DE1802657B2

DE1802657B2 - Schaltungsanordnung zum anschalten eines ohmschen verbrauchers an eine wechselspannung

Info

Publication number: DE1802657B2
Application number: DE19681802657
Authority: DE
Inventors: Peter Kappeller Rein hard 8000 München Drebinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-10-11
Filing date: 1968-10-11
Publication date: 1973-02-15
Also published as: DE1802657A1; CH508304A; SE348302B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Anschalten eines ohmschen Verbrauchcrs an eine Wechselspannung mittels eines Triacs als Schalter, der im Einschaltzustar.d in jedem Nulldurchgang von einer Steuereinrichtung einen Steuerimpuls erhält, der vor dem Nulldurchgang der Wechselspannung beginnt und nach Überschreiten des Haltestromes des Triacs durch den Augenblickswert des die Schaltstrecke des Triacs durchfließenden Wechselstromes endet.

Bisher wurden die Signallampen der Signalgeber im Straßenverkehr fast ausnahmslos durch elektromechanische Schalter (Relais bzw. Schaltschütze) gesteuert. Die große Schalthäufigkeit und das elektrische Verhalten der Glühlampen, deren Kaltwiderstand um mehr als eine Größenordnung unter dem Betriebswiderstand liegt, belasten die Kontakte so stark, daß gerade die Lampenschalter in Kreuzungsgeräten dem größten Verschleiß unterliegen. Da wegen des Kaltwiderstandes solcher mit einer Wechseli> annung von 220 V betriebenen Glühlampen bei inschalten im Spannungsmaximum der Nutzstrom bis zu einem 15fachen Wert des Nennstroms ansteigen kann, ist es wünschenswert, die Glühlampe beim iiulldurchgang der Wechselspannung einzuschalten; lierbei entsteht nämlich nur noch eine etwa öfache ftromüberhöhung, doch ist dies mit mechanischen Schaltern schwer realisierbar.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist man bereits dazu übergegangen, die Glühlampen mit antiparallelen Thyristoren und insbesondere auch mit integrierten, unter dem Handelsnamen >Triac« bekannten Halbleitern zu schalten, da letztere über eine einzige Steuerelektrode sowohl von positiven als auch negativen Stromimpulsen für beide Halbwellen der Betriebswechselspannung durchgesteuert werden können. Die Schaltstrecke des »Triacs« ist dann zwischen den beiden verbleibenden Elektroden in beiden Richtungen leitend. Allerdings entsteht bei jedem Durchsteuern des »Triacs« je nach dem Augenblickswert der Netzspannung ein mehr oder weniger großer Strom- und Spannungssprung mil steiler Flanke, der äußerst starke Funkenstörungen zur Folge hat. Zwar wäre eine Entstörung jedes Lann;;)-schalters möglich, doch wäre dies wegen der großen Anzahl Lampenschalter an einer Kreuzung sehr aufwendig. Im Gegensatz zu elektromechanischen Schaltern, wo nur beim Ein- und Ausschalten Spann unrund Stromsprünge auftreten, also nur wenige wahrend eine's längeren Zeitraumes, hat jeder Nulldurciigang der Betriebsspannung einen Strom- bzw. bj :- nungssprung zur Folge. Diese hundert, der Netz,.,-quenz entsprechenden Strom- bzw. Spannun^- sprünge sind aber selbst dann schädlich, wenn sie wesentlich kleiner als die beim Einschalten mit :;indianischen Schaltern auftretenden Spannungs- b/w. Stromsprünge sind.

Nun ist es bei einer Schaltung der eingangs genannten Art bereits bekannt, solche Triacs durch besondere Impulse zu steuern. Diese haben eine Brei ic von 50 Mikrosckunden und beginnen vor bzw. enden erst nach dem Nulldurchgang der Wechselspannung; und zwar enden sie erst, wenn der Augenblieksweii des die Schaltstrecke durchfließenden Wechselstroms den Haltestrom des Triacs überschritten hat (Zeilschrift »Electronics«, Heft vom 21.8.67, S. 1 bis Xfi). Dieser Haltestrom — eine charakteristische Größe jedes Triacs, der über die Schaltstrecke fließen muß, wenn der Triac ohne Steuerimpuls leitend bleiben _so]i — wird demnach vor dem Ende des Steuerimpulses von dem den Triac durchfließenden Nutzstrom erreicht, so daß der Triac nach Ende des Steuerimpulses nicht sofort wieder sperrt. Trotzdem kann aber der Haltestrom vor dem Nulldurchgang des Nutzstroms auch noch vor dem neuerlichen Beginn des Steuerimpulses wieder unterschritten werden und damit der Triac wieder sperren. Zwar entstehen dann wesentlich kleinere Strom- und Spannungssprünge als bei einem willkürlichen Einschalten des Triacs, doch sind auch diese Sprünge noch groß genug, um die nach VDE zulässige Funkstörspannung zu überschreiten. Auch diese Maßnahme befriedigt also nicht.

A.ufgabe der Erfindung ist es, die Triac mit so geringem Strom bzw. Spannungssprüngen bzw. überhaupt ohne solche zu schalten, daß sie die nach VDE zulässige Funkstörspannung nicht mehr überschreiten.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art durch eine derartige Ausbildung der Steuereinrichtung erreicht, daß der Steuerimpuls jeweils vor dem Absinken des Augenblickswerts des die Schaltstrecke des Triacs durchfließenden Wechselstroms unter den Haltestrom des Triacs beginnt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Beginn des Steuerimpulses mittels eines von der Betriebsspannung oder dem Nutzstrom beaufschlag-

ten, schwellwertabhängigen Schalters einstellbar sein. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein Zeitßlied, beispielsweise eine monostabile Kippstufe, zur Festlegung des Endes des Steuerimpulses vorgesehen ist. Schließlich kann das Ende des Steuerimpulses mittels eines weiteren, von der Betriebsspannung oder dem Nutzstrom beaufschlagtem, schwellwertabhängigen Schalters bestimmt werden.

Die Erfindung wird nachstehend in einem Ausfühil Hd d Zih äh eriäu

ι c, -ftm/«c vor und endet l,6m/sec nach dem puls ^U'^jb™^ . Nutzstromes. Dies hat zur Folge, Nulldurchgang u _Zeitraunij während der Nutzdaß jeweus_ iiι _Halblei_ter dessen Haltestrora strom im sie"" _Steuerstrom fließt und damit auch ^unters^^e"^e _n'_Halbleiter durchsteuert. ^we*^er ^^.,"irnDulse von der moncstabilen Kipp-V ^ „"„,äß Ziffer? kommen an Und-Gatter ⁵^ „_o ⁸i u/enn also in einem Programmgeber

Die Erfindung wird nachstehend in eine Ug 1 · · · «/« *· . _Tastenschalter Tl... T 3 vereui-

rungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher eriäu- ao Pg, üer σuicι ^ _ß ^ _{Taste r3} gedruckt

tert. Es zeigt ^fa5™ ^ö* ^g"lan„t über das Und-Gatter Ug 3 der

1 i Ad Shlt dr Signal wird, so gc & übertrager Ü 3, der einen

??S Betriebsspannung führenden, steuerbaren andig »eine y ^ _{übrigen Steuereinnc}htun₃

trennt. Dieser Impuls steuert den steuerf ^h£,_{h eiter} Tc3 durch, und durch eine Grunbaren H^alDie _{si nalge}ber Sg fließt nunmehr, «-,c- % erkennbar ist, der Nutzstrom J. Da eno _{h eincn rein ohm}schen Wukv-

J„ _sind Beiriebsspannung L'und Nu-e _daß ^.^ p_{hasenverschie}buno

' ist. Erforderlichenfalls kann d,., ,vetteres durch Ändern des Soll-Schwe:'-it _Schweilwertschalters S erfolgen. C.,-können die Steuerimpulse, wie aber d h om phasenverschor,, -

¹⁵

rt. Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung zum Schalten der Signallampen eines Signalgebers,

Fig.2 die Spannungs- und Stromdiagramme zu der Schaltung gemäß F ig.l. .

in der Schaltung gemäß Fig. 1 liegt die Betriebswechselspannung am Eingang eines Gleichrichters Gl. Sie ist in F i g. 2 dargestellt und durch 1 am Eingang des Gleichrichters Gl und in F ig. 2 identisch gekennzeiclnie,.. An₁ Eingang eines schwellwertabhängigen SchaltersS stehen positiv gerichtete Halbwellen an, wie sie durch die Ziffer2 kenntlich gcmacht sind. Die gestrichelte, parallele Lime soll die Schwellc Schw des schwellwertabhängigen SchaltersSbedeuten.

Am Eingang eines Begrenzungsschalters B steht die gemäß Ziffer3 dargestellte Spannung an. Vom Ausgang des Begrenzers ß gelangen dann die gemäß nui

Ziffer4 dargestellten Rechteckimpulse an ein Diffe- «crac ■_ _{ber P}„ _ist hier durch die emia-

renziergliedD, so daß am Eingang eines Gleichnch- 30 . ^Va^cnschaUcr Tl... T 3 symbolisch dargcters G 2 abwechselnd positive und negative Impulse cnen 1 _kUchkcil können dafür natürlich elektrnanstehen, wie sie gemäß Ziffer 5 dargestellt sind Von ste111 ^ll\ vorgesehen sein und der Programm-

diesen wählt der Gleichrichter G 2 nur die dem Ende ⁿ"Py _{k cin} Rechner oder eine sonstige im moiedes Rechteckimpulses entsprechenden positiven fetoei J i - _{nvcrkehr üb}i_iche Einrichtung sein.
Ilse gemäß Ziffer6 aus und diese bringen eine 35 deinen . ^ ^ _{nur schematisch} dargc-

ß F1

nciM-ills können die Steuerimpulse, wie ?£ ,"W'tellt wurde, auch vom phasenverschor,, ^Ul ^_t°_strom nach seinem Einschalten abgclciu·; ui - ■

iedes Rechteckimpulses entsp p _nvcrk

Impulse gemäß Ziffer6 aus und diese bringen eine 35 deinen

monostabile KippstufemK jeweils in ihre astabile J^_Bauelcmcnte der Schaltung gemäß F

Lage. Die Zeitdauer der monostabil Kippstufe st stc:UtLn r» _Ausf_ührungsbeispiel beschrankt

verstellbar und sie betrage im vorliegenden Falle nicht *« ' . _{dafür hcute} üblichen Schaltungscn

1,76m/sec. Da weiterhin der Schwellwertschalter S ber. sonac _itt._{Tri er>} Zencrdioden oder son

ebenfalls einstellbar ist und im vorliegenden Falle 40 heiten, .-_ Schaltelemente, vorgesehen wei

h d Ntstromes die sügc .lekiron

ebenfalls einstellbar ist und im vog

0 16m/sec vor Nulldurchgang des Nutzstromes die

Steuerspannung abschaltet, beginnt jeder Steuenmsügc elektronische Schaltelemente, vorgesehen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Anschalten eines ohmschen Verbrauchers an eine Wechselspannung mittels eines Triacs als Schalter, der im Einschaltzustand in jedem Nulldurchgang von einer Steuereinrichtung einen Steuerimpuls erhält, der vor dem Nulldurchgang der Wechselspannung beginnt und nach Überschreiten des Haltestromes des Triacs durch den Augenblickswert des die Schaltstrecke des Triacs durchfließenden Wechselstromes endet, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Steuereinrichtung, daß der Steuerimpuls jeweils vor dem Absinken des Augenblickswertes des die Schaltstrecke des Triacs durchfließenden Wechselstromes unter den Haltestrom des Triacs beginnt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn des Steuerimpulses mittels eines von der Betriebsspannung oder dem Nutzstrom beaufschlagten, schwellwerlabhängigen Schalters (S) einstellbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitglied (niK), beispielsweise eine monostabile Kippstufe, zur Festlegung des Endes des Steuerimpulses vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Steuerimpulses mittels eines weiteren, von der Betriebsspannung oder dem Nutzstrom beaufschlagten, schwellwertabhängigen Schalters bestimmt ist.

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