DE1952796B2 - Schaltungsanordnung zur Stabilisierung einer schwankenden Eingangswechselspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung einer schwankenden Eingangswechselspannung, bei der ein Anschlußpunkt für die Eingangswechselspannung mit einem Anschluß der Primärwicklung eines Transformators verbunden ist und der andere Anschlußpunkt für die Eingangswechselspannung in Abhängigkeit von der Eingangswechselspannung über Schalter so an Anzapfungen der Primärwicklung des Transformators angeschlossen wird, daß bei sich ändernder Eingangswechselspannung das Verhältnis der Eingangswechselspannung zu der zur Transformation der Eingangswechselspannung ausgenutzten Windungszahl der Primärwicklung des Transformators etwa konstant bleibt, mit einem mit den Anschlußpunkten für die Eingangswechselspannung verbundenen Meß- und Steuerteil zur Steuerung der Schalter.

Bei Netzanschlußgeräten, besonders wenn sie für Datenverarbeitungsanlagen verwendet werden, besteht das Problem, Schwankungen der Eingangswechselspannung — im folgenden nur noch Eingangsspamung genannt - bezüglich ihres Scheitelwertes so gut wie möglich zu unterdrücken, so daß das zu versorgende Gerät in seinem Betrieb nicht beeinträchtigt werden kann.

Es ist eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bekannt (Electronics, Heft vom 21. Septemger 1964, S. 77). mit der eine Eingangswechselspannung auf zwei Anzapfungen der Primärwicklung eines Transformators geschaltet werden kann. Die beiden dazugehörigen Schalter sind von einem Umschaltkontakt eines Relais gebildet, dessen Erregerwicklung über eine zwei Zenerdioden und zwei Widerstände enthaltende, als Schwellwertglied dienende Brückenschaltung und eine Gleichrichterbrücke von der Eingangswechselspannung gespeist wird.

Diese Schaltungsanordnung ist für die Anpassung an nur zwei unterschiedliche Eingangswechselspannungen (115 V. 230V) vorgesehen. Mit der bekannten Schaltungsanordnung ist es darum nicht möglich, eine Ausgangsspannung auch dann konstant zu halten, wenn die Eingangswechselspannung viele verschiedene Werte annehmen kann. Außerdem ist dort nicht gewährleistet. daß die Umschaltung stets in den Strom-Nulldurchgängen und damit stromlos erfolgt; beim Umschalten außerhalb der Strom-Nulldurchgänge ergibt sich aber ein erhöhter Kontaktverschleiß, und die Wellenform der Eingangswechselspannung bleibt am Ausgang nicht erhalten, so daß gegebenenfalls zusätzliche Maßnahmen zur Funkentstörung und Siebung notwendig sind. Die Verwendung elektromechanischer Kontakte als Schalter hat aber auch unabhängig von der Frage der Schaltzeitpunkte die bekannten Nachteile gegenüber der Verwendung von kontaktlosen Schaltern.

Es ist weiterhin eine Regelschaltung bekannt (CH-PS 4 72 809), mit der eine Spannung auf einem praktisch konstanten Wert gehalten werden kann. Bei dieser Regelschaltung wird die Eingangswechselspannung über Schalter an Anzapfungen der Primärwicklung eines Transformators so angelegt, daß die Ausgangsspannung des Transformators an dessen Sekundärwicklung etwa konstant bleibt. Ein Strom-Nulldurchgangsindikator sorgt dafür, daß die Schalter nur in den Strom-Nulldurchgängen geschaltet werden. Als Schalter sind insbesondere Transistoren oder Thyristoren vorgesehen. Diese Regelschaltung ist im Aufbau sehr aufwendig. Die Ausgangsspannung nähert sich bei sich sehr stark verändernder Eingangsspannung verhältnismäßig lang-

sam einem konstanten Wert, da die Regelgeschwindigkeit geschlossener Regelkreise bekanntlich wegen der Gefahr von Instabilitäten begrenzt is. und bei der bekannten Schaltung nur zwischen benachbarten Schaltern umgeschaltet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sie die Ausgangsspannung auch dann konstant hält, wenn die Eingangsspannung viele verschiedene Werte annimmt, daß die Umschaltungen ίο kontaktlos erfolgen und daß die Spannungswellenform durch das Umschalten nicht verändert wird

Diese Aufgebe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Schalter Triacs verwendet sind, daß der Meßteil an seinem Ausgang über eine der Anzahl der Triacs entsprechenden Anzahl von Leitungen mit einem Eingang des Steuerteils verbunden ist, wobei nacheinander jeweils auf einer der Leitungen ein Signal auftritt, wenn die Eingangswechselspannung eine von übereinanderliegenden Schwellen überschreitet, daß ein Strom-Nulldurchgangsindikator zur Feststellung des Nulldui'chganges der Eingangswechselspannung vorgesehen ist, dessen Eingang an den Ausgang eines zwischen dem anderen Anschlußpunkt für die Eingangswechselspannung und den Triacs angeordneten Stromwandlers angeschlossen ist und dessen Ausgang mit einem weiteren Eingang des Steuerteiles verbunden ist, und daß die Steuereingänge der Triacs mit je einem Ausgang des Steuerteiles verbunden sind, wobei jeweils einer der Steuereingänge der Triacs dann ein Signal erhält, wenn dem Steuerteil auf den vom Meßtcil kommenden Leitungen ein Signal und vom Strom-Nulldurchgangsindikator ein weiteres, den Schaltzeitpunkt bestimmendes Signal zugeführt wird.

In Anspruch 1 wird nur Schutz für die Gesamtkombination seiner Merkmale begehrt.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die US-PS 21 68 952. insbesondere Fig. 9, ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die sich vom Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch unterscheidet, daß die Schalter auf der Sekundärseite des Transformators, und zwar eines Spartransformators, angeordnet sind. Durch diese Patentschrift ist es an sich bekannt, zwischen (drei) Anzapfungen in Abhängigkeit "on (zwei) übereinanderliegenden Schwellwerten der Eingangswechselspannung umzuschalten. Hierzu sind zwei den zwei Schwellwerten zugeordnete Relais vorgesehen, von denen jedes je einen Schließ- und einen Öffnungskontakt aufweist, wobei der Schließkontakt des einen und der Öffnungskontakt des anderen in Reihe miteinander an der mittleren sekundären Anzapfung liegen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles weiter erläutert werden. In der F i g. 1 wird die Eingangswechselspannung zwischen Anschlußpunkten R und MP angelegt. Der Anschlußpunkt R ist mit einem Anschluß der Primärwicklung eines ersten Transformators TR\ verbunden, der Anschlußpunkt MP ist über einen Stromwandler SW an die geschalteten Strecken von Triacs Sl, Sl ίο bis SN angeschlossen, die die Leitung von dem Anschlußpunkt MP auf Anzapfungen Ai. Al bis AN der Primärwicklung des ersten Transformators 77?! durchschalten. N ist eine beliebige ganze Zahl.

Die Triacs Sl, S2 bis SN werden von einer Auswerteschaltung A W in Abhängigkeit der Eingangsspannung so durchlässig gesteuert und somit die Eingangsspannung an diejenige Anzapfung Ai bis AN des Transformators TRi gelegt, daß Schwankungen der Eingangsspannung über der Sekundärwicklung des Transformators TRl kompensiert werden. Wenn also z. B. die Emgangsspannung unzulässig größer wird, dann wird durch die Triacs Sl bis SN diejenige Anzpfung Ai bis AN des Transformators TRi an den Anschlußpunkt MP angeschlossen, durch die die wirksame Windungszahl der Primärwicklung des Transformators TRi so vergrößert wird, daß die durch die Störung verursachte Vergrößerung der Eingangsspannung nur in einer Höhe, die kleiner als der Stufensprung zwischen den Anzapfungen ist, auf die Sekundärwicklung des Transformators TRi wirken kann.

Die Auswerteschaltung A W, die die Triacs Sl bis SN ansteuert, besteht aus einem Meßteil M. aus einem Strom-Nulldurchgangsindikator N/ und einem Steuerteil ST. Der Meßteil M liegt an der Sekundärwicklung eines zweiten Transformators TR2, dessen Primärwicklung mit den Anschlußpunkten R und MP für die Eingangsspannung verbunden ist Er ist über mehrere Leitungen Li bis LN mit dem Steuerteil ST verbunden. Auf jeweils einer dieser Leitungen Li bis LN tritt dann ein Signa! auf, wenn die Eingangsspannung eine von übereinanderliegenden, den Schaltzeitpunkt der Triacs Sl bis SN bestimmenden Schwellen überschreitet. Wenn also z. B. die Eingangsspannung die erste Schwelle überschreitet, erscheint auf der Leitung Ll ein Signal, wird die zweite Schwelle überschritten, auf der Leitung L2 usw. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß in dem Meßteil Meine Gleichrichterschaltung angeordnet ist, deren Ausgang über Spannungsteiler an die Eingänge von Differenzverstärkern gelegt ist. Die Schwellen, bei der diese Differenzverstärker ansprechen, sind gestaffelt. Die Anzahl der Differenzverstärker, die nach dem Nulldurchgang der Eingangsspannung ansprechen, hängt also von der Amplitude der Eingangsspannung ab.

Die Anzahl der Differenzverstärker ist um 1 kleiner als die Anzahl der Triacs Sl bis SN, da, wenn die Amplitude der Eingangsspannung die erste Schwelle nicht überschreitet, derjenige Triacs angesteuert werden muß. dessen Anzapfung mit der kleinsten Windungszahl an dem Anschlußpunkt MP l'egt. Dies wäre im Ausführungsbeispiel der Triacs Sl.

Der Strom-Nulldurchgangsindikator N/ ist ebenfalls mit dem Steuerteil ST verbunden. Er gibt an den Steuerteil STdann ein Signal ab, wenn der Strom über die Schaltstrecken der Triacs Sl bis SN (Schalterstrom) durch »0« geht und damit gewährleistet ist, daß alle Triacs Sl bis SN in nichtleitendem Zustand sind. Zur Stromversorgung ist der Strom-Nulldurchgangsindikator N/ über eine Leitung VL an die Sekundärwicklung des Transformators TR2 angeschlossen. Der Strom-Nulldurchgangsindikator N/ist mit einem Stromwandler SW verbunden.

Eine mögliche Ausführung des Strom-Nulldurchgangsindikators N/ ist in F i g. 2 gezeigt. An die Sekundärwicklung des Stromwandlers SW sind in einer Mittelpunktsschaltung drei Dioden Di, Dl und Di angeschlossen. Die Anoden der Dioden Dl bzw. Dl sind jeweils über je eine weitere Diode DA bzw. D5 mit einem ersten Eingang eines invertiertenden Schaltverstärkers VST verbunden. Am Punkt P sind die Kathodenanschlüsse der Dioden Di, Dl, der Mittelpunk'.anschluß der Sekundärwicklung des Stromwandlers SlV und ein zweiter Eingang des Schaltverstärkers VSTzusammengeführt. Der zweite Eingang des Schaltverstärkers VST ist außerdem über einen Widerstand /?1 mit

dem Anschlußpunkt Mp verbunden. Die Versorgungsleitung VL ist an einen Versorgungsanschluß des Schaltverstärkers VST und über einen Widerstand Rl an den ersten Eingang des Schaltverstärkers angeschlossen. Zur Spannungsbegrenzung für den Fall, daß der Stromwandler nicht angeschlossen ist, liegt ein Widerstand A3 zwischen den Eingängen des Schaltverstärkers VST.

Fließt ein Schalterstrom durch die Primärwicklung des Stromwandlers SlV, dann ist abhängig von der Richtung des Schalterstromes entweder die Diode Dl oder die Diode Dl durchlässig, und über die Diode Di kann der Sekundärstrom in den Wandler zurückfließen. Dabei ist das Potential zwischen dem Punkt P und der Anode der momentan sperrenden Dioden Dl bzw. Dl positiv. Über eine der Dioden EA bzw. DS liegt am ersten Eingang des Schaltverstärkers das niedrigere Potential als am zweiten Eingang, der direkt mit dem Punkt P verbunden ist. Am Ausgang liegt dementsprechend niedriges Potential. Nur wenn der Schalterstrom durch Null geht, erzeugt der Stromwandler keine Spannungsdifferenz an den Dioden Dl, D2, D3; jetzt kann von + VL, Rl über D4, D5 und Dl, Dl sowie RX ein Strom nach Mp fließen. Das Potential am ersten Eingang des Schaltverstärker ist jetzt höher als an dem zweiten, am Ausgang entsteht also hohes Potential. Der Schaltverstärker gibt also immer beim Nulldurchgang des Schalterstromes ein Signal ab.

Der Steuerteil STwählt die vom Meßteil M abgegebenen Signale aus und bereitet auf Grund der gemessenen Spannung das Zünden eines der Triacs 51 bis SN vor. Der ausgewählte Triac wird aber erst dann gezündet, wenn der Strom-Nulldurchgangsindikator N/ beim folenden Nulldurchgang des Schalterstromes ebenfalls ein Signal an den Steuerteil ST abgibt. Welcher der Triacs 51 bis SN angesteuert wird, hängt von der im Meßteil gemessenen Eingangsspannung ab, also davon, welche der Schwellen die Eingangsspannung überschreiten werden, dementsprechend welche Differenzverstärker angesprochen haben und welche Leitungen Ll bis LN ein Signal an den Steuerteil ST liefern. Der Steuerteil S¹T kann z. B. bistabile Kippschaltungen enthalten, von denen je eine mit einer Leitung Ll bis LN verbunden ist. Entsprechend den von der Eingangsspannung überschrittenen Schwellen wird eine entsprechende Anzahl von bistabilen Kippschaltungen gesetzt. Die Ausgänge dieser bistabilen Kippschaltungen sind mit einem logischen Schaltungsteil verbunden, der in Abhängigkeit vom Setzzustand die stabilen Kippschaltungen einen der Triacs 51 bis SN auswählt, aber diesen ausgewählten Triac erst dann ansteuert, wenn ein Signal vom Strom-Nulldurchgangsindikator Nl geliefert wird.

Die schaltungstechnische Ausführung des Meßteiles M und des Steuerteiles ST kann auch auf eine andere Weise geschehen als beschrieben worden ist.

So ist es möglich, daß der zweite Transformator TR2 zum Messen der Eingangsspannung durch eine Sekundärwicklung auf dem ersten Transformator TRX und eine Kompensationsschaltung im Steuerteii ST ersetz! wird, oder es kann die Versorgungsspannung für der Meß- und Steuerteil sowie den Nulldurchgangsindikator von einer Sekundärwicklung des ersten Transformators bezogen werden. Dazu ist es notwendig, daC beim Einschalten der Schaltungsanordnung der Triac SN unabhängig vom Steuerteil leitend gesteuert wird Dies kann durch eine Serienschaltung aus einerr Widerstand R5 und zwei Zenerdioden ZDl, ZDl ge schehen, die zwischen den Steuereingang des Schalten SN und die Anzapfung AN geschaltet ist

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kanr selbstverständlich auch auf ein dreiphasiges Netzgerä mit einem Drehstromtransformator erweitert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: 19

1. Schaltungsanordnung zur Stabilisierung einer schwankenden Eingangswechselspannung, bei der ein Anschlußpunkt für die Eingangswechselspannung mit einem Anschluß der Primärwicklung eines Transformators verbunden ist und der andere Anschlußpunkt für die Eingangswechselspannung in Abhängigkeit von der Eingangswechselspannung über Schalter so an Anzapfungen der Primärwicklung des Transformators angeschlossen wird, daß bei sich ändernder Eingangswechselspannung das Verhältnis der Eingangswechselspannung zu der zur Transformation der Eingangswechselspannung ausgenutzten Windungszahl der Primärwicklung des Transformators etwa konstant bleibt, mit einem mit den Anschlußpunkten für die Eingangswechselspannung verbundenen Meß- und Steuerteil zur Steuerung der Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter Triacs CSl bis SN) verwendet sind, daß der Meßteii (M) an seinem Ausgang über eine der Anzahl der Triacs (SI bis SN) entsprechende Anzahl von Leitungen (/.1 bis LN) mit einem Eingang des Steuerteils (ST) verbunden ist, wobei nacheinander jeweils auf einer der Leitungen (LX bis LN) ein Signal auftritt, wenn die Eingangswechselspannung eine von übereinanderliegenden Schwellen überschreitet, daß ein Strom-Nulldurchgangsindikator (Nl) zur Feststellung des Nulldurchganges der Eingangswechselspannung vorgesehen ist. dessen Eingang an den Ausgang eines zwischen dem anderen Anschlußpunkt (MP) für die Eingangswechselspannung und den Triacs (Si bis SN) angeordneten Stromwandlers (SW) angeschlossen ist und dessen Ausgang mit einem weiteren Eingang des Steuerteils (ST) verbunden ist. und daß die Steuereingänge der Triacs (Sl bis SN) mit je einem Ausgang des Steuerteiles (ST) verbunden sind, wobei jeweils einer der Steuereingänge der Triacs (Sl bis SN) dann ein Signal erhält, wenn dem Steuerteil (ST) auf den vom Meßteil (M) kommenden Leitungen (LX bis LN) ein Signal und vom Strom-Nulldurchgangsindikator (NI) ein weiteres, den Schaltezeitpunkt bestimmendes Signal zügeführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßteil (M) über eine Gleichrichterschaltung gesteuerte, die Schwellen bestimmende Differenzverstärker enthält, deren Anzahl um eins kleiner ist als die Anzahl der Triacs CSl bis SN).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung für Meß- und Steuerteil (M. ST) sowie den Strom-Nulldurchgargsindikator (NI) von einer Sekundärwicklung des Transformators (TRi) bezogen wird und hierzu der an dem äußersten Anschluß der Primärwicklung deü Transformators (TRX) angeschlossene Triac (SN) zu seiner Steuerstrecke die Reihenschaltung zweier einander entgegengesetzt gepolter Zenerdiod«:n (ZDX, ZDl) und eines Widerstandes (R5) zum Leitendsteuern dieses Triacs (SN) parallel geschaltet hat.

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