DE2726809A1

DE2726809A1 - Elektronische steuerschaltung

Info

Publication number: DE2726809A1
Application number: DE19772726809
Authority: DE
Inventors: Marc Bregeault; Jacques Lecoeuche; Pierre Margrain
Original assignee: Auxilec SA
Current assignee: Auxilec SA
Priority date: 1976-06-15
Filing date: 1977-06-14
Publication date: 1977-12-29
Also published as: GB1579973A; US4129808A; IT1080201B; NL7706452A

Description

DIETRICH LEWINSKY

HEINZOOACHIM HUBER

REINER PRIETSCH H.6.1977

MÖNCHEN 2 1 9512-v/Ni

GOTTHARDSTR, H

Auxllec, Rue Etlenne d'Orves 188, F-927OO Colombes (Frankreich)

"Elektronische Steuerschaltung"

Priorität: 15. Juni 1976, Frankreich, 76 18124

18. Januar 1977, Frankreich, 77 01331

Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuerschaltung, die insbesondere als Stromversorgung für schleifring- und bürstenlose Motore, vor allem für Eweiphasen- oder Dreiphasen-Asynchron-Motore dient. Sie betrifft eine derartige Schaltung, die an ihrem Eingang ein Gleichspannungssteuersignal erhält und an ihrem Ausgang in Abhängigkeit von diesem ausgehend von einer Qleichspannungsenergiequelle zwei Sinusspannungen mit variabler Frequenz liefert, die gegenseitig phasenverschoben sind. Diese Sinusspannungen, deren Frequenz kontinuierlich variabel 1st und deren Span nung stets proportional zu ihrer Frequenz 1st, können eine Last, wie etwa einen Asynchronmotor versorgen und stellen so ein Strom-Versorgungssystem für einen MQtor dar, bei dem die Motorendtfehzahl kontinuierlich geregelt werden kann. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf ein Lüftungssystem eines Raumes, wie etwa eines Passagierfahrzeuges, das in Abhängigkeit von der Außen- und Innentemperatur geregelt wird, welches Lüftungssystem einen von mindestens einem schleifring- und bürstenlosen Asynchronmotor angetriebenen Ventilator besitzt.

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Die bekannten Steuerungssysteme, die zu diesem Zweck verwendet werden, arbeiten nur mit bestimmten Leistungsfaktoren. Daraus folgt, daß für jede der Frequenzen eine Kondensatorkompensation vorgesehen weruen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile eine Steuerungseinheit, d.h. einen Leistungsgenerator für zwei phasenverschobene Sinusspannungen zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen beschrieben.

Die Frequenz und die Amplitude dieser beiden Spannungen sind proportional zu einer Steuerspannung niedriger Leistung. Infolge der Konzeption der verschiedenen in der Steuerschaltung enthaltenen Stufen, insbesondere infolge der Konzeption der Leistungsverstärkerstufe, ist die Steuerschaltung geeignet, bei Belastungen gleich welchen Leistungsfaktors mit hervorragendem Wirkungsgrad zu arbeiten.

Die Erfindung wird im folgenden anhana von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Übersichtsblockschaltbild der Steuerschaltung nach der Erfindung

Figur 2 eine Ausführungsform des in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneten Schaltungsblockes

Figur 3 eine Ausführungsform des in Figur 1

mit dem Bezugszeichen 3 bezeichneten Funktionsgenerators

Figur k verschiedene Signalformen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Funktionsgenerators

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Figur 5 eine Ausführungsform eines Vorverstärkers, uer mit einem der in Figur 1 mil dem Bezugszeichen 4 bzw. 5 bezeichneten Verstärker zusammenarbeitet

Figur 6 Signalformen zur Erläuterung aer Arbeitsweise des Vorverstärkers

Fig.7 unü8 ein Detail des Vorverstärkers bzw. Signalformen zur Erläuterung seiner Arbeitsweise

Figur 9 eine Ausführungsform eines in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 4 bezeichneten Leistungsverstärkers

Figuren

und 11 Signalformen zur Erläuterung der Arbeitsweise

des Vorverstärkers

Figur 12 eine Ausführungsform einer hilfssicherheitsschaltung

Figur 13 eine Ausführungsform eines Leistungsverstärkers mit Thyristoren

Figur I¹J ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung

gemäß der Erfindung, die einen zusätzlichen Mischer enthält für den Anwendungsfall einer Fahrzeugbelüftung

Figuren 15,

und 17 eine Ausführungsform des Mischers bzw.

Funktionskurven zur Erläuterung seiner Arbeitsweise.

Figur 1 zeigt die allgemeine Zusammenstellung aer funkt ionswesentlichen Elemente der Steuerschaltung gemäß der Erfindung, die ausgangsseitlg zwei phasenverschobene Sinusspannungen liefert una die geeignet ist, aie Drehzahl eines Asynchronmotors ausgehend von einer Gleichspannungsenergiequelle zu steuern.

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Eine erste Steuerspannung V₁, die bei der Auswertung gegebener
Parameter erhalten wird, gelangt an den Eingang e_? eines Verarbeitungsblockes des Steuersignals. Dieser erzeugt ausgangsseitig
eine zweite Gleichspannung V„, die an den Eingang e, eines Funktionsgenerators 3 gelangt, welcher Funktionsgenerator an seinen
beiden Ausgängen S₅₁ und S^₂ eine erste und eine zweite sinusförmige, um 90° phasenverschobene Wechselspannung erzeugt, wobei
die Amplitude und die Frequenz der Wechselspannungen proportional zur Steuerspannung V₂ sind. Die erste sinusförmige Wechselspannung V₁ gelangt an einen Eingang e^. eines ersten Leistungsverstärkers ¹J und die zweite sinusförmige Wechselspannung V ₂ gelangt an den Eingang e^ eines zweiten Leistungsverstärkers 5> der dem ersten gleich ist. An den Ausgängen S₁. und s_R der Verstärker j werden zwei sinusförmige, den Eingangsspannungen entsprechende I Spannungen geliefert, die über eine Leistung verfügen, wie im ! einzelnen im folgenden beschrieben wird. Diese beiden Ausgangs- j spannungen sind um 90 phasenversohoben und ihre Amplitude sowie ' ihre Frequenz sind proportional zur Steuerungsspannung V₂, die an^! den Funktionsgenerator 3 geliefert wird. Die beiden Ausgangsspan-₍ nungen V₁. und V₁- versorgen eine Last, die in einem gegebenen ^! Anwendungsfall ein schleifring- und bürstenloser Zweiphasen- j Asynchron-Motor ist. Im Anschluß an die vorausgegangene Über- j Sichtsbeschreibung werden im folgenden der Aufbau und die Funk- ! tionsweise der Einzelelemente beschrieben. !

Der Schaltungsblock 2 ist in Figur 2 dargestellt. Er erhält ein j Steuersignal V . Er enthält einen Kondensator C _Q, einen Last- j widerstand R₁₀, zwei Dioden d_1Q und d,..., deren gemeinsame Anoden > mit dem Kondensator 10 verbunden sind und deren Kathoden die
Steuerspannung V₁ bzw. die Spannung V₁₀ erhalten, die von einem
aus zwei Widerständen R₁₁ und R₁₂ bestehenden Spannungsteiler
geliefert wird. Des weiteren ist eine Schwellwertschaltung ^O
vorgesehen, die an ihrem Eingang e^_Q die Spannung E der Versorgungsquelle erhält. Diese Schwellwertschaltung ^O schließt einen
Kontakt ¹Il, sobald die Spannung der Versorgungsbatterie unter
einen bestimmten Wert abfällt (72 Volt für eine batterie mit

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einer Nominalspannung von 80 Volt). Durch diesen Kontakt 4l wird der aus den Widerständen R . und R- bestehende und durch eine Spannung V₁₁ versorgte Spannungsteiler in Betrieb gesetzt, üie Spannung Vp an den Klemmen des Kondensators C₁₀ stellt die an den Eingang e, des Funktionsgenerators 3 gelangende Spannung dar. Der Kondensator C _ lädt sich über einen Widerstand R _ auf die Spannung Vp auf. Die Steuerspannung V₂ wächst linear an. Wenn die Spannung der Versorgungsbatterie oberhalb eines Schwellenwertes liegt, ist der Kontakt ^l geöffnet und die Spannung V _Q ist gleich der Spannung V , die Diode d _Q ist gesperrt. Wenn die Spannung V„ einen Wert V erreicht, wird die Diode d _Q leitend und begrenzt das Aufladen des Kondensators C _Q auf den Spannungswert V.. Wenn die Spannung der Versorgungsbatterie unterhalb des Schwellenwertes der Schwellenwertschaltung ¹JO liegt, schließt sich der Kontakt ¹H und die Spannung V₁₀ wird jetzt durch den aus) den Widerständen R₁₁ und R₁₂ bestehenden Spannungsteiler festgelegt und wird kleiner als V₁. Die Diode d _Q wird leitend, während die Diode d^. sperrt ,und die Spannung V₂ nimmt den Wert V₁₀ an. Hierdurch wird die Frequenz und die von dem Funktionsgenerator 3 gelieferte Spannung begrenzt.

Die Figur 3 zeigt einen in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 1 bezeich neten Funktionsgenerator. Er besteht aus zwei integrierten Funktionsgeneratorschaltungen 30 und 31· Diese Schaltungen erhalten an ihren Eingängen e,_Q und e-^ durch dieselbe Gleichspannung V₂, die von dem Verarbeitungsblock 2 geliefert wird, die Steuerinformation. Die Schaltung 30 liefert an ihrem ersten Ausgang s,_Q1, an ihrem zweiten Ausgang s,₀₂ und an ihrem dritten Ausgang s,_Q, ein symmetrisches Dreiecksignal, ein Rechtecksignal bzw. ein sinusförmiges Signal. Alle diese Signale sind in Phase und ihre Frequenz ist proportional zur Steuerspannung V₂.

Die gleichen Signale werden an den Ausgängen S^₁₁, s,₁₂, s^, der Funktionsgeneratorschaltung 31 geliefert, jedoch ist die Frequenz der letzteren Signale, die proportional zur Spannung V₂ ist, ein wenig kleiner als die Frequenz der Signale der ersten Funktions-

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generatorschaltung 30. Ein Nulldetektor 32 erhält an seinem Eingang e,₂ die symmetrischen Dreiecksignale des Ausganges s,₀₁ der Funktionsgeneratorschaltung 30. Er erzeugt an seinem Ausgang s,₂ ein Signal V,₂, das einen festen positiven Wert annimmt, wenn der Sägezahn positiv ist ,und im gegenteiligen Fall den Wert Null annimmt. Dieses Signal ist rechteckförmig symmetrisch und um 90° gegen aie Sägezahnspannung verschoben. Eine Synchronisationsschaltung 333 (in Figur 3 gestrichelt umrandet) synchronisiert die Funktionsgeneratorschaltung auf das Signal V.,„ folgendermassen: Das Signal V,₂ steuert über die Widerstände R, und R^ die Basen der Transistoren T, und T₂., die leitend werden, sobald das Signal V,₂ positiv ist. Zwei Dioden d-, dg sind anodenseltig mit dem Emitter des Transistors T, bzw. dem Kollektor des Transistors Tj. verbunden. Ihre gemeinsame Kathode ist mit dem Ausgang s,,. ₂ der Funktionsgeneratorschaltung 31 verbunden. Der Kollektor des Transistors T₁₄ ist einerseits mit dem Plus-Pol der Spannungsquelle über den Widerstand R^ und andererseits mit dem Ausgang ^S311 ^{der Funkt}i°^ns6^{eneratorscnaltun}g 51 über eine Diode d„ verbunden, deren Kathode an dem Ausgang S^₁₁ der Schaltung 31 liegt. Dieser Ausgang S₇,.... liegt über einem Kondensator Cj. an dem Nullpotential der Spannungsquelle und über einen Widerstand R₇ an dem ! Kollektor des Transistors T,.

! ³

Zwei Funktionszustände können eintreten. D$r erste tritt ein, sobald die Spannung V^₁ am Ausgang s,₁₂ der Funktionsgeneratorschaltung 31 positiv und der Transistor Tj₊ gesperrt ist, a.h. wenn die Spannung V^₂ gleich Null ist. Der Kondensator Cj. lädt sich rasch über den Widerstand Rg und die Diode d_ auf.

Der zweite Fall tritt ein, wenn die Spannung V^₁ am Ausgang s der Funktionsgeneratorschaltung 31 Null und^, der Transistor T, leitend ist, d.h. wenn die Spannung V₅₂ positiv ist. Der Kondensator C₁. entlädt sich rasch über den Widerstand R₇, den Transistor T^ und die Diode d,-·

Die Figur k zeigt die zeitliche Entwicklung der Spannungen V,_Q,

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^V32' ^V31a ^{und V}31' ^dle J^{ewells an den} Ausgängen s ,_Q. der Funk- | tionsgeneratorschaltung 30, s,_? des Nulldetektors 52, dem ersten , Ausgang s-... aer Funktionsgeneratorschaltung 31 und an dem zwei- | ten Ausgang S_71o der gleichen Schaltung 31 erhalten werden.Für ^! den Fall, daß die beiden Spannungen V „ und V-. positiv sind, wächst die Spannung V_X1 linear an. Da die Frequenz der Signale .

j -ia ;

j der Funktionsgeneratorschaltung 31 kleiner als diejenige der von ■ der Funktionsgeneratorschaltung 30 gelieferten Signale ist, hat in dem Moment, in dem die Spannung V,_? gleich Null wird, der Kondensator C^ nicht seinen Auslösewert erreicht und V,. bleibt positiv. Die Kapazität C^ lädt sich rasch auf, die Spannung V^₁ ^; : erreicht schnell ihre Kippschwelle. Die Spannung V ist gleich ! Null und die Spannung V, fällt linear ab. In dem Moment, in dem ; die Spannung V-._ wieder positiv wira, erreicht die Spannung V,. , ■ je- .5ia

: aus den gleichen Gründen wie vorher, nicht ihre Kippschwelle unu ! die Spannung V-,, bleibt Null. Der Konaensator C₇ entlädt sich rasch, die Spannung V,., erreicht die Auslöseschwelle, die Span-

J la

; nung V,, wird positiv, die Spannung V,. wächst linear an und der

Jl Jio.

Zyklus beginnt von neuem.

; Die sinusförmigen Signale, die an den Ausgängen s^_Q^ der Funktionsgeneratorschaltung 30 und s^,^ der Funktlonsgeneratorschaltung 31 erhalten werden, sind jeweils mit den Dreiecksignalen r der Ausgänge s™. und S^₁₁ in Phase, und sind gegenseitig um 90°

phasenverschoben, wobei ihre gleiche Frequenz proportional zur Steuerungsspannung V„ ist. Diese Signale werden jeweils den EIngangen e^₂-i ^{uncl e}^-*2 ^{der be}^^^en Verstärker 32 und 33 zugeführt, deren Verstärkung proportional der Steuerspannung V₂ ist. Ausgangseitig werden awei Spannungen V₁ und V ₀ erhalten, die sinus- ,

ο '

förmig, um 90 phasenverschoben, gleichfrequent und amplituden- : proportional sind. Diese Spannungen werden den Leistungsverstär- I

kern 4 und 5 zugeführt· '

Jede Stufe der Verstärker H und 5 besteht aus zwei Teilen: einem ; Vorverstärker und einem Leistungsverstärker. .

In der Figur 5 ist eine Ausführungsform eines der Vorverstärker_g_j

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dargestellt, der das Bezugszeichen 6 trägt. Der andere der beiden ist dem ersten gleich und in Form eines Blockes mit dem Bezugszeichen 7 gezeigt. Die Spannungen V₁ und V ~, die von dem Funktionsgenerator geliefert werden, gelangen jeweils an die Eingänge eg des Vorverstärkers 6 und e₇ des Vorverstärkers 7. Die ausgangsseitig erhaltenen Signale sind jeweils Q und Q bzw. Q„ und Qp.

Der Vorverstärker 6 enthält ein Summierglled 8, einen Nulldetektor 9, einen Verstärker 10 una einen Schwellenwertdetektor 11. In der Figur 6 ist die zeitliche Entwicklung der Signale dargestellt. Das Summierglied 8 erhält an seinem ersten Eingang e«.

die sinusförmige Spannung V _Λ una an seinem zweiten Eingang e_Qo

a j. Oc.

eine Pilotsägezahnspannung V^, die von einem Generator 12 geliefert wird. Die Frequenz dieser Sägezahnspannung ist größer als' die größte Frequenz der zu verstärkenden sinusförmigen Spannung V ... Beispielsweise kann uiese in der Größenordnung von i kHz für j

ai ι

ein zu verstärkenaes Signal mit einer Frequenz von größenordnungs+ mäßig Ί0 Hz gewählt werden. Darüber hinaus ist die Amplitude die-j ser Sägezahnspannung proportional zur Spannung der Gleichspan- i nungsquelle des Gerätes. Dieses Summlerglied 8 erzeugt an seinem Ausgang Sg eine Spannung Vg, die die algebraische Summe der beiden Spannungen V₂ ^{und v} _al ist. Der Nulldetektor 9 erhält diese Spannung Vn an seinem Eingang e_q und transformiert diese in eine Spannung Vq, welche an aera Ausgang s_q des Detektors 9 erhalten wird. Wenn die Spannung Vn an dem Ausgang Sg des Summierglitdes 8 größer als Null ist, nimmt die Ausgangsspannung V_q des Nulldetektors 9 einen festen positiven Wert an. Sie nimmt einen festen ne- j gativen Wert an, wenn die Eingangsspannung Vg kleiner als Null ist. Diese Spannung V_Q gelangt an einen ersten Eingang e₁₀₁ des Verstärkers 10, der einerseits an seinem ersten Ausgang S₁₀₁ eine positive Spannung Q₁ mit fester Amplitude liefert, sobald seine Eingangsspannung V_q positiv ist und eine Spannung der Amplitude Null im gegenteiligen Fall erzeugt, andererseits an seinem zweiten Ausgang s_1Q2 eine Spannung Q₁, komplementär zur Q₁, liefert, d.h

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mit positiver fester Amplitude, wenn die Spannung Q₁ Null ist und mit der Amplitude Null im gegenteiligen Fall.Auf diese Weise entsteht ein Zug von Impulsen, deren Breite im Rhythmus der Sinuseingangsspannung moduliert ist. D6r Verstärker 10 wird von einer Hilfsspannung V versorgt, die an seinen zweiten Eingang ! ^e101 Belangt, derart, daß bei Abwesenheit dieser Spannung V beide Ausgangsspannungen Q₁ und Q₁ Null sind. Wie in Figur 6 gezeigt, die die verschiedenen Spannungsverläufe V _Λ , V₁₀, V₀, V_n, Q. und

_ ai ic ö y ι

Q₁ als Funktion der Zeit darstellt, ist in dem Moment, in dem die SinuBspannung den Wert Null durchläuft, das Ausgangssignal Q₁ und Q₁ symmetrisch, d.h. daß die Zeit, während der dieses Null ist, gleich der Zeit ist, während dieses positiv ist. Es weicht umsomehr von dieser Symmetrie ab, je größer die Amplitude des sinusförmigen Signales V . ist. Diedes Abweichen wird Modulationstiefe genannt. Diese hängt auch von der Amplitude der Pilotspannung V₁₂! ab, die selbst proportional zur Spannung der Gleichspannungsver- j sorgung des Gerätes ist. So ist aus Figur 6 ersichtlich, daß die j

i Modulationstiefe umso kleiner ist, je größer die Amplitude der j Pilotsägezahnspannung ist, d.h. je größer die Spannung der Span- I nungsquelle des Gerätes ist: auf diese Weise können Schwankungen j

in der Spannungsversorgung des Gerätes kompensiert werden.

Der Vorverstärker 6 wird ergänzt durch einen Schwellenwertdetektor 11, der an seinem Eingang e^ eine Steuerspannung V. erhält, die proportional zu dem die Leistungstransistoren des Leistungsverstärkers durchquerenden Strom ist. Sobald der Strom einen vorgegebenen Wert erreicht, erzeugt der Schwellenwertdetektor an seinem Ausgang S₁₁ ein Informationssignal, welches an den Eingang e_lQ, des Verstärkers 10 übermittelt wird und diesen sperrt. Die Ausgangsspannungen Q₁ und Q₁ werden folglich beide Null.

Um einen sicheren Betrieb des Leistungsverstärkers zu erhalten, . ist es erforderlich, für jedes Umschalten des Signales V_n, das von dem Nulldetektor 9 erzeugt wird, eine Totzeit vorzusehen. Die Schaltungsanordnung der Pigur 7, die im folgenden beschrieben wird, stellt eine vorteilhafte Ausführungsform für die Verbindung

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i des Summlergliedes 8 mit dem Nulldetektor 9 dar und ermöglicht

^! es, dieses Ergebnis zu erreichen. Gemäß dieser Ausführungsform

! wird ein Operationsverstärker I^ mit geringer Durchlaßbandbreite

i benützt. Die Spannungen V und V₀ gelangen jeweils über die

αϊ λ £-

¹ Widerstände R₁ und R₂ an den Eingang e_1i( des Verstärkers 1^. Der

ι Ausgang S₁^ ist mit einem Lastwiderstand R, über zwei gegensinnig

; geschaltete Zenerdioden Z₁ und Z„ verbunden. Die Widerstände R₁

: und R₂ führen die algebraische Simulierung der Spannungen V ₁ und

j V₁₂ durch. Der Verstärker IiJ wird als Nulldetektor verwendet,

ι Dank seiner geringen Bandbreite ist die Ausgangsspannung V₁l sei-

! nes Ausganges s_i2| trapezförmig, wie in Figur 8 dargestellt.

ι Die Gegenwart der Zenerdioden Z₁ und Z₂ bewirkt, daß die Aus-

! gangsspannung an den Klemmen des Lastwiderstandes R, Null bleibt, solange der absolute Amplitudenwert der Spannung V₁ ^. unterhalb

ι unter dem Wert der Zenerspannung V,, der Dioden bleibt. Das trapez-

I *·

i förmige Signal Vg mit den Totzeiten t wird in dem Rest des Ver- : stärkers geformt, um steile Anstiegsflanken an den Ausgängen VQ ι und VQ₁ zu erhalten.

; Figur 9 zeigt eine Ausführungsform des Leistungsverstärkers, der mit dem Bezugszeichen ¹J bezeichnet ist. Der Leistungsverstärker 5 ist diesem gleich. Die Leistungsverstärker bestehen jeweils aus

• folgenden Elementen:

einem ersten Transistor T₁, dessen Emitter mit dem Minus-Pol

i der Spannungsquelle 15, die beispielsweise eine Akkumulatorbatterie sein kann, verbunden ist, und dessen Kollektor mit der Katho-

I de einer Diode d. in Verbindung steht;

einer Diode d-,, deren Kathode mit der Anode der Diode d. in einem Verzweigungspunkt P₁ verbunden ist und deren Anode mit dem Emitter des Transistors T₁ in Verbindung sfceht;

einem zweiten Transistor T₂, dessen Emitter mit dem Minus-Pol der Spannungsquelle 15 und dessen Kollektor mit der Kathode einer Diode d₂ verbunden ist;

|- einer Diode d^, deren Kathode mit der Anode der Diode d₂ in i einem Verzweigungspunkt P₀ verbunden ist und deren Anode mit dem

I -11-

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Emitter des Transistors T„ verbunden ist; ;

einem Stromwandler T-, der einerseits zwei gleiche Wicklungen 16 und 17 mit Eingängen e.g und e „ und Ausgängen s.^ una S₁₇ und andererseits eine Sekundärwicklung mit einem Eingang e.g und einem Ausgang s.g besitzt;

einer Induktionsspule L mit zwei gleichen Wicklungen Ib und 20, die jeweils einen Eingang e.g und e_2Q und einen Ausgang s_ig Sp₀ besitzen;

einem Transformator T_R, der einerseits eine Primärwicklung mit einem Eingang e₂₁, einem Ausgang S₂₁ und einem mit dem Plus-Pol der Spannungsquelle 15 verbundenen Mittenabgriff, und andererseits eine Sekundärwicklung 22 mit einem Eingang e~_n und einein;

de.

β-ρ besitzt.

Der Eingang e.r des Stromwandlers T-, ist mit dem Verzweigungspunkt P. der Anode der Diode d₁ und der Kathode der Diode d, verbunden. Der Ausgang S₁ , des Stromwandlers T₁ ist mit dem Eingang e_1Q der Induktionsspule L verbunden. Der Ausgang S₁Q der Induktionsspule L ist mit dem Eingang e_pi des Transformators T_R verbunden. In ähnlicher Weise sind der Ausgang S₂₁ des Transformators T_R mit dem Eingang e_?Q der Induktionsspule L sowie aer Ausgang S₂₀ der Induktionsspule L mit dem Eingang e₁₇ des Stromwandlers T₁ verbunden. Schließlich ist der Ausgang S₁₇ des Stromwandlers Tj mit dem Verzweigungspunkt P₂ der Anoae der Diode d₂ und der Kathode der Diode d^ verbunden.

Der Mittenabgriff m des Transformators T_R steht mit dem Plus-Pol der Batterie 15 in Verbindung. Ein Kondensator C von großer Kapazität ist mit dem Mittenabgriff m und dem Verzweigungspunkt P, der Emitter der Transistoren T₁ und T- verbunden und stellt eine gewisse Energiereserve dar.

Schließlich ist ein Kondensator C~ den Ausgängen e₂₂ und s₂₂ der Sekundärwicklung 22 des Transformators T_D parallel geschaltet. _:

Die Ausgangsklemmen sind mit den Bezugszeichen S^ und S₂ versehen,

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Die Basen 23 und 2H der Transistoren T. und Tp werden von den Spannungen V und V^ , die von den Vorverstärkern geliefert werden, gesteuert.

Im folgenden wird die Funktionsweise des vorangehend beschriebenen und in Figur 9 dargestellten Verstärkers erläutert:

Zuerst wird der Fall betrachtet, in dem das Signal des Vorverstärkers 6 gleich Mull ist. Die komplementären Signale Q und Q sind symmetrisch. Die Transistoren T und T_? sind abwechselnd durchgeschaltet una gesperrt während der gleichen Zeit. Angenommen T. ist leitend und ein Strom ausgehend vom Plus-Pol der Spannungsquelle 15 über den Teil der Wicklung zwischen dem Mittenabgriff m aes Transformators Tj. und dem Eingang e-. der Primärwicklung 21 derselben über die Wicklung 19 der Induktionsspule L, über die Wicklung Ib des Transformators T₁ über die Diode d₁ und \ über den Transistor T₁, stellt sich ein. Dieser Strom durchquert jede Wicklung in der Richtung von dem Ausgang auf den Eingang. In dem Moment, in dem der Transistor T. sperrt, erreicht dieser Strom einen gewissen Scheitelwert I_lma > wie das in Figur 10 gezeigt ist, in uer aie zeitliche Entwicklung der Spannungen Q und Q sowie aie verschiedenen In den einzelnen Bauteilen (Transistor T., Diode d,, Transformator T_R und Spannungsquelle 15) fließenden Ströme dargestellt sina.

Der Strom in einer Induktionsspule kann sich .nicht plötzlich ändern und bei dem gegebenen Wicklungssinn der Induktionsspule stellt sich ein Strom I₂ vom gleichen Wert wie I₁ in der Richtung Ausgang-Eingang über die Diode d^ ein. Dieser Strom wird von der Spannungsquelle 15 geliefert. Folglich wird ein Teil der in der Induktionsspule L gespeicherten Energie wieder_v_^ewonnen. Obwohl der Transistor T„ durchgeschaltet ist, und die Diode d^ leitend ist, besteht an ihren Klemmen eine leichte negative Spannung, wodurch die Diode d„ blockiert wird. Dieser Strom wird kleiner und wird nach ungefähr einer Viertelperiode gleich Null, wenn sich die Energie der Induktionsspule erschöpft. In diesem

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Moment sperrt die Diode d^ und die Diode cl_o wird leitend, te jtellt sich ein Strom in den Wicklungen 17 und 20 (Richtung Eingang-Ausgang) über die Diode dp unü den Transistor Tp ein. Dieser Strom wächst an und erreicht einen Wert I-, , , in dem Moment, in dem der Transistor T₀ blockiert. Der ötrom wird von ! j der Spannungsquelle 15 geliefert. Die I» duktionsnpule L hat Ener-j ; gie gespeichert. In diesem Moment wird die Diocie d, leitena bis '

■ I

! zu einem Viertel der folgenden Periode, soaann lesen sich der !

ι Transistor T^ und die Diode ü. ab und der Zyklus beginnt von !

ι neuem. Diese Arbeitsweise, die mit Hilfe der Kurven der Figur lü

ι veranschaulicht wird, läßt erkennen, daß die durchschnittlichen

; Ströuie I_ß der Spannungsquelle 15 und der Primärwicklung des

i Transformators T_n gleich Null sind. Eine Rest well it-keit wira von

! dem Kondensator C₀ gefiltert. Die Ausgangsspannung V₁. an den Klemmen S. und S₂ ist Null.

Der zweite betrachtete Fall bezieht sich auf ein von Null ver-' schiedenes Eingangssignal (beispielsweise positi/). Diese Arbeltsweise ist in Figur 11 veranschaulicht. \

\ Der Transistor T.. ist beispielsweise ebenso lange leitend wie ! der Transistor T₀. In dem Moment, in dem der Transistor T. ^; ■ sperrt, nimmt der Strom einen großen V/ert l___v an. Wie vorher

• Ulli A )

j wird die Diode cL· leitend und der Strom fällt ab, Jedoch wird in ! dem Jetzi. betrachteten Funktionsfall der Transistor T₁ von neuemJ j leitend, bevor dieser Strom zu Null wird. Lediglich der Transistor T₁ und seine dazugehörigen Dioden besitzen eine aktive Funktion. In dem Fall eines negativen Signales wäre es der Transistor Tp und seine zugehörigen Dioden, die diese aktive Punktier^ wahrnehmen würden. In diesem Funktionszustand, der mit Hilfe von; Figur 8 veranschaulicht ist, werden von Null verschiedene Durchschnittsströme in der Primärwicklung des Transformators T_R und ein Strom I_ß in der Spannungsquelle 15 hervorgerufen. Der mittle·· re Strom I,, in der Primärwicklung des Transformators iet in Figur 11 positiv, er wäre negativ für den Fall eines negativen

-14-

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Eingangssignales V _Λ .
ι ^al

j Der dritte betrachtete Funktionsfall bezieht sich auf ein sinus-

\ förmiges Eingangssignal. Wie bereits oben erklärt, sind die Steuersignale V_n und V_n- der Transistoren T„ und T« im Rhythmus

ι Wv 1 c.

der Sinuswelle breitenmoduliert. Hieraus folgt, daß der mittlere Strom in der Primärwicklung des Transformators sich im gleichen Rhythmus ändert, d.h. sich sinusförmig ändert. Dfcr Kondensator C- filtert die Restwelligkeit und am Ausgang S₁ und S„ wird eine sinusförmige Spannung erhalten, die ein Bild der Eingangsspannung V₁ ist. Da zwischen den Steuersignalen der Transistoren T und

a j. χ

Tp eine Totzeit vorgesehen ist, besteht keine Gefahr, daß beide ι Transistoren gleichzeitig leitend sind.

' An den Klemmen e„_Q und s„_Q des Stromwandlers T_T wird eine BiId- ; Io Ib 1

! spannung des die Transistoren durchquerenden Stromes gewonnen. j Diese wird als Steuerspannung des Schwellenwertdetektors 13 des j Vorverstärkers 6 verwendet. Sobald der Strom in einem Transistor einen vorbestimmten Wert erreicht, löst der Schwellenwertdetektoi 13 aus und sperrt die Transistoren T₁ und T„. Diese sind gegen jegliche überlast geschützt. Insbesondere kann die Steuerschaltung auch bei Kurzschluß zwischen den Klemmen S₁ und S arbeiten wobei nach Aufheben des Kurzschlusses die normale Spannung wieder erscheint. Die Beschreibung ist auf den Verstärker 5 übertragbar, an dessen Klemmen eine Spannung V₁- erhalten wird.

Für den Fall, daß ein Dreiphasensignal gewünscht wird, wird der Ausgangstransformator T_R durch einen Scott-Leblanc-Transformator ersetzt, der das Zweiphasensignal in ein Dreiphasensignal umwandelt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform wird eine Hilfsschaltung vorgesehen. Diese ist in Figur 12 dargestellt. Wie bereits erwähnt, wird der Vorverstärker mit einer Hilfsspannung V versorgt. In Abwesenheit dieser Spannung ist der Betrieb des Leistungeverstärkers gesperrt. Der Zweck der Hilfsschaltung, die in Figur 12 mit

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dem Bezugszeichen A bezeichnet ist, besteht darin, die Anwendung dieser Spannung unter bestimmten Umständen zu ermöglichen. Die ! Hilfsschaltung A besteht aus folgenden Elementen: ;

einem ersten Schwellenwertsystem 50, an dessen Eingang e,-Q di^ Spannung E der Versorgungsbatterie 15 liegt. Diese öffnet einen : ersten Kontakt 51, sobald diese Spannung E größer als ein vorbe- j stimmter Wert ist;

ein Spannungswandler 52, der ausgehend von der Versorgungsspannung eine Hilfsspannung V erzeugt;

eine zweite Schwellenwertschaltung 53, die, versorgt mit einer? Hilfsspannung V, einen zweiten Kontakt 54 öffnet, sobald dieser Spannungswert V größer als ein vorgegebener Wert V . . ist;

einer RC-Schaltung (Ren» ^cro^' ^{die rait} ^e^^ner Spannung V versorgt ist;

einer dritten Schwellenwertschaltung 55, die versorgt mit der Klemmenspannung V des Kondensators C^_n einen dritten Kontakt 56 schließt, sobald die Spannung V einen vorgegebenen Wert annimmt. Dieser dritte Kontakt 56 liefert, sobald er geschlossen ist, die Spannung V an die Verstärker 6 und 7, wodurch die betroffenen Leistungsverstärker H und 5 in Betrieb gesetzt werden. Die Funktionsweise dieser Hilfsschaltung wird im folgenden beschrieben.

Sobald die Versorgungsspannung E angelegt ist, werden alle Stufen; mit Ausnahme der Vorverstärkerstufen und der Leistungsverstärkerstufen, die gesperrt sind, mit Strom versorgt. Wenn die Versorgungsspannung E ausreichend 1st, d.h. wenn sie größer als E_mini i ist, öffnet sich der erste Kontakt 51· Wenn die Spannung V am ! Ausgang des Wandlers 52 ausreichend ist (oberhalb von ^v _mi_nj.)> ' öffnet sich der zweite Kontakt 5^· Der Kondensator C^_n lädt sich ! über den Widerstand R^₀ auf. Nach einer gewissen Verzögerung erreicht die Spannung an den Klemmen des Kondensators Cj-q den Auslösewert der Schwellenwertschaltung 55, die den Kontakt 56 schließt. Die Vorverstärker 6 und 7 werden mit der Hilfsspannung V versorgt, das System ist entsperrt. j

Eine derartige Schaltung führt zu mehreren Vorteilen. Beim Unter-

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spannun^setzen gestattet die erzeugte Verzögerung beim Einschalten der Leistungsverstärkerstufen während dieser Dauer allen Elementen der Steuerschaltung nach der Erfindung,ihren permanenten Arbeitszustand einzunehmen. Es ist folglich kein Übergangszustand für den Moment des Durchschaltens der Leistungstransisto· ren zu befürchten. Die hilfsschaltung übt auch insofern eine Sicherheitsfunktion aus, als die Steuerschaltung blockiert wird, wenn die Versorgungsspannung E zu gering ist, beispielsweise für den Fall, wenn die Akkumulatorbatterie entladen ist. Sie schützt die Leistungstransistoren gegen jegliche thermische Belastung, die entstehen könnte, wenn die Hilfsspannung zu gering ist.

In dem beschriebenen Beispiel sind die Leistungstransistoren npn-Transistoren. Sie könnten auch pnp-Transistoren sein, in welchem Fall jedoch die Polaritäten umgekehrt werden müßten.

Die beschriebene Steuerschaltung wird (sowohl in struktureller j

als auch in funktioneller Hinsicht) vorteilhafterweise als Strom-j Versorgung eines schleifring- und bürstenlosen, Zweiphasenoder Dreiphasen-Asynchron-Motors verwendet und ermöglicht den Betrieb dieses Motors bei kontinuierlich wählbarer Drehzahl. Die Stromversorgung erfolgt mit variabler Frequenz und kontinuierlich in Abhängigkeit von dieser Frequenz eingestellter Spannung. Die Steuerschaltung arbeitet ausgezeichnet unabhängig von dem Leistungsfaktor cos 5 aer Last. Dies ist interessant für den Fall, in dem die Last aus einem oder mehreren Asynchron-Motoren besteht, die mit variablen Drehzahlen betrieben werden, da der Lastfaktor derartiger Motoren von ihrer Drehzahl abhängt. Die Form, die Amplitude und die Frequenz der Ausgangsspannung hängt nur von den Parametern, die die Eingangsspannung V_Q der Leistung» verstärker steuern, ab. Diese Spannung ist von geringer Leistung Da schließlich die Leistungstransistoren entweder voll durch gesteuert oder gesperrt sind, sind die Verluste gering und trotz der sinusförmigen Ausgangsspannung ist die Leistung ausgezeichnet.

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Die Umschaltfunktion in den Verstärkerstufen wird von Leistungstransistoren wahrgenommen. Ein derartiger Aufbau ist insbesondere bei der Anwendung für Versorgungsspannungen in der Größenordnung von 100 Volt geeignet. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Stromversorgung aus einer Akkumulatorbatterie besteht.

Für den Fall, daß eine alternative Stromversorg ung zur Verfügung steht, wie etwa ein Versorgungsnetz , kann es von Bedeutung sein, diese unter Verwendung eines Gleichrichters zu benützen. Die Umschaltfunktion in den Leistungsverstärkern wird jedoch von Transistoren wahrgenommen, die bei dem derzeitigen Stande der Technik hinsichtlich ihrer Leistung begrenzt sind·; wenn sie hohen Spannungen standhalten müssen. Unter diesen Umständen wird es schwierige die Steuerschaltung für sehr große Leistungen zu verwenden. Diese Nachteile können mit dem anhand von Fig. beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die Leistungstransistoren durch Thyristoren ersetzt sind, vermieden werden. Abgesehen von der Verwendung eines Leistungsverstärkers mit Thyristoren, der im folgenden beschrieben wird, ist die übrige Steuerschaltung gleich der beschriebenen.

Die Spannungsversorgung, die entweder eine Gleichspannung (Akkumulatorbatterie) oder eine gleichgerichtete Wechselspannung :ist (aus einem Hetz stammend) ist in der Fig. durch ihre positive und negative Klemme veranschaulicht. Der Leistungsverstärker besteht aus folgenden Elementen:

- Zwei Thyristoren TH₁ und TH₂ die an ihren Steuerelektroden das Steuersignal V_Q bzw: V», das von den zugeordneten Vorverstärkern geliefert wird erhalten. Die Katoden der Thyristoren

ί TH₁ und TH₅ sind miteinander in einem Verzweigungspunkt P j und von dort über einen Sperrthyristor TH,, mit einem Verzweigungspunkt P., von dort über eine Induktionsspule L, und eine Diode «d,- mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden, wobei die Anode des Thyristors TH * über eine Diode d,

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und die Anode des Thyristors TH- über eine Diode d^ mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden sind.

- einen zwischen dem Punkt P. und dem Minuspol geschalteten Kondensator C,

- die Induktionsspulen L_? und L,, der Kondensator C,, die

Diode de und der Thyristor TH, stellen eine Sperrschaltung dar.

Diese Thyristoren und ihre zugehörigen Dioden sowie die Sperr schaltung stehen mit den anderen Elementen des Verstärkers in Wirkzusammenhang, die die gleichen wie bei den Vorbeschriebenen sind. Es handelt sich um

- einen Stromwandler T,, der einerseits zwei gleichgroße Wicklungen 16 und 17 mit Eingängen e.^ und e.„ und Ausgängen s.c und S₁₇ und andererseits eine Sekundärwicklung 18 mit einem Eingang e.g und einem Ausgang s.g besitzt;

- eine Induktionsspule L₁ mit zwei gleichen Wicklungen 19 und 20, die jeweils die Eingänge e_{ig und} f^_Q und die Ausgänge und S₂₀ besitzen;

- einen Transformator T_n, der einerseits eine Primärwicklung mit einem Eingang e₂₁, einem Ausgang Sp₁ und einem Mittenabgriff und andererseits eine Sekundärwicklung 22 mit einem Eingang | e₂₂ und einem Ausgang S₂₂ besitzt.

Gemäß der Erfindung ist der Eingang β_Λ(- des Transßormators mit der^Verzweigungspunkt P₁ der Kathode der Diode d, und der Anode des Thyristors TH₁ verbunden. Der Ausgang S₁^ des Stromwandlers Tj ist dem Eingang e_iq der Induktionsspule L₁ verbunden. Der Ausgang s_1Q dieser Induktionsspule ist mit dem Eingang e₂₁ der Primärwicklung 21 des Transformators T„ verbunden. In ähnlicher Weise ist der Ausgang s_o. des Transformators T_D

el η

mitdem Eingang e_2o der Induktionsspule L₁ und der Ausgang a^n derselben mit dem Eingang e₁₇ des Stromwandlers Tj verbunden. Schließlich sit der Ausgang S₁₇ des Stromwandlers T, mit dem Verzweigungspunkt P₂ der Katiode der Diode dj. unter der Anodäc des Thyristors THp verbunden.

* -

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Der Mittenabgriff m des Transformators T_n ist an den Pluspol der Spannungsquelle angeschlossen. Ein Kondensator C von groAer Kapazität ist zwischen den Mittenabgriff m und den Minuspol der Spannungsquelle geschaltet. Schließlich ist ein Kondensator C_ parallel zu den Klemmen e_?? und s_?? der Sekundärwicklung 22 des Transformator T_geschaltet. Die Ausgangsklemmen

des Verstärkers sind mit den Bezugszeichen S und S- versehen.

Die Steuerelektroden der Thyristoren TH , TH_? und TH erhalten Steuerungsimpulse, die ausgehend von den Eingangssignalen der den Verstärkern zugeordneten Vorverstärker erzeugt werden.

Beim Anlegen der Spannung lädt sich der Kondensator C, dank dem Schwingkreis L, C, auf eine Spannungjauf, die etwa doppelt so groß wie die Versorgungsspannung ist. Von diesem Moment an ist die Arbeitsweise des Verstärkers die gleiche wie in dem vorher beschriebenen Fall, abgesehen von einer einzigen Ausnahme: Im Gegensatz zu den Transistoren müssen die Thyristoren gesperrt sein. Diese Sperrfunktion wird durch Zündung des Thyristors TH, ausgeübt, welche Zündung durch Anlegen eines Steuerimpulses an seine Steuerelektrode 100 erfolgt. In diesem Moment entlädt sich der Kondensator C, in die Selbstinduktionsspule L_? und der Thyristor, der sich im leitenden Zusritand befindet, wird gelöscht, weil die Polarität an seinen Klemmen umgekehrt wird.

Die Steuersehaltung, die mit Thyristoren arbeitende Leistungsverstärker besitzt, Sann zur Stromversorgung von Asynchronmotoren verwendet werden, welche Frequenzen besitzen, die von der Frequenz der Versorgungsquelle (z.B. Netz) - insbesondere nach oben - abweichen. Dadurch können die Ausgangstransformatoren und die verwendeten Motoren verkleinert werden.

Für den Fall des Übersychronbetriebes gewinnt das System die elektrische Energie aus einer Schaltung oder einem Bauteil

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wieder, welches in der Lage ist, diese Energie zu diesem Zweck zu speichern. Wenn der Motor gebremst wird, wird diese Energie in einer Batterie oder in einem Kondensator großer Kapazität wiedergewonnen.

Die Erfindung, wie bis jetzt beschrieben, bezieht sich auf ein drehzahlvariables Antriebssystem mit einem Asychronmotor, das von einer Gleichspannungsquelle versorgt wird. Sie bezieht sich insbesondere auf eine elektronische Steuerschaltung, die eingangsseitig eine Steuerinformation erhält und ausgangsseitig in Abhängigkeit von dieser Information ein Signal liefert, das gleichzeitig und kontinuierlich frequenz- und spannungsgesteuert ist, welches Signal in der Lage ist, die Drehzahl des Motors als Funktion der Steuerungsinformation zu regeln. Das Eingangssignal besteht aus einer ersten Steuergleichspannung, die von einem Potentiometer oder einem Mischer geliefert wird, der in der Lage ist, Steuersignale zu kombinieren und ein Signal bereitzustellen. Dieses wird an den Eingang eines Antriebssystems kontinuierlicher Drehzahl gelegt, welches gemäß der Erfindung einen Asychronmotor enthält und die Kopplung der Motorendrehzahl an diese Informationen gestattet. Eine Anwendung einer solchen Kombinationsschaltung wird im folgenden beschrieben.

Der Anwendungsfall bezieht sich auf ein Lüftungssystem eines Raumes, wie etwa eines Fahrzeuges zum Transport von Personen. Dieses besteht darin, daß in ein Fahrzeug mit Hilfe eines Ventilators eine Mischung auf zu einem Teil von außen kommender Luft geblasen wird. Wenn das Fahrzeug entweder in einem Tunnel fährt, in dem die Temperatur im wesentlichen konstant ist oder im Freien fährt, wo die Temperatur mit den Jahreszeiten schwankt, ist es angenehm, wenn die Temperaturempfindung der Passagiere während allen Jahrenzeiten einerseits an die mittlere Temperatur in dem Fahrzeug und andererseits an die Außentemperatur angepaßt ist. Eine Lösung des Problems besteht darin, daß Flügelventilatoren verwendet werden, die mit variabler Drehzahl durch einen beispielsweise Zweiphasenasychronmotor angetrieben

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werden, die mit Stromversorgungen zur Drehzahlsteuerung gemäß der Erfindung verbunden sind. Diese Motoren drehen mit einer Drehzahl zwischen O und N Umdrehungen pro Minute und führen so zu einem variablen Luftdurchsatz. Die Ventilatorluft besteht zu etwa 4O< aus von außen stammender Frischluft. Das physiologische Empfinden der Passagiere hängt von der im Innern des Wagens herrschenden Durchschnittstemperatur, von dem Luftdurchsatz des Ventilators und der Temperaturabweichung zwischen der Ventilator- und der Umgebungsluft ab. Großen Luftströmungsgeschwindigkeiten entspricht eine Wahrnehmung der Frische, die bei hohen Temperaturen erwünscht : , jedoch bei tiefen Temperaturen zu vermeiden ist. Die Steuerungsinformation hängt von folgenden Parametern ab:

a) Von der im Fahrzeuginnern herrschenden Temperatur. Es ist wünschenswert, wenn zwischen zwei Temperaturgrenzwerten Θ. und θρ sich die Drehzahl zwischen O und N_Q Umdrehungen/ Minute ändert und jeder der Temperaturen θ , die zwischen Θ. und θρ liegen, eine Drehzahl N. entspricht;

b) Von der Außentemperatur, da in Abhängigkeit von dieser die Drehzahl geändert werden muß, sei es reduziert oder vergrößert um N Umdrehungen pro Minute in Bezug auf die ursprünglich festgelegte Drehzahl N-. Umgekehrt kann auch die Außentemperatur als Bezugstemperatur und die Drehzahl in Abhängigkeit von der Innentemperatur gewählt werden. Diese Parameter werden von einem Mischer ausgewertet, der eine erste Steuerspannung V liefert.

Fig. m zeigt die Schaltung eines derartigen Mischers 1 der eingangsseitig die Informationen von zwei Widerstandssonden A und B erhält und ein Ausgangssignal V. erzeugt. Dieser steht in Verbindung mit der Steuerungseinheit des Antriebssystems für ; varialle Drehzahl, welch% aus einem Verarbeitungsblock 2 für die | Steuerspannung V^, einem Funktionsgenerator 3 und zwei Verstärkern und 5 besteht, deren Aufbau bereits beschrieben wurde. _;

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In Fig. 15 ist eine Ausführungsform eines Mischers 1 dargestellt. Sowohl die im Wageninnern als auch die im Freien angeordnete Sonde besteht aus einer Anzahl von Bauteilen, die in Fig. 15 gestrichelt umrandet und jeweils mit den Bezugszeichen A und B versehen sind. Die Beschreibung bezieht sich zunächst insbesondere auf die im Wageninnern angeordnete Sonde A. Ein Widerstandselement 15 zur Temperaturmessung ist in eine erste Wheatstone'sche Brücke gesdaLtet, die aus den Widerständen Rc₀* ^c? ^unc* ^RO besteht. Die Spannung an den Klemmen dieser Brücke gelangt über zwei Eingangswidersäände R,., und R ^ an einen Operationsverstärker 51, der mit seiner Gegenimpedanz R^₁ versehen ist.

Das Signal wird am Ausgang des Operationsverstärkers 51 in Form einer Spannung V_a erhalten. Es entspricht dem Signal V ,

ei CL

das gemäß Fig. 14 an den Mischer 1 gelangt. In gleicher Weise enthält die Sonde B, die im Freien angeordnet ist, ein Widerstandselement 60 zur Temperaturmessung, das in eine zweite Wheatstone'sche Brücke geschaltet ist, die aus den Widerständen Rg₀, Rg₂ und Pg₀ besteht. Die Spannung an den Klemmen dieser Brücken gelangt über zwei Eingangswidersäände Rg-, und Rg₁. an einen Operationsverstärker 61, der mit seiner Gegenimpedanz Rg₁ versehen ist und der ein Spannungssignal V_fi mit umgekehrten Vorzeichen wie V. liefert. Dieses entspricht Signal ν_β, das gemäß Fig. 13 an den Mischer 1 gelangt. Wenn V. positiv ist, ist V_ß negativ. Mit den Potentiometern P^₀ und Pg₀ kann eine Nullregulierung vorgenommen werden. Die Werte der Spannungen V. und Vg ändern sich in Abhängigkeit von der Temperatur Θ, wie dies in den Fig. 16 und 17 veranschaulicht ist. In beiden Fällen wird nur ein Temperaturbereich, nämlich der zwischen 'θ. und 0g liegende betrachtet. Die Differenzspannung zwischen den Spannungen V. und V_ß gelangt über die Widerstände Rg₁- und Rgg an einen ersten Eingang ^g₇₁ eines ersten Operationsverstärkers |67, der mit seinem Widerstand Rg₇ rückgekoppelt ist. Der zweite Eingang eg₇₂ dieses Operationsverstärkers 77 ist über den Widerstand Rgg auf 0 gelegt. Das an dem Ausgang Sg₇ des Verstärkers 67 erhaltene Signal gelangt über einen Widerstand R₇₀ an eine

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Schaltung zur synnatrischen Amplitudenbegrenzung, die aus den Dioden d_?1 und d₇₂ und den Widerständen R₇,, ^R74» Rye und FL·^ besteht. Das auf diese Weise amplitudenbegranzte Signal gelangt an eine der Klemmen des Potentiometers Pq₀* dessen Schleifer über einen Widerstand Rg, mit dem ersten Eingang Ca** eines Operationsverstärkers verbunden ist, dessen Ausgang einen RUckkopplungswiderstand Rg₁ besitzt. Der zweite Eingang eg.p des Verstärkers 81 liegt über denen Widerstand Rg₂ auf Nullpotential. Der Eingang ^g₁₁ erhält gleichermaßen das Signal V., das von der Sonde A über ein Potentiometer 82 kommt. Das Signal V., das von dem Verstärker 8l an seinem Ausgang Sg₁ geliefert wird, ist eine Gleichspannung, die proportional der Innentemperatur ist und durch den Abweichungswert zwischen Innen-und Außentemperatur innerhalb einer gewissen Prozentgrenze korrigiert ist.

Bie Schaltung gemäß der Erfindung stellt einen Leistungsgenerator für zwei phasenverschobene sinusförmige Wechselspannungen dar. Die Frequenz und die Amplitude dieser beiden Spannungen sind proportional einer Steuergleichspannung von geringer Leistung. Die spezielle Schaltung der Bauteile, aus denen sie sich zusammensetzt, führt zu einer ausgezeichneten Leistung und macht die Schaltung als Stromversorgung für Lasten, gleich welchen Leistungsfaktors, geeignet. Das Hinzufügen von Sicherungseinrichtungen, die auf Unterspannungen der Stromversorgung und auf Überlastungen ansprechen, die bis zum freien Knnzschluß am Ausgang des Gerätes gehen , garantiert ein sicheres Arbeiten unter allen Bedingungen. Das Erzeugen der beiden sinusförmigen Steuerspannungen geschieht mit geringer Leistung und wenig Materialaufwand. Die besondere Anordnung des Funktionsgenerators verhindert jegliche ungewollte Richtungsumkehrung. Die Schaltung, die die Steuergleichspannung mit linear ansteigender Flanke liefert, stellt ein progressives Ansteigen der Drehzahl sicher, ohne daß der Batterieversorgungsstrom bbeeinflußt wird. Das Unterspannungsetzen und das Abschalten der Spannung des Systems ist autpr matisch und Übergangsphänomene sind ausgeschlossen.

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Aus diesen Gründen ist die Schaltung gemäß der Erfindung insbesondere geeignet zur progressiven und kontinuierlichen Drehzahlsteuerung eines Ventilators mit Asychronmotor unter Ve-r- wendung einer Gleichstromquelle, wie etwa einer Akkumulatorbatterie. Diese kontinuierliche Drehzahlveränderung ermöglicht es, das System ausgehend von physikalischen Parametern, wie Innentemperatur und Außentemperatur eines Fahrzeugs, wie z.B. eines Schienenfahrzeugs, zu steuern.

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Claims

PATENTANWÄLTE

DIETRICH LEWINSKY

HEINZ-3OACHIM HUBER
REINER PRIETSCH
MÖNCHEN 21 GOTTHARDSTR. 81 .in.6.1977

Auxilec 9512-V/M

Patentansprüche:

(1y Elektronische Steuerschaltung, die an ihrem ersten Eingang ι eine erste Steuergleichspannung V., die ausgehend von mindestens einem Steuerungsparameter festgelegt ist, erhalt, dadurch gekennzeichnet^ daß sie an ihrem Ausgang, ausgehend von einer elektrischen Gleichspannungsquelle, zwei gleichfrequente um 90° phasenverschobene, sinusförmige Spannungen V\ , VV gleicher Amplitude erzeugt, deren Frequenz sich in Abhängigkeit der ersten Steuerspannung ändert und deren Amplitude proportional zu dieser Frequenz ist.

2. Elektronische Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Elemente enthält:

- einen Verarbeitungsblock (2), uer uie erste Steuergleichspannung V in eine zweite Steuergleichspannung V^ umwandelt, deren zeitliche Anstiegsflanke linear verläuft;

- einen Funktionsgenerator (3), der eingangsseitig die zweite Gleichspannung Vp erhält und an seinem Ausgang eine erste sinusförmige Spannung V . una eine zweite sinusförmige SpannungV ₂, die gleiche Frequenz und gleiche Amplitude besitzen, jedoch um 90 phasenverschoben sind,/wobei' die Frequenz und die Amplitude der sinusförmigen Spannungen proportional der Steuergleichspannung Vp sind;

- einen ersten und einen zweiten Leistungsverstärker (4,5),

! die jeweils einen ersten und einen zweiten Vorverstärker

enthalten, die jeweils an ihren Eingängen die erste und die zweite sinusförmige Spannung V . unu V „ erhalten und mit der Gleichspannungsquelle verbunden sind und ausgangs- ! -2-

709852/0913 ORIGINAL INSPECTED

seitig jeweils die sinusförmigen Steuerspannungen V^, V^. liefern;

- eine Hilfsschaltung, um eine Hilfsspannung V zu erzeugen, die die Vorverstärker versorgt, die ferner mit den Verstärkern verbunden ist una das Arbeiten der Vorverstärker sperrt und freigibt, wenn die Spannung der Gleichspannungs-I quelle unter einem gewissen Schwellwert abfällt.

Elektronische Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Leistungsverstärker jeweils aus folgenden Elementen bestehen:

- einem ersten Transistor T₁, dessen Emitter mit dem Minus-Pol der Spannungsquelle (15) und dessen Kollektor mit der Kathode einer Diode d verbunden ist;

- einer Diode d,, deren Kathode mit der Anode der Diode d. in einem Verzweigungspunkt P₁ verbunden ist und deren Anoae mit dem Emitter des Transistors T₁ verbunden ist;

- einem zweiten Transistor T₂, dessen Emitter mit dem Minus-i Pol der Spannungsquelle (15) und dessen Kollektor mit der Kathode einer Diode d₂ verbunden ist;

- einer üioae dj,, deren Kathode mit der Anode der Diode dp in einem Verzweigungspunkt P₂ verbunden ist und deren Anode mit dem Emitter des Transistors T₂ verbunden ist;

- einem Stromwandler T_T, der einerseits zwei gleiche Wicklungen 16 und 17 mit Eingängen e₁^ und e_1? und Ausgängen S₁^ und S₁₇ und andererseits eine Sekundärwicklung mit einen Eingang e₁g und einem Ausgang S₁O besitzt;

- einer Induktionsspule L mit zwei gleichen Wicklungen 19 ' und 20, die jeweils einen Eingang e.g und e₂₀ und einen Ausgang s_1Q und S₂₀ besitzen;

- einem Transformator T_D, der einerseits eine Primärwicklung 21 mit einem Eingang e₂₁ und einem Ausgang S₂₁ und einem mit dem Plus-Pol der Spannungsquelle (15) verbundenen; Mittenahgriff und andererseits eine Sekundärwicklung 22 mit > einem Eingang e₂₂ und mindestens einem Ausgang S₂₂ besitzt;

- einem ersten Kondensator C₁, der zwischen den Mittenabgriff m und einem Verzweigungspunkt P^, der Emitter der _,_

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Transistoren T₁ und T„ geschaltet ist;

- einem zweiten Kondensator C₂, der parallel zwischen den Eingang e₂₂ und den Ausgang S₂₂ des Transformators T_R geschaltet ist; -

wobei der Eingang e..,- des Stromwandlers T₁ mit dem Verzweigungspunkt P₁, der Ausgang S₁^ des Stromwandlers T₁ mit dem | Eingang e _Q der Induktionsspule L, der Ausgang S₁Q der Induktionsspule L mit dem Eingang e₂₁ aes Transformators Tj,, der Ausgang S₂₁ des Transformators T_R mit dem Eingang e_?0 der Induktionsspule L, der Ausgang s_?0 der Induktionsspule L mit dem Eingang e₁₇ des Stromwandlers T₁, der Ausgang S₁₇ des Stromwanalers T₁- mit dem Verzweigungspunkt P_p verbunden ist.

Elektronische Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Leistungsverstärker folgenae Elemente aufweist:

- zwei Thyristoren TH₁ und TH₂, deren Kathoden miteinander

in einem Verzweigungspunkt P und von dort über einen Sperr·!-

a 1

thyristor TH, mit einem Verzweigungspunkt P , von dort über eine Induktionsspule L, und einer Diode d^ mit dem Plus-Pol '■ der Spannungsquelle verbunden sind, wobei die Anode des Thyristors TH₁ über eine Diode d, und die Anode des Thyristors TH₂ über eine Diode dj, mit dem Minus-Pol der Spannungsquelle verbunden sind;

- eine Induktionsspule L₂, die zwischen den Punkt P und derl Minus-Pol der Spannungsquelle geschaltet ist; j

- einen Kondensator C₇., der zwischen den Punkt P. und den ! Minus-Pol geschaltet ist; I

- einen Stromwandler T--, der einerseits zwei gleiche Wick- j lungen l6 und 17 mit Eingängen e^ und e₁₇ und Ausgängen S^ und S₁₇ und andererseits eine Sekundärwicklung 18 mit einem Eingang e.,o und einem Ausgang S₁Q besitzt;

- eine Induktionsspule L₁ mit zwei gleichen Wicklungen 19 und 20, die jeweils die Eingänge e_ig und e_2Q und die Ausgänge S₁Q und S₂₀ besitzen;

- einen Transformator T_R, der einerseits eine Primärwicklung

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21 mit einem Eingang e₂₁ und einem Ausgang S₂₁ und einem mit dem Plus-Pol der Spannungsquelle verbundenen Mittenabgriff m und andererseits eine Sekundärwicklung 22 mit einem Eingang e₂₂ und mindestens einem Ausgang S₂₂ besitzt; - einen ersten Kondensator C₁, der zwischen dem Mittenabgriff m und dem Minus-Pol der Spannungsquelle liegt; --einen zweiten Kondensator C₂, der parallel zwischen den Ausgang S₃₂ und den Eingang e₂₂ geschaltet ist, wobei der Eingang e^ des Stromwandlers T₁ mit dem Verzweigungspunkt P₁, der Ausgang S₁₆ des Stromwandlers T₁ mit dem Eingang e_ig der Induktionsspule L₁, der Ausgang s_ig der Induktionsspule L₁ mit dem Eingang e₂₁ des Transformators T_R, der Ausgang s₂₁ des Transformators T_R mit dem Eingang e_2Q der Induktionsspule L₁, der Ausgang S₃₀ der Induktionsspule L₁ mit dem Eingang e₁₇ des Stromwandlers T₁, der Ausgang S₁₇ dee Stromwandlers Τ_χ mit dem Verzweigungspunkt P₃ verbunden ist.

Elektronische Steuerschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (3) folgende Elemen te umfaßt:

- eine erste und eine zweite Funkkionsgeneratorschaltung (30, 31), die beide dreieckförmige symmetrische Signale an ihren Ausgängen S₅₀₁ und S₅₁₁, rechteckige symmetrische Signale an ihren Ausgängen S₅₀₂ und S₅₁₂ und sinusförmige Signale an ihren Ausgängen S₅₁₅ und B₅₀₅ liefern;

- einen Nulldetektor (32), der die von der ersten Funktionsgeneratorschaltung erzeugten symmetrischen Dreiecksignale V₃₀ in symmetrische Rechtecksignale V₃₂ umwandelt, die geger über dem symmetrischen von der ersten Funktionsgeneratorschaltung (30) gelieferten Rechtecksignal um 90° phasenverschoben sind;

- einer aus folgenden Untereinheiten bestehenden Synchronisationsschaltung:

- zwei Widerstände R₃ und R₁^, die einerseits mit dem Ausgang des Nulldetektors und andererseits mit den Basen der beiden Transistoren T, und T₁^ verbunden »lnd;

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- zwei Dioden el,- und d,-, deren Anoden jeweils mit dem Kollektor des Transistors IV bzw. aem Emitter des Transistors T, und deren gemeinsame Kathode mit dem Ausgang ^S312 ^^{er zwe}it^en Funktionsgeneratorschaltung (31) verbunden ist, wobei der Kollektor des Transistors T^ einerseits mit dem Plus-Pol der Spannungsquelle über einen Widerstand R^ und andererseits mit dem Ausgang s,^ der zweiten Funktionsgeneratorschaltung (30) über eine Diode d„, der Ausgang S^₁₁ mit dem Nullpotential über einen Kondensator C^ und mit dem Kollektor des Transistors T, über einen Widerstand R₇ verbunden ist und die Synchronisationsschaltung die zweite Funktionsgeneratorschaltung (3D auf das Signal V^₂ synchronisiert.

6. Elektronische Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Mischer enthält, der an seinem Eingang mindestens zwei Gleichspannungen V. und V_ß, die ausgehend von mindestens zwei Steuerungsparametern erzeugt sind, erhält und der an seinem Ausgang aie erste Steuergleichspannung V. liefert.

7. Antriebssystem, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine elektronische Steuerschaltung each einem der vorangegangenen Ansprüche enthält, das mit einem Schleifring und bürstenlosen Motor verbunden ist, um kontinuierlich die Drehzahl des Motors in Abhängigkeit der ersten Steuergleichspannung zu regeln.

8. Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Zweiphasen-Asynchron-Motor ist.

9. Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Dreiphasen-Asynchron-Motor ist.

10. Lüftungssystem für einen Raum mit einem von einem schleifrlng- und bürstenlosen Motor angetriebenen Flügelventilator, das mit einem Antriebesystem nach einem der Ansprüche 7» 8 und 9 ausgestattet 1st. -6-

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11. Lüftungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur θ _A, die im Innern des Raumes herrscht, einen
der Steuerungsparameter und die Temperatur θ _R im Äußern des
Raumes einen zweiten Steuerungsparameter bestimmt, wobei die erste Steuerspannung V proportional zu einer der beiden mit dem Abweichungswert zwischen Innentemperatur θ . und Außentemperaturwert θ _B korrigierten Temperatur ist.

12. Lüftungssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum ein Transportfahrzeug für Personen ist.

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