DE1588296A1 - Vorrichtung zur Synchronisierung des Einschaltaugenblicks mit dem Spannungsnulldurchgang an einem elektronischen Schaltmittel - Google Patents

Vorrichtung zur Synchronisierung des Einschaltaugenblicks mit dem Spannungsnulldurchgang an einem elektronischen Schaltmittel

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DE1588296A1 DE19671588296 DE1588296A DE1588296A1 DE 1588296 A1 DE1588296 A1 DE 1588296A1 DE 19671588296 DE19671588296 DE 19671588296 DE 1588296 A DE1588296 A DE 1588296A DE 1588296 A1 DE1588296 A1 DE 1588296A1
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Description

DR.-ING. DIPL-ING. Q. RIEBLINQ 1588296 PATENTANWALT Main Zeichen
H 925 - Schub/
Bltta In dtr Antwort wiederholen
L Ihr· Nachricht vom J 899 Lindau (Bodensee)
Rennerle 10 Poetfach 385
Ihr Zeichen Meine Nachricht vom
14. August 1967
Betreff:
Walter Holzer, Meersburg / Bodensee
IZIXIXXIXXIXIII»»)
Vorrichtung zur Synchronisierung des Einschaltaugenblicks mit dem Spannungsnulldurchgang an einem elektronischen Schaltmittel
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Synchronisierung des Exnschaltaugenblickes mit dem Spannungsnulldurchgang an einem durch Steuersignale betätigten elektronischen Schaltmittel, zu dem ein energiespeichender Verbraucher in Reihe angeordnet ist.
Es ist bereits bekannt, elektronische Schaltmittel, wie Thyristoren,
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Thyratrons, Ignitrons und Triacs, zu verwenden, um nach der Methode der Phasenanschnittssteuerung oder Impulssteuerung elektrische Verbraucher, insbesondere in Regel- und Steueranlagen, zu schalten. Es ist ferner bekannt, zur Vermeidung hochfreque/ter Störungen derartige Vorrichtungen e so auszubilden, daß das elektronische Schaltelement nur während des Nulldurchganges, der dem Verbraucher speisenden Netzspannung betätigt wird.
Diese zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen zur Synchronisierung des Schaltaugenblicks während des Nulldruchganges der Netzspannung arbeiten jedoch nur in Verbindung mit rein ohm^schen Verbrauchern befriedigend. Energie speichernde Verbraucher mit einer induktiven oder kapazitiven Komponente liefern jedoch auch dann Spannung an das geöffnete elektronische Schaltmittel, wenn die Netzspannung Null ist. Der zeitliche Verlauf der von diesen Verbrauchern abgegebenen Spannung, der sogenannten Rückspannung, stimmt nämlich nicht mit dem Verlauf der Netz spannung überein. Bei energiespeichernden Verbrauchern wird deshalb die gewünschte Störbefreiung durch Betätigung des Schaltmittels während des Nulldurchganges der Netzspannung nicht erreicht. Dies
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gilt vor allem auch bei rotierenden, elektrischen Maschinen, die auf Grund ihrer Remanenz als Generatoren wirken, und bei gesteuerten Gleichrichtern mit Lade- und Siebkondensatoren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesen Nachteil der bekannten Vorrichtung zur Synchronisierung des Einschaltaugenblickes an einem durch Steuersignale betätigten elektronischen Schaltmittel, zu dem ein ernergiespeichernder Verbraucher in Reihe angeordnet ist, zu vermeiden.
Die Erfindung besteht darin, daß parallel zu dem elektronischen Schaltmittel ein Impulsformer angeschlossen ist, der über ein Summierglied für die Steuersignale und die von dem Impulsformer abgegebenen Impulse mit einem Steuereingang des elektronischen Schaltmittel in Verbindung steht.
Mit dieser Vorrichtung wird unter Verwendung einfacher Mittel eine Störungsbefreiung bei dem Schalten energiespeichernder Verbraucher erzielt.
Eine zweckmäßige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit im leitenden Zustand einen geringen Durchgangswiderstand aufweisenden Schaltmittel aufgebaut ist, besteht darin, daß der Impuls-
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■ν- ■
former parallel zu dem elektronischen Schaltmittel und einem zu ihm in Reihe liegenden* Widerstand angeschlossen ist.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise auch während des leitenden Zustandes des Schaltmittels eine Synehronisation erzielt. Dies ist dann wichtig, wenn die Synchronisation nicht unmittelbar vor dem Schaltmittel eingreift, sondern über selbstschwengende Schult kreise, wie z.B. astabile Multivibratoren, die auch während der Einschaltzeit des elektronischen Schaltmittels nicht außer Tritt fallen dürfen.
Ein sehr einfacher Impulsformer, der außerdem eine galvanische Trennung zwischen dem elektronischen Schaltmittel und der Synchronisationsvorrichtung bildet, besteht aus einem Transformator mit einem auf seiner Sekundärseite angeordneten Doppelweggleichrichter.
Für diesen Impulsformer wird zweckmäßig als Summierglied ein Transistor mit einem Kollektor- und einem Emitterwiderstand verwendet, wobei ein Basisanschluß des Transistors mit den Steuersignalen beaufschlagt wird und der E mitter ans chluß mit dem Doppelweggleichrichter verbunden ist.
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Eine weitere vorteilhafte Variante der erfindungs gern äßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der Impulsformer einen Spannungsbegrenzer mit einer Zehner-Diode, je ein eingangsseitig an die Zehner-Diode angeschlossenes Differenzierglied mit je einer Diode zur Abgabe positiver und negativer Impulse und einem Transistor aufweist und daß das Differenzier glied für die positiven Impulse mit einem Basisanschluß des Transistors und daß das Differenzierglied für die negativen Impulse mit dem Emitteranschluß des Transistors in Verbindung steht.
Mit diesem Impulsformer werden sehr scharfe Impulse und damit eine sichere Synchronisierung erzielt.
Die Vorrichtung mit diesem Impulsformer ist ferner günstig so
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einrichtet, daß ein anschluß des Transistors in dem Impulsformer mit einem Basisanschluß eines als Summierglied vorgesehenen Transistors verbunden ist.
Die unter Verwendung von Differenziergliedern aufgebaute Vorrichtung zur Synchronisierung des Schaltmittels mit einem £we|transistoren aufweisenden astabilen Multivibrator, derVsteuerung eines Elektro-
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motors über weitere Stufen mit dem elektronischen Schaltmittel in Verbindung stehest vorteilhaft so geschaltet, daß ein Kollektor anschluß des Transistors in dem Impulsformer ««d einem Emitteranschluß eines Transistors des Multivibrators verbunden ist.
- e.
Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden im folgenden an Hand einer Zeichnung erläutert;
Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungs gem äßen Vorrichtung;
Figur 2 eine Ausführungsform der Vorrichtung;
Figur 3 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung;
Figur 4 die Ausführungsform nach Figur 3 in Verbindung mit einer Regelanordnung.
In Figur 1 liegt ein elektronisches Schaltmittel 1 in Reihe mit einem energiespeichernden Verbraucher 2 an Anschlußklemmen für die Netzspannung. Parallel zu dem elektronischen Schaltmittel 1 ist an die Klemmen 4, 5 ein Impulsformer 6 angeschlossen. Der Ausgang des Impulsformers 6 steht in Verbindung mit einem Eingang 8 für
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Synchronisationsimpulse eines Summiergerätes 7, dessen zweiter Eingang 9 für Steuersignale vorgesehen ist. Der Ausgang des Summiergliedes 7 führt zu einem Steuereingang 10 des elektronischen Schaltmittels.
Die an dem elektronischen Schaltmittel abfallende Spannung wird durch den Impulsformer 6 in Synchronimpulse umgeformt, die die NuIldurchgänge der Spannung an dem elektronischen Schaltmittel markieren. In dem Summierglied werden die Synchronimpulse mit den Steuersignalen so überlagert, daß sie die Einschaltzeitpunkte des elektronischen Schaltmittels bestimmen.
In Figur 2 ist eine derartige Vorrichtung im einzelnen dargestellt. Ein Triac 11 ist in Reihe mit einem induktiven Verbraucher 12 an die Klemmen 13 für die Netzspannung angeschlossen. Die Klemmen 14 sind zur Gleichspannungsversorgung der Vorrichtung vorgesehen. An die Verbindungspunkte 15, 16 ist prarallel zu dem Triac ein Transformator 17 angeordnet. Eine Mittelabzapfung der Sekundärwicklung dieses Transformators steht in Verbindung mit einer Leitung 23. Die beiden äußeren Enden der Sekundärwicklung sind mit 2 Gleichrichtern in Doppelwegschaltung verbunden. Als Summierglied ist in Figur 2 ein
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NPN-Transistor 19 mit einem Kollektorwiderstand 21 und einem Emitterwiderstand 20 an der Leitung 23 vorgesehen. Der toranschluß des Transistors steht in Verbindung 'nit den Gleichrichtern 18. Als Steuereingang dient der Basisanschluß 22 des Transistors. Sein Kollektor ans chluß ist zu einer Steuerelektrode des Triacs geführt.
Diese Vorrichtung wirkt folgendermaßen:
Das Steuersignal beaufschlagt die Klemme 22 des Transistors 1-9. Durch diesen Transistor wird es, ebenso wie die Synchronisations impulse, verstärkt. Die überlagerten Impulse Runden das Triac
g
immer dann, wenn die Steuer einen bestimmten unteren Wert angenommen haben und die Spannung an dem Triac Null ist. Dazu wird die Spannung an dem Triac über den Transformator 17 abgenommen und mit den Gleichrichtern 18 in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt. Diese Halbwellenspannung liegt an dem Emitter des Transistors 19. Bei Absinken der Spannung an der Klemme zündet das Triac somit immer dann, wenn die Halbwellenspannung den Wert Null erreicht, d.h. wenn die Wechselspannung an dem Triac verschwindet.
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Diese Vorrichtung zum Einschalten des Triacs läßt sich dann anwenden, wenn das Fehlen der Synchronisationsimpulse an dem Kollektorwiderstand 20 während der Zeit, in der das Triac leitet, keine Rolle ,spielt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 unterscheidet sich von dem nach Figur 2 zunächst durch einen Widerstand 24 von einigen Ohm, der zwischen dem Triac 11 und dem e· Verbraucher 12 eingeschaltet ist. Von der Verbindungsstelle dieses Widerstandes 24 und dem Verbraucher führt ein Koppelwiderstand 25 zu einer ZeWier-Diode 26, die andererseits mit einem Spannungsteiler 27, 28 in Verbindung stehtjsowie zu zwei als Differenzierglieder angeordnete?RC-Gliedei^29j 30 bzw. 31, 32. Zu Ausgang eines RC-Gliedes ist jeweils eine Diode 33 bzw. 34 mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung angeordnet. Die Diode 33 sowie der Ausgang des Differenziergliedes 29, 30 liegt an einem Basisanschluß eines NPN-Transistors 34, während die Diode 34 und der Widerstand 32 des RC-Gliedes 31,32 zwischen dem Emitteranschluß des Transistors 35 und der Leitung 23 eingefügt ist. Von einer Verbindungsstelle des Kollektoranschlusses des Transistors 35 mit seinem Kollektor widerstand 36 führt eine Verbindung über einen Kondensator 37 zu einem
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- ίο -
Basiswiderstand 38 des Transistors 19. Im übrigen sind bei dieser Vorrichtung die gleichen Bauteile vorgesehen wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2, wobei diese mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind.
Bei dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel werden auch im leitenden Zustand des Triacs 11 Synchronisationsimpulse gebildet. An dem Widerstand 24 fällt nämlich auch in diesem Betriebszustand eine Spannung ab, die mit dem Impulsformer weiter verarbeitet wird. In Ausführungsformen mit Gasentladungsröhren anstelle von Halbleiterbauelementen als elektronische Schaltmittel kann man auf den Widerstand 24 verzichten, da bei diesen im leitenden Zustand eine genügend hohe Restspannung entsteht.
Die Spannung an dem Triac 11 und dem Widerstand 24 wird über den Widerstand 25 in den Impulsformer eingespeist. Diese galvanische Kopplung hat den Vorteil, daß weitgehend beliebige Zeitfunktionen der Rückspannung an den Bauelementen 11 und 24 verarbeitet werden können. Die positiven und negativen Halbwellen derfZe^fner-Diode 26 zugeführten Spannung werden durch diese begrenzt, so daß ein annähernd rechteckförmiger Spannungsverlauf entsteht, der unabhängig von dem Schaltzustand des Triacs ist. Die begrenzte Spannung wird einmal durch das
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RC-Glied 29, 30 differenziert und zum andern durch das RC-Glied 31, 32. Von diesen RC-Gliedern wird die Basis des Transistors 35 mit positiven Impulsen und der Emitter mit negativen Impulsen gesteuert, so daß an dem Kollektorwiderstand 36 ein negativer Puls entsteht. Die Impulse an dem Bauelement 36 entsprechen dabei den Nulldurchgängen der Spannung an dem Triac 11 und dem Widerstand 24.
Der negative Puls wird über den Kondensator 37 so in das mit dem Transistor 19 aufgebaute Summierglied eingekoppelt, daß das Triac 11 nur bei Vorliegen eines Impulses zünden kann.
In Figur 4 ist die Vorrichtung zur Synchronisation in Verbindung mit einer Regelanordnung dargestellt. Die gesamte Schaltung besteht aus einem Netzteil 40 zur Gleichspannungsversorgung der Anordnung, einem astabilen Multivibrator 50 mit zwei Transistoren 51, 52, der über einen Verstärker 55, der ebenso wie ein Regelspannungserzeuger 60, an eine Kippstufe 70 angeschlossen ist und einem weiteren zweistufigen Verstärker 80 zur Steuerung der Schaltstufe mit dem Triac und dem Impulsformer 90, Zum Anschluß eines Verbrauchers (z.B. eines in seiner Drehzahl zu regelnden Motors) dient eine Klemme
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Der Impulsformer 90 ist gemäß der Ausführungsform nach der bereits besprochenen Figur 3 aufgebaut. Der Kollektoranschluß seines Transistors 93 steht über einen Kondensator 94 mit einem Emitterwiderstand 53 des Transistors 52 in dem astabilen Multivibrator in Verbindung. Durch den an Transistor 93 entstehenden * negativen Puls wird der Multivibrator 50 fortlaufend so synchronisiert, daß das Triac 92 nur während der Nulldurchgänge der an ihm liegenden Spannung eingeschaltet wird. Bei dieser Vorrichtung zur Synchronisation ist es wesentlich, daß die Synchronisations impulse ununterbrochen, also auch dann, wenn das Triac 92 leitet, gebildet werden, so daß der Multivibrator nicht außer Tritt fallen kann.
Grundsätzlich lassen sich bei derartigen Vorrichtungen statt eines Triacs auch Thyristoren oder Gasentladungsröhren einsetzen. Dabei ist es möglich, den Impulsformer auch kapazitiv an dieses Schaltmittel anzukoppeln.
Patentansprüche
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Claims (8)

  1. Patentansprüche
    / 1./Vorrichtung zur Synchronisierung des Einschaltaugenblicks mit
    siqnot/e
    dem Spannungsnulldurchgang an einem durch Steuer betätigten elektronischen Schaltmittel, zu dem ein energiespeichernder Verbraucher in Reihe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem elektronischen Schaltmittel (1) ein Impulsformer (6) angeschlossen ist, der über ein Sumierglied (7) für die Steuer und die von dem Impulsformer abgegebenen Impulse mit einem Steuereingang (10) des elektronischen Schaltmittels in Verbindung steht (Figur 1).
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsformer parallel zu dem elektronischen Schaltmittel (11) und einem zu ihm in Reihe liegenden Widerstand (27) angeschlossen ist (Figur 3).
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsformer ein Transformator (17) mit einem auf seiner Sekundärseite angeordneten DoppeKveggleichrichter (18) vorgesehen ist (Figur 2).
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  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sumierglied ein Transistor (19) mit einem Kollektor und einem Emitterwiderstand (2o bzw. 21) verwendet wird, daß ein Basisanschluß (22) des Transistors mit den Steuerimpulsen beaufschlagt wird und daß der E mitter ans chluß mit dem Doppelweggleichrichter (18) verbunden ist (Figur 2).
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsformer einen Spannungsbegrenzer mit einer Zehner-Diode (26) je ein eingangs seitig an die Ze\ner-Diode angeschlossenes Differenzierglied (29,39 bzw. 31,32) mit je eine« Diode (33 bzw. 34) zur Abgabe positiver und negativer Impulse und einen Transistor (35) aufweist und daß das Differenzierglied (29, 3o) für die positiven Impulse mit einem Basisanschluß des Transistors (35) und das Differenzier glied (31,32) für die negativen Impulse mit dem Emitteranschluß des Transistors (35) in Verbindung steht (Figur 3).
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kollektor ans chluß des Transistors in dem Pulsformer mit einem Basiswiderstand (38) eines als Sumierglied (19) vorgesehenen Transistors verbunden ist (Figur 3).
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    - 15 -
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit einem Zwejtransistoren aufweisenden astabilen Multivibrator, der über weitere Stufen mit dem elektronischen Schaltmittel in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kollektor anschluß des Transistors (93) in demlmpulsformer (90\ mit einem Emitteranschluß eines Transistors (52) des Multivibrators verbunden ist (Figur 4).
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, gekennzeichnet durch ein Triac als elektronisches Schaltmittel (11).
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    Leerseite
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