DE2615223A1

DE2615223A1 - Schaltungsanordnung fuer wechselstromgeraete

Info

Publication number: DE2615223A1
Application number: DE19762615223
Authority: DE
Inventors: Heinrich Moeller; Hans-Joachim Weise
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1976-04-08
Publication date: 1977-10-27
Also published as: DE2615223C2

Description

Schaltungsanordnung für
Wechselst romgeräte Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Wechselstromgeräte mit gleichstrombetriebenen Einrichtungen.
In Geräten, die an Wechselstromnetzen betrieben werden, befinden sich oft Einrichtungen, die nur mit Gleichstrom ordnungsgemäß arbeiten.
Beispielsweise sind bei EIaushaltsgräten leicht regelbare Gleichstrommotoren vorgesehen, die irgendwelche Mechanismen antreiben. Haartrockner et werden zwar direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen, weisen aber einen Gebläsenotor auf, der mit Gleichstrom betrieben wird und eine variable Umlauffrequenz hat.
Um gleichstrombetriebene Einrichtungen über Wechselspannungen versorgen zu können, ist es notwendig, die Wechselspannung gleichzurichten und den Einrichtungen zuzuführen. Zum Zwecke der Gleichrichtung von Wechselspannungen sind bereits zahlreiche Gleichrichterschaltungen vorgeschlagen worclen, VOll denen die Einweg-Gleichrichterschaltung und die Graetz-Vollwegschaltung die bekanntesten sind (vgl. Guntram Lensch, Lehrbuch der Hochspannungstechnik, 1959, S. 110-114). Hinsichtlich des Scheitelwerts, des Effektivwerts, des Brums und des mittleren Durchlaßstroms unterscheiden sich die beiden erwänhten Schaltungsanordungen indessen wesentlich, so daß sie sich nicht ohne weiteres gegenseitig ersetzen kniien. Da sich der Brumm der Einweg-Gleichrichterschaltung zum Brumm der Vollwegschaltung wie 121:48 verhält, wird die Vollwegschaltung in all den Fällen bevorzugt, wo es auf einen geringen Brumm ankommt. Dies ist bei praktisch allen Haushaltsgeräten der Fall.
Ein wesentlicher Nachteil der Vollweg-oder Doppelwgschaltung besteht jedoch darin, daß sie relativ aufwendig ist, weil sie vier Gleichrichter - in der Regel Halbleiterdioden - benötigt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Gleichrichterschaltung für Geräte der vorstehend genannte rt vorzusehen, die bei praktisch gleicher Leistung wie die Vollweg-Gleichrichterschaltung einfacher und preiswerter ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch a) einen an eine Wechselspannungsquelle oder man einen pulsierenden Gleichstron angeschlossenen Heizwidrstand mit mehreren Spannungsabgriffen; b) einen ersten Gleichrichter, der mit seinem ersten Anschluß an einen ersten Abgriff des IIeizwiderstandes und mit seinem zweiten Anschluß an e einen ersten Anschluß der gl eichstronb&-triebeiien Einrichtungen angeschlossen ist; c) einen zweiten Gleichrichter, der mit seinem ersten Anschluß an einen zweiten Abgriff des Heizwiderstandes und riit seinem zweiten Anschluß an den ersten Anschluß der gleichstrombetriebenen Einrichtungen angeschlossen ist; d) gleichstrombetriebene Einrichtungen, die mit ihrem zweiten Anschluß an einen dritten Spannungsabgriff des Heizwiderstandes angeschlossen sind, der zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsabgriff des Iieizwiderstandes vorgesehen ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und der zweite Gleichrichter Dioden, die mit ihren Kathoden miteinander verbunden sind und mit ihren Anoden an dem ersten bzw. zweiten Abgriff des Heizwiderstandes liegen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erwindung werden der erste und/oder der zweite Gleichrichter Mit ihren jeweils ersten Anschlüssen nacheinander an verschiedene Abgriffe des Heizwiderstandes angeschlossen, so daß die gleichstrombetriebenen Einrichtungen mit unterschiedlichen Gleichspannungen versorgt werden.
Der nit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere dariii, daß anstelle der bei einer Doppelweg-Gleichrichterschaltung benötigten vier Gleichrichter nur noch zwei Gleichrichter vorgesehen sind. Dieser Vorteil ist insbesondere bei solchen Geräten wesentlich, bei denen der Gleichrich ter einen bedeutenden Anteil an der Gesamtkosten aus macht.
Ausführungsbeispiele sind in der Zeichung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine elektrische Widerstandsheizung mit einem Gleichrichter und einem Gleichstrom-Motor; Fig. 2 eine Detaildarstellung aus ciei Fig. 1 Fig. 3 eine Darstellung der zeitlichen Potentialverhältnisse am Gleichrichter; Fig. 4 eine Darstellung der Potentialverhältnisse an den Klemmen des Gleichstromverbrauchers; Fig. 5 einen Heizwiderstand mit mehreren Anzapfstellen fiir eine Gleichrichterschaltung; Fig. 6 einem Heizwiderstand mit einer Überbrückung eines Teils des Heizwiderstands; Fig. 7a eine Doppelweggleichrichterschaltung; Fig. 7b eine Einweggleichrichterschaltung.
In der Fig. 1 ist ein Heizwiderstand 1 ge-Ciqt, der über ç einen Schalter 2 zwei einer Weshselspannungsquelle U liegt. An dem Ileizwiderstand 1 sind drei Abgriffe 3, 4, 5 vorgesehen, die den Ileizwiderstand 1 in verschiedene Bereiche unterteilcn. Mit dem ersten Abgriff 3 ist eine Diode 6 anodenseitig verbunden, während an den zweiten Abgriff 4 ein Gleichstron-Motor 7 und an den dritten Abgriff 5 eine weitere Diode 8 anodenseitig angeschlossen ist. Die Kathoden der beiden Dioden 6, 8 sowie der zweite Anschluß des Gleichstrom-Motors 7 sind miteinander verbunden. An den Widerständen, die durch die Spannungsabgriffe 3, 4, 5 gebildet werden, fallen vier Spannungen ab, von denen die Spannungen U2, U3 eine Spannung U1 bilden.
In der Fig. 2 sind noch einmal die wesentlichsten Teile der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 dargestellt. An den Abgriffen 3, 4, 5 des Heizwiderstandes 1 sind die elektrischen Potentiale #2, ?o und 3 bezeichnet, während an der Verbindungsstelle 9 der beiden Dioden 6, 8 und des Gleichstrom-Motors 7 das Potential 93 4 angegeben ist.
Der zeitliche Verlauf dieser Potentiale ist in der Fig. 3 näher dargestellt. Man erkennt aus dieser Darstellung, daß bei einem Verhältnis der Widerstände zwischen den Abgriffen 3, 4 bzw.
4, 5 von etwa 1:1 eine Aufteilung der Spannung U1 in zwei gleiche Spannungen U2, U3 erfolgt. Nimmt man das Potential 0 an Abgriff 4 als Bezugspoten tial an, so schwankt das Potential 9 2 im Abgriff 3 sinusförmig um das Bezugspotential #0. Auf entsprechende Weise schwankt das Potentialy3 am Abgriff 5 um das Bezugspotential (fo , jedoch in Gegenphase. Die Spannung U1 zwischen den Abgriffen 3 und 5 entspricht der Differenz der Potentiale #3 und 2. Aus der Fig. 3 erkennt man, daß die Amplitude dieser Spannung U1 doppelt so groß ist wie die Ariplituden der Spannungen U2, U3, die den Potentialdifferenzen #2 -#0 bzw.#3 - #0 entsprechen.
Die Diode 6 wird leitend, wenn das Potential P 4 an der Kathode negativ gegenüber den Potential#2 an der Anode wird. Dies ist immer dann der Fall, wenn #2 positiv gegenüber #0 ist. An der Verbindungsstelle 9 liegt bei@leitender Diode das Potential des Abgriffs 3 an, so daß sich über dem Gleichstrom-Motor 7 die Spannung #4 - #0 aufbaut.
Diese Spannung entspricht dem gestrichelten Kurvenzug in Fig. 4 während der ersten Halbwelle.
Auf entsprechende Tleise wird die Diode 8 leitend, wenn ihre Kathode negativ gegen ihre Anode ist. Dies ist dann der Fall, wenn das Potential#3 größer als das Potential 0 ist, also in der zweiten Halbwelle gemäß Fig. 4. Das Potential am Verbindungspunkt 9 und damit die Spannung über dem Gleichstrom--Motor 7 entspricht somit einem pulsierenden Gleichstrom, der die doppelte Frequenz aufweist wie die anliegende Wchselspannung.
In der Fig. 5 ist eine Variante der Anordnung gemäß Fig. 1 dargestellt. Diese Variante weist nicht nur die Abgriffe 3, 4, 5 auf sondern auch noch weitere Abgriffe 10, 11, 12, 13, welche stellvertretend für eine beliebige Anzahl von Abgriffen stehen. Indem die Dioden 6,8 an verschiedene Abgriffe angeschlossen werden, verändert sich die Spannung am Gleichstrom-Motor 7. Es ist somit möglich, die Drehzahl dieses Gleichstrom-Motors 7 zu beeinflussen, da seine Umdrehungsgeschwindigkeit von#4 -#0 abhängt- Eine symmetrische Verschiebung der Diodenanschlüsse in Pfeilrichtung hat demzufolge eine Erhöhung der Umderhungsgeschwindigkeit zur Folge, während eine Verschiebung entgegen der Pfeilrichtung eine Verringerung der Geschwindigkeit bewirkt. In der Regel wird man die imschlüsse der Dioden 6, 8 gleichmäßig verschieben, damitvder Gleichstrom-Motor 7 gleichförmig läuft. Es ist jedoch auch möglich, eine asymmetrische Spannung an den Gleichstrom-Motor 7 zu legen sofern dies aus irc3cndwelchen Gründen erforderlich sein sollte, Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6 entspricht weitgehend der Anordnung gemäß Fig. 5.
Sie enthält jedoch zusätzlich noch einen lvurzschlußbügel 13, der zwischen zwei Abgriffen angebracht werden kann. hierdurch ist es möglich, einen Teil des Heizwiderstandes auszuschalten. Dies wiederum hat zur Folge, daß~sich sowohl die EIeizleistung als auch die Umdrehungszahl des Gleichstrom-Motors 7 ändert.
Selbstverständlich kann auch noch symmetrisch zum Kurzschlußbügel 13 ein zweiter Kurzschlußbügel vorgesehen werden, damit der Gleichstrom-Motor mit einem pulsierenden Gleichstrom versorgt wird, dessen Halbwellen gleiche Amplituden besitzen.
Neben dem Kurzschlußbügel 13 weist die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 auch noch eine Diode 14 auf, die parallel zu dem Schalter 2 angeordnet ist. Durch Umschalten des Schalters 2 kann hierbei von Doppelwellenbetrieb auf Einwellenbetrieb und umgekehrt geschaltet werden. Ist der Schalter 2 geschlossen, so ist Vollwellenbetrieb möglich; ist er dagegen offen, so wird nur eine EIalbwelle des Wechselstrpms über die Diode 14 durchgelassen und auf den EIeizwiderstand 1 geführt.
Die Schaltungsanordnung der Fig. 7a stellt eine Variante dar, bei der ein Umschalter vorgesehen ist, der ebenfalls eine Umschaltung vom Halbwellen- auf Vollwellenbetrieb und ungekehrt gestattet. Dieser Uraschalter enthält drei Kontakte 15, 1G, 17, da durch einen Betätigungsvorgang gleichzeitig geöffnet bzw. geschlossen werden können. Bei der in der Fig. 7a gezeigten Stellung liegt die Eingangswechselspannung an dem Heizwiderstand 1, und die beiden Dioden 6, 8 nützen auf die bereits bekannte Weise beide Halbwellen des Wecheselstroms aus. Wird nun der Umschalter betätigt, so stellt sich der in der Fig. 7b gezeigte Zustand ein, d, h. die Kontakte 15, 16 werden geöffnet, während der Kontakt 17 geschlossen wird.
Nun ist der Heizwiderstand 1 über den Schalter 2, den Kontakt 17 und die Diode 6 an die Wechsel spannung U gelegt, d. h. der Ileizwiderstand 1 wird mit einer Gleichspannung beschickt, die nur eine Iialbwelle der anstehenden Wechselspannung ausnützt. Dementsprechend wird auch der Gleichstromrotor 7 nur mit einer Einwegspannung beaufschlagt, die sich über die Diode 8 aufbaut.
Der Vorteil der in der Fig. 7 gezeigten Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Spannung am Gleichstrom-llotor 7 auf die Heizungsspannung abgestimmt ist. Durch eine einzige Schalthandlung kann erreicht werden, daß sowohl der Gleichstrom-Motor 7 als auch der Heizwiderstand 1 mit Halbwellen- bzw.
Vollwellenbetrieb gefahren erden können. Wäre dies nicht der Fall, so könnte es z. B. bei einem Haartrockner geschehen, daß die Heizung für das starke Gebläse keine ausreichende Wärme liefern, oder aber daß das Gebläse nicht ausreichen würde, um die erzeugte Wärme abzuführen.
Die Erfindung wurde anhand eines Beispiels erläutert, bei dem ein mit Wechselstrom gespeister Heizwiderstand und ein mit Gleichstrom gespeister Gleichstrom-Motor Verwendung fanden. Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, daß anstelle des Heizwiderstandes ein oder mehrere beliebige Wechselstromverbraucher vorgesehen werden können, während statt eines Gleichstrom-Motors auch andere Gleichstromverbraucher verwendbar sind.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1, Schal tungs anordnung für Wechselstromgeräte mit gleichstrombetriebenen Einrichtungen, gekennzeichnet durch a) einen an eine Wechselspannungsquelle oder an einen pulsierenden Gleichstrom allgesch senen Heizwiderstand (1) mit mehreren Spannungsabgriffen (3, 4, 5, 10, 11, 12, 13); b) einen ersten Gleichrichter, der mit seinom ersten Anschluß an einem ersten Abgriff (3) des Heizwiderstandes (1) und mit seinem zweiten Anschluß an einem ersten Anschluß der gleichs trombetriebenen Einrichtungen angeschlossen ist; c) einen zweiten Gleichrichter, der mit seine ersten Anschluß an einem zweiten Abgriff (5) des Heizwiderstandes (1) und mit seinem zweiten Anschluß an den ersten Anschluß der gleichstrombetriebenen Einrichtungen angeschlossen ist; dY gleichstrombetriebene Einrichtungen, die mit ihrem zweiten Anschluß an einem dritten Spannungsabgriff (4) des Heizwiderstandes (1) angeschlossen sind, der zwischen den ersten (3) und dem zweiten Spannungsabgriff (5) des Heizwiderstandes (1) vorgesehen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch qekennzeichnet, daß der erste und der zweite Gleichrichter Dioden (6, 8) sind, die mit ihren Kathoden miteinander verbunden sind und rnit ih ren Anoden an dem ersten bzw. zweiten Abgriff (3 bzw. 5) des Heizqiderstandes (1) liegen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichstrombetriebenen Einrichtungen ein Gleichstrom-Motor (7) sind.
4. Schaltungsallordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder der zweite Gleichrichter mit ihren jeweils ersten Anschlüssen nacheinander an verschiedenen Abgriffen (3, 4, 5, 10, 11, 12, 13) des IIeizwiderstandes (1) angeschlossen werden, so daß die gleichstrombetriebenen Einrichtungen mit unterschiedlichen Spannungen versorgt werden.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei oder mehreren Abgriffen (3, 4, 5, 10, 11, 12, 13) des lleizwiderstandes (1) jeweils ein Kurzschlußbügel (13) vorgesehen ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter vorgesehen ist, mit dem die die gleichstrombetriebenen Einrichtungen versorgende Gleichrichterschaltung von Einwellenbetrieb auf Doppelwellenbetrieb oder umgekehrt geschaltet werden kann.
7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wechselspannungsquelle und dem Heizwiderstand (1) ein Kontakt (16) liegt, daß ferner zwischen dem zweiten Anschluß des esten Gleichrichters und den gleichstrombetriebenen Einrichtungen ein Kontakt (15) vorgesehen ist, und daß schließlich zwischen dem zweiten Anschluß des ersten Gleichrichters und dem Heizwiderstand (1) ein weiterer Kontakt (17) liegt, wobei alle drei Kontakte (15, 16, 17)stets gleichzeitig betätigt werden und zwei Kontakte (15, 16) jeweils eilen vom dritten Kontakt (17) verschiedenen Schließzustand aufweisen.