<Desc/Clms Page number 1>
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-
<Desc/Clms Page number 2>
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.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.
<Desc / Clms Page number 1>
Differential voltage control device
The Austrian patent specification no. 202653 describes a method by means of which the supply voltage can be kept constant for consumers that are particularly sensitive to fluctuations. These consumers are operated with a constant voltage by a standby rectifier which is not described in detail and which is connected to a stationary battery.
In normal operation, when the mains voltage is present, the voltage constancy of the standby rectifier is fully sufficient to ensure that the loads work properly. However, if the mains voltage fails, the battery voltage will be significantly lower than the permitted consumer voltage, while after the mains return, provided the rectifier is equipped with an over-regulation device that aims to fully charge the battery more quickly
Battery voltage is temporarily brought to a much higher level.
The above-mentioned method keeps the load voltage continuously constant by means of an electronically controlled motor-driven generator, the voltage of which can either be added or subtracted. The motor is powered by the battery and is in the. Case of need, d. H. in case of undervoltage or overvoltage, switched on.
However, this arrangement can only be used for greater powers if their efficiency is not to be too unfavorable and the relative effort is not to be too great.
The arrangement according to the invention relates to a similar device, a continuously regulated differential voltage being generated as the additional voltage and according to the invention exclusively using semiconductors. It is suitable for small to medium performances. In Fig. 1 the basic circuit is shown.
Fig. 2 shows a circuit diagram of the controller. The standby rectifier 5 keeps the voltage of the battery 7 constant. 3 and 4 are the consumer terminals. The negative pole of the battery leads via the differential voltage regulator 6 to the negative consumer terminal 4. Within the differential voltage regulator, the differential voltage is formed against the nominal value, which can assume any intermediate value between a positive and negative maximum. This differential voltage is added to the battery voltage with the correct sign.
This differential voltage can be generated in two ways. An unregulated transistor inverter fed by the battery generates a square wave voltage by means of an inverter transformer, the secondary side of which is connected to a rectifier via a time-area controlled transducer, which then forms the differential voltage. Depending on the load voltage, the control winding of the transducer can be acted upon accordingly by means of a control device.
The second type, the circuit of which is shown in FIG. 2, achieves an even more favorable degree of efficiency with less effort, since the transducer is omitted. The inverter itself serves as the regulating element, which, depending on the consumer voltage, does not emit any narrower or wider pulses.
In Fig. 4 a-d, the waveform of the pulse voltage of one of the power transistors 19, 20 can be seen, u. between in 4 a without level, in 4 b with small, in 4 c with medium and in 4 d with full level.
The control device 28 (Fig. 2) supplies in a manner to be described by means of the transformers 11, 12 anti-phase control pulses of variable width to the bases of the power transistors 19, 20, which work as switching transistors and are either fully conductive or fully blocked. On the secondary side of the exchange
<Desc / Clms Page number 2>
converter transformer 13, these pulses occur due to its transmission ratio in a correspondingly reduced amplitude and are rectified by the full-wave rectifier 27 and by the
Sieve choke 14 and the capacitor 16 smoothed. The slot 17 has dropped out during normal operation and when there is undervoltage and thereby bridges the semiconductor counter-cells 18. A voltage monitor, not shown in detail, can be used to control this contactor.
The capacitor 23, in conjunction with the valves 21, 22 and the discharge resistor 204, prevents voltage peaks from occurring on the inverter transformer 13. To reduce the AC internal resistance of the
Power supply device is a. Capacitor 26 is provided.
The throttle 15 is a three-legged throttle, the middle leg of which is traversed by the consumer current and which is used to limit the current.
In the event of a battery overvoltage, the contactor 17 is made to respond, as a result of which the opposing cells 18 are switched into the consumer circuit and the level of the consumer voltage is thereby reduced by an almost constant value. The inverter then supplies the difference to the normal level. At the same time as the counter cells are switched on, the base load resistor 25 is used
The consumer side has been switched in parallel to prevent any excessive idling.
The circuit of the control device is shown in FIG. The control device should dose the width of its output pulses, which determine the size of the additional differential voltage, so that the consumer voltage remains constant as the sum of the battery voltage and the additional differential voltage. Above a certain consumer current limit, the modulation of the power transistors should stop in order to protect them from overloads, so that the consumer voltage can fall back to the value of the battery voltage during the duration of the overload. The voltage level of the consumer voltage can be set on the potentiometer 36. It should be a little lower than the normal voltage level so that the inverter does not work during normal operation.
The NTC resistor 37 serves to compensate the temperature of the transistor 42, the base of which receives the differential voltage from a reference voltage formed by the Zener diode 38 and the existing actual value of the inverter. It consists essentially of the transformer 41 and the two transistors 39, 40. The secondary side of the transformer 41 has, depending on the collector voltage of the transistor 43, different voltages against the negative pole of the reference voltage.
The conduction times of the transistors 44 and 45 are correspondingly different, which are small if the actual value is too small, according to FIG. 4d, and if the actual value is too high, they are large, according to FIG. The collectors of the transistors 44, 45 are coupled via the Zener diodes 58, 59, whose Zener voltage must be greater than that of the Zener diodes 38, to the amplifier transistors 46, 47, which in turn control the output transistors 48, 49. The output pulses are sent via terminals 34, 35 to the control transformers 11, 12 for the power transistors.
The series-connected outer legs of the choke 15 for current limitation are connected to the terminals 32, 33 of the control device, between which the current-dependent impedance of the choke is effective. As a result of the resistors 53, 54, the voltage at the terminals 32, 33 decreases as the consumer current increases. Accordingly, the direct voltage formed by the valves 56, 57 and smoothed by the capacitor 55 also becomes smaller, so that the wiper of the current limiting potentiometer, which forms a voltage divider with the resistor 60, becomes less positive towards the terminal 29. When the consumer current is sufficiently large, the transistor 50 finally becomes conductive and, via the valve 51, causes the differential voltage to be reduced, which becomes zero for even larger currents.
After a corresponding reduction in the load, the differential voltage regulator works again with a constant voltage. The level of current limitation can be adjusted by adjusting the slider 52.
One of the main advantages of this arrangement is its good efficiency, even with low loads, so that in most cases there is no need to increase the battery capacity.
The most important possible applications are power supply devices for telephony, telegraphy, remote control and telemetry devices, danger messages and the like. a.
** WARNING ** End of DESC field may overlap beginning of CLMS **.