DE19848428C2 - Gestufter Spannungskonstanthalter - Google Patents

Description

Es sind verschiedene Verfahren zur Realisierung eines Spannungskonstanthalters bekannt. Das Funktionsprinzip magnetischer Spannungskonstanthalter beruht darauf, dass der Transformator im Sättigungsbereich betrieben wird und so mit Hilfe zusätzlicher Beschaltung die Ausgangsspannung konstant gehalten wird. Es sind weiterhin elektronische Spannungskonstanthalter bekannt, bei denen ein Spartransformator sekundärseitig mit einer Phasenanschnittschaltung angesteuert wird. Bei elektromechanischen Spannungskonstanthaltern wird über eine Elektronik ein Servo-Motor gesteuert, der den Spannungsabgriff des Stelltransformators und damit die Ausgangsspannung verändert.

Alle diese Schaltungen haben aber Nachteile. So lassen magnetische Konstanthalter nur gering Frequenzschwankungen zu und sind nur für eine rein ohmsche Last (cos phi = 1) ausgelegt und abgeglichen. Bei elektronischen Schaltungen entstehen durch den Phasenanschnitt Oberwellen und Spannungsverzerrungen. Der Nachteil elektromechanischer Spannungskonstanthalter ist die Verschleißanfälligkeit und die Wartung der mechanischen Komponenten.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß DE 33 21 999 C2 werden die Sekundärwicklungen von Einzeltrafos in Reihe geschaltet, diese werden jedoch auf der Primärseite nur auf einer Leitung geschaltet. Somit können die Einzelspannungen der Sekundärwicklungen nur addiert werden. Außerdem werden die Sekundärwicklungen bei nicht zugeschalteter Primärwicklung über einen Relaiskontakt überbrückt. Dabei muss die Gesamtleistung geschaltet werden.

Bei dem statistischen Regeltransformator gemäß DE 26 34 742 A1 wird ein Transformator mit mehreren in Reihe schaltbaren Sekundärwicklungen verwendet. Dieses geschieht mit 2 Triac's und erlaubt, da nur eine Primärwicklung vorhanden ist und nur 2 Triac's pro Sekundärwicklung verwendet werden nur ein Zuschalten der Spannung in eine Richtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen störungsarmen Spannungskonstanthalter zur Verfügung zu stellen.

Durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale können die zuvor genannten Nachteile derzeitiger Schaltungen gelöst werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Schaltung unabhängig vom Leistungsfaktor der Last ist und keine Störungen durch einen Phasenanschnitt entstehen.

Ein ganz wichtiger Unterschied zu den Schaltungsanordnungen gemäß DE 33 21 999 C2 und DE 26 34 742 A1 ist der nicht notwendige Schalter oder Triac auf der Sekundärseite. Dieses ist bei hohen Strömen sehr wichtig. Weiter sind bei Schaltungsanordnungen gemäß DE 33 21 999 C2 und DE 26 34 742 A1 Transformatoren mit 100% Gesamtleistung eingesetzt. Hingegen ist bei der vorliegenden Erfindung nur 50% der Trafoleistung erforderlich, da die Einzelspannungen der Transformatoren unabhängig mit oder gegen die eingespeiste Spannung gerichtet werden können.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Durch den Einsatz von Triacs als Schalterelemente können die Transformatoren absolut verschleißfrei angeschaltet werden. Die Schaltung arbeitet somit ohne mechanische Komponenten.

Es folgt die Erläuterung der Funktion anhand der Zeichnungen:
Der gestufte Spannungskonstanthalter besteht aus folgenden Komponenten (siehe Fig. 1):

• 1. Ist-/Sollwerterfassung:
  Die Schaltung muß zum einen permanent die Ausgangsspannung (Istwert) überwachen und zu anderen die Einstellung eines gewünschten Sollwerts ermöglichen.
• 2. Steuerung:
  Es ist weiterhin eine Elektronik erforderlich, die die Meßwerte auswertet und daraus die notwendigen Steuersignale erzeugt. Wegen der Komplexität der Aufgabe sollte an dieser Stelle ein Mikrocontroller zum Einsatz kommen.
• 3. Ansteuerung:
  Zur Ansteuerung der Stellelemente (Transformatoren) muß eine geeignete Leistungselektronik zwischengeschaltet werden.
• 4. Stellglieder:
  Um schließlich die Ausgangsspannung korrigieren zu können sind entsprechende Stellglieder erforderlich. Diese sollen durch Längstransformatoren realisiert werden.

Die Grundidee des Spannungskonstanthalters beruht darauf, durch Längstransformatoren unterschiedlich große Spannungen auf die Eingangsspannung auf- oder dagegenzuschalten und so Schwankungen der Netzspannung auszugleichen. Die Transformatoren sind dazu sekundärseitig in Reihe in den Lastkreis geschaltet (siehe Fig. 2).

Da die Primärseite jedes Transformators umschaltbar sein soll und zudem beim abschalten kurzgeschlossen werden muß, ergibt sich eine Anordnung der Schaltelemente (Triacs) gemäß Fig. 3. Aus der Abbildung ist zu erkennen, daß für jeden Transformator 4 Schaltelemente (Triacs) erforderlich sind.

Dabei sind folgende Schalterstellungen zulässig:

In der Schaltung gemäß Patentanspruch 2 sind die Schaltelemente mit Triacs realisiert.

Die Anzahl der Transformatoren, deren Ausgangsspannungen und das Schema, nach dem die Transformatoren zusammengeschaltet werden, sind variabel und kann der speziellen Anwendung angepasst werden.

Claims (2)

1. Spannungskonstanthalter für Wechselspannung auf Transformatorbasis, dadurch gekennzeichnet dass mehrere Transformatoren mit gestuften Sekundärspannungen eingesetzt werden, die alle unabhängig voneinander auf oder gegen die Netzspannung geschaltet werden können.

2. Spannungskonstanthalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschaltung der Transformatoranschlüsse durch jeweils 2 Triacs erfolgt, die eine Umschaltung zwischen den beiden Anschlüssen der Versorgungsspannung ermöglichen.