DE1223017B - Einrichtung zum Schalten eines Wechselstrom-kreises beim Stromnulldurchgang - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIh

Deutsche KL: 21c-35/07

Nummer: 1 223 017

Aktenzeichen: V 26618 VIII d/21 c

Anmeldetag: 20. August 1964

Auslegetag: 18. August 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schalten eines Wechselstromkreises im Zeitpunkt des Nulldurchganges des Wechselstromes.

Eine große Zahl von Einrichtungen und Geräten verschiedenster Art muß durch eine elektrische Schaltvorrichtung periodisch oder auch in unregelmäßigen Abständen ein- und ausgeschaltet werden. So ist es beispielsweise erforderlich, eine Thermostateinrichtung, bei der eine konstante Temperatur aufrechterhalten werden soll, periodisch von der Wärmequelle abzuschalten, um sie beim Absinken der Temperatur unter den vorgesehenen Wert wieder mit der Wärmequelle zu verbinden. Wenn dieses An- und Abschalten, wie vielfach vorteilhaft, durdi Betätigen elektrischer Kontakte geschieht, die an Wechselstromkreisen liegen, so entstehen gewöhnlich Gegen-Spanmingen, Funkenbildung, Streuströme und andere Störerscheinungen, die insbesondere in der Umgebung in Betrieb "befindliche Meßeinrichtungen oder sonstige HF-Geräte in unerwünschter "Weise beeinflussen können.

Das Auftreten solcher Gegenspannungen und der damit verbundenen Störerscheinungen kann verhindert werden, wenn der Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens mit dem Zeitpunkt des Nulldurchganges der Wechselstromschwingungen zusammenfällt. Wenn nun keine besonderen Maßnahmen vorgesehen sind, So wird ein derartiges Zusammenfallen des Schalt-Vörganges mit dem Zeitpunkt des Wechsels'tromnulldurchgänges rein zufällig und äußerst selten eintreten, so daß die oben geschilderten Störerscheinungen in der !Regel nicht verhindert werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, die die erwähnten Störungen unterbindet und zu diesem Zweck zu schaltende Wechselstromkreise im Zeitpunkt des Nulldurch-.ganges der Wechselstromschwingung ein- oder ausschaltet.

Es ist bekannt, Synchronschalter zu .fertigen, die nur beim Auftreten zweier unabhängiger Signale betätigbar sind und daher einen elektrischen Schaltvorgang zeitlich mit dem Auftreten periodisch sich wiederholender Signale, wie Wechselstromschwingungen, synchronisieren.

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung derartiger Synchronschalter, wobei deren Betätigung durch eine Einrichtung gesteuert wird, die Signale nur im Zeitpunkt des Nulldurchganges des zu schaffenden Wechselstromes liefert.

Im einzelnen besteht diese Steuerungseinrichtung gemäß der Erfindung aus einem aus zwei hintereinandergeschalteten Gleichrichtern aufgebauten Einrichtung zum Schalten eines Wechselstromkreises beim Stromnulldurchgang

Anmelder:

Vapor Corporation, Chicago, JH. (V. St. A.)
ίο Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke und DipL-Ing. H. Agular,
Patentanwälte, München 27, Pienzenauer Str. 2

Als Erfinder benannt:

Thomas E. Carlisle, Elmhurst, JIl.;

Edward J. Flannery, Park Ridge, JIl. (V. St. A.)

so Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 17. September 1963
(309519)

Schmitt-Trigger, der jewels einer Halbperiode der Wechselstromschwmgungen entsprechende Rechtecksignale erzeugt und über einen Impulsgenerator, der einen Transistor umfaßt und die Rechtecksignale in jeweils beim !Nulldurchgang der Wechselstromschwinguogen auftretende nadelföxmige Impulse umwandelt, mit einem !Koinzidenztor verbunden ist, und aus einem Transistoren enthaltenden bistabilen Verstärker, der bei Erregung durch eine über einen Brackenverstärker angelegte Steuerspannung ein Signal an das Koinzidenztor liefert, durch das der Schälter im Zeitpunkt des Auftretens der nadeiförmigen Impulse betätigt wird.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung im Zusammenhang mit einer Anordnung, die Schaltsignale auf Grund von Temperaturänderungen liefert, näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Hauptelemente der Schaltungsanordnung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung mit den Schaltelementen nach F i g. 1 und ,zusätzliche Schaltelemente,

Fig. 3 ein Schaltbild der Schaltungsanordnung mit Einzelheiten der Schaltelemente von Fig. .1 und 2,

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F i g. 4 eine graphische Darstellung der durch be- element 18 weist ein elektrisches Widerstandselement

stimmte Schaltelemente der Schaltungsanordnung er- bekannter Art auf, das nach dem Einschalten das zu

zeugten Stromformen, erwärmende Medium aufheizt. Obwohl das Heiz-

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer ande- element 18 in Form eines Widerstandes gezeigt ist,

ren Form der Last, die in der Schaltungsanordnung 5 können auch andere Formen verwendet werden, wie

verwendet werden kann, ' nachstehend erläutert wird. Bei der Verwendung

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer wei- eines Widerstandes beruhen die erzeugten Steuer-

teren Form der Last, die in der Schaltungsanord- elemente und -signale auf einem gleichen Stromfluß

nung verwendet werden kann und im Gegensatz zu einem nacheilenden oder einem

F i g. 7 eine schematische Darstellung einer ande- io voreilenden Strom, der in anderen Elementen auftritt,

ren Form des Transformators und der diesen Der Transformator 28 weist eine Primärwicklung

zugeordneten Schaltelementen, die in der Schaltung 44, die an die Leiter 14 und 16 geschaltet ist, und

verwendet werden. zwei Sekundärwicklungen 46 und 48 auf. Der in der

Bei einer Anordnung zum Schalten beim Strom- Sekundärwicklung 46 erzeugte Strom wird dem

nulldurchgang kann die Last durch ein elektrisches 15 Gleichrichter 30 zugeführt. Von den Ausgangsklem-

Widerstandselement zum Heizen eines Mediums, men dieses Gleichrichters gehen Leitungen 50 und

Tjeispielsweise Luft, Flüssigkeit usw., gebildet werden, 52 ab, die mit entgegengesetzten Einführungspunkten

wobei ein Fühlelement zum Feststellen der Tempe- einer Brückenschaltung 54 verbunden sind, die sich

rarur dieses Mediums verwendet wird. Erreicht die im Brückenverstärker 34 befindet. Das Fühlelement

Temperatur einen Höchstwert entsprechend einer be- 20 22 bildet einen Zweig der Brückenschaltung 54 und

stimmten Einstellung, so wird das Heizelement ab- ist mit einem Potentiometer 56 in Reihe geschaltet,

geschaltet, während, wenn die Temperatur auf einen um den Punkt wahlweise einzustellen, an dem ein

bestimmten Mindestwert entsprechend einer be- Signal durch die Brückenschaltung, wie nachstehend

stimmten Einstellung absinkt, das Heizelement wie- beschrieben, erzeugt werden soll. Das Fühlelement

der eingeschaltet wird. 25 22 ist von herkömmlicher Form und weist ein EIe-

In Fig. 1 sind die Hauptelemente der Schaltungs- ment auf, in welchem sich der Strom entsprechend anordnung schematisch dargestellt. Mit 12 ist eine den Temperaturänderungen im beheizten Medium Wechselstromquelle bezeichnet, von welcher Leiter ändert, wodurch eine Änderung im Abgleichzustand 14 und. 16 zu einem Heizelement 18 führen, das zum der Brückenschaltung 54 erzeugt wird.
Heizen eines Mediums verwendet wird und das auf 30 Die Ausgangsklemmen der Brückenschaltung 54 der einen Seite unmittelbar mit dem Leiter 14 und sind mit Leitungen 58 und 60 verbunden, die zu auf der anderen Seite mit dem Leiter 16 über eine einem Verstärker 62 in der Brückenverstärker-Schalteinrichtung 20 verbunden ist. Zum Feststellen schaltung 34, wie vorangehend erwähnt, führen. Der der Temperatur des beheizten Mediums, beispiels- Verstärker 62 ist von an sich bekannter Art und weise Gas oder Flüssigkeit, wird ein Abfühlelement 35 umfaßt Transistoren 64 und 66, die in an sich be-22 verwendet, in welchem ein Signal erzeugt wird, kannter Weise arbeiten, um die Signale zu verdas auf das Koinzidenztor oder auf die Schaltung 24 stärken, die durch Temperaturänderungen im Füblübertragen wird. Ein weiteres Signal wird durch element 22 und den dadurch verursachten Abgleich-.einen Taktgeber 26 erzeugt, das mit dem Signal vom zustand der Brückenschaltung erzeugt werden.
Abfühlelement 22 im Koinzidenztor kombiniert 40 Die verstärkten Signale vom Verstärker 62 werden wird, welches kombinierte Signal auf die Schalt- auf den bistabilen Verstärker 36 übertragen, der einrichtung 2.0 übertragen wird. Der Taktgeber 26 ist ' ebenfalls von herkömmlicher Bauart ist. Dieser bi-,zwischen die Leiter 14 und 16 geschaltet und weist stabile Verstärker weist in ähnlicher Weise Traneine Anzahl einzelner Schaltelemente auf, die nach- sistoren 68 und 70 auf, die unter der Steuerung der stehend beschrieben werden. 45 Transistoren 64 und 66 im Verstärker 62 stehen, und

In F i g. 2 sind die in F i g. 1 enthaltenen Schalt- verstärkt die Signale, die durch den Gleichrichter 30

elemente gezeigt, nämlich: die Wechselstromquelle geliefert und über die Leitung 52 auf der einen Seite

12, die Leiter 14 und 16, das Heizelement 18, die und die Leitungen 50 und 52 auf der anderen Seite

Schalteinrichtung 20, das Abfühlelement 22 und das übertragen werden.

Koinzidenztor 24. Ferner zeigt F i g. 2 einen Trans- 50 Dieser bistabile Verstärker 36 hat, wie bekannt, formator28, der an die Leiter 14 und 16 geschaltet solche Eigenschaften, daß, nachdem er erregt und ist. Mit dem Transformator 28 sind zwei Gleichrichter angeschaltet worden ist, er angeschaltet oder leitend 30 und 32 verbunden, wobei der Gleichrichter 30 mit bleibt, bis er wieder abgeschaltet wird, wobei das einem Brückenverstärker 34 und mit einem bistabilen hierdurch erzeugte Signal auf einem im wesentlichen Verstärker 36 verbunden ist, der seinerseits zum 55 konstanten Stromwert gehalten wird. Das durch den Koinzidenztor 24 führt, während der andere Gleich- bistabilen Verstärker 36 gelieferte Signal wird einem richter 32 zu einer Schmitt-Triggerschaltung 38 führt, Transistor 74 zugeführt, der sich im Koinzidenztor die zu einem Impulsgenerator 40 führt, der seiner- 24 befindet. Ferner befindet sich im Koinzidenztor seits zu dem Koinzidenztor auf der dem bistabilen ein weiterer Transistor 76 und ein Transformator 78. Verstärker 36 entgegengesetzten Seite führt. Ein wei- 60 Die Sekundärwicklung 48 des Transformators 28 teres Schaltelement 42, das einen Transformator und führt zu dem Gleichrichter 32, dessen Ausgangseinen Gleichrichter aufweist, ist mit der Stromquelle klemmen mit den Leitern 80 und 82 verbunden sind, 12 verbunden und führt zur Schmitt-Trigger- die zu der Schmitt-Triggerschaltung 38 führen. Diese schaltung. Schmitt-Triggerschaltung ist von an sich bekannter In F i g. 3 sind die Schaltelemente nach F i g. 1 65 Art und erzeugt Rechteckwellen, wenn ihr ein pul- und 2 mit näheren Einzelheiten gezeigt, welche in sierender oder ungefilteter Gleichstrom zugeführt Verbindung mit der Wirkungsweise der Schaltungs- wird. Die Schmitt-Triggerschaltung weist in Reihe anordnung näher beschrieben werden. Das Heiz- geschaltete Transistoren 84 und 86 auf.

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Die Schmitt-Triggerschaltung 38 wird durch die Der Gleichrichter 90 erzeugt als Folge des durch Schaltung 42 gesteuert. In dieser Schaltung 42 befin- den Transformator 80 erzeugten Stromes die pulsiedet sich ein Stromwandler 88, dessen Primärwicklung renden Signale, die bei 114 in F i g. 4 gezeigt sind, mit dem Leiter 16 (oder 14) und dessen Sekundär- Diese Signale werden der Schmitt-Triggerschaltung wicklung mit dem Gleichrichter 90 verbunden ist. 5 38 zugeführt und durch diese in Rechteckwellen-Dieser Gleichrichter 90 erzeugt einen ungefilterten signale 116 umgewandelt.

oder pulsierenden Gleichstrom, wie bei 114 in Die Rechteckwellensignale von der Schmitt-F i g. 4 gezeigt ist. Die Leitungen 92 und 94, welche Triggerschaltung werden auf den Impulsgenerator 40 von den Ausgangsklemmen des Gleichrichters 90 übertragen, der die Signale in nadeiförmige Signale ausgehen, sind mit den Transistoren 84 und 86 ver- io 118 umwandelt. Dieser Impulsgenerator erzeugt die bunden, um diesen die Signale zuzuführen, die durch nadeiförmigen Signale zu Beginn der Rechteckwellenden Gleichrichter 90 erzeugt werden, so daß die signale 116 und daher beim Nulldurchgang des Schmitt-Triggerschaltung die erwähnten Rechteck- Stromes. Diese Signale 118 werden auf den Tranwellen erzeugt. sistor 76 (im Koinzidenztor) übertragen und machen Die in der Schmitt-Triggerschaltung 34 erzeugten 15 diesen leitend, so daß ein Strom durch diesen von Signale werden dem Impulsgenerator 40 und ins- der Leitung 80 übertragen werden kann, der außerbesondere einem Transistor 96 desselben zugeführt. dem durch den Transistor 74 hindurchtritt, der, wie Der Impulsgenerator 40 ist ebenfalls von an sich vorangehend erwähnt, entsprechend dem vom Heizbekannter Art und erzeugt nadeiförmige Signale 118, element 22 abgegebenen Signal leitend ist. Der Strom wie in F i g. 4 gezeigt, auf Grund der durch die 20 fließt weiter durch die Leitungen 101 und 100, die Schmitt-Triggerschaltung in an sich bekannter Weise Primärwicklung 98 und zurück durch die Leitung 82 erzeugten Rechteckwellensignale, wodurch die voran- zum Gleichrichter 32. Die in der Primärwicklung 98 gehend beschriebene Funktion erhalten wird. auf diese Weise erzeugten Signale erzeugen Signale Die durch den Impulsgenerator erzeugten Signale in den Sekundärwicklungen 102 und 104, welche die 118 werden dem Transistor 76 im Koinzidenztor 24 25 Si-Gleichrichter 106 und 108 leitend machen oder zugeführt. Der Transformator 78 weist eine Primär- erregen, wodurch der Stromkreis zwischen dem Heizwicklung 98 auf, die zwischen den Leitungen 100 element 18 und der Wechselstromquelle 12 geschlos- und 82 geschaltet ist, von denen die Leitung 100 mit sen wird.

dem Transistor 74 durch die Leitung 101 verbunden Die durch den Impulsgenerator 14 erzeugten Siist. Der Transformator 78 weist zwei Sekundärwick- 30 gnale 118 klingen rasch ab, jedoch dauert der über hingen 102 und 104 auf, die mit Si-Gleichrichtern das Koinzidenztor 24 bestehende Leitungszustand an, 106 und 108 der Schalteinrichtung 20 verbunden und die Signale, die den Si-Gleichrichtern zugeführt sind. Die Gleichrichter 106 und 108 befinden sich in werden, dauern ebenfalls an und halten diese wähparallelen Zweigleitungen 110 und 112 der Leitung rend der jeweiligen Halbperioden des Wechselstromes 16, sind entgegengesetzt geschaltet und dienen zur 35 leitend. Bei jeder Halbperiode entsteht eine nadelabwechselnden Übertragung der entgegengesetzten förmige Welle 118, die die Schalteinrichtung 20 ein-Halbperioden des Wechselstromes. Diese Si-Gleich- schaltet, solange ein Signal von dem bistabilen Verrichter und ihre Funktion sind an sich bekannt. Bei stärker 36 besteht, das durch den zu berichtigenden der Erregung der Sekundärwicklungen 102 und 104 Zustand, d. h. durch die Temperatur des beheizten und der Erzeugung von Signalen in diesen werden 4° Mediums, verursacht wird. Daher wird die Schaltdie entsprechenden Si-Gleichrichter leitend und blei- einrichtung 20 zu Beginn jeder Signalwelle einben leitend, solange die Signale andauern, so daß sie geschaltet und nur, wenn der Strom den Wert Null den Stromkreis zwischen dem Heizelement 18 und hat, wodurch eine Gegen-EMK und Störungen im der Wechselstromquelle 12 schließen. Die Signale Wechselstromkreis vollständig ausgeschaltet werden, werden in den Sekundärwicklungen 102 und 104 45 Diese Triggerung durch die Signale 118 dauert so unter der Steuerung der Transistoren 74 und 76 (im lange an, als die Temperatur des zu beheizenden Koinzidenztor 24) erzeugt, die ihrerseits durch ge- Mediums unterhalb der Temperatur bleibt, auf die sonderte Signale gesteuert werden, von denen ein es aufgeheizt werden soll.

Signal vom Heizelement 22 und das andere Signal Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, von der Steuereinrichtung 42 kommt. Ferner ist er- 50 daß, da der Schaltvorgang zu Beginn jeder Halbsichtlich, daß die beiden gesonderten Signale nur bei periode durchgeführt wird, die jeweilige Frequenz einem Nullstromzustand gleichzeitig auftreten oder des Wechselstromes die Arbeitsweise nicht beerzeugt werden. einträchtigt.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung Für die erfindungsgemäße Schaltung bei Stromist im wesentlichen wie folgt: 55 nulldurchgang besteht eine große Anzahl von AnWenn die Temperatur des beheizten Mediums Wendungsmöglichkeiten, so daß sie nicht auf einen unter die eingestellte Temperatur fällt, entsteht eine Temperaturregelvorgang beschränkt ist.
Unsymmetrie in der Brückenschaltung 54, und es Obwohl das Heizelement 18 ein Widerstandsheizwird ein Signal durch den Verstärker 62 auf den element ist, kann innerhalb des Rahmens der Erfinbistabilen Verstärker 36 übertragen, der erregt bleibt ⁶Q dung auch eine induktive Belastung vorgesehen sein, und das Signal wirksam hält. Dieses Signal wird wie bei 120 in F i g. 5 gezeigt, oder eine kapazitive dem Transistor 74 zugeführt und hält diesen im Belastung, wie bei 122 in F i g. 6 gezeigt. Zum Aus-Signalübertragungszustand. Das auf diese Weise er- gleich der nacheilenden oder voreilenden Ströme in zeugte Signal wird infolge der Eigenschaften des den letzterwähnten Arten von Belastungen kann eine Koinzidenztores 24 nicht über den Transistor 74 hin- 65 Verstelleinrichtung 124 in der Steuereinrichtung 42 aus übertragen, sondern wird auf Grund von Steuer- verwendet werden. Ferner ist es möglich, einen Entsignalen wirksam gemacht, die in der folgenden Spannungstransformator zu verwenden, wie bei 126 Weise erzeugt werden. in Fi g. 7 gezeigt, wobei in diesem Falle vorzugsweise

ebenfalls die Verstelleinrichtung 124 verwendet wirdi

•Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Aüsführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens beliebige Ab·- änderungen erfahren.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   -1. Einrichtung zum Schalten eines Wechselstromkreises im Zeitpunkt des Strornnulldüreh- xo ganges, gekennzeichnet durch einen aus zwei hintereinandergeschalteten Gleichrichtern <84> «6) aufgebauten Schmitt-Trigger (38), der jeweils einer Halbperiode der Wechselstrom*· schwingungen entsprechende .Rechtecksignale ep· zeugt und über einen Impulsgenerator (40), der einen Transistor (96) umfaßt und die Rechteck·=· signale in jeweils beim Nulidurchgäng der

   Wechselstromschwingungen auftretende nadelförmige Impulse umwandelt, mit einem Koinzidenztor (24) verbunden ist_s und einen die Tran' sistoren (68, 70) enthaltenden bistabilen Verstärker (36), der bei Erregung durch eine übet einen Brückenverstärker (34) angelegte Steuerspannüng ein Signal an das Koinzidenztor liefert, durch das der Schalter (102,104) im Zeitpunkt ■des Auftretens der nadelf örmigeü Impulse betätigt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, 'dadurch gekennzeichnet, daß die Sehaltvorrichtung (20) in parallelen Leitungszweigen (110, 112) entgegengesetzt gepolte Gleichrichterelemente (106, 108) aufweist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterelemente (106, 108) Silizium'-Gleichrichter sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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