DE10100196A1 - Verfahren und Versorgungsvorrichtung zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers (11), insbesondere eines Elektromotors (11), mit elektrischer Energie, bei dem ein von mindestens einem ersten Phasenwinkel (24) abhängiger erster Anteil (30) einer wellenförmigen Spannung (Ue) für den elektrischen Verbraucher (11) bereitgestellt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Versorgungsvorrichtung (10) hierfür. Hierfür wird vorgeschlagen, dass abwechselnd ein von mindestens einem zweiten Phasenwinkel (28) abhängiger zweiter Anteil (31) der Spannung und ein von mindestens einem dritten Phasenwinkel (29) abhängiger dritter Anteil (32) der Spannung bereitgestellt wird, wobei der mindestens eine zweite Phasenwinkel (28) größer als der mindestens eine erste Phasenwinkel (24) und der mindestens eine dritte Phasenwinkel (29) kleiner als der mindestens eine erste Phasenwinkel (24) ist, so dass im zeitlichen Mittel der zweite und der dritte Anteil (31, 32) der Spannung (Ue) zusammen im Wesentlichen dem ersten Anteil (30) der Spannung (Ue) entsprechen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung eines e­ lektrischen Verbrauchers, insbesondere eines Elektromotors, mit elektrischer Energie, bei dem ein von mindestens einem ersten Phasenwinkel abhängiger erster Anteil einer wellenför­ migen Spannung für den elektrischen Verbraucher bereitge­ stellt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Versorgungs­ vorrichtung hierfür.

Zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers mit elektri­ scher Energie wird in vielen Fällen eine sogenannte Phasenan­ schnittsteuerung eingesetzt, bei der ein gemäß einem Phasen­ winkel sozusagen angeschnittener Anteil einer wellenförmigen Spannung, insbesondere einer sinuswellenförmigen Einphasen- Wechselspannung, für den elektrischen Verbraucher bereitge­ stellt wird. Durch Veränderung des jeweiligen Phasenwinkels kann die effektiv für den Verbraucher bereitgestellte Span­ nung variiert werden. Wenn der elektrische Verbraucher bei­ spielsweise ein Elektromotor ist, z. B. ein sogenannter Uni­ versalmotor, ist durch Veränderung des Phasenwinkels eine einfache Drehzahlverstellung bzw. -regelung möglich. Somit ist beispielsweise bei einem mit dem Elektromotor betriebenen Staubsauger dessen Saugleistung einstellbar oder bei einer derart angetriebenen Bohrmaschine deren Drehzahl. Phasenan­ schnittsteuerungen werden z. B. auch bei sogenannten Dimmern zur Leuchtstärkeneinstellung elektrischer Leuchten einge­ setzt.

Eine Phasenanschnittsteuerung ermöglicht einen verlustarmen Betrieb und kann sehr einfach aufgebaut werden. Bedingt durch einen schlagartigen Spannungssprung beim Durchschalten einer eingangsseitig anstehenden Spannung zum Verbraucher, bei­ spielsweise beim Durchschalten einer Netzspannung eines öf­ fentlichen Versorgungsnetzes, sowie bedingt durch den darauf­ hin einsetzenden Strom entstehen jedoch bei einer Phasenan­ schnittsteuerung eine Vielzahl von Oberwellen-Störungen, die auf die eingangsseitige Spannung einwirken und z. B. bei einer sinusförmigen Netzspannung deren Verlauf nachteilig beein­ flussen. Beispielsweise weicht der Motorstrom eines Elektro­ motors bedingt durch einen Phasenanschnitt einer Netzspannung stark von der an sich gewünschten Sinusform ab.

Man kann zwar hochfrequente Störungsanteile, die bis zu einem Bereich von mehreren hundert Megaherz auftreten können, mit passiven Filtern noch verhältnismäßig einfach unterdrücken. Niederfrequente Störungsanteile, die insbesondere im Zusam­ menhang mit relativ leistungsstarken, als relativ große induktive Last wirkenden Elektromotoren auftreten, können je­ doch mit passiven Filtern nur mit hohem Aufwand ausgefiltert werden. Dazu sind beispielsweise große Drosseln mit schweren Eisenkernen notwendig, die zu Einen teuer sind und zum Andern voluminös und schwer, so dass ein beispielsweise damit ausge­ rüsteter Staubsauger oder eine damit versehene Bohrmaschine teuer, unhandlich und schwer ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah­ ren sowie eine Versorgungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass störende Einflüsse auf eine eingangsseitig bereitgestellte wellenförmige Spannung, insbe­ sondere eine sinusförmige Netzspannung, verringert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dem eingangs genannten Ver­ fahren erfindungsgemäß vorgesehen, dass abwechselnd ein von mindestens einem zweiten Phasenwinkel abhängiger zweiter An­ teil der Spannung und ein von mindestens einem dritten Pha­ senwinkel abhängiger dritter Anteil der Spannung bereitge­ stellt wird, wobei der mindestens eine zweite Phasenwinkel größer als der mindestens eine erste Phasenwinkel und der mindestens eine dritte Phasenwinkel kleiner als der mindes­ tens eine erste Phasenwinkel ist, so dass im zeitlichen Mit­ tel der zweite und der dritte Anteil der Spannung zusammen im Wesentlichen dem ersten Anteil der Spannung entsprechen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ferner eine Versorgungsvorrich­ tung gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 12 vorgesehen.

Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, dass der den zum Verbraucher durchgeschalteten Spannungsanteil beeinflus­ sende Phasenwinkel im Bereich eines Soll-Phasenwinkels vari­ iert wird, also teils größer als der Soll-Phasenwinkel und teils kleiner als der Soll-Phasenwinkel eingestellt wird. Da­ bei wird je nach eingestelltem Phasenwinkel teils ein größe­ rer Anteil der Spannung, die z. B. eine sinuswellenförmige Wechselspannung ist, und teils ein kleinerer Anteil der Span­ nung zum Verbraucher durchgeschaltet, wobei im zeitlichen Mittel in etwa ein solcher Spannungsmittelwert eingestellt wird, der bei einem konstant beibehaltenen Soll-Phasenwinkel am Verbraucher anliegen würde.

Zwar treten auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Ober­ schwingungen auf, die eine eingangsseitig bereitgestellte wellenförmige Spannung belasten können. Allerdings sind durch die Variation des Soll-Phasenwinkels die Amplituden dieser Oberschwingungen verhältnismäßig gering, so dass sich diese auf die eingangsseitig bereitgestellte Spannung nur geringfü­ gig und jedenfalls in einem tolerablen Bereich auswirken.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer bevorzugten Aus­ führungsform von einer Versorgungsvorrichtung mit einem Mik­ rocontroller durchgeführt. Der Mikrocontroller steuert z. B. einen leistungselektronischen Schalter an, beispielsweise ein Triac oder einen Thyristor, und verändert den Einschaltzeit­ punkt, den sogenannten Zündwinkel, des leistungselektroni­ schen Schalters zum Durchschalten einer eingangsseitig be­ reitgestellten Spannung zum jeweiligen Verbraucher.

Der Soll-Phasenwinkel wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit zumindest eines für den elektrischen Verbraucher ermittelten Sollwerts eingestellt, bei einem Elektromotor als elektri­ schen Verbraucher beispielsweise anhand eines Drehzahlsoll­ werts und/oder Leistungssollwerts. Die erfindungsgemäße Ver­ sorgungsvorrichtung kann beispielsweise als Drehzahlsteller oder Drehzahlregler ausgeführt sein.

Somit kann bei einem Elektromotor beispielsweise dessen Dreh­ zahl eingestellt werden, wobei die erfindungsgemäße Änderung des Phasenwinkels, also beispielsweise des Zündwinkels eines Triacs, in einer derart hohen Veränderungsfrequenz erfolgt, dass im Wesentlichen eine einem Soll-Phasenwinkel bzw. -Zündwinkel entsprechende Drehzahl des Elektromotors erzielt wird. Die Veränderung des Phasenwinkels wirkt sich auf die einzustellende Drehzahl nicht oder allenfalls geringfügig aus.

Zweckmäßigerweise wird eine sogenannte Phasenanschnittsteue­ rung angewendet, bei der die jeweiligen Phasenwinkel jeweils einen Einschaltzeitpunkt oder Zündwinkel zum Durchschalten einer eingangsseitig anstehenden Spannungshalbwelle zu dem elektrischen Verbraucher bilden.

Das Ausschalten einer zum elektrischen Verbraucher bereits durchgeschalteten Spannungshalbwelle kann prinzipiell eben­ falls durch eine erfindungsgemäße Versorgungsvorrichtung ein­ gestellt werden, beispielsweise durch einen Schaltbefehl an den obengenannten leistungselektronischen Schalter. Vorteil­ hafterweise jedoch findet eine sogenannte Selbstlöschung statt, bei der jeweils ein Nulldurchgang einer Spannungsvoll­ welle oder eines von dieser abhängigen Stromflusses einen Ab­ schaltzeitpunkt zum Abschalten einer zu dem elektrischen Verbraucher bereits durchgeschalteten Spannungshalbwelle bil­ det.

Bei der Ausführung des Verfahrens sind verschiedene Vorge­ hensweisen möglich:
Prinzipiell kann jede eingangsseitig bereitgestellte Span­ nungshalbwelle mit einem individuellen Phasenwinkel bearbei­ tet werden, beispielsweise angeschnitten werden.

Bei einer besonders vorteilhaften Variante werden der erste Anteil der Spannung und/oder der zweite Anteil der Spannung und/oder der dritte Anteil jeweils als Ausschnitte aus zumin­ dest zwei aufeinanderfolgenden Spannungshalbwellen der ein­ gangsseitig bereitgestellten Spannung gebildet. Es werden da­ bei zweckmäßigerweise beide Halbwellen einer eingangsseitig anstehenden Spannungsvollwelle symmetrisch jeweils mit dem­ selben Phasenwinkel bearbeitet und ausgangsseitig dem Verbraucher bereitgestellt. Beispielsweise werden die aufein­ anderfolgenden Halbwellen einer Vollwelle mit demselben Pha­ senwinkel angeschnitten.

Jeweils nach einer oder mehreren Vollwellen der eingangssei­ tigen Spannung wird der Phasenwinkel, z. B. der Zündwinkel, geändert. Beispielsweise könnten bei einem an sich einzustel­ lenden Soll-Phasenwinkel bzw. Soll-Zündwinkel von 90 Grad ab­ wechselnd jeweils zwei aufeinanderfolgende Halbwelle mit ei­ nem Phasenwinkel von 80 Grad und zwei weitere aufeinanderfol­ gende Halbwellen mit einem Phasenwinkel 100 Grad angeschnit­ ten werden. Der Phasenwinkel weicht dabei vom Soll- Phasenwinkel jeweils beispielsweise um einen festen Wert ab und bleibt für zwei aufeinanderfolgende Halbwellen konstant.

Zwischen den sozusagen mit "manipulierten" Phasenwinkeln be­ arbeiteten Vollwellen können auch eine oder mehrere Vollwel­ len mit dem Soll-Phasenwinkel bearbeitet werden. Im obigen Beispiel könnten dann eine oder mehrere Vollwellen mit einem Phasenwinkel 90° angeschnitten und anschließend wieder der verkürzte bzw. verlängerte Phasenwinkel (80 Grad bzw. 100 Grad) angewandt werden.

Zwar geht möglicherweise im Bereich des minimalen Phasenwin­ kels und somit des maximalen Zündwinkels, also bei nahezu vollständiger Durchschaltung der eingangsseitigen Spannung zum Verbraucher, die erfindungsgemäße Beeinflussung des Pha­ senwinkels nahezu ganz verloren. Allerdings ist dies insofern unproblematisch, als in diesem Arbeitsbereich ohnehin nur ei­ ne verhältnismäßig geringe Oberwellenbelastung entsteht.

Jedenfalls wird durch die symmetrische Bearbeitung beider Halbwellen einer Vollwelle mit jeweils für beide Halbwellen gleichem Phasenwinkel der Einfluss geradzahliger Oberwellen auf den Stromfluss zwischen einer erfindungsgemäßen Versor­ gungsvorrichtung und dem elektrischen Verbraucher minimiert. Zudem wird eine mögliche Gleichstrombelastung bei einem die eingangsseitige Spannung bereitstellenden Versorgungsnetz niedrig gehalten oder sogar ganz vermieden.

Die erfindungsgemäß variierten Phasenwinkel können jeweils um einen festen vorbestimmten Variationswert vom Soll- Phasenwinkel abweichend eingestellt werden, im obigen bei­ spielsweise jeweils um 10 Grad abweichend von einem Soll- Phasenwinkel von 90 Grad.

Es ist auch möglich, dass die variierten Phasenwinkel gegen­ über dem Soll-Phasenwinkel um von diesem jeweils abhängige Variationswerte abweichend eingestellt werden. Beispielsweise können die Variationswerte bei kleinen Soll-Phasenwinkeln klein sein, bei großen Soll-Phasenwinkeln groß. Die notwendi­ gen Variationswerte können beispielsweise anhand einer Re­ chenregel, z. B. anhand einer Proportionalgleichung, bestimmt werden oder in einer Tabelle hinterlegt sein.

Es versteht sich, dass die jeweiligen Phasenwinkel auch einen Abschaltzeitpunkt zum Abschalten einer zu dem elektrischen Verbraucher bereits durchgeschalteten Spannungshalbwelle bestimmen können.

In diesem Fall schaltet zweckmäßigerweise der oben erwähnte leistungselektronische Schalter jeweils bei einem einen Ein­ schaltzeitpunkt definierenden Nulldurchgang einer Spannungs­ vollwelle diese zu dem elektrischen Verbraucher durch.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Versorgungsvorrichtung 10, die einen Elektromotor 11 mit elektrischer Energie versorgt,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines von der Versorgungs­ vorrichtung 10 aus Fig. 1 ausgeführten Pro­ gramm-Moduls,

Fig. 3a den sinuswellenförmigen Verlauf einer Eingangs­ spannung Ue für die Versorgungsvorrichtung 10 über einer Zeitachse t,

Fig. 3b einen Verlauf einer an dem Elektromotor 11 an­ liegenden Ausgangsspannung Ua bei einem kon­ stant eingestellten Phasenwinkel 24,

Fig. 3c einen Verlauf der Ausgangsspannung Ua bei vari­ ierten Phasenwinkeln 24, 28, 29,

Fig. 4a einen Verlauf der Ausgangsspannung Ua bei einem konstant eingestellten, gegenüber Fig. 3b kür­ zeren Phasenwinkel 24,

Fig. 4b einen Verlauf der Ausgangsspannung Ua bei vari­ ierten Phasenwinkeln 24, 28, 29, die gegenüber Fig. 3c jedoch kürzer sind, und

Fig. 4c einen Verlauf der Ausgangsspannung Ua, mit ei­ nem Einschaltzeitpunkten der Eingangsspannung Ue wie in Fig. 4b, jedoch mit einem Abschalten der Eingangsspannung Ue bei Erreichen von Pha­ senwinkeln 24b, 28b.

Die schematische dargestellte Versorgungsvorrichtung 10 ver­ sorgt den Elektromotor 11 als elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie. Eingangsseitig liegt an der Versorgungsvorrichtung 10 eine wellenförmige Eingangsspannung Ue an, die vorliegend eine durch ein elektrisches Versorgungs­ netz bereitgestellte sinuswellenförmige Einphasen- Wechselspannung ist. Der Elektromotor 11 und die Versorgungs­ vorrichtung 10 sind beispielsweise Bestandteile eines Staub­ saugers oder eines Elektro-Handwerkzeugs, z. B. einer Hand­ bohrmaschine. Der Elektromotor 11 ist vorzugsweise ein soge­ nannter Universal-Motor, also eine Reihenschlussmaschine, und weist ein Leistung von etwa 1000-1600 Watt auf.

Die Eingangsspannung Ue wechselt zwischen einem positiven Ma­ ximalwert +Um und einem negativen Maximalwert -Um, wobei eine Vollwelle 12 der Eingangsspannung Ue eine vollständige Perio­ de T mit einem Phasenwinkel von 360 Grad beschreibt. Die Vollwellen 12 bestehen jeweils aus einer positiven und einer negativen Halbwelle 13, 14 der Eingangsspannung Ue mit einer Periode T/2 und einem Phasenwinkel von 180 Grad.

Die Versorgungsvorrichtung 10 stellt einen Anteil der Ein­ gangsspannung Ue als Ausgangsspannung Ua für den Elektromotor 11 bereit. Die Versorgungsvorrichtung 10 bildet die Ausgangs­ spannung Ua mit Phasenanschnittsmitteln 15, die in Abhängig­ keit von Phasenwinkeln den jeweiligen Anteil aus der Ein­ gangsspannung Ue ausschneiden. Die Phasenanschnittsmittel 15 weisen Steuermittel 16, Speichermittel 17 sowie einen leis­ tungselektronischen Schalter 18 auf, der in Reihe mit dem E­ lektromotor 11 geschaltet ist. An der Reihenschaltung Schalter 18 und Elektromotor 11 liegt die Eingangsspannung Ue an. Die Elektromotor 11 bildet eine induktive Last.

Der leistungselektronische Schalter 18 ist beispielsweise ein TRIAC oder ein Thyristor zum Ein- und Ausschalten eines den Elektromotor 11 durchfließenden Motorstromes Ia. Der Schalter 18 wird durch die Steuermittel 16 geschaltet, was durch eine gestrichelte Verbindung 20 angedeutet ist.

Die Eingangsspannung Ue liegt über einen Vorwiderstand 21 an den Phasenanschnittsmitteln 15 an und versorgt diese mit e­ lektrischer Energie. Der Vorwiderstand 21 steht beispielhaft für eine beliebige Stromversorgung der Versorgungsvorrichtung 10, die beispielsweise auch einen Spannungskonstanter und/oder einen Überspannungsschutz aufweisen kann.

Bei den Steuermitteln 16 handelt es sich um einen Prozessor oder um eine Prozessoranordnung, z. B. um einen Mikrocontrol­ ler oder einen Digitalen Signalprozessor, der vorzugsweise kurze Rechenzeiten aufweist. Dies ist beispielsweise bei so­ genannten RISC-Mikrocontrollern der Fall (RISC = Reduced In­ struction Set Controller). Die Steuermittel 16 führen Pro­ grammcode von in Fig. 1 nicht dargestellten Programm-Modulen aus, beispielsweise von einem in Fig. 2 schematisch als Ab­ laufdiagramm gezeigten Programm-Modul 21. Die Programm-Module sind in den Speichermitteln 17 gespeichert. Bei diesen han­ delt es sich beispielsweise um separate oder in die Steuermittel 16 integrierte Speicherbausteine, z. B. sogenannte Flash-Memories oder sonstige PROMS (PROM = Programmable Read Only Memory). Die Steuermittel 16 steuern mit Hilfe der Pro­ gramm-Module, eventuell unter Kontrolle eines Betriebssys­ tems, die Funktionen der Versorgungsvorrichtung 10. Die nicht gezeigten Programm-Module dienen zur Drehzahlregelung des E­ lektromotors 11.

Die Versorgungsvorrichtung 10 ist vorliegend als ein Dreh­ zahlsteller oder -regler für den Elektromotor 11 ausgeführt. Die jeweils einzustellende Drehzahl wird den Phasenan­ schnittsmitteln 15 als Drehzahl- oder Phasenwinkel-Sollwert 22 vorgegeben. Prinzipiell kann das Programm-Modul 21 und/oder ein nicht dargestelltes Programm-Modul und/oder eine sonstige Funktionsbaugruppe der Versorgungsvorrichtung 10 zur Drehregelung vorgesehen sein. Dabei werden beispielsweise die an dem Elektromotor 11 anliegende Ausgangsspannung Ua und/oder der über diesen fließenden Strom Ia mittels eines zwischen dem Schalter 18 und dem Elektromotor 11 angeordneten Abgriffs 23 als Regelungs-Ist-Werte erfasst.

In Fig. 3b ist zunächst eine bekannte Funktionsweise einer Phasenschnittssteuerung dargestellt, bei der die Phasenan­ schnittsmittel 15 einen von einem konstanten Phasenwinkel 24 abhängigen Anteil 30 der wellenförmigen Eingangsspannung Ue für den als elektrischen Verbraucher dienenden Elektromotor 11 als Ausgangsspannung Ua bereitstellen. Der Phasenwinkel 24 weist einen Winkel von 90 Grad bzw. eine viertel Periode T/4 einer Vollwelle 12 der Eingangsspannung Ue auf. Der Phasen­ winkel 24 beginnt aus Gründen der Vereinfachung jeweils bei Beginn einer Halbwelle 13, 14.

Der Phasenwinkel 24 wird den Phasenanschnittsmitteln 15 z. B. als Phasenwinkel-Sollwert 22 vorgegeben. Jeweils bei Errei­ chen des Phasenwinkels 24 wird der Schalter 18 geschlossen, so dass jeweils die positive und die negative Halbwelle 13, 14 der Eingangsspannung Ue an dem Elektromotor 11 anliegen. Jeweils bei Nulldurchgängen 25 der Eingangsspannung Ue oder bei davon abhängigen, nicht dargestellten Nulldurchgängen des Stromes Ia wird der Schalter 18 wieder geöffnet. Das Ein­ schalten des Schalters 18 wird z. B. durch einen Zündimpulses der Steuermittel 16 bewirkt, das Ausschalten erfolgt bei ent­ sprechender Bauart des Schalters 18 als eine sogenannte Selbstlöschung automatisch z. B. bei Abreißen des Stromes Ia.

Bei der in Fig. 3b gezeigten Funktionsweise ergeben sich je­ doch die eingangs dargestellten störenden Einflüsse auf die Eingangsspannung Ue. Daher stellt die Versorgungsvorrichtung 10 den Phasenwinkel 24 nicht auf einen festen Wert ein, son­ dern variiert ihn um Werte 26, 27 zu Phasenwinkeln 28, 29, die wie der Phasenwinkel 24 zur Vereinfachung jeweils mit ei­ ner Halbwelle 13, 14 der Eingangsspannung Ue beginnend einge­ zeichnet sind, bei einer üblichen Betrachtungsweise jedoch mit einer Vollwelle der Eingangsspannung Ue beginnen.

Die Werte 26, 27 sind vorliegend gleich groß, könnten aber auch unterschiedlich groß sein. Der Phasenwinkel 28 ist um den Wert 26 größer als der Phasenwinkel 24, der Phasenwinkel 29 um den Wert 27 kleiner als der Phasenwinkel 24. Die Pha­ senanschnittsmittel 15 stellen in zyklischer Folge jeweils für eine Vollwelle der Eingangsspannung Ue die modifizierten Phasenwinkel 28, 29 sowie den unmodifizierten Phasenwinkel 24 ein, wobei von den Phasenwinkeln 28, 29, 24 abhängige Anteile 31, 32, 30 der Eingangsspannung Ue als Ausgangsspannung Ua am Elektromotor 11 anliegen, so dass letztlich im zeitlichen Mittel die Ausgangsspannungen Ua aus den Fig. 3b und 3c im Wesentlichen gleich groß sind.

Es versteht sich, dass beispielsweise der Phasenwinkel 24 auch mehrfach unmittelbar hintereinander angewendet werden kann, wobei beispielsweise zyklische Folgen von Phasenwinkeln 28-29-24-24-24-24-28-29-24-24-24-24 usw. oder 28-24-24-29-24- 24-28-24-24-29-24-24 usw. von den Phasenanschnittsmitteln 15 abgearbeitet werden.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des Programm-Moduls 21 anhand der Fig. 2 und 3c erläutert:
In einem Prüfschritt 40 erfasst das Programm-Modul 21, ob die Ausgangsspannung Ua und/oder der Strom Ia einen Nulldurchgang aufweisen. Wenn dies der Fall ist, geht das Programm-Modul 21 in einem Übergang 41 zu einem Prüfschritt 42 über, in dem es überprüft, ob ein einzustellender Soll-Phasenwinkel, im bei­ spielsweise der Phasenwinkel 24 erreicht ist. Solange dies nicht zutrifft, verzweigt das Programm-Modul 21 in einer Rückwärtsschleife 43 wieder zum Prüfschritt 42, ansonsten geht es in einem Übergang 44 zu einem Aktionsschritt 45 über, in welchem es den Schalter 18 schließt. Sofern dieser ein Triac enthält, wird dieses beispielsweise gezündet.

In einem sich zweckmäßigerweise anschließenden Prüfschritt 46 prüft das Programm-Modul 21, ob der Schalter 18 tatsächlich geschlossen ist und verzweigt im negativen Fall wieder in ei­ nem Übergang 47 zum Aktionsschritt 45, in dem beispielsweise ein weiterer Zündimpuls an den ein Triac enthaltenden Schal­ ter 18 gesendet wird. Man könnte die Schritte 45, 46 daher auch als "Nachzündautomatik" bezeichnen.

Bei erfolgreichem Schalten des Schalters 18 geht das Pro­ gramm-Modul 21 in einem mit 48 bezeichneten Übergang zu einem Prüfschritt 49 über, in dem es überprüft, ob der anschließend einzustellende Phasenwinkel dem Soll-Phasenwinkel 24 ent­ spricht, oder gegebenenfalls manipuliert werden muss. Wenn dies nicht der Fall ist, geht das Programm-Modul 21 in einem Übergang 50 wieder zum Prüfschritt 40 über.

Ansonsten geht das Programm-Modul 21 in einem Übergang 51 zu einem Prüfschritt 52 über, in welchem es überprüft, ob der anschließend einzustellende Phasenwinkel größer sein soll als der Soll-Phasenwinkel 24, wobei beispielsweise in einem Akti­ onsschritt 53 der Phasenwinkel 24 um den Wert 26 zum Phasen­ winkel 28 vergrößert wird. Ermittelt das Programm-Modul 21 im Prüfschritt 52, dass der anschließend einzustellende Phasen­ winkel kleiner sein soll als der Soll-Phasenwinkel 24, ver­ kleinert es in einem Aktionsschritt 54 den Phasenwinkel 24 um den Wert 27 und bildet so den Phasenwinkel 29. Von den Akti­ onsschritten 53, 54 geht das Programm-Modul 21 jeweils wieder zum Nulldurchgangs-Prüfschritt 40 über und stellt anschlie­ ßend den nunmehr ermittelten Phasenwinkel 28 oder 29 ein.

In den Aktionsschritten 53, 54 kann das Programm-Modul 21 je­ weils die festen, vorbestimmten Werte 26, 27 zum Phasenwinkel 24 addieren bzw. von diesem subtrahieren. Es ist auch mög­ lich, dass das Programm-Modul 21 die Werte zur Modifikation des Phasenwinkels 24 nach einer Rechenregel ermittelt oder aus einer Tabelle ausliest, in der Zuordnungen von Soll- Phasenwinkeln und jeweils von zu diesen abzuziehenden oder zu diesen hinzuzurechnenden Werten abgelegt sind.

Nachfolgend werden weitere Varianten des oben erfindungsgemä­ ßen Verfahrens erläutert:
Bei dem in Fig. 4a dargestellten Verlauf der Ausgangsspan­ nung Ua ist der Phasenwinkel 24 gegenüber dem Verlauf in Fig. 3b kürzer. Die Eingangsspannung Ue wird nur geringfügig angeschnitten und nahezu vollständig als Ausgangsspannung Ua bereitgestellt. Der Elektromotor 11 läuft dabei nahezu unter Volllast. Der Phasenwinkel 24 wird beispielsweise als Soll­ wert 22 vorgegeben.

In Fig. 4b wird der Soll-Phasenwinkel 24 aus Fig. 4a erfin­ dungsgemäß variiert. Bei einem Abschnitt 60 der Ausgangsspan­ nung Ua wird der Phasenwinkel 24 unmodifiziert angewendet. Bei einem sich an den Abschnitt 60 anschließenden Abschnitt 61 ist der Phasenwinkel 24 derart zu einem Phasenwinkel 29 verkleinert, dass die Eingangsspannung Ue nicht mehr ange­ schnitten und vollständig als Ausgangsspannung Ua bereitge­ stellt wird. In einem anschließenden Abschnitt 62 der Aus­ gangsspannung Ua hingegen ist ein gegenüber dem Phasenwinkel 24 vergrößerter Phasenwinkel 28 angewendet, der sich auf den Verlauf der Ausgangsspannung Ua deutlich auswirkt.

In Fig. 4c ist ein Verlauf der Ausgangsspannung Ua gezeigt, der in Bezug auf die Einschaltzeitpunkte mit dem Verlauf von Fig. 4b übereinstimmt. Dementsprechend sind Einschalt- Phasenwinkel 24a, 28a, 29a eingezeichnet, die den Phasenwin­ keln 24, 28, 29 entsprechen und bei denen jeweils der Schal­ ter 18 geschlossen wird. Im Unterschied zu Fig. 4b öffnen die Steuermittel 16 den Schalter 18 bei Erreichen von Aus­ schalt-Phasenwinkeln 24b, 28b, 29b. Die Einschalt- Phasenwinkel 24a, 28a, 29a und die Ausschalt-Phasenwinkel 24b, 28b, 29b sind zueinander symmetrisch, so dass jede Halb­ welle der Eingangsspannung Ue symmetrisch angeschnitten wird.

Beispielsweise betragen die Phasenwinkel 24a, 24b für eine positive Halbwelle 64 10 Grad bzw. 170 Grad und für eine ne­ gative Halbwelle 65 190 Grad und 350 Grad.

Weitere Varianten der Erfindung sind ohne Weiteres möglich:
Es ist auch möglich, dass der Schalter 18 jeweils bei den Nulldurchgängen 25 der Eingangsspannung Ue geschlossen wird, wobei die Einschalt-Phasenwinkel 24a, 28a, 29a jeweils 0 Grad betragen. Die Steuermittel 16 öffnen dann den Schalter 18 je­ weils bei Erreichen der Ausschalt-Phasenwinkel 24b, 28b, 29b.

Die Phasenanschnittsmittel 15 könnten auch vollständig als Hardware realisiert sein, z. B. als sogenannte Field Program­ mable Gate Arrays (FPGA) und/oder als Application Specific Integrated Circuits (ASIC).

Statt des Schalters 18 kann auch eine sonstige, Schalteran­ ordnung zum Ein- und Ausschalten einer Spannung vorgesehen sein, die an dem als elektrischen Verbraucher dienenden E­ lektromotor 11 anliegt.

Prinzipiell könnte die Versorgungsvorrichtung 10 auch eine sonstige wellenförmige Eingangsspannung ein- und ausschalten und/oder durch diese versorgt werden.

Es versteht sich, dass auch beliebige Kombinationen der in den Ansprüchen sowie in der Beschreibung angegebenen Maßnah­ men und Anordnungen möglich sind.

Claims (15)

1. Verfahren zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers (11), insbesondere eines Elektromotors (11), mit elektrischer Energie, bei dem ein von mindestens einem ersten Phasenwinkel (24) abhängiger erster Anteil (30) einer wellenförmigen Span­ nung (Ue) für den elektrischen Verbraucher (11) bereitge­ stellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass abwechselnd ein von mindestens einem zweiten Phasenwinkel (28) abhängiger zweiter Anteil (31) der Spannung (Ue) und ein von mindestens einem dritten Phasenwinkel (29) abhängiger dritter Anteil (32) der Spannung (Ue) bereitgestellt wird, wobei der mindestens eine zweite Phasenwinkel (28) größer als der mindestens eine erste Phasenwinkel (24) und der mindestens eine dritte Phasenwinkel (29) kleiner als der mindestens eine erste Phasenwinkel (24) ist, so dass im zeitlichen Mittel der zweite und der dritte Anteil (31, 32) der Spannung (Ue) zusammen im Wesentlichen dem ersten Anteil (30) der Spannung (Ue) entsprechen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anteil (30) der Spannung (Ue) und/oder der zweite Anteil (31) der Spannung (Ue) und/oder der dritte Anteil (32) der Spannung (Ue) jeweils als Ausschnitte aus zumindest zwei aufeinanderfolgenden Spannungshalbwellen (13, 14) gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Phasenwinkel (24) und/oder der min­ destens eine zweite Phasenwinkel (28) und/oder der mindestens eine dritte Phasenwinkel (29) jeweils auf zumindest ein Paar aufeinanderfolgender Spannungshalbwellen (13, 14), insbeson­ dere symmetrisch, angewendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der mindestens eine erste Phasenwinkel (24) und/oder der mindestens eine zweite Phasenwinkel (28) und/oder der mindestens eine dritte Phasenwinkel (29) einen Einschaltzeitpunkt zum Durchschalten einer Spannungshalbwelle (13, 14) zu dem elektrischen Verbraucher (11) bestimmen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Nulldurchgang (25) einer Spannungsvollwelle (12) oder eines von dieser abhängigen Stromflusses einen Abschalt­ zeitpunkt zum Abschalten einer zu dem elektrischen Verbrau­ cher (11) bereits durchgeschalteten Spannungshalbwelle (13, 14) bildet.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Phasen­ winkel (24) und/oder der mindestens eine zweite Phasenwinkel (28) und/oder der mindestens eine dritte Phasenwinkel (29) jeweils einen Abschaltzeitpunkt zum Abschalten einer zu dem elektrischen Verbraucher (11) bereits durchgeschalteten Span­ nungshalbwelle (13, 14) bestimmen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Nulldurchgang (25) einer Spannungsvollwelle (12) einen Einschaltzeitpunkt zum Durchschalten einer Spannungs­ halbwelle (13, 14) zu dem elektrischen Verbraucher (11) bil­ det.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Phasen­ winkel (24) in Abhängigkeit zumindest eines für den elektri­ schen Verbraucher (11) ermittelten Sollwerts (22), insbeson­ dere eines Drehzahlsollwerts und/oder Leistungssollwerts, er­ mittelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Phasen­ winkel (28) und/oder der mindestens eine dritte Phasenwinkel (29) gegenüber dem ersten Phasenwinkel (24) um einen festen vorbestimmten Variationswert (26, 27) abweichend eingestellt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Phasen­ winkel (28) und/oder der mindestens eine dritte Phasenwinkel (29) gegenüber dem ersten Phasenwinkel (24) um von dem jewei­ ligen ersten Phasenwinkel (24) abhängige Variationswerte ab­ weichend eingestellt werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass als wellenförmige Spannung (Ue) eine sinuswellenförmige Wechselspannung eingesetzt wird.

12. Versorgungsvorrichtung zur Versorgung eines elektri­ schen Verbrauchers (11), insbesondere eines Elektromotors (11), mit elektrischer Energie, mit Phasenanschnittsmitteln (15) zur Bereitstellung eines von mindestens einem ersten Phasenwinkel (24) abhängigen ersten Anteils (30) einer wel­ lenförmigen Spannung (Ue) für den elektrischen Verbraucher (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanschnittsmittel (15) derart ausgestaltet sind, dass sie abwechselnd einen von mindestens einem zweiten Phasenwinkel (28) abhängigen zweiten Anteil (31) der Spannung (Ue) und einen von mindestens einem dritten Phasenwinkel (29) abhängigen dritten Anteil (32) der Spannung (Ue) bereitstellen können, wobei der mindestens eine zweite Phasenwinkel (28) größer als der mindestens eine erste Phasenwinkel (24) und der mindestens eine dritte Phasenwinkel (29) kleiner als der mindestens eine erste Phasenwinkel (24) ist, so dass im zeitlichen Mittel der zweite und der dritte Anteil (32) der Spannung (Ue) zusammen im Wesentlichen dem ersten Anteil (30) der Spannung (Ue) entsprechen.

13. Elektrogerät, insbesondere elektrischer Staubsauger, elektrisches Werkzeug oder dergleichen, mit einer Versor­ gungsvorrichtung nach Anspruch 12.

14. Programm-Modul für eine Versorgungsvorrichtung zur Ver­ sorgung eines elektrischen Verbrauchers (11), insbesondere eines Elektromotors (11), mit elektrischer Energie, mit Mit­ teln zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und mit Programmcode, der durch ein Steuermittel der Versorgungsvorrichtung ausgeführt werden kann.

15. Speichermittel, insbesondere Speicherbaustein, Disket­ te, CD-ROM, Digital Versatile Disc, Festplattenlaufwerk, oder dergleichen, mit einem darauf gespeicherten Programm-Modul nach Anspruch 14.