuern. Die Ausgangsimpulse gelangen über die Klemmen 34,35 zu den Steuertransformatoren 11,12 für die Leistungstransistoren. 



   Die in Serie geschalteten Aussenschenkel der Drossel 15 für die Strombegrenzung sind an die Klemmen 32, 33 des Regelgerätes geführt, zwischen denen die stromabhängige Impedanz der Drossel wirksam ist. Vermöge der Widerstände 53,54 verkleinert sich die Spannung an den Klemmen 32, 33 mit zunehmendem Verbraucherstrom. Demgemäss wird auch die mittels der Ventile 56,57 gebildete und vom Kondensator 55 geglättete Gleichspannung kleiner, so dass der Schleifer des Strombegrenzungspotentiometers, das mit dem Widerstand 60 einen Spannungsteiler bildet, weniger positiv gegen die Klemme 29 wird. Bei genügend grossem Verbraucherstrom wird schliesslich der Transistor 50 leitend und veranlasst über das Ventil 51 eine Verkleinerung der Differenzspannung, die bei noch grösseren Strömen zu Null wird.

   Nach einer entsprechenden Verminderung der Last arbeitet der Differenzspannungsregler wieder spannungskonstant. Das Niveau der Strombegrenzung kann durch Verstellen des Schleifers 52 eingestellt werden. 



   Einer der Hauptvorteile dieser Anordnung ist ihr guter Wirkungsgrad auch bei kleiner Belastung, so dass eine Vergrösserung der Batteriekapazität in den meisten Fällen unterbleiben kann. 



   Die wichtigsten Anwendungsmöglichkeiten sind Stromversorgungseinrichtungen für Telephonie, Telegraphie, Fernsteuer- und Fernmesseinrichtungen, Gefahrmeldungen   u. a.   

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Differenzspannungsregeleinrichtung, bei welcher ein aus einer Pufferbatterie gespeister Wechselrichter vorhanden ist, der bei Batteriespannungsrückgang in Betrieb gesetzt wird, so dass die gleichgerichtete Sekundärspannung des Wechselrichtertransformators (13) die zur Batteriespannung zu addie- <Desc/Clms Page number 3> rende Sekundärspannung ergibt, wobei eine Batteriespannungserhöhung dadurch ausgeglichen wird, dass durch Ansprechen eines Schützes (17) bisher kurzgeschlossene Gegenzellen in Serie zu den Verbrauchern geschaltet werden und gleichzeitig ein Grundlastwiderstand (25) parallel zu den Verbrauchern gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungstransistoren (19,20) des Wechselrichters über Impulstransformatoren (11, 12) von einem Regelgerät (18)

   in Abhängigkeit vom konstant zu haltenden Istwert der Verbraucherspannung zeitflächengesteuert werden.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1 zur Begrenzung der Umschaltspitzen des Wechselrichters, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektoren der Leistungstransistoren (21,22) mit der Kathode je eines der Ventile (21, 22) verbunden sind, deren gemeinsame Anoden einerseits über den Entladewiderstand (24) an den negativen Pol und anderseits über den Speicherkondensator (23) zum positiven Pol der Batterie führen.

   3. Regelgerät für den Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzspannung aus einer mittels der Zenerdiode (38) gebildeten Referenzspannung und der konstant zu haltenden Spannung, die zwischen dem Schleifer des Spannungsniveaupotentiometers (36) und dem positiven Batteriepol (29) auftritt, an die Basis eines Verstärkertransistors (42) gelangt, wobei ein NTC-Widerstand (37) zur Temperaturkompensation dient, so dass am Kollektor dieses Transistors verstärkte Spannungsänderungen auftreten, wobei ein nachfolgender Transistor (43) für die Vertikalsteuerung einer Wechselspannung (41) vorgesehen ist, die aus einem Gegentaktoszillator mit Transistoren (39, 40) stammt, der die Frequenz des Wechselrichters bestimmt und der von der Referenzspannung gespeist wird,

   wobei zwei weitere Transistoren (44, 45) je nach der Kollektorspannung (43) verschieden lange leitend werden, deren Kollektoren über Zenerdioden (58, 59) auf die Basen zweier weiterer Transistoren (46, 47) einwirken, die als Emitterfolgestufen die Steuerleistungen für die Ausgangstransistoren (48, 49) aufbringen, wobei die Zenerspannung der Dioden (58, 59) grösser als die Referenzspannung gewählt ist.

   4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucherstrom den Mittelschenkel einer Dreischenkeldrossel (15) durchfliesst, so dass deren Impedanz mit zunehmendem Strom abnimmt, wobei die beiden Anfänge der in Serie liegenden Aussenschenkel über die Klemmen (32,33) des Regelgerätes zu den Anoden von zwei Ventilen (56, 57) führen, die ihrerseits über Widerstände (53, 54) mit den Enden des Oszillatortransformators (41) in Verbindung stehen, so dass die sich am Glättungskondensator (55) bildende Gleichspannung mit steigendem Verbraucherstrom kleiner wird, wodurch der Schleifer des Strombegrenzungspotentiometers, dessen negatives Ende über einen Widerstand (60) an dem negativen Batteriepol liegt, eine Spannungsverschiebung in negativer Richtung erfährt, so dass bei genügend grosser Verschiebung ein Transistor (50),

   dessen Emitter am positiven Batteriespannungspol (29) liegt, leitend wird und der über ein Sperrventil (51), dessen Kathode mit dem Kollektor des ersten Transistors (42) verbunden ist, eine entsprechende Reduzierung der Differenzspannung veranlasst, wobei diese bei weiterer Verbraucherstromsteigerung zu Null wird.