DD216830A1

DD216830A1 - Schaltungsanordnung zur leistungssteuerung von wechsel- und drehstromverbrauchern

Info

Publication number: DD216830A1
Application number: DD25295983A
Authority: DD
Inventors: Hans-Juergen Stoeckel; Edgar Dombrowski; Karl-Heinz May; Dieter Scheidel; Martin Sorge
Original assignee: Stoeckel Hans J; Edgar Dombrowski; May Karl Heinz; Dieter Scheidel; Martin Sorge
Priority date: 1983-07-11
Filing date: 1983-07-11
Publication date: 1984-12-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Leistungssteuerung von Wechsel- und Drehstromverbrauchern in Wechselstrom- bzw. Drehstromnetzen, die vorwiegend zur Steuerung von elektrischen Heizungsanlagen und elektrischen Antrieben geeignet ist. Das Ziel der Erfindung ist, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die sich durch einen einfachen, wirtschaftlichen Aufbau und durch einen wesentlich geringeren Raumbedarf als Anordnungen zur Leistungsverstellung von Grossverbrauchern mittels Stelltransformatoren, auszeichnet. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass das Nullspannungssignal eines als Nullspannungsschalter dienenden Komparators mit den Impulsen eines zur Einstellung des Tastverhaeltnisses verwendeten astabilen Multivibrators in einem DFF logisch miteinander verknuepft wird. Das Ausgangssignal des DFF wird mit Rechteckimpulsen hoher Frequenz zur sicheren Thyristorzuendung in einer weiteren Verknuepfungslogik verarbeitet und ueber Optokoppler zur Thyristoransteuerung weitergeleitet. Mit der erfindungsgemaessen Loesung entfaellt die Vorgabe eines Zuendverzugswinkels.

Description

Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur Leistungssteuerung von Wechsel- und Drehstroinverbrauchern :·.''·..'

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die zur Leistungssteuerung von Wechsel- und Drehstromverbrauchern in Wechselstrom- bzw. Drehstroainetzen, insbesondere zur Steuerung von Elektroheizungen und elektrischen Antrieben, geeignet ist.

Charakteristik der bekannten technischen Losung . .

Es sind Schaitungsanordnungen zur Leistungssteuerung von . . Wechselstroaiverbrauchern, die jedoch erhebliche Mängel aufweisen, bekannt. So wird in der DS-AS I563 231 eine Leistungavers te llung von Y/echselstrornverbrauchern beschrieben, die einen material- und fertigungsintensiveη Aufbau erfordert, Als .potentialtrennende Elemente dienen Übertrager. In der DE-OS 1 563 376 handelt es sich um eine Steueranordnung mehrerer Stromrichterventile, bei welcher ein Kondensator in, Reihe mit der Laststrecke eines stetig steuerbaren, elektronischen Terstärkerelatentes und eines veränderbaren Widerstandes, der im Steuerkreis des .Verstärkarelementes angeordnet ist, der Yersorgungsspannungsquelle der Anordnung paralle!geschaltet

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ist. Nachteilig ist, daß die Zündung durch. Satladung eines Kondensators erfolgt und die Vorgabe eines Zündwinkels erforderlich ist. · .' .

Desweiteren wird in der DE-AS ' 1 801· AQ4 eine 3ehaltungsanordnung zur. kontaktlosen Steuerung der leistung von Wechselstroffiverbrauchern' durch Thyristoren mittels Impulsgrüppensteuerung beschrieben. Der Aufbau dieser Schaltungsanordnung ist .nur mit diskreten Bauelementen möglich.,. Die galvanische Trennung zwischen Steuerkreis und Lastkreis erfolgt mittels J?lußwand~ _; ler, was einen relativ hohen Material- und Fertigungsaufwand bedeutet. Der. Zündimpuls wird;durch Entladung eines Kondensators über Diac realisiert. Da keine Zündimpulsgruppen» sondern, lange Einzelsignale für ein Durchzünden verwendet werden, ist die Zündsicherheit gering. Die Vorgabe eines Zündbereiches nach "Nulldurchgang ist notwendig. Der dabei anfallende Gleichanteii des Stromes im Lastkreis ist im Anwendungsfall zum Teil unerwünscht». ,' ' ·' . ,'·'.'

Bekannt ist auch ein Thyristorsteller mit Nullspannungsschalter.' Dieser Thyristorsteller hat auch den Nachteil, daß Gleichanteile des Stromes, die bei bestimmten Prozessen störend wirken, z. B. Elektrolyseerscheinungen, auftreten können, wodurch die Binsatzoiöglichkeiten dieses Gerätes begrenzt sind. Bei den bekannten Schaltungsanordnungen, die die Vorgabe eines ^Λ Zündverzugswinkels, welcher vom Typ des Thyristors abhängig ist, erforderlich machen, besteht auch der Nachteil, daß die Austauschbarkeit der Thyristoren eingeschränkt ist. Die Art und Weise der Signalverarbeitung der vorgeschlagenen ; Schaltungsanordnung ist grundsätzlich anders als bei bekannten Schaltangsanordnungen.

Ziel der Έ-rf indung . , .

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Leistungssteuerung.von Wechsel- und Drehstromverbrauchern za schaffen, ,

die sich durch einen einfachen, wirtschaftlichen Aufbau,, einer wesentlichen Einsparung von Material und damit verbundenen wesentlich geringeren Raumbedarf als die bisher üblichen Anlagen auszeichnet.

Durch die Verwendung von derartigen Schaltungsanordnungen kann die zur Zeit noch weitverbreitete Leistungsverstellung von Großverbrauchern mittels Stelltransformatoren entfallen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, material- und kostenaufwendige Stelltransformatoren zur Leistungsverstellung von Wechselstromverbrauchern durch eine geeignete Schaltungsanordnung, die einen Stellbereich, von 0 bis 100 % umfaßt und kontaktlos arbeitet, zu ersetzen.

Die Schaltungsanordnung besteht aus einem Multivibrator 1 für die Einstellung des Tastverhaltnisses sowie einein als Null-Spannungsschalter dienenden Komparator 2, die mit einem Delay-Flip-Flop 3 verbunden sind. Der Ausgang des De-lay-Flip-Flops und der Multivibrator 5 für die Erzeugung der Zündimpulsfrequenz sind an die Verknüpfungslogik 4· angeschlossen. Nach der

Verknüpfungslogik 4 sind die Optokoppler 6 und 7 angeordnet,

die jeweils über eine Ansteuerschaltung 8 bzw. 9 an die' Thyristoren 10 bzw. 11 angeschlossen sind. Die ant!parallel geschalteten Thyristoren 10 und 11 sind in Reihe mit dem Lastwiderständ 12 und der Sekundärwicklung des Lasttransformators 13 geschaltet. Statt antiparallel geschalteter Thyristoren ist auch die Verwendung eines Triac möglich· Der Steuertrafo 1A- ist derart geschaltet, daß seine Sekundärspannüng mit der Sekundärspannung des Lasttrafos 13 phasengleich ist.

Um die nachteiligen hochfrequenten Störspannungen sowie den in vielen Fällen unerwünschten Gleichstromanteil im Lastkreis sicher zu vermeiden, ist die Anwendung des bekannten Prinzips der Schwingungspaketsteuerung dergestalt erforderlich,

daß jedes Schwingungspaket bei Itfulldurchgang dsr Spannung mit gleichartigem Spannungsanstieg beginnt. Srfindungsgeoiäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,.daß das Hullspannungssignal eines als Nullspannungsschalter dienenden !Comparators 18 mit den

_ ' ('- .

impulsen eines zur Einstellung des Tästverhältnisses yervvendeten astabilen Multivibrators 1 in einem Delay-?lip-j?lop 3 logisch miteinander verknüpft werden, wobei das Tastverhältnis ein Maß für die 'umgesetzte resultierende Gesamtleistung im Verbraucher 12 darstellt.. ' .

Das Ausgangssignal des Delay-Flip-Flops 3 wird mit Rechteckiapulsen hoher Frequenz zur sicheren Thyristorzündung in einer. weiterenVerknüpfungslogik verarbeitet und über die Optokoppler 6 und 7 zur Thyristoransteuerung derart weitergeleitet,' daß im Last.kreis komplette Y/ellenzüge ohne störenden Gleichanteil wirken·

Mit Hilfe,der Optokoppler 6 und 7 erfolgt die Potentialtrennun^ zwischen Lastkreia und Steuerkr.eis betriebssicher und unkompliziert, Die Zündung der Thyristoren 1Q und 11 erfolgt sobald der typbedingte Haltestrom des jeweiligen Thyristors 10 bzw. 11 erreicht ist. Srfindungsgemäß wird das dadurch gelöst, daß die Ansteueriapulse hoher Frequenz praktisch sofort mit HuIl-.durchgang der Spannung anliegen und bei Erreichen des .Haltestroms des jeweiligen Thyristors die Zündung des Thyristors ' erfolgt. - ' . , '.'.·.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann die Torgabe eines Zündverzugswinkels, wie das bei bekannten Schaltungaanordnungen notwendig ist,, entfallen. , :

Ausführungabeiapiel

Die Erfindung soll an folgendem Ausführungsbeispiei näher er-,läutert werden, . .·.,'.

?ig. 1 Schaltungsanordnung als Blockschaltbild einer Leistungs· 'verstellung tvon Wechsel- oder Drehstromverbrauchern

Pig. 2 Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung

Pig. 3 Spannungsverlauf am Verbraucher für drei verschiedene Leistungsstufen

Das in Pigur 1 dargestellte Blockachaltbild zeigt die Schaltungsanordnung zur Leistungssteuerung von Wechsel- und Drehstromverbrauchern.

Die in Figur 2 gezeigten Transistoren '1fj und 16 bilden mit einer entsprechenden Beschaltung einen bekannten astabilen Multivibrator 1 aur Einstellung des Tastverhältnisses. Der' astabile Multivibrator 1 liefert Rechteckimpulse, deren.Länge mit Hilfe des Potentiometers 24 variiert werden kann. Diese Impulse liegen am D-Eingang des Delay-Plip-Plops 3· Der Transistor 17 dient der Regelanpassung» Der als Nullspannungsschalter wirkende Komparator 18 wird phasengleich mit der Wechselspannung im Lastkreis, die durch den Lasttransformator bereitgestellt wird, über den Steuertransformator Η gespeist. Am Ausgang des Kocnparators 18 sind Rechteckimpulse vorhanden, deren Planken zeitgleich und phasengleich zum ITulldurchgang der Sinuswechselspannung liegen. Diese Rechteckimpulse werden mit dem Takteingang T des Delay-Plip-Plops 3 verbunden. Das Delay-Plip-Plop 3 schaltet bei jeder L-H-Flanke des-Taktes und übernimmt die Information vom D-Eingang, die dann am Ausgang Q erscheint. Damit wird gewährleistet, daß nur vollständige Wellenzüge entsprechend dem gewählten Tastverhältnis und immer mit dem gleichen Spannungsanstieg beginnend, am Verbraucher anliegen.

Zur Erhöhung der Zündsicherheit der Thyristoren ist es erfor- ^: derlich als Zündsignal nicht ein Binzelsignal, sondern eine Impulsgruppe bestehend aus Rechteckimpulsen mit relativ hoher Polgefrequenz zu verwenden. Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal eines weiteren astabilen Multivibrators 5, der aus zwei NAJID-Bausteinen 19 und 20 sowie einem RC-Glied besteht, mit dem Ausgangssignal Q am Ausgang des Delay-Plip-Plops 3 in einem weiteren liAUD-Glied 21 verknüpft. Das NAND-Glied 22 stellt

die ursprünglichen Regelverhaltnisse wieder her. Über den Transistor 23 werden die Optokoppler. 6 und 7 zur Ansteuerung der antiparallelgeschalteten Thyristoren eingesetzt. Die Thyristoransteuerung 8 und 9 durch die Empfängerseite der Optokoppler 6 und 7 erfolgt in üblicher' Weise.

Pigur 3 zeigt den prinzipiellen Spannungsverlauf am Verbraucher für drei verschiedene Leistungsstufen. · ·

Claims

7. Erfindungsanspruch

1. Schaltungsanordnung zur Leistungssteuerung yon WechseL- und Drehstroniverbrauchern,- die' nach dem Prinzip der Schwingungspaketsteuerung arbeitet und einen Stellbereich von 0 ·. bia 100 % umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Nullspannungssignal eines als Nullspannungsschalter dienenden !Comparators ait den Impulsen eines zur Einstellung des Tastverhältnisses und damit der geforderten Leistung im Verbraucher verwendeten astabilen Multivibrators in einem DP? logisch miteinander verknüpft v/erden und daß dieses Aus-. gangssignal mit Rechteckiap.ulsen hoher Frequenz zursicheren Thyristorzündung in einer weiteren Verknüpfungalogik dergestalt verarbeitet wird, daß im .Lastkreis bei Erreichen des Haltestromes der jeweilige Thyristor der Antiparallelschaltung durchgezündet wird, wobei die Potentialtrennung zwischen Lastkreis und Steuerkreia mittels Optokopplern er- , folgt. - ; ;

2« Schaltungsanordnung nach Punkt 1,.dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der antiparallelgeschalteten Thyristoren im Lastkreis ein Triac verwendet wird.

Hierzu_3__Seiien Zeichnungen