DE1638422A1

DE1638422A1 - Phasenanschnitt-Regeleinheit mit bidirektionalen Thyristoren fuer zwei- und dreiphasige Verbraucher

Info

Publication number: DE1638422A1
Application number: DE19671638422
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Linke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-11-06
Filing date: 1967-11-06
Publication date: 1971-05-27

Description

:!,' 2 t e n t b e s c h r e i b u n ---------------------------------

mit bidirektionalen

Ph:.sen@in @:.-c@initt-Rc@fe'1c@inheit

,l'h:rritoren für und dreiphasi;:,e Verbraucher

Pligscn&:_nsc::nitt-n&.,elun en -.;erden besonders bei dreiphasigen

J'Erbruuchern mit 3 Y 380 Volt Anschlußspannung mit herkömmlichen

T.:i_fristoren -ausgeführt. Bei Drehstroxrepelun_,en werden 6

Thyristor_en in Anti-Parallelschaltung benötigt. Zu deren

Zündure: =erdein Impulse benöcigt, deren .Abstände je nach

n,r.o :.tem PhÜ.senanscnnitt";-inliel veränderbar sind. Sie vierden

über Im,Dulstransformatoren auf alle Thyristoren bleichzeitig

@@ .@,rtr @.'-.ena

In. meiner Patent-Anmelaung ''i'hasenanschnitt-Steuereinheit für

:@rE :@ @- trom ", A:<tenzeichen L 5,5 752 YIIIb/21 d 2 ist eine

ächz#ltun;_-, beschrieben., wonach die zur Triggerung des Triac

erx-orderliche Spannung an i.cun selbst abgegriffen wird. Ihre

@.'t,bilisierun@, erfolf@t durch zwei geg eneinander geschaltete

Z(-,nerdioden. Der Zündimpuls wird durch eine Tri=.gerdiode

erzeac L .

Die beilie-end zum Patent anemeldete Brfindung ist dadurch

das zur Regelung,:, und kontaktlosen Phin-pus-

Schaltung zwei- und dreiphasiger Verbraucher bidirektionale

Thyristoren, oder so#;.enannte'eiac verwendet werden. Das

;:esentlichste Merkmal ist die Anordnung eines Transistors

in dem Gleichstrouizeeig einer Gleichrichter-Brückenschaltung.

Der Kollektorstrom des Transistors entspricht dem Ladestrom

des Tri; erKonue-isatore. liin hoher Kollektorstrom bedeutet

Y.urze Aufladezeit des Trit-"erkondensators, kleinen Phasen-

a.ncc;-inittfinkel una damit eine .aohe, am Verbraucher anlie-

enue lif'te-i:ivspannunü. Bei einem kleinen JCollektorstrom

zün,7aet ri, s Triae spät, der phasenanschnittwinkel ,wird grop,

die am 7Erbraucher anli.e;.ende Effektivspannung klein.

In f.'i -,. 1 tiird die am Verbraucher (?) anliegende Ef f ekiy-

"(),@n.nun furch das Triac (1) f.;es Feuert. 13s ist im gesperrten

Z)i::tana nochohmig, daher fällt fest ciie gesamte Netzspannung

un i.rim ab. An den beiden Zeneedioden wird eine fast rechteck-

r@)T'.fll

klit der an den Zenerdioden (6) abge3riffenen Spannung =:ird

der Trigperkondensator (7) so lange aufgeladen, bis seine

Spannung. der Kippspannung der Triggerdiode (5) entspricht.

Sie wird dann niederohmi#, rtyobei sich der- Yondenastor über

die Trig;erdiode entlädt und das Triac zündet. Die Ladezeit

des .Tri-::gerkondawators (°r) v',ird durch den Widerstand vor e-

#geben, den die Kollektor-Fmitter-Strecke des Transistors (4)

darstellt. Die Gleichrichterbrücke (3) hat die Aufgabe, bei

beiden Halbwellen den Kollektorstrom in der jeweils gleichen

Richtung durch den Transistor (4) zu führen.

Der von der Emitter-Kollektor-Strecke dargestellte ohmsche

liderstand, bzw. der sich einstellende Kollektorstrom ist

-von der an ker Basis des Transistors (4) anliegenden Steuer-

spannung abhängig. Durch ihre Veränderung, bzw. Igin«stellung;

ist d$t am Verbraucher ('c) anliegende Effektivsoannunß in

ihrer Höhe bestimmt.

Es gibt je nach Inviendungsfall verschiedene Möglichkeiten um

die, die Abgabeleistung bestimmende Steuerspannung zu erzeugen.

1.) Die an der Basis-Rmitterstrecke des Transistors (4) anliegende

Steuerspannung liefert der Ausgang eines Regelverstärkers.

Es wird beispielsweise wie in Fig.3 dargestellt die mit dem

Sollwertsteller (15) vorgegebene Solldrehzahl eines Motors

mit der durch den Tachodynamo (14) festgestellten Istdrehzahl

verglichen. Sie vird lastunabhängig ausgeregelt.

2.) Die Erzeugung; der Steuerspannung erfolgt durch ein ,e#

Induktiv-Geber. Die induktive Kopplung zweier Spulen zuein-

ander wird verändert. Die Xicxlung (10) in Fig. 1.1 und 1.11

wird mit einer konstanten ITechselspannung beaufschlagt. Sie

induziert in dem Joch(12) und in dem Anker (13) einen magneti-

schen fluß. Die Wicklung (11) wird je nach Winkellage dea

drehbaren Ankers (13) mehr oder weniger dem Einflugbereich

des flagnetischen Fluges ausgesetzt. Die in der Wicklung (11)

induzierte NU ist dementsprechend größer oder kleiner. Sie '

wird gleichgerichtet und als Steuerspannung an die Basis-

Fmitterstrecke des Transistors (4) gelegt.

Mit dieser Anordnung tann beispielsweise eine Motordrehzahl

in Abhängigkeit vän der geometrischen Zage eines bestimmten

Maschinenteiles gesteuert werden. Die Abtastung erfolgt

berühr(znt-,slos und ohne Verschleil-, Y:ie er beispielse:eise

auftritt, -..enn ein 1-otentioih-cter verendet T.ird.

Als hervorstecaendste Uinsatzr,ebiete einer Steuerung mit

einem derarti;-en Indu@:ti-cf*er sei das Plandrellen bei

Konstanter Schaittgesciiaiindi-keit, die Steuerung von Kurven-

Brillen-Fräsmaschinen u.ä. genannt.

3. ) Die äem T,znsistor (4-) steuernde- Spannunv,ird c.urch einen

H:1l-Gen(:re.tor erzeugt.

L!-.) Eine konstante Spannun" die den Transistor (4) voll

2ussteuert nird mit eine. Schaltkontakt an die Basis-Fmitter-

Strecke ::es Transistors :elegt. Die Einheit funlztioniert dann

als e le-@itronischer Schalter. Es können mit Btrom- und

spannuni-.smäß niedrig belastbaren Kontakten große ZEistunyen

i--Esteuert Eierden. Beispielsgreise kann die Steuerspannung

aurch den Ausgang euer bi,-oder--.monostabilen Kippstufe,

einem Schmitt-Trip,L=er, o. ä. erzeugt verden. Mit kleinen

Spannunc:en, Differenzspannungen, oder Schwellwerten lassen

sich somit #:=.roße ZFistunGen -steuern.

Die in Fig.l in ihrem Grundschema dargestellte Regeleinheit

wird gemäß Fiauch in Verbindung mit einem veränderbaren

diderstand (16) eingesetzt. Der an ihm eingestellte Nert

lädt sich durch Auftreten bestim;ater physikalischer Größen

verändern. Auf den Regelkreis einwirkende Stör,rößen- können

ausgeglichen werden. Mine Strombegrenzungsschaltung ist

mö dich.

Durch die Regeleinheit (17) in Pig.2 wird der mit dem Poten-

tiometer (16) eingestellte Phasenanschnittwinkel bei über-

schreiten eines vorgegebenen Stromwertes vergrößert. Im

normalen Betriebsfall ist die Nmitter Kollektor-Strecke des

Transistors (4.1) liiederohmig, da an seiner Basis-Fmitter-

Strecke eine entsprechende Steuerspannung anliegt. Bei

Überlastung des Verbrauchers (2) f lie't durch den Widerstand

(1G) ein höherer Strom. Mit dem an dem Widerstand (19)

abaer,riffenen höheren Spannungsabfall eiird der Einfang des

Umsetzers (20) beaufsciilagt. Die von ihm im normalen Betriebs-

fall abgegebene und damit an der Basis des Transistors (4.1)

.. Enliegende ijteuers-rian.nun@ .;ird verileinert. Der Kollektorstrom

-.irc3 kleiner, der Phasenansc;li~iii;t. inkel = röPer, dir em

enliE--ende @ffc tiv::nar@nunl>, °rird C=bE@i'i:@0 Xleiner.

Bei dem in @i _.. ;@:ezeij .ten Leitspiel ist dem Tri 7.c (1) @tie Gleicririchterbrücke (21) nachgeschaltet, die den :Läufer-1xeis des Gleic'L_strom-Nebenschluf:l#motors speist. Bei _te:iiend.er Bela.stun, U-es Lotors an :einem iU reis lie-_enden Widerstand ein höherer i--,oanizun=.sabfall abge;#-;riffen, der den Transistor (4-.2) -.nstt fiert uni einen zuc-:tz.ichen Ladestrom flie'en lä;@t. Der llhasennsclinitt,:@irlkel :.ird kleiner, die am Motor (212) anlie.;endeffel-tiv-s.annun ,.ird :rößer. Der durch die Last ber.i=i. te @rezzcrhlabt all ird.@:us-=e:;lichen. Diese Anoranun- hat -das Verhalten einer J # R -Komnensa.tion.

Die vorhergehend zur ReF,elung von zv einha.si;:.en Verbrzuchern beschriebene Re-eleiti.!zeit j:ird zur Re,#7elun,;, und Schaltun-, dreiuhasiger Verbraucher einf;esetzt. Sie 7:ird ledi.lich mit einem Triao hÖherer 1dulikinc"snannun-: bestückt. Die Anordnun. isi dadurch rlekennzeichnet, da-' jeder zu steuernüen rha.se eine derartige Regeleinheit zuneordnet ist. Wie in meiner Patentanmeldun;_. Nr. h 55 752 YIIIb/21d 2 bereits an.=@e -eben wird die zur ErzeuGung des Zündimpulses erforderliche Spannun#f am Triac selbst ac@r#,egriff els. Das Steuersi =.rial ..ird vom Regler einmal abgegeben und mittels Trafo auf alle z:-ci, bzw. drei Zündeinheiten übertra en. In der Patentanmelcdun:@ L 55 752 YIIIb/21d r@ird der Zündimpuls durch einen Unijunction-Transistor erzeugt, dessen Zeitkons@ante aurch einen Transistor ,-@esteuat wird. Beilie-end zum latent an, ,emeldete Schaltun,. ist dadurch rjekenü.zeic£.Lnet, dadie Zünduni: des Triac aber eine Tri:.. erdiode elf olcst . Der Trigr@erkondensator icird über einen in eine Gleichric-'#;terbrÜcke geschalteten Transistor aufgeladen, dessen biderstand der Emitter-Kollextor-Strecke veränderrjar ist.
Die rzeu,;ung der Steuerspannun:. entspricht den bei der Regelur;:,' von zweiphasit,en Verbrauchern s#;ena.riiten @;ö@.lichkeiten. -1.1) Wie bereits unter 1) beschrieben vergleicht der Regelverstärker (23) den mit dem Meßwertgeber (14-) [Tachodynaßio] festgestellten Istwert mit dem mit dem Sollwertateller (l5) vorgegebenen Sollwert. Je nach dem Verhältnis der beiden werte zueinander liefert der Re:_:elvei@stärker eine Aus-,langsp". Der Umsetzer (24) liefert eine Wechselspannung, deren Effektivwert der vom Regelverstärker (23) abgegebenen Aus angspannung proportiongl ist. Diese Jechselspannung v.ird mit dem Trafo.-.::(25) auf alle zwei, bziv. drei Zündeinheiten -über_trasen und mit Gleichrichter- (21) -vZieder gleicnY,erichtet.
2.1) Die Steuerspannung, wird wie-unter 2) beschrieben mit einem Induxtiv-Geber verändert. Der bewe:.--lichen Spule (11) Fit;. 1.1 und Fiz-.:. 1.11 ist ein Trafo (25) nachgeschaltet, dessen vonein. -,alvanisch .etrennte jius;,änge die einzelnen @Zündschaltun:en Beaus scnla:,en.
Der Transistor (11-) ist durch einen Fototransistor mder äurch eine Fotodiode ersützt. Jede Zündschaltung, besitzt damit ein lichtemnfindlier.es Element, die alle gemeinsam belichtet -:erden. Die Lichtstärke ist ein T.vIaß füü den -;ewÜnschten 4.1) aie unter 4) für. (len Ztrreinriaseiibetrieb beschrieben -".erden :na.lo@; üreiphasi,.:"e Verbraucher mit Y ering;er Schaltleistunp_; im Steuerteil nah_-zu erzö.eru:>.;r,sfrei ein-und aust@esclialtet . Die Yrirnär:@ickclun:_ b.es Trafos (%5) :-:ird an eine konstante .äuelle (e6) :#:eie" G. In den voneinander -,alvanibch .einrennten SexurdärTvricklun---en ""ird eine Spannune; induziert, ,@ie t.1Fic @ Frichtet die 8teuerspanriunL-- des Transistors (4) c ars teilt. Bei 'Voi@r,izdensein äieser Steuerspannung wird das Tri:22c nieüeroh@ii-, der Verbraucher wird mit der nahezu vollen liatz;@_@:ü.nriunbeaufscnla;rt. Groe Leistul-_-en können durch niese Anoranun=; deiner Steuerleistun, r;eschaltet 4:erden. Nachteile des mec.nanischen Schützes sie grellen, Funkenziehen, :br411verzö.--ArunF- :furch Besch_leuni-;unz: mechanischer Teile ent?-_-.en.
Drehstrom-;:)'te11 - und Retaelr@eräte werden pro Phase abgeglichen, bc3=f#:@ in jeder Ehuse der Zündwinkel gleich ist. üinflüsse u Bau<:le:n(nte Toleranzen werden damit ausge-@(@fl@.l-@r Drelistrornv! rüraucher können in Dreieck- oder Sternschaltun. r,ebt@jo,:tjen .erden. Bei letzterer er!,.tfben sich besonders bei @@°otorrE- eä.un en bessere Verhältnisse, ;.renn der >:t;K:rnIarikt; r@.ermllt :F@ir@.@.

Claims

a t e n t a n 's p .r u c h Phasenanschnitt-Re -eleinheit mit bidi22ektionalen Thyristoren für zwei- unü dreiphasige Verbraucher 3 1. ) Gekennzeichnet dadurch, der Tri- ,- er@ondensa tor über einen in den Gleichstromzi:eig einer GleichricilterbrÜcke;e- schalteten Transistor auf=?eladen wird. Die an der Basis des Transistors anliegende Steuerspan_nun- begEi.nilut"t den durch ihn fließenden Kollektrorstrom, damit die Ladezeit des Tri#; er- kondensAtors, den Phasenenschnitt-.-@inkell aie am Verbraucher anliegende Bf f ektivspannun<-_ und aie AbR-.abeleis tun:; . Die Erzeugung=: des Tri.-erimpules erfol,..t in bek=--2ter ..eise :iit einer Tris...erdiode. 2.0) Die an der Basis des Transistors mlie- ende Steuers-nbnrLuil -. wird von einen. '-',e4 :1v crstäl ker erzeu,t. Sie Wird durch das Verhältnis eines vor e Zebenen Sollwertes zu dem -e.messenen Istvre:bt bestimmt. 2.1) Die Steuerspannen,- liefert ein Induktiv@e:,-er rafft nachF_escha.l- tetem Gleichrichter. Dadurch i-ekennzeicrlnet, daß die induktive Kopj.Lun- ziz@eier Spulen durch eine von auP'en an __reifende mecha- nische Kraft verändert wird. Die eine, f3;7-teizende aic:l.lun,; wird mit einer konstanten ;(echselspannunbea_ufschl&:.-_:t und erzen t in einem mernetischen Kreis einen ma-neti.vchen Flug. Die' zweite, be-4iegliche Scule kom-:2t je nach Veränderun=, irrer z;eome trischen Zage mehr oder weniger in den Einflu;--bereich dieses Magnetfeldes. Die in ihr induzierte ETHIK ist entsprechend. Sie ist ein Maß für äffe an der .Basis des Transistors anlieen- den Steuerspannun45;. 2.2) Eine konstante Spannung, die den Transistor so aussteuert, daß der kleinstmägliche Phasenanschnittwinkel sicher erzielt wird, wird mit einem mechanischen Schalthontakt an die Ba.sis- Em$tterstrecke des Transistorsele=:;t. Die Einheit wirkt damit als elektronischer Schalter. 2.3) Die den Transistor steuernde Spannen, ,.ird ciurcr einen Hall-Generator oder eine Fotozelle erzeut. 3. ) Unter 1-) "bes-c'iriebene Re;°eleinheit vrird Stell,:iderstänaen in Reihe oder parallel geschaltet.

Izi fic.in(:r F@tent.nmeldun_ L 55 752 TTIIIc/c_-ld e# ;werden zum ,5t(=ucrt1, _Pe ;eln una Schelten drei*i)h@;:3i:-er Verbraucher bereits Didi:t-e ktionale Thyristoreh verl;endet. Die zur Erzeugun:des Zündi:iii- _,ulses erforderliche 8nannun-. @;irc3 an den T.riacs selbst al)":eta_riffen. Jedes Triac besitzt eine ei-ene Schaltun;; zur @ä-,zeu;un des Zündimpulses. Hierzu %,erden Unijunction-Tran-- sistoren verendet. Das Steuersignal @-.,ird einmal erzeugt und durch Trafos mit mhhreren Ausgängen an die einzelnen Zündein- heiten Übertranen. Es werden folgende Zusatzansprüche beantragt: 4.) Die unter 1.) beschriebene Regeleinheit wird in der in Patent- Anmeldung: 1,55-752 YIIIb/21d 2 angegehenen Schaltung verwendet. Die Urzeugun _, der Steuerspannunt, erfolgt wie bei der Steuerung z;-"eiphasi:er Verbraucher. 2.01) Die Steuerspannung wird wie unier c.0) beschrieben vom einem Regelverstärker erzeugt. Ihm ist ein Umsetzer nachgeschal- tet, c'-er eine der Reglerausgangsspannun` proportionale Wechsel- span..@?un erzeu=7t. Sie wird durch einen Trafo mit drei vonein- ander zalvanisch getremiten Ausgän&._@en auf wie einzelnen Zünd- ein_.leiten übertragen. 2.11) die unter 2,1) an;egeoen liefert ein Induktivgeber die benöti _,te Steuerspannung-,. Ihm ist ein Trafo mit einer Primär- uno drei Sekundärcticklun",en nachgeschaltet, der das Steuersignal unter 2.01) auf die ei.-zelnen Reaeleinheiten überträgt. 2.21) Ein Trafo wie unter 2.01) und 2.11) angegeben wird an eine konstante @Alechselspannung @,eschaltet. Die Spannung ist nicht veränderbar, es gibt nur die beiden Schaltzustände ein und aus. DGmit ist ein kontaktlosen ein- und ausschalten mehrphasiger Verbraucher mö«.iich. Große Leistun,<,en können durch einen strom- und spannungsmäßig niedrig belastbaren Kontakt geschaltet =erden. 2.4) Der Transistor ist durch einen Fototransistor oder durch eine Fotodiode ersbtzt. Die lichtempfindlichen Elemente mehrerer Re--eleinheiten vrerden durch eine Lampe beliehtet, di<: durch einen Recler oder durch ein Potentiometer gesteuert wird. ,