DE19718814A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Leistungsssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Leistungsssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen VerbrauchernInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Lei
stungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versor
gungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. von einer
Vorrichtung zur Leistungssteuerung von elektrischen
Verbrauchern zur Durchführung dieses Verfahrens nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Vorrichtungen zur Leistungssteuerung von elektrischen
Verbrauchern, die an eine Wechselspannung, üblicherwei
se die Netzspannung angeschlossen sind, sind in
vielfältiger Form bekannt und umfassen zumeist eine
Phasenanschnittschaltung, durch welche sich der
Zündwinkel der dem Verbraucher zugeführten elektrischen
Wechselgröße in gewünschter Weise verstellen läßt,
wodurch die zugeführte Leistung geregelt werden kann.
Bekannt sind solche Phasenanschnittsteuerungen bei
spielsweise aus der DE 33 03 126 C2, die eine Vor
richtung zur Einschaltstrombegrenzung bei einer mit
einer Phasenanschnittsteuerschaltung versehenen
Motorsteuerung für den Antriebsmotor eines Staubsaugers
betrifft, sowie beispielsweise aus der DE 43 27 070 C1,
in welcher eine Vorrichtung zur Regelung der Leistungs
aufnahme eines Staubsaugers beschrieben ist, bei
welcher über eine Phasenanschnittschaltung die dem den
Staubsauger antreibenden Elektromotor zugeführte
Wechselspannung auf einen solchen Wert geregelt wird,
daß dieser dem Effektivwert der Motorspannung ent
spricht. Die dabei jeweils verwendeten Phasenanschnitt-
Steuerschaltungen enthalten üblicherweise einen Triac,
der in Reihe mit dem elektrischen Verbraucher, in
diesem Falle also Elektromotor, ans Netz geschaltet ist
und den Elektromotor mit einer lückenden (Sinus)Span
nung versorgt, je nach gewünschter Leistung.
Geht man von einer aus diskreten Bauelementen aufgebau
ten Schaltung für den Phasenanschnitt aus, wobei hier
allerdings beliebig hoch integrierte Realisierungs
möglichkeiten bis zur reinen Mikroprozessorsteuerung
denkbar und möglich sind, dann umfaßt die Phasen
anschnittsteuerung im Ansteuerkreis für den Triac einen
üblicherweise als Potentiometer oder Trimmer einstell
baren Widerstand sowie einen Ladekondensator zur
Zündung des Triacs je nach eingestelltem Widerstand, so
daß durch entsprechende Verschiebung des Zündwinkels
praktisch beliebige Zwischenleistungen bis zum Voll
winkel auf Wunsch abrufbar sind.
Ein sich stets ergebendes und seit kurzem verstärkt in
den Blickwinkel gelangtes Problem bei solchen Phasen
anschnittschaltungen besteht aber darin, daß auch bei
vergleichsweise geringen Lasten dann, wenn diese im
wesentlichen ohm'sch reagieren, aber auch allgemein bei
immer höher ausgelegten möglichen Maximalleistungen des
elektrischen Verbrauchers - wobei im folgenden zum
besseren Verständnis auf die Leistung eines elek
trischen Heizgerätes beispielsweise abgestellt werden
soll, obwohl es sich versteht, daß die Erfindung auf
jeden beliebigen elektrischen Verbraucher anwendbar ist -
eine Grenze mit Bezug auf die vom Verbraucher ein
schließlich seiner Steuerschaltung insgesamt erzeugten
Oberwellen vorgegeben oder als nicht mehr akzeptabel
angesehen wird. Diese Grenze läßt sich durch einfache
Mittel nicht überwinden.
Allgemein entstehen Oberwellen immer dann, wenn
zwischen Strom und Spannung keine Proportionalität
besteht, wobei bei der Leistungssteuerung eines
elektrischen Universalmotors zunächst Oberwellen
hauptsächlich als ungeradzahlige Harmonische entstehen,
die in erster Näherung auf die quadratische Abhängig
keit zwischen Strom und Spannung zurückzuführen sind.
Oberwellen entstehen aber auch und insbesondere durch
die Phasenanschnittsteuerung selbst, die im übrigen
besonders dann stark ausgeprägt sind, wenn sich der
Zündwinkel bei etwa 90° befindet, wenn also durch
entsprechende Zündung die Stromdurchlässigkeit des
Reihentriacs in etwa in der Mitte der jeweiligen
Halbwelle erfolgt.
Insbesondere beim Schalten von ohmschen Lasten mit
Triacs an Wechselspannungsnetzen entstehen durch die
kurzen Schaltzeiten der heute gebräuchlichen und im
übrigen auch nur noch erhältlichen Triacs sehr steile
Stromanstiege, was zu erheblichen Oberwellenanteilen
führt, wie eine Fourier-Analyse erkennen läßt. Als
beispielhaft kann hierbei etwa von folgenden numeri
schen Werten ausgegangen werden, wobei es sich ver
steht, daß die Erfindung durch diese Angaben nicht
eingeschränkt wird. Bei typischen Triac-Schaltzeiten
von 5 µsec und Lastströmen von beispielsweise schon
zwischen 10 und 15 Ampere ergeben sich Stromanstiege
von mehr als 2,5 Ampere/µsec. Dies verursacht gerade im
Bereich von 100 bis 300 kHz hohe Störpegel, die selbst
bei Lasten von nur ca. 500 Watt schon über erlaubten
Grenzen liegen.
Üblicherweise sind solche erwähnten Grenzen des
zulässigen Oberwellengehalts durch staatlich regulierte
Vorschriften festgelegt oder werden demnächst in
entsprechende Vorschriften eingebracht. So ist der
Oberwellenbereich für den europäischen Bereich durch
die sogenannte EMV-Norm repräsentiert, die insofern
insbesondere auch den Betrieb ohmscher Lasten in
Verbindung mit Phasenanschnittsteuerungen einengt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, durch eine
Verlangsamung des Stromanstiegs bei üblichen Phasen
anschnittsteuerungen die Oberwellen-Strompegel ent
scheidend zu reduzieren.
An sich können sich hier folgende, auch für sich
gesehen bekannte Möglichkeiten anbieten, indem man
beispielsweise entsprechend langsame Triacs verwendet,
die jedoch aus der Halbleiter-technologischen Sicht
schwieriger herzustellen und zur Zeit auch nicht
verfügbar sind.
Auch der Einbau einer Induktivität, die entsprechende
Stromanstiege deutlich verlangsamen könnte, verbietet
sich aufgrund der hier erforderlichen hohen Kosten
nicht alleine wegen der erheblichen Masse der erforder
lichen Spulen, sondern auch mit Bezug auf den erforder
lichen Platz und das Gewicht der Induktivitäten, da bei
Strömen bis zu ca. 16 Ampere, ohne daß die Induktivität
in die Sättigung gelangt, Spulengrößen von mehr als
<1 mH erforderlich sind. Schließlich könnte man
anstelle einer einzigen zu schaltenden ohmschen Last
eine größere Anzahl sukzessive nacheinander einzuschal
tender Teillasten zugrunde legen, was aber ebenfalls
viel Kosten und Platz benötigt, da für jede Last ein
Triac erforderlich ist, mit entsprechend hohem Monta
geaufwand. Auch der Einsatz von Filtern und sonstigen
Abschirmmaßnahmen, um die entstandenen Oberwellen nicht
ins Netz gelangen zu lassen, stellt sich als teuer und
aufwendig und nur für Kleinlasten als sinnvoll heraus.
Ausgehend von der eingangs genannten Erkenntnis liegt
daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer
Phasenanschnittsteuerung für elektrische Verbraucher,
insbesondere wenn diese bei geringerer Leistung als
ohmsche Last reagieren, dafür zu sorgen, daß sich die
bei der Phasenanschnittsteuerung entwickelnden Oberwel
len sich innerhalb noch akzeptierbarer bzw. zugelasse
ner Grenzen halten.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung lösen die genannte Aufgabe jeweils mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 und
haben den Vorteil, daß bei nur sehr geringem zusätzli
chen Schaltungsaufwand eine zuverlässige Möglichkeit an
die Hand gegeben wird, bei elektrischen Verbrauchern,
insbesondere ohmsche Verbraucher Leistung den Oberwel
lengehalt, der durch zugeordnete Phasenanschnitt
steuerungen erzeugt wird, erheblich zu reduzieren und
sicher innerhalb vorgegebener oder vorgeschriebener
Grenzwerte zu halten.
Dabei ergeben sich trotz des verlangsamten Strom
anstiegs zur Reduzierung des Oberwellengehalts im
praktischen Gebrauch, also bei der Verwendung einer
solchen Phasenanschnittsteuerung keine funktionellen
Nachteile, denn bei üblichen Netzfrequenzen von
beispielsweise 50 oder 60 Hz beträgt, wenn man auch
hier numerische Werte zugrunde legen will, die Dauer
einer Halbwelle 10 msec, während der kontrolliert
langsame Einschaltstromanstieg entsprechend vorliegen
der Erfindung im Bereich zwischen ca. 100 bis 200 µsec
üblicherweise gehalten wird. Dies ist zwar, verglichen
mit den ansonsten sehr steilen Flanken bei der Triac-
Anschaltung von ca. 5 µsec deutlich, nämlich um mehr
als eine Größenordnung länger, ist aber, verglichen mit
der gesamten Halbwellendauer ohne größere Bedeutung,
insbesondere auch deshalb nicht, weil es ja möglich
ist, den langsameren Einschaltstromanstieg in die
Zeitsteuerungsparameter der Phasenanschnittsteuerung
einzubeziehen.
Im Normalfall benötigt daher eine gemäß erfindungs
gemäßen Merkmalen ausgestaltete Phasenanschnittsteuer
schaltung lediglich einen zusätzlichen Transistor, der
in seinem eigenen Steuerkreis so ausgebildet ist, daß
er bei Triggerung durch die Gerätesteuerung bei
zunächst noch gesperrtem Triac mit kontrollierter
Einschaltflanke hoch fährt, bis ein Maximalwert oder
der Endwert des zu diesem Einschaltwinkel möglichen
Laststroms erreicht ist, woraufhin auf den Triac
umgeschaltet wird, der dann den Laststrom in der
jeweiligen Halbwelle übernimmt, und zwar allein schon
aufgrund seiner niedrigeren Sättigungsspannung,
verglichen mit dem parallel geschalteten Transistor.
Es empfiehlt sich, sofort an dieser Stelle darauf
hinzuweisen, daß das in der Zeichnung dargestellte, die
Erfindung anhand diskreter Schaltstufen oder in ihrer
Wirkungsweise angegebene Blockschaltbild sowie das die
Erfindung anhand diskreter Schaltungselemente im
größeren Detail beschreibende Ausführungsbeispiel die
Erfindung nicht beschränkt, sondern insbesondere dazu
dient, die funktionellen Grundwirkungen der Erfindung
zu veranschaulichen und spezielle Funktionsabläufe in
einer möglichen Realisierungsform anzugeben. Es
versteht sich, daß die einzelnen Bausteine, Blöcke und
diskreten Schaltungselemente in analoger, digitaler
oder auch hybrider Technik aufgebaut sein können, oder
auch, ganz oder teilweise zusammengefaßt, entsprechende
Bereiche von programmgesteuerten digitalen Systemen,
beispielsweise also Mikroprozessoren, Einzweckrechnern,
digitalen oder analogen Logikschaltungen u. dgl.
umfassen und bilden können. Die im folgenden angegebene
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung ist daher lediglich bezüglich des funktionel
len Gesamt- und Zeitablaufs, der durch die jeweiligen
Blöcke und Schaltungselemente erzielten Wirkungsweise
und bezüglich des jeweiligen Zusammenwirkens der durch
die einzelnen Komponenten dargestellten Teilfunktionen
zu verstehen, wobei Hinweise auf die einzelnen Schal
tungselemente lediglich aus Gründen eines besseren
Verständnisses erfolgen und nicht einschränkend zu
verstehen sind.
Dabei stellen die in den Unteransprüchen aufgeführten
Maßnahmen vorteilhafte Weiterbildungen und Verbes
serungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung dar.
Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des parallelen
Transistors zum Triac als Darlington-Transistor, der
über eine Diodenbrücke, und daher in beide Richtungen
schaltend, zum Triac-Element parallel liegt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich
nung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in Form eines Blockschaltbilds vereinfacht
den grundsätzlichen Aufbau eines Ausfüh
rungsbeispiels einer Phasenanschnittsteuer
schaltung für eine wirksame oberwellenredu
zierte Leistungssteuerung einer an ein
Wechselspannungsnetz angeschlossenen Last;
Fig. 2 in Form eines Diagramms den zeitlichen
Verlauf des durch die Phasenanschnittsteue
rung gesteuerten und vom Verbraucher gezoge
nen Stroms, wobei die unterschiedlichen
Einschaltflanken des Stromanstiegs erkennbar
sind, und
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in
detaillierterer Darstellung.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, mittels
eines zum üblichen Triac parallel liegenden, üblicher
weise elektronischen Schaltungselements mit langsamerer
Anstiegsflanke bei Ansteuerung oder mit gezielt
gesteuertem Stromanstiegsverhalten den Einschaltstrom
verlauf durch die Last zunächst (kontrolliert) gesteu
ert langsam auszuführen, und zwar mit einer solchen
Anstiegsflanke, daß sich, selbstverständlich bezogen
auf den jeweiligen Anwendungsfall, ein noch akzeptabler
Wert des erzeugten Oberwellengehalts ergibt. Anschlie
ßend, also unter Vermeidung des steilen Stromanstiegs
durch den ansonsten sofort aufgesteuerten Triac,
übernimmt der Triac den Laststrom ganz oder zumindest
zum überwiegenden Teil, wobei auch eine vollständige
Abschaltung des in seiner Funktion zeitlich vorlaufen
den parallelen Schaltungselements vorgenommen werden
kann. Bei diesem handelt es sich zweckmäßigerweise um
einen entsprechend bemessenen Leistungstransistor, der
zwar mit seiner weiteren Beschaltung und einigen
Steuermitteln einen zusätzlichen Platz benötigt, jedoch
im Vergleich zu sonstigen Lösungen deutlich günstiger
liegt bei entscheidend reduziertem Oberwellenanteil.
Entsprechend Fig. 1 ist eine übliche Grundsteuerung für
die Gerätefunktion GS vorgesehen, die, üblicherweise
aufgrund externer Vorgaben, feststellt, daß die Last zu
einem vorgegebenen Winkel der Versorgungsspannung
eingeschaltet werden muß und daraufhin ein entsprechen
des Triggersignal ausgibt. Dieses Triggersignal wird
für jede Halbwelle erzeugt und liegt über den Halbwel
lenverlauf bezogen an beliebiger Stelle, kann also
früher oder später erfolgen, je nach dem Strom, der der
Last RL zugeführt werden soll.
Anders als bei üblichen Phasenanschnittsteuerschaltun
gen startet das von der Grundsteuerung erzeugte
Triggersignal eine Rampensteuerung RS, wobei die
erzeugte Rampe einen nachgeschalteten Transistor TD
kontrolliert langsam einschaltet, so daß sich eine
Anstiegsflanke zum Triggerzeitpunkt von gewünscht
beispielsweise zwischen 100 bis 200 µsec ergibt als
Zeitverzögerung t, bis der durch den Verlauf der
jeweiligen Halbwelle vorgegebene Maximalstrom durch die
Last RS erreicht ist. Der Laststrom fließt dabei über
einen dem Leistungstransistor TD nachgeschalteten
Brückengleichrichter D, wobei der Leistungstransistor
TD im Brückenquerzweig liegt. Man erkennt, daß der
Brückengleichrichter D zum Reihentriac TC für die Last
RL parallel liegt. Anstelle des Brückengleichrichters
ist es auch möglich, zwei Transistoren jeweils mit
einer Diode in Reihe zu verwenden.
Wie eingangs schon erwähnt, kann der Steuerungsverlauf,
jeweils abgestimmt auf die verwendeten Schaltungs
elemente, in an sich beliebiger Weise erfolgen; so ist
es möglich, nach Starten der Rampe eine vorgegebene
Zeit abzuwarten, beispielsweise durch Ablauf einer
Zählschaltung, bis auf den Reihentriac TC umgeschaltet
wird, d. h. bis dieser mit seiner steilen Anstiegsflanke
getriggert wird - es ist aber auch möglich, das
Erreichen des Stromendwertes mittels einer weiteren
Logikschaltung festzustellen, wozu dann eine Spannungs
sensorschaltung SS vorgesehen ist. Diese erfaßt den
Spannungsabfall am Triac TC, und sobald an diesem
aufgrund des Durchschaltens des Leistungstransistors TD
ein vorgegebener unterer Spannungsgrenzwert erreicht
ist, reagiert die Spannungssensorschaltung SS, die im
Sinne einer UND-Verknüpfung auch das Triggersignal
zugeführt erhält mit der Zündung des Triacs TC über die
Triac-Steuerung TS. Anschließend trägt der Triac den
Laststrom für die restliche Zeit, d. h. bis zur nächsten
Halbwelle der Netzwechselspannung.
Eine solche Grundsteuerung, die darauf abstellt, daß
die beiden zueinander parallel und mit der Last in
Reihe liegenden elektrischen bzw. elektronischen
Schaltungselemente, beim Ausführungsbeispiel der Triac
TC einerseits und der parallele Leistungstransistor TD
andererseits, in zeitlicher Abfolge auf die Last
geschaltet werden, um so dem in seiner Anstiegsflanke
langsameren Schaltungselement im Zeitpunkt der Trigge
rung den Vortritt zu geben, ist einer Vielzahl von
Modifikationen und vorteilhaften Ausgestaltungen
zugänglich, wie das Ausführungsbeispiel der Darstellung
der Fig. 3 im einzelnen zeigt. Gleiche Elemente wie in
Fig. 1 sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeich
net; vergleichbare Schaltungsblöcke gestrichelt
umrandet und ebenfalls mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
Die bevorzugt ohmsche Last RL liegt in Reihe mit dem
Triac TC an den Netzeingangsklemmen N1, N2, wobei die
Triac-Steuerung TS einen bipolaren Schmitt-Trigger ST1
mit einer vorgegebenen Schaltspannungsquelle von
beispielsweise ±10 Volt umfaßt. Der am Verbindungspunkt
zwischen der Last RL und dem Triac erfaßte Schalt
spannungswert gelangt über den Widerstand R5 auf den
Schmitt-Trigger. Über den Widerstand R6 wird der Triac
vom Schmitt-Trigger geschaltet, worauf weiter unten
noch eingegangen wird.
Parallel zu den Triac-Anschlußklemmen liegt die
Diodengleichrichterschaltung D, bestehend aus der
Diodenbrücke D1, D2, D3 und D4, mit einer Leistungs
transistorschaltung im Brückenquerzweig, die aus einem
Vortransistor TV als Kollektorstufe und einem nach
geschalteten Darlington-Transistor TD' besteht, mit
einem Widerstand R1 im Emitterkreis. Die Grundsteue
rung GS für die Gerätefunktion besteht ferner aus einer
Triggerschaltung TS1 mit zugeordneten Stromversorgungs
elementen aus R4, D6, C1 und Zenerdiode Z3 parallel zur
Triggerschaltung TS1, die auch gleich den Schmitt-
Trigger ST1 mit Strom versorgen.
Es ergibt sich dann die folgende Funktion. Die Trigger
schaltung TS1 erzeugt zum vorgegebenen Zeitpunkt das
Triggersignal und führt dieses einem Optokoppler OK zu,
bestehend aus der Fotodiode PD und dem Fototransistor
PT. Aufgrund des Triggersignals wird der Fototransistor
in seinen Sperrzustand geschaltet, so daß sich ein
Ladekreis für den Kondensator C im Ansteuerkreis für
den Fototransistor TV in Verbindung mit dem Widerstand
R in Form eines RC-Gliedes ergibt, wobei die Spannungs
versorgung über die Diode D5 in Reihe mit dem Wider
stand R3 und parallel über die Zenerdiode ZD1 mit
Kondensator C2 zur Stabilisierung aus dem Netz vor
genommen wird.
Hierdurch kommt es zu einem gesteuerten Stromanstieg im
Bereich des Leistungstransistors TD, nämlich an der
Basis des Vortransistors TV, wobei vom exponentiellen
Spannungsanstieg am Ladekondensator C lediglich ein
linearer Anfangsbereich (beispielsweise das erste
Viertel des Kurvenverlaufs des Spannungsanstiegs am RC-
Glied) ausgenützt wird. Dies bewirkt das Durchschalten
des Darlington-Transistors TD', wobei die ganze
Schaltung als gesteuerte Stromquelle wirkt und einen
kontinuierlichen Stromanstieg über die Diodenbrücke D
gewährleistet, was mit anderen Worten bedeutet, daß
sich entsprechend dem Kurvenverlauf der Fig. 2 eine
Anstiegsflanke B des Stroms durch die Last RL als
Spiegelbild des Spannungsanstiegs über dem Kondensator
C ergibt.
Dabei sind die Stromverlaufskurven entsprechend Fig. 2
wie folgt zu verstehen:
Stromverlauf A entspricht wie üblich der Formel
Stromverlauf A entspricht wie üblich der Formel
folgt der Netzspannung,
Stromanstieg B entspricht der gesteuerten Rampe wie soeben erläutert mit beispielsweise Δt ≈100 µsec, und Stromanstieg C ergibt sich bei Ansteuerung des Triacs allein zu Δt' ≈5 µsec.
Stromanstieg B entspricht der gesteuerten Rampe wie soeben erläutert mit beispielsweise Δt ≈100 µsec, und Stromanstieg C ergibt sich bei Ansteuerung des Triacs allein zu Δt' ≈5 µsec.
Der kontinuierliche Stromanstieg so, wie er sich durch
Vorabtriggerung des Leistungstransistors TD entspre
chend Fig. 2 ergibt - die Darstellung der Fig. 2 zeigt
die Verhältnisse natürlich dennoch stark verzerrt im
zeitlichen Verhältnis zur Netzhalbwelle zum besseren
Verständnis -, führt zu einem entsprechenden Spannungs
abfall über dem Triac TC, der über dem Widerstand R5
vom bipolaren Schmitt-Trigger ST1 erfaßt wird, der
daher dann sein (nachfolgendes) Triggersignal über R6
dem Gate des Triacs TC zuleitet, wenn seine Schalt
schwelle von beispielsweise ±10 Volt unterschritten
wird. In diesem Moment schaltet der Triac TC durch und
übernimmt aufgrund seiner wesentlich geringeren
Sättigungsspannung (oder geringerem innerem Widerstand)
den Laststrom vollständig, wobei es im übrigen aber
auch (sinnvollerweise) zu einer Abschaltung des nunmehr
lediglich noch parallel mit geringem Strom beauf
schlagten Leistungstransistors TD kommt, indem, was in
der Zeichnung nicht dargestellt ist, entweder das
Triggersignal vom Schmitt-Trigger ST1 zum Triac
gleichzeitig zur "Wiedereinschaltung" des Optokopplers
OK ausgenutzt wird oder indem nach Ablauf einer
vorgegebenen Zeit der Leistungstransistor in geeigneter
Weise abgeschaltet wird, was sich aus dem Energie
integral über dem Transistor ergibt, damit dieser nicht
überlastet wird.
Claims (10)
1. Verfahren zur Leistungssteuerung von an eine
Wechselspannung angeschlossenen elektrischen
Verbrauchern, insbesondere ohmschen Lasten wie
Heizplatten, Gebläse, Heißluftgebläse, Elektrohei
zungen u. dgl., wobei in Reihe mit dem Verbraucher
ein für Wechselspannung in beiden Richtungen
leitendes elektrisches oder elektronisches Schal
tungselement, vorzugsweise Triac, geschaltet wird
und durch den vorgegebenen Winkel des Phasen
anschnitts die Leistungssteuerung am Verbraucher
erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum
ersten Reihenschaltelement (Triac TC) ein weiteres
elektrisches oder elektronisches Schaltungselement
(TD) angeordnet wird, welches jedoch als erstes
zum durch die Gerätesteuerung (GS) bestimmten
Triggerzeitpunkt kontrolliert leitend gesteuert
wird und wobei dessen Stromfluß spätestens bei
Erreichen eines vorgegebenen Schwellenstroms durch
die Last (RL) oder einer Schwellenspannung an Last
oder Triac von dem ersten Schaltungselement im
wesentlichen übernommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das von der Grundsteuerung (GS) für die
Gerätefunktion erzeugte Triggersignal einen mit
vorgegebener Flanke kontrolliert hochlaufenden
Stromanstieg durch das weitere Schaltungselement
(TD) bewirkt, wobei zum Zeitpunkt des Erreichens
des zum jeweiligen Kurvenverlauf der speisenden
Netzspannung möglichen Maximalwerts des Laststroms
auf das parallele erste Schaltungselement (Triac
TC) umgeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Anstiegsflankensteilheit des im
Phasenanschnittzeitpunkt eingeschalteten Ver
braucherstroms so bemessen wird, daß, abgestimmt
auf Ausmaß der Last und Triggerzeitpunkt, jeweils
minimale Oberwellenstörspannungen entstehen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flankensteilheit als Funktion des Trigger
zeitpunkts geändert wird.
5. Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein
Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen
elektrischen Verbrauchern, insbesondere ohmschen
Lasten wie Heizplatten, Gebläse, Heißluftgebläse,
Elektroheizungen u. dgl., wobei in Reihe mit dem
Verbraucher ein für Wechselspannung in beiden
Richtungen leitendes elektrisches oder elektroni
sches Schaltungselement, vorzugsweise Triac,
geschaltet wird und durch den vorgegebenen Winkel
des Phasenanschnitts die Leistungssteuerung am
Verbraucher erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß
dem in Reihe mit der Last (RL) geschalteten Triac
(TC) ein in beiden Richtungen leitendes weiteres
Schaltungselement (Leistungstransistor TD) par
allel geschaltet ist und daß erstes und weiteres
Schaltungselement zeitlich versetzt aufeinand
erfolgend so angesteuert sind, daß der Stromein
schalt-Anstiegsflankenbereich bis zu einem vor
gegebenen Schwellenwert des Stroms durch die Last
von dem weiteren Schaltungselement geführt ist,
während der restliche Stromfluß bis zum Abklingen
der jeweiligen Halbwelle über das erste Schal
tungselement (Triac TC) fließt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß eine Rampensteuerung (RS) vorgesehen ist,
die bei Eingang des Triggersignals von der Grund
steuerung für die Gerätefunktion eine Zeitschal
tung ansteuert, die den Stromfluß durch das
weitere Schaltungselement unter Bildung einer
gesteuerten Stromquelle kontrolliert hochlaufen
läßt mit vorgegebener Anstiegsflanke bis zur
Übernahme des Laststroms durch das parallele erste
Schaltungselement (Triac TC).
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rampensteuerung (RS) ein
Zeitglied (RC-Glied) umfaßt im Steuerkreis eines
Vortransistors (TV) zu einem nachgeschalteten
Darlington-Leistungstransistor (TD'), dessen
Ausgänge im Querzweig einer Gleichrichter-Dioden
brücke (D1, D2, D3, D4) liegen, deren andere
Anschlußpunkte mit den beiden Anschlüssen des
Triacs verbunden sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungssensor
schaltung zur nachfolgenden Triggerung des als
erstes Schaltungselement ausgebildeten Triacs (TC)
vorgesehen ist, die den Spannungsabfall über dem
Triac (TC) erfaßt und bei Unterschreiten vor
gegebener Grenzwerte in beiden Richtungen den
Triac (TC) zur Stromübernahme durch die Last
triggert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß nach Stromentnahme durch den Triac der
zum Triac (TC) parallele Leistungstransistor (TV,
TD') abgeschaltet oder spätestens nach Zeitablauf
in Abhängigkeit zum Engerieintegral über dem
Leistungstransistor gesperrt wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Triac-Steuerung
(TS) einen bipolaren Schmitt-Trigger (ST1) umfaßt,
der im Sinne eines UND-Glieds nach Eingang des
Triggersignals für die Ansteuerung des Leistungs
transistors das nachfolgende Unterschreiten des
Spannungsschwellwerts am Triac (TC) in beiden
Schaltrichtungen erfaßt und daraufhin das nachfol
gende Triggersignal für den Triac erzeugt.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19718814A DE19718814C2 (de) | 1997-05-05 | 1997-05-05 | Verfahren und Vorrichtung zur Leistungsssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern |
US08/963,098 US5949158A (en) | 1997-05-05 | 1997-11-03 | Method and arrangement for controlling the output of electrical consumers connected to an AC line voltage |
AU63705/98A AU6370598A (en) | 1997-05-05 | 1998-04-29 | Controlling the output of electrical consumers |
EP19980107788 EP0877470A3 (de) | 1997-05-05 | 1998-04-29 | Verfahren und Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern |
KR1019980015905A KR19980086732A (ko) | 1997-05-05 | 1998-05-04 | ac 라인 전압에 연결된 전기소모의 출력을 제어하기위한 방법 및 장치 |
TR1998/00795A TR199800795A3 (tr) | 1997-05-05 | 1998-05-05 | Elektrik kullanicilarinin çikislarini kontrol için yöntem/düzenleme. |
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Cited By (1)
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