DE1927301B2 - Anordnung zur phasenanschnittssteuerung eines elektronischen schalters - Google Patents

Description

Erzeugung des Steuerimpulses entlädt und dem io Es gibt jedoch Anwendungsfälle, in denen der zur zusätzlichen Entladung im Nulldurchgang veränderliche Zeitpunkt des Auftretens des Steuerder jeweiligen Phasenspannung die Enn'tter-Kol- impulses mit großer Genauigkeit festgelegt sein muß. lektor-Strecke eines Entladetransistors parallel Dies gilt insbesondere bei einer Phasenanschnittsgeschaltet ist, an dessen Basis jeweils im Null- steuerung für einen dreiphasigen Verbraucher. Dort durchging ein den Entladetransistor durch- 15 soll zwar ebenfalls der Zündzeitpunkt mit Hilfe eines steuernder Entladeimpuls zugeführt ist, da- Widerstandes od. dgl. veränderbar sein, die Steuerdurch gekennzeichnet, daß bei Anwen- impulse für die elektronischen Schalter in den drei dung auf einen dreiphasigen Verbraucher in jeder Phasen sollen aber genau um 120° gegeneinander Phase ein derartiger Kondensator (15) mit einem versetzt sein, damit in allen Phasen die gleichen Ver-Enlladetransistor (S3) vorgesehen ist, ein Span- ao hältnisse auftreten. Dies ist speziell bei einer Motornungsteiler (56, 57) einerseits an einer annähernd steuerung oder bei der Regelung von Beleuchtungskonstanten Gleichspannung (i/₄₆) und anderer- anlagen wichtig.

seits an einer gleichsinnig mit dieser Spannung in Bei einer bekannten Anordnung (SCR-Manual

Reihe liegenden, im Doppelweg gleichgerichteten, 1961, F ί g. 8 16) zur Phasenanschnittssteuerung eines

von der zugehörigen Phase entnommenen Span- 25 dreiphasigen Verbrauchers, bei der in jeder Phase

nung liegt, der Emitter des Entladetransistors (53) elektronische Schalter durch je einen Steuerimpuls

an einem beiden Spannungen gemeinsamen Be- leitend gemacht werden und bis zum Ende einer

zugspotential liegt und ein zur Basis des Entlade- Halbperiode leitend bleiben und jeder Phase ein

transistors führender Abgriff (55) des Spannungs- kontinuierlich aufladbarer Kondensator zugeordnet

tellers so angeordnet ist, daß im Zeitpunkt des 30 ist, der sich bei Erreichen einer vorgegebenen End-

Nulldurchgangs der Phasenspannung der Tran- spannung zur Erzeugung des Steuerimpulses entlädt

sistor kurzzeitig leitend gemacht wird. und außerdem im Nulldurchgang der jeweiligen

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Phasenspannung entladen wird, erfolgt die Entladung kennzeichnet, daß zwischen Abgriff (55) des des Kondensators über einen Unijunction-Transistor, Spannungsteilers und Basis des Entladetransistors 35 wenn die Ladespannung des Kondensators die Zünd-(53) ein Gleichrichter (54) liegt. spannung des Unijunction-Transistors erreicht, der

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- über Vorwiderstände an einer Zener-Diode liegt, die durch gekennzeichnet, daß die erste annähernd über einen Widerstand von einer Phasenspannung konstante Gleichspannung (CZ₄₆) allen drei Phasen gespeist wird. Die Spannung an den Basisanschlüssen gemeinsam ist. 40 des Unijunction-Transistors wird daher in jedem

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Nulldurchgang der Phasenspannung annähernd null, Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der so daß auch die Ladespannung des Kondensators in Aufladekreis (15, 16, 36, 35) jeder Phase an einer jedem Nulldurchgang der Phasenspannung wieder zweiten konstanten Gleichspannung liegt, die allen annähernd den Wert null annimmt. Auf Grund der drei Phasen gemeinsam ist. 45 Restspannung der Zener-Diode einerseits und des

Unijunction-Transistors andererseits kann sich der

Kondensator im Nulldurchgang der Phasenspannung

jedoch niemals vollständig entladen. Er erreicht daher die Zündspannung des Unijunction-Transistors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur 50 in der zweiten Halbwelle früher als in der ersten, so Phasenajnschnittssteuerung eines elektronischen daß auch der Zündzeitpunkt entsprechend vorver-Schalters, der durch einen Steuerimpuls in den leiten- schoben wird. Da ferner die Restspannungen bei allen den Zustand überführbar ist und bis zum Ende einer drei Phasen unterschiedlich sein können, weil sich Halbperiode leitend bleibt, bei der ein kontinuierlich Halbleiterbauelemente niemals vollständig gleich aufladbarer Kondensator vorgesehen ist, der sich bei ;;s ausbilden lassen, erhält man mithin unterschiedliche Erreichen einer vorgegebenen Endspannung zur Er- Zündwinkel während der einzelnen Halbwellen zeugung des Steuerimpulses entlädt und dem zur einerseits und in den einzelnen Phasen andererseits,
zusätzlichen Entladung im Nulldurchgang der je- Bei der eingangs erwähnten bekannten Anordnung weiligen Phasenspannung die Emitter-Kollektor- (Zeitschrift ETZ-B, 1966, Seite 653 bis 658, Strecke eines Entladetransistors parallel geschaltet <>o Bild 11), die einphasig ausgebildet ist, wird der ist, an dessen Basis jeweils im Nulldurchgang ein den Kondensator in jedem Nulldurchgang mit Hilfe des Entladetransistor durchsteuernder Entladeimpuls zu- Entladetransistors entladen. Ferner wird dieser Kongeführt ist. densator in Abhängigkeit von einer Steuerspannung Durch Verschieben des Zeitpunkts, in dem der aufgeladen und entlädt sich während jeder Halbwelle Steuerimpuls abgegeben wird und den elektronischen 65 über eine Kippschaltung, wodurch über einen TransSchalter leitend macht, kann man eine Regelung formator ein Steuerimpuls abgegeben wird,
erzielen. Eine einphasige Phasenanschnittssteuerung Die negative Ansteuerung der Basis des Entladewurde beispielsweise für die Drehzahlregelung von transistors im Spannungsnulldurchgang wird durch

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Dioden, einen Brückengleichrichter sowie Wider- zugehörigen Phasenspannung und nur sehr ϊί stände bewirkt. Bei dieser Schaltungsanordnung ist es tig der Fall. Auf diese Weise wird die zum t ausgesprochen schwierig, den Entladetraasistor genau werden des Entladetransistors erforderliche ^l& im Nulldurchgang zu zünden. Vielmehr kann die zum spannung erreicht. Es ist aber sichergestellt, aw* aas ^ Leitendmachen des Entladetransistors erforderliche 5 Potential zu beiden Seiten des gewünschten £eunegative Ansteuerung innerhalb eines erheblichen punktes steil abfällt, so daß die ^EnüqdungJ¹^^ ^ Schwankungsbereichs zu einem Zeitpunkt außerhalb densators tatsächlich im Nu.Udurch.3ang erroigr. v* & des Nulldurchganges erreicht werden. Wenn eine dieses für alle drei Phasen zutrifft, ist erne byncnrophasenansc^nittssteuerung für den dreiphasigen Be- nisierung der Phasenanschnitte gewährleistet. S trieb synchronisiert werden soll, muß aber gewähr- io Eine Weiterbildung der Erfindung.f^estent.^ci^a^ f leistet sein, daß die Entladetransistoren genau im daß zwischen Abgriff des Spannungsteilers und Bas s £ Nulldurchgang wirksam werden. des Entladetransistors ein Gleichrichter liegt, aui

Ferner ist es bei einer Anordnung zur Phasen- diese Weise ist sichergestellt, daß der bntiaaetransianschnittssteuerung bekannt (britische Patentschrift stor nicht infolge zu hoher Basisspannung aurcn-S 1152 284), mit Hilfe eines Kondensators über einen 15 bricht. Man kann daher der Spannung am ADgrm Widerstand einen Impulsgeber zeitabhängig zu eine große Amplitude geben, so daß im Bere_icn_aes steuern. Die Aufladung des Kondensators erfolgt Nulldurchgangs die gleichgerichteten ^enspan über einen weiteren Widerstand und einen Transistor, nungshalbwellen mit sehr spitzem Winkel aneinanuw die als Konstantstronigenerator arbeiten. Zur Ent- stoßen. Damit kann die Zeitdauer, wahrena aer uer ladung des Kondensators ist ein aas zwei Transisto- so Entladetransistor leitend ist, auf sehr Kieme rer. bestehender Entladekreis mit einem gemeinsamen beschränkt werden (z. B. 1 bis - ). Emitter-Widerstand vorgesehen. Der Kondensator Vorzugsweise ist die erste annähernd ^°n^sta«^e

sol! periodisch oder zu einem vorbestimmten Zeit- Gleichspannung allen drei Phasen gemeinsam ■aui punkt synchron mit der angelegten Wechselspannung diese Weise werden Unterschiede zwischen bntiaaedurch einen bistabilen Schaltkreis entladen werden. 25 Zeitpunkten jeder Phase vollständig venmeden. Diese Entladung erfolgt aber nicht im Nulldurchgang. Ferner kann der Aufladekreis jeder Phase an oner

was schon wegen des Spannungsabfalls am gemein- zweiten konstanten Gleichspannung hegen die allen samen Emitter-Widerstand nicht möglich ist. Viel- drei Phasen gemeinsam ist. Dadurch wird sicner mehr erfolgt die Entladung zu einem* anderen Zeit- gestellt, daß die Aufladezeit bei einer^ gegebenen punkt. Dieser Zeitpunkt läßt sich aber bei drei in 30 Gleichspannung und auch die Flankeristeüheit der dieser Weise gesteuerten Phasen nicht synchroni- sägezahnförmigen Kondensatorspannung bei allen _sieren drei Phasen stets gleich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Die Erfindung wird nächste

Phasenanschnittssteuerung der eingangs beschriebe- in der Zeichnung dargestellten nen Art für einen dreiphasigen Verbraucher anzu- 35 näher erläutert. Es zeigt .

geben, die eine für den dreiphasigen Verbraucher Fig. 1 ein Netz mit dreiphasiger

Lsreichend genaue Synchronisation der Entladung anordnung, deren Stromverbrauch _jdurch phasen des Kondensators, der für den Phasenanschnitts- anschnittssteuerung über elektronische genauer

Anordnung der ein- . ^ & Ausführungsbeispiel einer ernndungs- ΐ^^ "ι" ÄS Stromverläufe in der An-

Spannungsteiler einerseits an einer annähernd kon- 45 gezeigt, das einen dreiphasigen ^J stanten Gleichspannung und andererseits an einer Impedanzen 1, 2 und 3^ speist In den gleichsinnig mit dieser Spannung in Reihe liegenden, le.tungen 4, 5 und 6 befindet sich je «ne im Doppelweg gleichgerichteten, von der zugehöri- nische Schalteranordnung 7, 8 ''^.™ fen Phase entnommenen Spannung liegt, der Emitter den Falle je aus zwei anbpanDd ζ«halteto des Entladetransistors an einem beiden Spannungen 50 baren H^alb\^eitef ^eig"^c _d ^h^^r _b ⁿ _eJ!ι

sistor kurzzeitig leitend gemacht wird 55 13,14. Die emanaer % _ρρΐ ^.^

Bei dieser Anordnung liegt der Spannungsteiler ™f ^./^^ „'Gleichrichtern ein Steuerimpuls

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einem beiden Spannungen gemeinsamen Bezugspotential. Dabei ist dafür gesorgt, daß dieses Bezugspoten-

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zugehörigen Phasenspannung entladen ist, so daß liegt. Steigt die Netzspannung, so steigt auch die

zeitlich und elektrisch ein genau definierter Bezugs- Gleichspannung am Punkt 45. Hierdurch wird die

punkt vorhanden ist. Da die diesbezügliche Schal- Spannung am Punkt 39 angehoben, wodurch der

tung für alle drei Phasen gleich ist, wird sie lediglich durch die Ladetransistoren 16 fließende Strom ge-

für eine Phase beschrieben. 5 drosselt wird. Die Ladegeschwindigkeit der Konden-

Die Spannungen aller drei Eingangstransformato- satoren 15 sinkt, und der höheren Phasenspannung

ren 18 werden über eine Doppelweg-Gleichrichter- ist ein verminderter Phasenstrom zugeordnet.

Anordnung 42 mit gemeinsamer Nulleitung 43 und Zur Entladung des Kondensators 15 im Nullpunkt

einem Glättungskondensator 44 an einen Punkt 45 ist ein zweiter Pfad vorgesehen, der im wesentlichen

gelegt, von dem die geglättete Gleichspannung über io durch einen Entladetransistor 53 gebildet wird. Die

eine Leitung 46 direkt abgenommen werden kann, Basis dieses Transistors ist über eine Diode 54 an

während ein Vorwiderstand 47 und eine Zener-Diode den Abgriff 55 eines aus zwei Widerständen 56 und

48 auf einer Leitung 49 eine erste stabilisierte Gleich- 57 bestehenden Spannungsteilers angeschlossen. Die-

spannung sowie ein Vorwiderstand 50 und eine ser Spannungsteiler liegt einerseits an der geglätteten

Zener-Diode 51 auf einer Leitung 52 eine zweite 15 Gleichspannung U 46 und andererseits über je ein

stabilisierte Gleichspannung erzeugt. Gleichrichterpaar 58 über den Transformator 18 an

Diese liegt an einem Spannungsteiler, der die der zugehörigen Phasenspannung. Da die geglättete Widerstände 23, 24 und einen einstellbaren Wider- Gleichspannung im positiven Sinn, die Phasenspanstand 25 aufweist. Infolgedessen läßt sich die Ampli- nung dagegen im negativen Sinn wirkt, wird der tude der am Punkt 26 zur Verfügung stehenden 20 Spannungsteiler 56, 57 durch die Summe beider Spannung einstellen. Diese Spannung, die auch zwi- Spannungen beeinflußt.

sehen den Basen des Unijunction-Transistors 17 Die Funktionsweise der Schaltung nach F i g. 2

liegt, bestimmt denjenigen Spannungswert, bei dem ergibt sich aus Fig. 3, die die Verhältnisse für eine

der sich kontinuierlich aufladende Kondensator 15 Phase darstellt, die sich jedoch in den beiden anderen

entlädt. 25 Phasen, jeweils um 120 elektrische Grade versetzt,

Die Spannung auf der Leitung 49 wird zum Auf- wiederholen. Untereinander sind über der Zeit aufladen des Kondensators 15 über den Ladetransistor getragen:
16 benutzt. Der Unijunction-Transistor ist über den _die p_hasenspannung U_n,
Widerstand 23 an die stabilisierte Gleichspannung _die Gleichspannung LZ₂₆ am Punkt 26,
auf der Leitung 52 angeschlossen. Demzufolge bleibt 30 _die Kondensatorspannung U₁₅ am Kondensator die Durchbruchsspannung des Transistors 17 wah- _{15 und die Spannung υ am Abgriff 55 sowie} rend des Betriebs konstant Der Unijunction-Tran- _{der Phasenstrorn}/„.
sistor 17 und Impuls-Transformator 12 bis 14 bilden

daher einen ersten Pfad, über den sich der Konden- Es sei angenommen, daß die Belastung 1, 2, 3 rein

sator 15 nur entladen kann, wenn die konstante 35 ohmisch ist und daß die Phasenspannung Un eine

Durchbruchsspannung des Transistors 17 erreicht annähernd konstante Amplitude hat. Dann ist der

worden ist. Betrag G der Gleichspannung [Z₂₆ durch die Zener-

Ein Gleichrichter 27 sorgt dafür, daß das bei Er- Diode 51 und durch die Einstellung des Widerstandes

zeugung des Steuerimpulses im Transformator 12 bis 25 vorgegeben. Sie bestimmt die Durchbruchsspan-

14 erzeugte magnetische Feld sich wieder abbauen 40 nung des Unijunction-Transistors 17 und damit die

kann. Amplitude H der Kondensatorspannung U15. Der

Mit Gleichspannung der Leitung 49 werden die Kondensator 15 wird kontinuierlich aufgeladen, bis Ladetransistoren 16 über zwei Emitterwiderstände seine Spannung den Wert H erreicht; dann entlädt 35 und 36, von denen letzterer einstellbar ist, ge- er sich über den Impulstransformator 12. Dies gespeist. Durch eine Einstellung des Widerstandes 36 45 schehe im Zeitpunkt Z₁. Der dabei entstehende Steuer läßt es sich erreichen, daß beim gleichen Arbeitspunkt impuls zündet den zugehörigen Gleichrichter 11, und alle Ladetransistoren 16 den gleichen Strom führen der Phasenstrom In beginnt zu fließen, bis der nächste und damit der Neigungskoeffizient bei der Aufladung Stromnulldurchgang erreicht ist. Der Kondensator des Kondensators 15 gleich ist. 15 beginnt sich nach der ersten Entladung wieder

Des weiteren liegt die Spannung der Leitung 49 50 aufzuladen, und im Zeitpunkt i₂ ist erneut die Span-

an einem Spannungsteiler, der Widerstände 37 und nung H erreicht worauf eine zweite Entladung erfolgt

38 aufweist, von denen letzterer einstellbar ist. Der und ein zweiter Steuerimpuls abgegeben wird. Diesel

Spannungsteiler enthält aber noch einen Kompen- ist unschädlich, da der Gleichrichter 11 bereits lei-

sationstransistor 59, dessen Basis und Kollektor tend ist Unmittelbar danach setzt eine erneute Auf-

miteinander verbunden sind. Dieser Transistor ist 55 ladung des Kondensators ein. Im Zeitpunkt ίο muß ei

so geschaltet daß seine Basis-Emitter-Strecke gleich- jedoch entladen sein, um eine definierte Lage des

artig mit derjenigen der Ladetransistoren 16 wirkt Zündzeitpunkts zu erhalten, der vom jeweilige!

Infolgedessen ergibt sich eine Temperatur- und Aufladezustand des Kondensators 15 im Zeitpunkt i(

Stromwärmekompensation. Am Abgriffspunkt 39 abhängt Dies wird durch den Entladetransistor 52

herrscht eine Spannung, die über eine Leitung 40 ⁶° erreicht Immer dann, wenn die Spannung am Abgrifi

den Basen aller Ladetransistoren 16 zugeführt wird. 55 über den Nullpunkt ansteigt, also die von der Null-

Daher führt eine Veränderung des Widerstandes 38 leitung 43 festgelegte Emitterspannung übersteigt

zu einer Änderung der Basisspannung und damit zu wird der Entladetransistor 53 leitend, und der Kon

einer Änderung der Aufladegeschwindigkeit der Kon- densator 15 kann sich über diesen zweiten Pfac

densatoren 15. Je langsamer sich die Kondensatoren 65 ohne Erzeugung eines Steuerimpulses entladen. Wi<

aufladen, um so später wird der Steuerimpuls abge- aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann dieser Entladevorganj

geben. An den Punkt 39 ist ferner ein Widerstand 41 sehr genau im Nulldurchgang der Phasenspannuni

angeschlossen, dessen anderes Ende am Punkt 45 erfolgen.

Die Aufteilung des Spannungsteilers 56, 57 ist so gewählt, daß am Abgriff 55 nur zum Zeitpunkt i₀ eine positive Spannung entsteht. Damit der Entladetransistor 53 mit Sicherheit leitend wird, muß die Spannung EZ₅₅ beispielsweise bis + 2 V ansteigen. Andererseits soll die positive Spannungsspitze nicht sehr breit sein, damit sich ein definierter Entladezeitpunkt ergibt. Erstrebt sind Werte von weniger als 2°. Dies kann man ohne weiteres erreichen, wenn die Amplitude K der Spannung LZ₅₅ groß gewählt wird. In diesem Fall verhindert die Diode 54, daß der Entladetransistor 53 infolge der hohen negativen Spannung einen Durchbruch erleidet. Auf diese Weise ist der Entladezeitpunkt des Kondensators 15 im Nulldurchgang genau definiert. Da sich im zweiten Pfad keinerlei Widerstand befindet, ist auch eine vollständige Entladung des Kondensators 15 gewährleistet.

Bei einem Ausführungsbeispiel galten die folgenden Spannungswerte

Spannung EZ₄₆ auf der Leitung 46 = 44 V
Spannung [Z₄₉ auf der Leitung 49 = 27 V
Spannung U₅₂ auf der Leitung 52 = 22 V.

Die Schaltung war so ausgelegt, daß sie für einen Zündwinkelbereich von 10 bis 180° geeignet war. Ein kleinerer Zündwinkel ist in der Praxis nicht erforderlich, da bei einem Zündwinkel von 10° die effektive Ausgangsspannung noch 99,95 ⁰Zo der Ausgangsspannung bei einem Zündwinkel von 0° entspricht. Allerdings ist der Ladestrom bei einem Zündwinkel von 10° achtzehnmal größer als bei einem Zündwinkel von 180°. Hierdurch erfolgt eine starke Temperaturbeeinflussung, insbesondere der Basis-Emitter-Strecke der Ladetransistoren 16. Da aber die Basis-Emitter-Strecke des Kompensationstransistors 59 gleichartig geschaltet ist, wird die Basisspannung der Ladetransistoren 16 im Gegensinn verändert.

Alsdann beginnt ein neues Auflade-Entladespiel, das diesmal der anderen Halbwelle des Phasenstroms

is zugute kommt. Wird nun der Widerstand 38 verstellt, so ändert sich die Neigung der Kondensatorspannung Uis und damit die Lage des Zeitpunkts ti. Zur Justierung werden zweckmäßigerweise alle drei Eingangstransformatoren 18 an die gleiche Phase

«ο angeschlossen. Dann werden die Kondensatorspannungen CZi₅ paarweise an ein kalibriertes Doppelstrahloszilloskop gelegt. Nun kann einfach durch Verstellung des Widerstandes 36 die Neigung der Spannung U₁₅ und durch Verstellung des Widerstan-

»5 des 25 die Amplitude dieser Spannung so verändert werden, bis sich die Bilder der Spannungen genau decken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1 927 3Oi Patentansprüche· Einphasenmotoren, für die Lichtregelung oder für die Leistungsregeluqg bei elektrischen Heizöfen verwen-

1. Anordnung zur Phasenanschnittssteuerung det. Da in all diesen Zusammenhängen an die Geeines elektronischen Schalters, der durch einen nauigkeit des Zeitpunkts der Abgabe des Steuer-Steuerimpuls in den leitenden Zustand überführ- 5 impulses keine hohen Anforderungen gestellt werden, bar ist und bis zum Ende einer Halbperiode lei- genügen relativ einfache Impulsgeneratoren, die beitend bleibt, bei der ein kontinuierlich aufladbarer spielsweise mit Hilfe eines Einstellwiderstandes, der Kondensator vorgesehen ist, der sich bei Er- auch von einer physikalischen Größe abhängig sein reichen einer vorgegebenen Endspannung zur kann, bedienbar ist.