DE1563491A1 - Regelkreisanordnung - Google Patents

Regelkreisanordnung

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DE1563491A1
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rectifier
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circuit
pulse generator
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DE19661563491
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Brandstadter Joseph Isaac
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Yissum Research Development Co of Hebrew University of Jerusalem
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Yissum Research Development Co of Hebrew University of Jerusalem
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/12—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G05F1/40—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices
    • G05F1/44—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices semiconductor devices only
    • G05F1/45—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices semiconductor devices only being controlled rectifiers in series with the load
    • G05F1/455—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices semiconductor devices only being controlled rectifiers in series with the load with phase control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
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    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B39/00—Circuit arrangements or apparatus for operating incandescent light sources
    • H05B39/04—Controlling
    • H05B39/08—Controlling by shifting phase of trigger voltage applied to gas-filled controlling tubes also in controlled semiconductor devices
    • H05B39/083—Controlling by shifting phase of trigger voltage applied to gas-filled controlling tubes also in controlled semiconductor devices by the variation-rate of light intensity

Description

Yisaum Research Development Company, Hebrew University^ «Jerusalem, Israel, Phone 35281
'!Regelkreisanordnung11.
Die .Erfindung betrifft eine elektrische Regelkreisanordnung, insbesondere eine Regelkreisanordnung für einen Silizium-Regelgleichrichter (silicon "controlled rectifier SCR ).
Bekanntlich wird durch solche Silizium-Regelgleichrichter eine Eingang-Wechselspannung in eine Ausgang-Gleichspannung transformierte Die Leitung bzw. Sperrung des Gleichrichters hängt von einem Signal oder Impuls ab» d.h. auf die Auslöseelektrode des Gleichrichters wird eine Auslöse spannung (triggering voltage) aufgebracht« Durch Änderung der Phase der iüingang-Auslö se spannung wird gleichfalls die Amplitude der Ausgang-Gleichspannung geänderte
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine neuartige und verbesserte Auslöse an Ordnung für solch einen Silizium-Gleich«· richter vorzusehen, um dadurch die Anwendung des Gleichrichters beim Einstellen oder Ändern des Energiebedarfs eines Verbrauchers zu erleichtern Leiter soll durch die Erfindung eine kleine f leichte und billige Energieregelungsvorrichtung bereitgestellt werden, die in jedem Hause verwendet werden kann, und zwar zur Regelung elektrischer Verbraucher wie beispielsweise Glühlampen, elektrische Heizung* Kochst el* len, Ventilatoren, andere Arten kleiner Elektromotoren usw·
Erfindungsgemäß werden diese Ziele nun erreicht, indem die ■ 0 0 9821 /0521 , " __
BAD Original
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Regelkreisanordnung einen Impi^lsgeberkreis, ein Phasenverschiebungsnetz zur Verschiebung der Phase defEingang-Spannung des Impulsgeberkreises, einen Regelgleichrichter mit Anode, Kathode und Regelelektrpde und Mittel zum Ansohliessen des Impulsgeberkreises an die Regelelektrode des Legelgleichrichters umfaßt. Durch eine solche Anordnung werden die derzeit üblicnen 3-oder 4-Weg-Schaltur.ten von Glühlampen ersetzt, bei denen die Beleuchtung mittels eir.es Spezialschalters nur in drei oder vier gesonderten Stufen reguliert werden kann, v/ä.irend die ^rfinaun^ eine stufenlose Regelung der Beleuchtung unter Verwandung der üblichen (J*lnweg-)Glühlampen ermöglicht. Weiter wird durch die ürfindung die heute übliche "Simmer stat "--Snergieregelungsvorrichtung mit ihren sich bewegenden mechanischen Heilen, die leicht zu beschädigen und unsicher sind, überflüssig und stattdessen eine gediegene Vorrichtung mit ausreichender Stabilität und Betriebssicherheit vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung soll ±ψ folgenden an Har.i eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. In diesen zeigen
Pig. 1 den Schaltplan einer erfin iungsgemäiben RegelkreisanOrdnung und
Fig. 2 den Schaltplan einer weiteren Ausführungsmöglichkeit.
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Gemäß der Zeichnung umfaßt der Regelkreis einen Silizium-Regelgleichrichter 1, der über eine Diagonale einer Gleich- ' riehter-Brückenschaltung 2 angeschlossen ist, während die andere Diagonale . der Brücken schaltung 2 über Kulieiter 3 uni Leitung 4 eines Verbraucherkreises verbunden ist« Die Brücke 2 ist mit der Leitung 4 über zwei Anschlüsse einer Ketzsteckdose 5, deren dritter Anschluß geerdet ist, und über eine Glättungsdrossel 6 verbunden. In der Leitung 4 befindet sich ein Schalter 7, und zwischen Kulieiter 3 und Leitung 4 ist ein Glättungskondensator 8 eingeschaltet, iüin zweiter Glättungskondensator 9 ist zwischen Kulieiter 3 und Erde geschaltet. Die Teile 6,8 und 9 bilden eine wirkungsvolle Unterdrückung von Rundfunkstörungen.
Die Glättungsdrossel 6 ist eine kleine Drossel, die zusammen mit dem Glättungskondensator 8 wirkt; der Zweck aieser Kombination ist ein zweifacher j einmal nämlich schützt sie die verschiedenen Halbleiter (Bezugszeichen 1, 2, 17 und 19) vor 'eei im Starkstromnetz auftretenden Spannungsstössen, und zum anderen schneidet sie in Verbindung mit dem Kondensator S solche hohe Frequenz—Komponenten ac, iie durch die Ausbreitung unl iirz'eugung unerwünschter Funkstörungen hervorgerufen werden. Die Glättungsdrossel 6 verhindert insbesondere, daß der durch die Anlage (und durch die mit ihr in Serie geschaltete Brücke 2) fließende Ström im Augenblick des Zündens des Silizium-Regelgleichrichters 1 abrupt ansteigt· Vielmehr steigt der Strom infolge der Wirkung der Drossel 6 erst in einer Zeitspanne von der Größenordnung 0,1 ICiIIi-
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Sekunden auf seinen Maximalwert an. Dadurch wird der Oberwellengehalt des Stromes reduziert.
Der Silizium-Regelgleichrichter 1 ist mit einem Kippkreis (triggercircuit) ausgestattet, der ein Phasenverschiebungsnetz 10 konventioneller Anordnung umfaßt· Dieses Netz 10 besteht aus einem in die Leitung 4 eingeschalteten Kondensator 11, der auf der einen Seite mit einem Paar Widerständen 12, 13 und auf der anderen mit einem Regelwiderstand 14 und einem Paar Kondensatoren 15» 16 in Serie geschaltet ist» Das Phasenverschiebungsnetz 10 ist an den Kontaktstelle;! zwischen den Widerständen 12 und 13 und zwischen dem Regel— widerstand 14 und dem Kondensator 15 den gegenüberliegenden E.cken einer Gleichrichter-Brückenanordnung 17 (diese ist Bestandteil eines ebenfalls in den Kippkreis eingeschlossenen Impulsgebers 18) angeschlossen. Eine Ecke des zweiten Paares einander gegenüberliegender Ecken des Brückennetzes 17 ist an die Emitterelektrode eines Transistors 19 angeschlossen. Die Basiselektrode dieses Transistors 19 ist einmal über einen Kondensator 2C mit der anderen Ecke des zweiten Eckenpaares des Brückennetzes 17 und von dort aus über einen Widerstand 21 und die Primärwicklung 22 eines Transformators 23 mit der Kollektcrelektrode verbunden, während sie zum anderen über einen Widerstand 24 an die gegenüberliegende Ecke des Brückennetzes 17 und an die Emitterelektrode angeschlossen ist. Die Emitterelektrode ist ebenfalls über einen Kondensator 25 mit der Verbindung zwischen Widerstand 21 und der Primärwicklung 22 verbunden. Die Sekundärwicklung 26 des Transformators 23 ist mit
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Kathode und Auslöse (Auslaß-)elektrode des Silizium-Gleichrichters 1 verbunden. 3in Wi der stand 27 ist in Parallelschaltung mit dem Kondensator 20 verbunden, während Cod Kondensator 2Ö zwischen das besagte zweite Paar gegenüberliegender lücke η des Brücke nnet ze s 17 geschaltet ist.
Im Betrieb wird der Strom für das Impulsgerät 18 der Gleichrichterbrücke 17 über das Phasenverschiebungsnetz 10 zugeführt ο Auf diese l/fei se -kann der Eingangs strom für die Gleichrichter-Brücke 17 von nahefcu -90 bis + 90 phasenverschoben werden, wobei eine Variation der Phasenverschiebung durch den Regelwiderstand 14 erzielt wird. Bas Gleichrichter-Brückennetz 17 gibt eine Serie kurzer Stromimpulse über den ; Widerstand 24 und die Basis des Transistors 19 an den geringfügig geladenen Kondensator 20 ab J diese Impulse werden um 90 verzögert, da sie im Maximum der Eingang—Spannung auftreten« Der Transistor ig wird in Leitungsbetrieb geführt. und als Folge dieser Leitung wird der Kondensator 25 durch die Primärwicklung 22 des Transformators '23 entladene Diese Entladung- vollzieht sich impulsweise, wobei die Impulse mit Rücksicht auf die Leitungsspannung von etwas mehr-als Null auf eine volle l80°-Phasenverzögerung verzögert werden·.
Der auf der Sekundärwicklung 26 des Transformators 23 auftrettende Impuls löst im Augenblick seiner Aufbringung mit Hilfe geeignet gewählter Polarität zu dem Silizium-Gleichrichter die Leitung des letzteren mit einem durch die Einstellung des Regelwiderstandes 14 bestimmten Phasenwinkel ausO Der Kondensator 28 nimmt im Netz auftretende Sapannungs-009 821 /06 21 —. ^
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Schwankungen auf, die andernfalls eine frühzeitige Auslösung des Silizium-Gleichrichters bewirken wurden.
Der Phasenwinkel, unter dem die Leitung stattfindet, bestimmt die Größe, d.h. den Effektivwert (root mean square value) des bei Leitung durch den Silizium-Gleichrichter fließenden Stromes. Auf diese V/eise kann man lurch Änderung des Phasenwinkels der Auslöse spannung den Ausgang des Silizium-Gleichrichters von annähernd 5 c/° bis nahezu ICO ?= der vollen Energie, d.h. der Energie, die ein Verbraucher ohne Zwischenschaltung der Regeleinheit aus dem Netz entnehmen würde, verändern. Wenn also ein Verbraucher, z.B. eine Lampe oder ein elektrisches Heizgerät, an die Steckdose 5 angeschlossen wird, kann der Licht- oder Wärmeausstoß innerhalb dieser Grenzen durch Änderung der Stellung des Regelwiderstandes 14 verändert werden·
Da der Impulsgeber für jede halbe Periode der ITet ζ spannung einen Impuls gibt, kann dieser weite 3ereich der 3nergieregelung mit nur einem einzigen Silizium-Gleichrichter arzielt v/erden. Da die Frequenz der Auslöse impulse immer gleich derjenigen der Netzspannung ist, ist die Betätigung des Impulsgerätes immer mit der Netzspannung synchronisiert und daher nicht abhängig von besonderen Einstellungen der Regelkreiselemente.
Der Phasenwinkel der Auslöseimpulse und folglich auch der des geregelten Energieausstoßes, soweit dieser durch den Regelkreis bestimmt wird, ist im wesentlichen unabhängig von NetζspannungsSchwankungen relativ großer Amplitude, da
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die Impulsphase durch die Spannungswellen und nicht durch deren Amplituden bestimmt wird.
Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß der Kippkreis bei geeigneter Wahl von Standardgrößen für die einzelnen Bestandteile der Anlage zufriedenstellend für zwischen 160 und 240 Volt liegende Eingang spannungen arbeitet, wenn die
Anlage für eine ITetz-K ominal spannung von 220 Volt gebaut ist
Die Anlage kann natürlich ebenso anderen Hominalspannungeη angepaßt werden·
Dar Wirkungsgrad der Anlage gemäß Fi^. 1 ist unter bestimmten Voraussetzungen unbeträchtlich kleiner als der ähnlicher, bekannter Anlagen, da nämlich Energieverluste auftreten können infolge der Spannungsabfälle in den drei Gleichrichtern - einfachen Dioden oder Silizium-Gleichrichtern —, die den Ladestrom tragen, während demgegenüber in anderen bekannten Anlagen nur ein oder zwei Gleichrichter vorhanden sind· Da sich diese Verluste aber nur auf 0,7 i° pro Gleichrichter bei 220 V—Betrieb oder entsprechend 1,4 £ bei 110 V-Betrie.b (bei voller Leitung) belaufen, sind diese zusätzlichen Verluste nur ernst zu nehmen, wenn es um die Regelung großer Energien (in der Größenordnung mehrerer KW und höher) geht· In diesem Falle ist es tatsächlich günstiger und wirkungsvoller, eine Anlage mit nur zwei Silizium-Gleichrichtern zu verwenden,
2±ne diesem Verwendungszweck angepaßte Regelanlage ist in Fig. 2 dargestellt· Hiernach versorgt ein einzelnes Phasen—
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Verschiebungsnetz gleich dem Netz 10 (Fig. 1) zwei symmetrisch angeordnete Impulsgeber (gleich dem Impulsgeber 18) mit phasenverschobenem Wechselstrom, außer, daß anstelle der Brücke ΐχ je ein Gleichrichter je Impulsgeber verwendet wird, daß ferner im zweiten Impulsgeber alle Polrichtungen im Verhältnis zum ersten Impulsgeber umgekehrt werden und daß im zweiten Impulsgeber ein NPN-Transistor statt eines im ersten Impulsgeber verwendeten PNP-Transistors angewandt wird. Die zwei Sekundärwicklungen 16 der beiden Transformatoren 23 werden mit geeignet gewählter Polarität entsprechend an die beiden Anlaß-Kathoden-Kreise angeschlossen, (Die Bezugszeichen der Pig. 1 entsprechen gleichen Bezugszeichen der Fig. 2)
Eine solche symmetrische Anordnung wird ebenfalls von gro'ssem Nutzen sein, wenn man den Ausgangstrom einer konventionellen Gleichstrom-Versorgungsanlage regeln will, die einen in der Mitte angezapften Transformator (center—tapped transformer) und zwei einen Speicherkondensator in alternierenden Halbperioden aufladende Gleichrichter umfaßt« In diesem Fall werden diese Gleichrichter durch zwei Silizium-Gleichrichter - einen Silizium—Gleichrichter anstelle jedes Gleichrichters - ersetzt, die iurch die beschriebene Kippeinlieit geregelt werden. Der Y/ech sei strom-Pul sation fr-Gehalt des Gleichstrom—Ausgangs wird dadurch nicht wesentlich geändert.
Obwohl die Netzanschlüsse vorzugsweise in der in Fig. 1 gezeigten Weise an die Regeleinheit angeschlossen werden
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sollten, d.h. Nulleiter an 3, leitung an Schalter 7» würde eine Vertauschung dieser Anschlüsse nicht das einwandfreie Funktionieret, der Stromregelung "beeinträchtigen.
Die Srfindung ist nur anhand ihrer besonders vorteilhaften Ausführungsformen beschrieben worden, und aus diesem Grunde ist es klar, daß der Fachmann ohne weiteres auf Modifikations- und Variationsmöglichkeiten kommen kann, die jedoch alle unter den Schutzumfang der Erfindung falleηc
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Claims (11)

40 1563431 Patentansprüche:
1.) Regelkreisanordnung für einen Silizium-Regelgleichrichter (silicon controlled rectifier), dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Impulsgeberkreis, ein Phasenverschiebungsnetz zur Verschiebung der Phase der Eingang-Spannung des Impulsgeberkreises, einen Regel-Gleichrichter mit Anode, Kathode und Regelelektrode und Mittel zum Anschliessen des Impulsgeberkreises an die Regelelektrode des Regelgleichrichters umfaßt·
2· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Transformator umfaßt, dessen Sekundärwicklung an die Regelelektrode des Gleichrichters und dessen Primärwicklung an den Impulsgeberkreis angeschlossen ist·
3. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeberkreis für jede Halbperiode der Eingangspannung einen einzelnen Impuls erzeugt.
4· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis eine Doppelweg-Brückenschaltung (full wave bridge circuit) mit zwei Paaren gegenüberliegender Kontaktstellen, eine Wehh se 1st romquelle, die zwischen dem ersten Paar Kontaktstellen angeschlossen ist, einen Regelgleichrichter, der zwischen das zweite Paar Kontaktstellen geschaltet ist, und eine Anlage zur Erzeugung eines Impulses zur Regelung der Periode der Leitung in der Brüokenschaltung umfaßt, wobei der Impuls eine vor-Phase bezüglich der Wechselstromquelle besitzt
und die Leitungsperiode des Regelgleichrichters regelt· 009821/0521
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5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage zur Erzeugung des Impulses mit vorbestimmtem Phasenverhältnis lutte! zur Phasenänderung des Impulses hinsichtlich der Wechselstromquelle umfaßt«
6. Anordnung nach Anspruch 4$ dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter Anode„ Kathode und Hegelelektrode um- ■ faßt, wobei die Anlage zur Erzeugung des Impulses mit vorbestimmter Phase an die Regelelektrode angeschlossen ist·
7· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brtickenschaltung vier Arme umfaßt, von denen jeder eine Diode umfaßt, daß jede Kontaktstelle des ersten Paares gegenüberliegender Kontaktstellen mit einer Anode und einer Kathode zwei dieser Dioden verbunden ist, daß eine Kontaktstelle des zweiten Kontakt steilenpaares mit einer Anode jeder der beiden Dioden verbunden ist und daß die zweite Kontaktstelle des zweiten Kontaktstellenpaares mit der Kathode ^eder dar verbleibenden zwei Dioden verbunden ist·
8· Anordnung nach Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet, daß die Anode des Eegelglelohriehters an die eine Eontaktstelle des aweiten Kontakt stellenpaar^s angeschlossen ist, während die Kathode dieses Gleichrichters mit der zweiten Kontaktstelle dieses zweiten Kontaktstellenpaares verbunden ist·
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9· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet! daß der Impulsgeberkreis so angeordnet ist, daß er einen Einzelimpuls für jede Hal"bperiode der Eingangs spannung erzeugt, wobei diese Impulse von verhältnismäßig kurzer Dauer und von gleicher Polarität sind, um eine, wirksame und weitreichende Energieregelung in Zusammenwirkung mit dem Silizium-Regelgleiehrichter zu ermöglichen·
10.Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage zur Impulserzeugung einen Transformator mit Primär- und Sekundärwicklung umschließt, wobei die Sekundärwicklung an die Re^elelektrode angeschlossen ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Transformators in den Kollektorkreis eines üblichen Transistors eingeschlossen ist.
12· Anordnung nach Anspruch 10., dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage zur Erzeugung eines Impulses mit vorbestimmter Phase an die Primärwicklung des Transformators angeschlossen ist·
13· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen zweiten Regelgleichrichter mit einer Regelelektrode umfaßt, wobei der Impulsgeberkreis einen ersten, an den ersten Gleichrichter geschlossenen Kreis, einen zweiten, an den zweiter, Impulsgeber geschlossenen Kreis und luittel zur Regelung der verbundenen Gleichrichter iieser Kreise umfaßt·
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