DE102004028990B4

DE102004028990B4 - Verfahren für die automatische Anpassung eines Reglers an eine Last

Info

Publication number: DE102004028990B4
Application number: DE102004028990A
Authority: DE
Inventors: Claude Deiber; Marc Elsass; Alain Gstalter
Original assignee: Hager Controls SAS
Current assignee: Hager Controls Saverne Fr
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: CH697326B1; DE102004028990A1; FR2856236B1; FR2856236A1

Abstract

Verfahren für die automatische Anpassung eines Reglers an eine Last, wobei das Verfahren (1) folgende Schritte umfasst: einen Regler im Phasenabschnittsmodus unter Spannung zu setzen, und wenn der Regler im Phasenabschnittsmodus funktioniert, die Anpassung an die angeschlossene Last dadurch zu verifizieren, dass das Fehlen einer Überspannung festgestellt und entsprechend das Funktionieren mit der Last zugelassen wird, bzw. im Falle des Vorliegens einer Überspannung eine Umstellung des Reglers auf den Phasenanschnittsmodus zu versuchen, um die Anpassung an eine induktive Last durch Feststellung des Fehlens eines Überstroms zu überprüfen Lind dann das Funktionieren mit der Last zu gestatten, oder im Falle der Feststellung eines Überstroms den Ausgang des Reglers abzutrennen und jede Regelung zu unterdrücken, und wenn der Regler im Phasenanschnittsmodus arbeitet, die Anpassung an die angeschlossene Last durch die Feststellung zu überprüfen, dass kein Überstrom vorliegt und das Funktionieren mit der Last zu gestatten,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der elektrischen Anlagen im Haushalts-, Dienstleistungs- oder Industriebereich, insbesondere von Vorrichtungen zur Steuerung und Versorgung des Helligkeitsniveaus unterschiedlicher Arten von Beleuchtungslasten, d. h. also von resistiven, kapazitiven oder induktiven Lasten, und sie hat ein Verfahren für die automatische Anpassung eines Reglers an eine Last zum Gegenstand.
Des weiteren hat die Erfindung eine Vorrichtung zur Umsetzung dieses Verfahrens zum Gegenstand.
Aktuell werden die Steuerung und die Verwaltung des Helligkeitsniveaus verschiedener Arten von Beleuchtungslasten im wesentlichen durch Beschneiden der Versorgungsphase der Last entweder durch Phasenanschnitt oder durch Phasenabschnitt realisiert.
Im Phasenanschnittsmodus wird der erste Teil jeder Halbwelle blockiert und der zweite Teil auf die Last übertragen, während beim Phasenabschnittsmodus der erste Teil jeder Halbwelle auf die Last übertragen und der zweite Teil blockiert wird. Der Phasenanschnittsmodus ist für induktive oder resistive Lasten geeignet, während der Phasenabschnittsmodus für kapazitive oder resistive Lasten geeignet ist.
Ein Phasenabschnitt an einer induktiven Last führt zu Überspannungen, und ein Phasenanschnitt an einer kapazitiven Last führt zu Überströmen.
Die bekannten Regler weisen jedoch gewisse Nachteile auf. Wenn ein Regler für eine Art von Last spezifiziert ist, kann die Auswahl des richtigen Produktes nur dann erfolgen, wenn die Last bekannt ist, was mit einer notwendigen Flexibilität nicht vereinbar ist. Wenn Regler konfigurierbar sind, sind sie nicht für dynamische Veränderungen der Lastenart geeignet, und die Konfiguration weist Fehlerrisiken auf, welche u. a. darauf beruhen, dass der Installateur das Problem verkennt bzw. dass bei der Bedienung Fehler gemacht werden.
Außerdem sind die heute vorhandenen, bei der Spannungsanlegung automatisch konfigurierbaren Regler nicht für dynamische Veränderungen der Lastenart geeignet.
Die US 5 239 255 A beschreibt ein Verfahren zur Anpassung eines phasengesteuerten Reglers an eine Last, bei dem der Regler zunächst im Phasenabschnittbetrieb arbeitet und bei Erkennung einer induktiven Last auf Phasenanschnittbetrieb umschaltet.
Die DE 43 10 723 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung des Wechselstroms in einem Lastkreis, das in Abhängigkeit von der Last nach dem Phasenanschnittsprinzip oder nach dem Phasenabschnittsprinzip arbeitet. Das Verfahren sieht vor, die Art der Last zu bestimmen und bei einer induktiven Last Phasenanschnitt bzw. bei einer kapazitiven oder ohmschen Last Phasenabschnitt zu fahren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteilen abzuhelfen, indem sie ein Verfahren und eine Vorrichtung für die automatische Anpassung eines Reglers an eine Last vorschlägt, womit einerseits die Auswahl des Produktes vereinfacht und andererseits eine dynamische Veränderung der Lastenart ermöglicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, einen Regler im Phasenabschnittsmodus unter Spannung zu setzen, und wenn der Regler im Phasenabschnittsmodus funktioniert, die Anpassung an die angeschlossene Last dadurch zu verifizieren, dass das Fehlen einer Überspannung festgestellt und entsprechend das Funktionieren mit der Last zugelassen wird, bzw. im Falle des Vorliegens einer Überspannung eine Umstellung des Reglers auf den Phasenanschnittsmodus zu versuchen, um die Anpassung an eine induktive Last durch die Feststellung des Fehlens eines Überstroms zu überprüfen und dann das Funktionieren mit der Last zu gestatten, oder im Falle der Feststellung eines Überstroms den Ausgang des Reglers abzutrennen und jede Regelung zu unterdrücken, und wenn der Regler im Phasenanschnittsmodus arbeitet, die Anpassung an die angeschlossene Last durch die Feststellung zu überprüfen, dass kein Überstrom vorliegt und das Funktionieren mit der Last zu gestatten, oder im Falle des Vorliegens eines Überstroms eine Umstellung des Reglers auf den Phasenabschnittsmodus zu versuchen, um die Anpassung an eine kapazitive Last durch die Feststellung des Fehlens einer Überspannung zu überprüfen und den Betrieb mit der Last zu gestatten, bzw. im Falle der Detektierung einer Überspannung eine Rückkehr des Reglers in den Phasenanschnittsmodus zu versuchen, um die Anpassung an eine induktive Last durch die Feststellung des Fehlens eines Überstroms zu überprüfen und dann den Betrieb mit der Last zuzulassen, bzw. im Falle des Vorliegens eines Überstroms den Ausgang des Reglers abzutrennen und jede Regelung zu unterdrücken.
Die Erfindung hat des weiteren eine Vorrichtung zur Umsetzung dieses Verfahrens zum Gegenstand. Diese ist ein Regler, welcher mit einer Last verbunden ist und im wesentlichen aus einer Leistungsstufe, aus einer Einheit zur Überwachung und Steuerung der Last, aus einer Einheit zur Detektierung von Überspannungen, aus einer Einheit zur Detektierung des Nulldurchgangs des Stroms in der Last, aus einer Einheit zur Detektierung von Überströmen und aus einer Einheit zur Detektierung des Nulldurchgangs der Spannung besteht.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine zusammenfassende schematische Darstellung mit der Erläuterung der Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 und 3 zur 1 analoge Ansichten hinsichtlich der Verwaltung von Überlasten und Überhitzungen, und
4 ein Blockdiagramm der Vorrichtung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Entsprechend der Erfindung, und wie aus der zusammenfassenden schematischen Darstellung der 1 der beigefügten Zeichnung ersichtlich ist, besteht das Verfahren für die automatische Anpassung eines Reglers an eine Last darin, den Regler im Phasenabschnittsmodus unter Spannung zu setzen, und wenn der Regler im Phasenabschnittsmodus funktioniert, die Anpassung an die angeschlossene Last dadurch zu verifizieren, dass das Fehlen einer Überspannung festgestellt und entsprechend das Funktionieren mit der Last zugelassen wird, bzw. im Falle des Vorliegens einer Überspannung eine Umstellung des Reglers auf den Phasenanschnittsmodus zu versuchen, um die Anpassung an eine induktive Last durch Feststellung des Fehlens eines Überstroms zu überprüfen und dann das Funktionieren mit der Last zu gestatten, oder im Falle der Feststellung eines Überstroms den Ausgang des Reglers abzutrennen und jede Regelung zu unterdrücken, und wenn der Regler im Phasenanschnittsmodus arbeitet, die Anpassung an die angeschlossene Last durch die Feststellung zu überprüfen, dass kein Überstrom vorliegt und das Funktionieren mit der Last zu gestatten, oder im Falle des Vorliegens eines Überstroms eine Umstellung des Reglers auf den Phasenabschnittsmodus zu versuchen, um die Anpassung an eine kapazitive Last durch Feststellung des Fehlens einer Überspannung zu überprüfen und den Betrieb mit der Last zu gestatten, bzw. im Falle der Detektierung einer Überspannung eine Rückkehr des Reglers in den Phasenanschnittsmodus zu versuchen, um die Anpassung an eine induktive Last durch Feststellung des Fehlens eines Überstroms zu überprüfen und dann den Betrieb mit der Last zuzulassen, bzw. im Falle des Vorliegens eines Überstroms den Ausgang des Reglers abzutrennen und jede Regelung zu unterdrücken.
Im Falle eines Betriebs im Phasenanschnittsmodus ermöglicht der doppelte Umstellungsversuch, die Fälle des direkten Anschlusses von „kalten” Lasten zu beherrschen, insbesondere im Falle der Nutzung zusammen mit gesteuerten Steckdosen, wobei der Ausgang des Reglers aktiv ist. Eine „kalte” Last ist durch eine im Vergleich zu ihrem Betriebszustand höhere Impedanz gekennzeichnet, wobei die Impedanz der Last in dem Maße abnimmt, wie die durch ihre Versorgung ausgelöste Erwärmung zunimmt.
Der Anschluss einer „kalten” Last kann vorübergehend zu Überströmen führen, welche der Regler mit einer nicht vorhandenen Kompatibilität zwischen dem Phasenanschnittsmodus und der angeschlossenen Last gleichsetzen würde.
Mit der Steuerstrategie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Unterscheidung zwischen diesem beispielhaften Fall und dem tatsächlichen Ersetzen der Last durch eine kapazitive Last nicht unmittelbar. Der Regler prüft, ob es zu einer Veränderung der Lastart gekommen ist. Dementsprechend liefern bei dem Versuch des Betriebs im Phasenabschnittsmodus und wenn die Last tatsächlich einen induktiven Charakter hat, Überspannungen einen Hinweis für den Regler, dass auf den Phasenanschnittsmodus zurückzukehren ist.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal besteht das Verfahren darin, während des Funktionierens im Phasenabschnittsmodus eine zusätzliche Prüfung auf das Fehlen eines Überstroms durchzuführen und im Falle des Auftretens eines solchen Überstroms den Ausgang des Reglers abzutrennen und bis zur nächsten Spannungsanlegung jede Regelung zu unterdrücken (1).
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal besteht das Verfahren darin, während des Funktionierens im Phasenanschnittsmodus eine zusätzliche Prüfung auf das Fehlen einer Überspannung durchzuführen und im Falle des Auftretens einer solchen Überspannung den Ausgang des Reglers abzutrennen und bis zur nächsten Spannungsanlegung jede Regelung zu unterdrücken (1).
Das Verfahren kann des weiteren sowohl im Phasenabschnittsmodus als auch im Phasenanschnittsmodus dadurch ergänzt werden, dass das Detektieren einer Überlast vorgesehen wird, was gegebenenfalls eine entsprechende Minderung des Ausgangsspannungspegels (2) durch Aktivierung einer Überlastschwelle bis zum Verschwinden der Überlast bzw. bis zum Abtrennen des Ausgangs auslöst. Des weiteren ist es auch möglich, ergänzend das Detektieren einer Überhitzung vorzusehen, was gegebenenfalls durch Aktivieren einer Überhitzungsschwelle eine entsprechende Minderung des Ausgangsspannungspegels (3) auslöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird umgesetzt durch eine in 4 der Zeichnungen dargestellte Vorrichtung, welche einen mit einer Last 2 verbundenen Regler 1 darstellt, der im wesentlichen besteht aus einer Leistungsstufe 3, aus einer Einheit 4 zur Überwachung und Steuerung der Last, aus einer Einheit 5 zur Detektierung von Überspannungen, aus einer Einheit 6 zur Detektierung des Nulldurchgangs des Stroms in der Last, aus einer Einheit 7 zur Detektierung von Überströmen und aus einer Einheit 8 zur Detektierung des Nulldurchgangs der Spannung.
Nach einem Erfindungsmerkmal ist die Leistungsstufe 3, die durch einen elektronischen Schaltkreis zur Versorgung der Last 2 über zwei mit zwei Dioden 32 verbundene Transistoren 31 gebildet wird, mit der Einheit (4) zur Überwachung und Steuerung der Last 2 verbunden, welche bevorzugt ein Mikrocontroller ist, der die Steuerung der Transistoren 31 als Funktion der von der Last 2 abgegebenen Eingangssignale sicherstellt und den Abschnittsmodus als Funktion der Detektierung von Überspannung und Überströmen adaptiert, die von den Einheiten 5, 7 zur Detektierung von Überspannungen und zur Detektierung von Überströmen abgegeben werden. Entsprechend ermöglicht die Überwachungs- und Steuereinheit 4 durch Nutzung der Eingangssignale aus der Last 2 das Abschneiden der Phase in zur Netzspannung synchroner Form, und sie passt den Abschnittsmodus an, um die von den Einheiten 5 und 7 gelieferten Informationen zu berücksichtigen.
Die Einheit 5 zur Detektierung von Überspannungen ist ein zwischen der Phase P des Versorgungsstromkreises der Leistungsstufe 3 und der Überwachungseinheit 4 geschalteter Komparator. Der genannte Komparator detektiert eine Überspannung, wenn die Spannung an den Anschlüssen der Transistoren 31 der Leistungsstufe 3 einen vorbestimmten Schwellenwert, beispielsweise 400 V, überschreitet.
Die Einheit 6 zur Detektierung des Nulldurchgangs des Stroms in der Last ist ebenfalls ein zwischen der Phase P des Versorgungsschaltkreises der Leistungsstufe 3, der Last 2 und der Überwachungseinheit 4 geschalteter Komparator. Entsprechend detektiert der Komparator den Nulldurchgang der Spannung zwischen der Phase P und dem Ausgang der Last 2 und liefert ein Bild des Nulldurchgangs des Stroms in der Last 2.
Die Einheit 7 zur Detektierung von Überströmen 7 ist ein zwischen der Leistungsstufe 3 und der Überwachungs- und Steuereinheit 4 geschalteter Komparator. Dieser Komparator detektiert einen Überstrom, wenn die Spannung an den Anschlüssen eines Widerstandes, der die Abbildung des Stroms und der Last ist, oberhalb eines Schwellenwertes liegt, der das Niveau des Kurzschlussstroms festsetzt.
Schließlich ist die Einheit 6 zur Detektierung des Nulldurchgangs der Spannung ein Optokoppler, welcher einerseits zwischen der Phase P und dem Nullleiter N des Versorgungsstromkreises der Leistungsstufe 3 und der Last 2 und andererseits der Überwachungs- und Steuereinheit 4 geschaltet ist.
Dank der Erfindung ist es möglich, die Steuerung verschiedener Lastarten, insbesondere von Beleuchtungslasten, d. h. also resistiver, kapazitiver oder induktiver Lasten, zu realisieren. Entsprechend ermöglicht die Erfindung eine optimale Verwaltung der Beleuchtung im Haushalts-, Dienstleistungs- oder Industriebereich und insbesondere das Einschalten, das Abschalten oder die Regelung eines Helligkeitsniveaus.
Außerdem erlaubt die Erfindung eine dynamische Veränderung der Lastenart durch ständige Überprüfung der Kompatibilität zwischen einer angeschlossenen Last und dem aktiven Abschnittsmodus wie die Versorgung von gesteuerten Steckdosen.
Schließlich ermöglichen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Schutz des Reglers gegen Überhitzungen, Überlasten, Kurzschlüsse, Überspannungen sowie gegen solche Lasten, wie sie durch das Einschalten von Staubsaugern, Bohrmaschinen usw. entstehen.
Verständlicherweise ist die Erfindung nicht auf die beschriebene und in den beigefügten Zeichnungen dargestellte Ausführungsform begrenzt. Modifikationen bleiben möglich, insbesondere vom Standpunkt der Ausgestaltung der verschiedenen Elemente oder der Substitution mit technischen Äquivalenten, ohne dass damit der Schutzbereich der Erfindung verlassen würde.

Claims

Verfahren für die automatische Anpassung eines Reglers an eine Last, wobei das Verfahren (1) folgende Schritte umfasst: einen Regler im Phasenabschnittsmodus unter Spannung zu setzen, und wenn der Regler im Phasenabschnittsmodus funktioniert, die Anpassung an die angeschlossene Last dadurch zu verifizieren, dass das Fehlen einer Überspannung festgestellt und entsprechend das Funktionieren mit der Last zugelassen wird, bzw. im Falle des Vorliegens einer Überspannung eine Umstellung des Reglers auf den Phasenanschnittsmodus zu versuchen, um die Anpassung an eine induktive Last durch Feststellung des Fehlens eines Überstroms zu überprüfen Lind dann das Funktionieren mit der Last zu gestatten, oder im Falle der Feststellung eines Überstroms den Ausgang des Reglers abzutrennen und jede Regelung zu unterdrücken, und wenn der Regler im Phasenanschnittsmodus arbeitet, die Anpassung an die angeschlossene Last durch die Feststellung zu überprüfen, dass kein Überstrom vorliegt und das Funktionieren mit der Last zu gestatten, oder im Falle des Vorliegens eines Überstroms eine Umstellung des Reglers auf den Phasenabschnittsmodus zu machen, um die Anpassung an eine kapazitive Last durch die Feststellung des Fehlens einer Überspannung zu überprüfen und den Betrieb mit der Last zu gestatten, bzw. im Falle der Detektierung einer Überspannung eine Rückkehr des Reglers in den Phasenanschnittsmodus zu versuchen, um die Anpassung an eine induktive Last durch die Feststellung des Fehlens eines Überstroms zu überprüfen und dann den Betrieb mit der Last zuzulassen, bzw. im Falle des Vorliegens eines Überstroms den Ausgang des Reglers abzutrennen und jede Regelung zu unterdrücken.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, während des Funktionierens der Last im Phasenabschnittsmodus eine zusätzliche Prüfung auf das Fehlen eines Überstroms durchzuführen und im Falle des Auftretens eines solchen Überstroms den Ausgang des Reglers abzutrennen und bis zur nächsten Spannungsanlegung jede Regelung zu unterdrücken
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, während des Funktionierens im Phasenanschnittsmodus eine zusätzliche Prüfung auf das Fehlen einer Überspannung durchzuführen und im Falle des Auftretens einer solchen Überspannung den Ausgang des Reglers anzutrennen und bis zur nächsten Spannungsanlegung jede Regelung zu unterdrücken.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl im Phasenabschnittsmodus als auch im Phasenanschnittsmodus das Detektieren einer Überlast vorgesehen wird, die gegebenenfalls eine entsprechende Minderung des Ausgangsspannungspegels durch Aktivierung einer Überlastschwelle bis zum Verschwinden der Überlast bzw. bis zum Abtrennen des Ausgangs auslöst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ergänzend das Detektieren einer Überhitzung vorgesehen ist, die gegebenenfalls eine entsprechende Minderung des Ausgangsspannungspegels durch Aktivieren einer Überhitzungsschwelle auslöst.
Vorrichtung für die Umsetzung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung ein mit einer Last (2) verbundener Regler (1) ist und im wesentlichen aus einer Leistungsstufe (3), aus einer Einheit 4 zur Überwachung und Steuerung der Last (2), aus einer Einheit (5) zur Detektierung von Überspannungen, aus einer Einheit (6) zur Detektierung des Nulldurchgangs des Stroms in der Last (2), aus einer Einheit (7) zur Detektierung von Überströmen und aus einer Einheit (8) zur Detektierung des Nulldurchgangs in der Spannung besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsstufe (3), die durch einen elektronischen Schaltkreis zur Versorgung der Last (2) über zwei mit zwei Dioden (32) verbundene Transistoren (31) gebildet wird, verbunden ist mit der Einheit (4) zur Überwachung und Steuerung der Last (2), welche vorzugsweise ein Mikrocontroller ist, der die Steuerung der Transistoren (31) Funktion der von der Last (2) abgegebenen Eingangssignale sicherstellt und den Abschnittsmodus als Funktion der Detektierung von Überspannung und Überstrom adaptiert, die von den Einheiten (5, 7) zur Detektierung von Überspannungen bzw. zur Detektierung von überströmen abgegeben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (5) zur Detektierung von Überspannungen ein zwischen der Phase (P) des Versorgungsstromkreises der Leistungsstufe (3) und der Überwachungseinheit (4) geschalteter Komparator ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (6) zur Detektierung des Nulldurchgangs des Stroms in der Last (2) ein zwischen der Phase (P) des Versorgungsstromkreises der Leistungsstufe (3), der Last (2) und der Überwachungseinheit (4) geschalteter Komparators ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (7) zur Detektierung von überströmen ein zwischen der Leistungsstufe (3) und der Überwachungs- und Steuereinheit (4) geschalteter Komparator ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (8) zur Detektierung des Nulldurchgangs der Spannung 8 ein Optokoppler ist, welcher einerseits zwischen der Phase (P) und dem Nulleiter (N) des Versorgungsstromkreises der Leistungsstufe (3) und der Last (2) und andererseits der Überwachungs- und Steuereinheit (4) der Last (7) geschaltet ist.