DE19850905B4

DE19850905B4 - Device for power control

Info

Publication number: DE19850905B4
Application number: DE1998150905
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kurz; Detlef Schulz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1998-11-05
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2018-11-06
Also published as: DE19850905A1

Abstract

Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern (14; 15), mit einem in Reihe mit dem Verbraucher (14; 15) liegenden Schaltungselement (12; 13), und einer Steuerungseinrichtung (20, 21), die das Schaltungselement (12; 13) zur Ausführung eines Phasenanschnitts ansteuert und einen ersten Kondensator (30a) mit fester Kapazität und einen zweiten parallel dazu liegenden Kondensator (30b) mit variabler Kapazität umfaßt, um den Winkel des Phasenanschnitts (Phasenwinkel) und damit die dem Verbraucher (14; 15) zugeführte Leistung einzustellen, wobei der zweite Kondensator (30b) als elektronische Baueinheit nachgebildet ist, die einen Gleichrichter (32) und eine dazu parallel liegende Transistorschaltung (34) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit eine Konstantstromquelle (34, 36, 37, 43; 60) umfaßt, die einen Kondensator (38) speist, dessen Spannung (U_C) dem ersten Kondensator (30a) aufgeprägt wird, und die Konstantstromquelle (34, 36, 37, 43; 60) die Transistorschaltung (34) und mindestens einen ersten veränderbaren Widerstand (36) umfaßt, der in Reihe zu dem Kondensator...Apparatus for power control of electrical loads (14; 15) connected to an AC power supply, having a circuit element (12; 13) in series with the load (14; 15), and control means (20,21) comprising the circuit element (12; 13) for carrying out a phase control and comprises a first capacitor (30a) with a fixed capacitance and a second parallel capacitor (30b) with variable capacitance to the angle of the phase angle (phase angle) and thus the consumer (14 15), wherein the second capacitor (30b) is modeled as an electronic unit comprising a rectifier (32) and a transistor circuit (34) lying parallel thereto, characterized in that the unit has a constant current source (34, 36, 37, 43, 60), which feeds a capacitor (38) whose voltage (U _C ) is impressed on the first capacitor (30a), u nd the constant current source (34, 36, 37, 43; 60) comprises the transistor circuit (34) and at least one first variable resistor (36) connected in series with the capacitor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern, mit einem in Reihe mit dem Verbraucher liegenden Schaltungselement, und einer Steuerungseinrichtung, die das Schaltungselement zur Ausführung eines Phasenanschnitts ansteuert und einen ersten Kondensator mit fester Kapazität und einen zweiten parallel dazu liegenden Kondensator mit variabler Kapazität umfasst, um den Winkel des Phasenschnitts (Phasenwinkel) und damit die dem Verbraucher zugeführte Leistung einzustellen, wobei der zweite Kondensator als elektronische Baueinheit nachgebildet ist, die einen Gleichrichter und eine dazu parallel liegende Transistorschaltung umfasst.The The invention relates to a device for power control of an AC supply network connected electrical Consumers, with a circuit element in series with the consumer, and a control device, which the circuit element for executing a Phase control drives and a first capacitor with fixed Capacity and a second capacitor in parallel with variable capacity includes the angle of the phase intersection (phase angle) and thus the consumer supplied Adjust power, the second capacitor as electronic Building unit is modeled, a rectifier and a comprises parallel transistor circuit.

Derartige Vorrichtungen sind allgemein als sogenannte Phasenanschnittsteuerungen bekannt, bspw. aus der DE 195 05 18 A1 , die sämtliche Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 zeigt. Sie dienen dazu, die einem elektrischen Verbraucher zugeführte Leistung zu steuern, indem der Verbraucher über ein Schaltungselement periodisch ein- und ausgeschaltet wird. Üblicherweise wird als Schaltungselement ein TRIAC eingesetzt, das in Reihe mit dem Verbraucher liegt und über eine Steuerungseinrichtung gezündet wird. Die Steuerungseinrichtung umfaßt eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Zündkondensator, die parallel zum TRIAC angeordnet ist. Das Zündsignal wird zwischen dem Widerstand und dem Zündkondensator abgegriffen und über eine Serienschaltung aus einem Widerstand und einem DIAC dem Steuereingang (Gate) des TRIACs zugeführt.Such devices are generally known as so-called phase gating controls, for example. From the DE 195 05 18 A1 showing all the features of the preamble of claim 1. They serve to control the power supplied to an electrical load by periodically turning on and off the load via a circuit element. Usually, a TRIAC is used as the circuit element, which is in series with the consumer and is ignited by a control device. The controller includes a series combination of a resistor and a firing capacitor disposed in parallel with the TRIAC. The ignition signal is tapped between the resistor and the ignition capacitor and fed via a series circuit of a resistor and a DIAC the control input (gate) of the TRIACs.

Im Betrieb wird der Kondensator durch die der Phasenanschnittsteuerung zugeführte Wechselspannung über den Widerstand aufgeladen, so daß die Spannung am Kondensator langsam steigt. Sobald ein bestimmter Spannungswert erreicht ist, schaltet das DIAC durch und zündet den TRIAC, so daß der Verbraucher eingeschaltet wird. Der TRIAC bleibt dann bis zum nächsten Nulldurchgang der Wechselspannung in seinem leitenden Zustand. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch für jede Halbwelle der Wechselspannung.in the Operation is the capacitor through the phase control supplied AC voltage over charged the resistor so that the voltage across the capacitor slowly rising. As soon as a certain voltage value is reached, it switches the DIAC through and ignite the TRIAC, so that the Consumer is turned on. The TRIAC then remains until the next zero crossing the AC voltage in its conductive state. This process Repeats periodically for every half cycle of the alternating voltage.

Die Leistungssteuerung erfolgt nun dadurch, daß der Widerstandswert des in Reihe zu dem Zündkondensator liegenden Widerstands verändert wird. Damit läßt sich die Ladezeit bis zum Erreichen der notwendigen Zündspannung verändern, mit dem Ergebnis, daß auch die Zeitdauer, während der der TRIAC leitend ist, verändert wird. Als veränderbarer Widerstand wird üblicherweise ein Potentiometer verwendet, an das bezüglich Spannungs- und Stromfestigkeit hohe Anforderungen gestellt werden. Ein solches Potentiometer ist jedoch teuer, da es sich nicht um ein Standardbauteil handelt, und baut sehr groß, so daß einer Miniaturisierung der Schaltung Grenzen gesetzt sind.The Power control now takes place in that the resistance of the in Row to the ignition capacitor changed resistance becomes. This can be change the charging time until reaching the necessary ignition voltage, with the result, that too the length of time while which is the leader of the TRIAC becomes. As changeable Resistance usually becomes a potentiometer used, in terms of voltage and current resistance high demands are made. Such a potentiometer is but expensive, since it is not a standard component, and builds very big, so that one Miniaturization of the circuit limits are set.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie einerseits kostengünstig ist und andererseits eine weitere Miniaturisierung ermöglicht. Ferner soll die Vorrichtung eine linear ansteigende Zündspannung erzeugen.In front It is therefore the object of the invention to provide the Device of the type mentioned in such a way that on the one hand economical and on the other hand allows further miniaturization. Furthermore, the device should have a linearly increasing ignition voltage produce.

Bei der eingangs erwähnten Vorrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Baueinheit eine Konstantstromquelle umfasst, die einen Kondensator speist, dessen Spannung dem ersten Kondensator aufgeprägt wird, und die Konstantstromquelle die Transistorschaltung und mindestens einen ersten veränderbaren Widerstand umfasst, der in Reihe zu dem Kondensator liegt, wobei die Transistorschaltung durch die am Kondensator anliegende Spannung angesteuert wird und der erste Widerstand die Höhe des Stroms der Konstantstromquelle bestimmt.at the aforementioned Device this object is achieved in that the unit a constant current source feeding a capacitor, whose voltage is impressed on the first capacitor, and the constant current source the transistor circuit and at least a first variable Resistor which is in series with the capacitor, wherein the Transistor circuit by the voltage applied to the capacitor is driven and the first resistor, the height of the current of the constant current source certainly.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten Lösungen wird in der vorliegenden Erfindung also nicht der Zündkondensator fest und der in Reihe liegende Widerstand veränderbar, sondern umgekehrt der Widerstand fest und der Zündkondensator veränderbar ausgebildet. Darüber hinaus sorgt die Transistorschaltung dafür, dass ein zu großer angebotener Ladestrom bei nicht leitendem Schaltungselement als Laststrom durch die Transistorschaltung abfließt. Die Transistorschaltung wirkt somit zusammen mit den Widerständen als Konstantstromquelle, die den Kondensator gleichmäßig auflädt, unabhängig von dem ungleichmäßigen Verlauf des Ladestroms. Die an diesem Kondensator anliegende Spannung wird dann dem Zündkondensator aufgeprägt, so daß sich eine linear ansteigende Zündspannung ergibt.in the Contrary to the hitherto known solutions is in the present Invention so not the ignition capacitor fixed and the series resistance changeable, but vice versa the resistance is fixed and the ignition capacitor changeable formed. About that In addition, the transistor circuit ensures that a too large offered Charging current at non-conductive circuit element as a load current through the transistor circuit drains off. The transistor circuit thus acts together with the resistors as Constant current source, which charges the capacitor evenly, regardless of the uneven course of the Charging current. The voltage applied to this capacitor then becomes the ignition capacitor imprinted, so that a linearly rising ignition voltage results.

Dies führt des weiteren zu dem Vorteil, daß auf den teuren und groß bauenden einstellbaren Widerstand (Potentiometer) verzichtet werden kann. Dies ermöglicht einerseits eine weitere Miniaturisierung der Vorrichtung und andererseits eine Verringerung der Herstellungskosten durch Verwendung von Standardbauteilen, ohne jedoch die Funktion der Leistungssteuerung zu beeinträchtigen. Ferner läßt sich eine sogenannte Sanftanlauffunktion, die später noch erläutert wird, sehr viel einfacher und kostengünstiger mit Standardbauteilen realisieren.This leads the further to the advantage that on the expensive and tall building adjustable resistor (potentiometer) can be dispensed with. This allows on the one hand further miniaturization of the device and on the other a reduction in production costs through the use of standard components, without however impairing the function of the power control. Furthermore, can be a so-called soft start function, which will be explained later, much easier and cheaper realize with standard components.

Die Nachbildung des zweiten Kondensators als elektronische Baueinheit hat den Vorteil, daß eine weitere Verringerung der Kosten und der Baugröße erzielbar ist. Insbesondere läßt sich die Kapazität des zweiten Kondensators über einen einstellbaren Widerstand realisieren, an den nur geringe Anforderungen gestellt sind. So ist es möglich, einen Widerstand mit einer maximal zulässigen Leistung von 10 mW zu verwenden, ohne die Standfestigkeit der Vorrichtung zu beeinträchtigen. Die bisher eingesetzten, in Reihe zu dem Zündkondensator liegenden Widerstände mußten einem Vielfachen dieser Leistung standhalten.The replica of the second capacitor as an electronic unit has the advantage that a further reduction in costs and size can be achieved. In particular, the capacity of the second capacitor can be realized via an adjustable resistor, to which only small demands are made are provided. It is thus possible to use a resistor with a maximum permissible power of 10 mW without impairing the stability of the device. The previously used, in series with the ignition capacitor resistors had to withstand a multiple of this power.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist parallel zu dem ersten Widerstand eine Reihenschaltung aus einem Schalter und einem zweiten Widerstand angeordnet.In A preferred embodiment is parallel to the first resistor arranged a series circuit of a switch and a second resistor.

Diese Reihenschaltung ermöglicht bei Bedarf, dem ersten Widerstand einen zweiten Widerstand parallelzuschalten, so daß sich der Gesamtwiderstand verringert und sich damit die Ladezeit des Kondensators verkürzt. Diese Verkürzung der Ladezeit und der damit verbundene schnellere Anstieg der Spannung am Kondensator führt dazu, daß die dem ersten Kondensator aufgeprägte Spannung ebenfalls schneller steigt, so daß der TRIAC innerhalb einer Halbwelle der Wechselspannung früher gezündet wird. Das heißt also, daß der Zündwinkel verkleinert wird. Mit dieser Reihenschaltung läßt sich auf einfache Art und Weise eine Sanftanlauf-Funktion für Elektromotoren als Verbraucher realisieren, indem in der Startphase der Schalter geöffnet und damit nur der erste Widerstand wirksam ist. Vorzugsweise ist der Widerstandswert so gewählt, daß sich ein Zündwinkel einstellt, bei dem der Elektromotor gestartet wird und mit einem Bruchteil, vorzugsweise einem Viertel der Nennleistung läuft. Erst später wird der Schalter geschlossen, so daß sich der Gesamtwiderstand verringert und damit auch der Zündwinkel auf den gewünschten, kleineren Wert gebracht wird, um den Elektromotor mit der Nennleistung zu betreiben.These Series connection possible if necessary, to connect a second resistor in parallel to the first resistor, so that the total resistance decreases and thus the charging time of the capacitor shortened. This shortening the charging time and the associated faster increase in voltage on the capacitor leads to that the imprinted on the first capacitor Voltage also increases faster, making the TRIAC within a half-wave the AC voltage earlier is ignited. This means so that the firing angle is reduced. With this series connection can be in a simple way and Do a soft start function for electric motors as consumers realize by opening the switch in the start phase and so that only the first resistance is effective. Preferably, the Resistance value chosen that yourself a firing angle set at which the electric motor is started and with a Fraction, preferably a quarter of the rated power runs. First later the switch is closed so that the total resistance reduces and thus the ignition angle on the desired, smaller value is brought to the electric motor with the rated power to operate.

Eine solche Sanftanlauf-Funktion wird insbesondere deshalb eingesetzt, um die Höhe des Stromstoßes beim Einschalten eines Verbrauchers zu begrenzen und damit die sogenannte Flicker-Norm (Norm EN 61000-3-3) zu erfüllen.A such soft start function is used in particular around the height of the current surge limit when switching on a consumer and thus the so-called Flicker standard (standard EN 61000-3-3).

In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Schalter mit einem Zeitverzögerungsglied verbunden, das den Schalter nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer, vorzugsweise 0,5 bis 1 s, schließt. Es ist bevorzugt, daß der Schalter einen Transistor und das Zeitverzögerungsglied zumindest einen Kondensator umfaßt, der zwischen Basis und Emitter des Transistors liegt.In A preferred development is the switch with a time delay element connected to the switch after a predetermined period of time, preferably 0.5 to 1 s, closes. It is preferred that the switch a transistor and the time delay element at least one Capacitor comprises which is located between the base and emitter of the transistor.

Die Verwendung eines Transistors als Schalter hat den Vorteil, daß ein langsames Durchschalten möglich ist, so daß sich der Zündwinkel nicht sprungartig sondern stetig von dem ersten auf den zweiten Wert verändert, so daß ein besonders guter Sanftanlauf realisierbar ist.The Using a transistor as a switch has the advantage of being a slow one Switching possible is, so that the ignition angle not abruptly but steadily from the first to the second value changed so that one Particularly good soft start is feasible.

Ferner ist es bevorzugt, ein Schaltwerk vorzusehen, mit dem dem zweiten Widerstand zumindest ein weiterer Widerstand parallel zuschaltbar ist, wobei das Schaltwerk vorzugsweise abhängig von einem Schaltsignal eines Sensors geschaltet wird. Vorzugsweise ist das Schaltwerk als Unterdruckschalter ausgebildet.Further it is preferred to provide a derailleur with which the second Resistor at least one additional resistor connected in parallel is, wherein the switching mechanism is preferably dependent on a switching signal a sensor is switched. Preferably, the rear derailleur is as Vacuum switch formed.

Dies hat den Vorteil, daß der Zündwinkel und damit die dem Verbraucher zugeführte Leistung über das Schaltwerk auf vorgebbare Werte einstellbar ist, so daß sich verschiedene Betriebsarten realisieren lassen. Durch einen Unterdruckschalter läßt sich beispielsweise bei einem Elektromotor eines Staubsaugers die Leistung abhängig vom Saugunterdruck einstellen. Werden mehrere Betriebsstufen bzw. Betriebsarten gewünscht, so ist das Schaltwerk mehrstufig ausgebildet, so daß sich unterschiedliche Widerstände selektiv dem zweiten Widerstand parallelschalten lassen.This has the advantage that the firing angle and thus the power supplied to the consumer via the Rear derailleur is adjustable to specifiable values, so that different Let operating modes be realized. Through a vacuum switch let yourself For example, in an electric motor of a vacuum cleaner performance dependent of the suction vacuum. If several operating stages or Desired operating modes, so the rear derailleur is multi-level, so that different resistors selectively let the second resistor in parallel.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich bevorzugt zur Leistungssteuerung eines Staubsaugermotors einsetzen. Selbstverständlich sind auch andere Einsatzgebiete denkbar. Im übrigen lassen sich nicht nur Elektromotoren sondern auch andere induktive Verbraucher mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung steuern.The inventive device can be preferred for power control of a vacuum cleaner motor. Of course they are Other applications are conceivable. For the rest, not only Electric motors but also other inductive consumers with the Device according to the invention Taxes.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further Advantages and embodiments of the invention will become apparent from the Description and attached drawing.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:following the invention with reference to two embodiments with reference closer to the drawing explained. Show:

1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Phasenanschnittsteuerschaltung; 1 a simplified block diagram of a phase control circuit;

2 ein Schaltungsdiagramm einer Phasenanschnittsteuerschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und 2 a circuit diagram of a phase control circuit according to a first embodiment; and

3 ein Schaltungsdiagramm einer Phasenanschnittsteuerschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 3 a circuit diagram of a phase control circuit according to a second embodiment.

In 1 ist eine Phasenanschnittsteuerschaltung, im folgenden Phasenanschnittsteuerung genannt, mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Phasenanschnittsteuerung 10 umfaßt ein Schaltungselement 12, das vorzugsweise als TRIAC 13 ausgebildet ist. In Reihe zu dem Schaltungselement 12 liegt ein elektrischer Verbraucher 14. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird von einem Elektromotor 15 als elektrischer Verbraucher ausgegangen.In 1 is a phase control circuit, hereinafter called phase control, with the reference numeral 10 designated. The phase control 10 comprises a circuit element 12 , preferably as TRIAC 13 is trained. In series with the circuit element 12 is an electrical consumer 14 , In the present embodiment is by an electric motor 15 assumed as an electrical consumer.

Die Reihenschaltung aus Verbraucher 14 und Schaltungselement 12 wird über eine Wechselspannung U_Netz mit Energie versorgt.The series connection of consumers 14 and circuit element 12 is about a change voltage U _mains powered.

Der TRIAC 13 wird über eine Ansteuerungsschaltung angesteuert, die in 1 gestrichelt dargestellt und mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet ist. Die Ansteuerungsschaltung 16 umfaßt zwei Eingänge 18a und 18b sowie einen Steuerausgang 19. Der Steuerausgang 19 ist mit einem Steuereingang (Gate) des TRIACS 13 verbunden, während die Eingänge 18a, 18b parallel zu dem TRIAC geschaltet sind.The TRIAC 13 is driven via a drive circuit, which in 1 shown by dashed lines and with the reference numeral 16 is designated. The drive circuit 16 includes two entrances 18a and 18b and a control output 19 , The control output 19 is with a control input (gate) of the TRIACS 13 connected while the inputs 18a . 18b connected in parallel with the TRIAC.

Die Ansteuerungsschaltung 16 umfaßt einen Widerstand 20 und ein kapazitives Bauelement 21, die in Reihe geschaltet sind und zwischen den beiden Eingängen 18a und 18b liegen. Bei dem kapazitiven Bauelement 21 handelt es sich um ein Bauelement, dessen Kapazität veränderbar ist. Der genaue Aufbau und die Funktion dieses kapazitiven Bauelements wird nachfolgend detailliert erläutert.The drive circuit 16 includes a resistor 20 and a capacitive device 21 , which are connected in series and between the two inputs 18a and 18b lie. In the capacitive device 21 it is a component whose capacity is variable. The exact structure and function of this capacitive device will be explained in detail below.

Die an dem kapazitiven Bauelement 21 anliegende Spannung U_Z wird über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 22 und einem DIAC 24 dem Ausgang 19 und damit dem Steuereingang des TRIACS 13 zugeführt.The on the capacitive component 21 applied voltage U _Z is via a series circuit of a resistor 22 and a DIAC 24 the exit 19 and thus the control input of the TRIACS 13 fed.

Diese Phasenanschnittsteuerung 10 dient dazu, die dem Elektromotor 15 zugeführte elektrische Leistung zu steuern. Dies erfolgt dadurch, daß der TRIAC 13 während einer Halbwelle der sinusförmigen Wechselspannung U_Netz eingeschaltet und beim darauffolgenden Nulldurchgang der Wechselspannung ausgeschaltet wird. Das Ansteuer- bzw. Zündsignal, das ein Ein- bzw. Durchschalten des TRIACS zur Folge hat, liefert der DIAC 24, der bei Erreichen einer vorgegebenen Spannung U_Z durchbricht. Die Spannung U_Z am kapazitiven Bauelement 21 baut sich während einer Halbwelle langsam auf, wobei die Zeitdauer von der Kapazität des kapazitiven Bauelements 21 und dem Widerstandswert des Widerstands 20 abhängt. Wird beispielsweise eine hohe Leistung verlangt, wird die Kapazität so eingestellt, daß die Spannung U_Z während einer Halbwelle schnell erreicht wird. Im Gegensatz dazu wird bei einer geringen Leistung die Kapazität entsprechend erhöht, so daß die Spannung U_Z erst am Ende einer Halbwelle erreicht wird. Im Gegensatz zu den bisherigen Phasenanschnittsteuerungen, in denen alleine der Widerstandswert des Widerstands 20 zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs der Spannung U_Z variiert wurde, wird erfindungsgemäß der Widerstandswert 20 konstant gehalten und die Kapazität des kapazitiven Bauelements 21 verändert.This phase control 10 serves to the electric motor 15 to control supplied electric power. This is done by the TRIAC 13 is switched on during a half-wave of the sinusoidal AC voltage U _net and turned off at the subsequent zero crossing of the AC voltage. The drive or ignition signal, which results in the TRIACS being switched on or switched on, is provided by the DIAC 24 which breaks when reaching a predetermined voltage U _Z. The voltage U _Z on the capacitive component 21 builds up slowly during a half cycle, with the duration of the capacitance of the capacitive device 21 and the resistance of the resistor 20 depends. For example, if a high power is required, the capacitance is adjusted so that the voltage U _{Z is} reached quickly during a half cycle. In contrast, at a low power, the capacity is increased accordingly, so that the voltage U _{Z is reached} only at the end of a half-wave. In contrast to the previous phase control, in which alone the resistance of the resistor 20 has been varied to influence the time course of the voltage U _Z, according to the invention, the resistance value 20 kept constant and the capacitance of the capacitive device 21 changed.

Der Aufbau des kapazitiven Bauelements 21 soll nun anhand der 2 näher erläutert werden. In 2 ist die Phasenanschnittsteuerung 10 gemäß 1 dargestellt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, so daß auf deren nochmalige Beschreibung verzichtet werden kann.The structure of the capacitive component 21 should now be based on the 2 be explained in more detail. In 2 is the phase control 10 according to 1 represented, wherein like parts are designated by the same reference numerals, so that can be dispensed with their repeated description.

Der Aufbau des in 1 rein schematisch dargestellten kapazitiven Bauelements 21 ist in 2 detailliert gezeigt. Das kapazitive Bauelement 21 umfaßt einen ersten Kondensator 30a, der in Reihe zu dem Widerstand 20 liegt, und an dem die Spannung U_Z abgegriffen wird. Parallel zu dem Kondensator 30 ist ein aus vier Dioden 31a–31d bestehender Brückengleichrichter 32 angeordnet, an dessen Ausgang eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 33, einer aus zwei Transistoren 35 aufgebauten Darlington-Schaltung 34 und einem RC-Glied geschaltet, das zwei Widerstände 36, 37 und einen Kondensator 38 umfaßt. Die Basis 39 der Darlington-Schaltung 34 ist dabei mit dem Mittelabgriff des RC-Gliedes verbunden.The construction of in 1 purely schematically illustrated capacitive component 21 is in 2 shown in detail. The capacitive component 21 includes a first capacitor 30a who is in line with the resistance 20 is located, and where the voltage U _{Z is} tapped. Parallel to the capacitor 30 is one out of four diodes 31a - 31d existing bridge rectifier 32 arranged at the output of a parallel circuit of a resistor 33 , one of two transistors 35 built Darlington circuit 34 and an RC element which has two resistors 36 . 37 and a capacitor 38 includes. The base 39 the Darlington circuit 34 is connected to the center tap of the RC element.

Bei dem zuvor beschriebenen Schaltungsteil, das den Brückengleichrichter 32, den Widerstand 33, die Darlington-Schaltung 34 und das RC-Glied 36–38 umfaßt, handelt es sich um eine elektronische Nachbildung eines Kondensators 30b zumindest im Hinblick auf den Ladezyklus. Die Kapazität und damit der Zündwinkel läßt sich dabei durch den veränderbaren Widerstand 36 einstellen.In the circuit part described above, the bridge rectifier 32 , the resistance 33 , the Darlington circuit 34 and the RC element 36 - 38 includes, it is an electronic replica of a capacitor 30b at least with regard to the charging cycle. The capacity and thus the ignition angle can thereby be controlled by the variable resistor 36 to adjust.

Um neben der normalen Leistungssteuerung zusätzlich einen Sanftanlauf zu erzielen, ist eine Sanftanlaufschaltung 40 vorgesehen. Diese umfaßt parallel zu den beiden Widerständen 36, 37 des RC-Glieds ein als Transistor 41 ausgebildetes Schaltungselement 42 und einen in Reihe zu dem Transistor 41 angeordneten einstellbaren Widerstand 43. Der Transistor 41 wird durch ein Zeitverzögerungsglied 50 angesteuert, das zwei parallelgeschaltete Kondensatoren 51a, 51b und einen Widerstand 52 umfaßt, wobei die beiden Kondensatoren 51a, 51b in Reihe zu dem Widerstand 52 und die Reihenschaltung parallel zu dem Ausgang des Brückengleichrichters 32 angeordnet sind. Der Mittelabgriff dieser Reihenschaltung 51, 52 ist über einen weiteren Widerstand 53 mit der Basis des Transistors 41 verbunden.To achieve a soft start in addition to the normal power control, there is a soft start circuit 40 intended. This includes parallel to the two resistors 36 . 37 of the RC element as a transistor 41 trained circuit element 42 and one in series with the transistor 41 arranged adjustable resistance 43 , The transistor 41 is by a time delay element 50 controlled, the two parallel capacitors 51a . 51b and a resistance 52 includes, wherein the two capacitors 51a . 51b in series with the resistance 52 and the series connection in parallel with the output of the bridge rectifier 32 are arranged. The center tap of this series connection 51 . 52 is about another resistance 53 with the base of the transistor 41 connected.

Die in 2 gezeigte Phasenanschnittsteuerung übt nun folgende Funktion aus:
Wird die Phasenanschnittsteuerung 10 in Betrieb genommen, so fließt bei geöffnetem, d.h. nicht leitendem TRIAC 13 ein Ladestrom I_L durch den Widerstand 20 in das kapazitive Bauelement 21. Dieser Ladestrom I_L fließt innerhalb des kapazitiven Bauelements über den Brückengleichrichter 32 durch die Widerstände 36, 37 in den Kondensator 38, so daß die an dem Kondensator 38 anliegende Spannung U_C steigt. Um diesen Spannungsanstieg linear verlaufen zu lassen, ist die Darlington-Schaltung 34 vorgesehen, die dafür sorgt, daß ein zu großer angebotener Ladestrom I_L als Laststrom durch den Darlington-Transistor abfließt. Die Darlington-Schaltung 34 wirkt somit zusammen mit den Widerständen 36, 37 als Konstantstromquelle, die den Kondensator 38 gleichmäßig auflädt, unabhängig von dem ungleichmäßigen Verlauf des Ladestroms T_L. Die an dem Kondensator 38 anliegende Spannung U_C wird dann über den Gleichrichter 32 dem Kondensator 30a aufgeprägt. Folglich ergibt sich eine linear ansteigende Zündspannung U_Z. Sobald die Spannung U_Z die Zündspannung erreicht hat, bricht der DIAC 24 durch und zündet den TRIAC 13, wobei der Widerstand 22 die Entladezeit des Kondensators 30a verlängert, um ein sicheres Zünden zu gewährleisten. Der Kondensator 30a muß folglich also nur die Zündenergie bereithalten.In the 2 shown phase control now performs the following function:
Will the phase control 10 put into operation, then flows with open, ie non-conductive TRIAC 13 a charging current I _L through the resistor 20 in the capacitive component 21 , This charging current I _L flows within the capacitive component on the bridge rectifier 32 through the resistances 36 . 37 in the condenser 38 so that the on the capacitor 38 applied voltage U _C increases. To make this voltage increase linear, is the Darlington circuit 34 provided, which ensures that a too large offered charging current I _{L flows} as a load current through the Darlington transistor. The Darlington circuit 34 thus acts together with the resistors 36 . 37 as a constant current source, which is the capacitor 38 evenly charged, regardless of the uneven course of the charging current T _L. The on the capacitor 38 applied voltage U _C is then across the rectifier 32 the capacitor 30a impressed. Consequently, a linearly increasing ignition voltage U _Z results. As soon as the voltage U _{Z has reached} the ignition voltage, the DIAC breaks 24 and ignites the TRIAC 13 , where the resistance 22 the discharge time of the capacitor 30a extended to ensure a safe ignition. The capacitor 30a Consequently, therefore, only the ignition energy must be available.

Sobald der TRIAC leitend ist, entlädt sich der Kondensator 30a über den Widerstand 22 und der Kondensator 38 über den Widerstand 33.Once the TRIAC is conducting, the capacitor discharges 30a about the resistance 22 and the capacitor 38 about the resistance 33 ,

Durch Verändern des Widerstandswertes des Widerstands 36 läßt sich der zeitliche Verlauf der Spannung U_C am Kondensator 38 und damit auch der Verlauf der Spannung U_Z verändern. Eine Verkürzung der Anstiegszeit bis zum Erreichen der notwendigen Zündspannung führt zu einer Erhöhung der dem Elektromotor 15 zugeführten Leistung, während eine Verlängerung der Anstiegszeit eine Verringerung der Leistung bewirkt.By changing the resistance value of the resistor 36 can the time course of the voltage U _C on the capacitor 38 and thus also change the course of the voltage U _Z. A shortening of the rise time until reaching the necessary ignition voltage leads to an increase in the electric motor 15 supplied power, while an extension of the rise time causes a reduction in performance.

Nach Inbetriebnahme der Phasenansteuerung 10 werden die beiden Kondensatoren 51a, 51b des Zeitverzögerungsglieds 50 der Sanftanlaufschaltung 40 langsam aufgeladen, so daß die an den Kondensatoren 51a, 51b anliegende Spannung langsam steigt. Dies führt nach einer bestimmten, von den Kondensatoren 51a, 51b und dem Widerstand 52 abhängigen Zeitdauer dazu, daß der Transistor 41 langsam durchschaltet, so daß ein Strom durch den Widerstand 43 fließt. Dies hat zum Ergebnis, daß sich der Gesamtwiderstand der Widerstände 36, 37, 43 langsam verringert, so daß die Ladezeit des Kondensators 38 ebenfalls verringert wird. Die Sanftanlaufschaltung 40 sorgt also dafür, daß in den ersten etwa 100–200 ms lediglich die Widerstände 36, 37 wirksam sind, so daß während dieser Zeitdauer die Ladezeit maximal ist. Vorzugsweise werden die beiden Widerstände 36, 37 so eingestellt, daß der TRIAC 13 erst 1–2 ms vor Ende einer Halbwelle durchschaltet. Mit dem Aktivieren des Widerstands 43 verringert sich die Ladezeit stetig so lange, bis der Transistor 41 vollständig durchgeschaltet hat. Dieser Zeitpunkt ist etwa nach 500 bis 1.000 ms erreicht. Der Widerstand 43 wirkt dann alleine mit seinem eingestellten Widerstandswert, und bestimmt damit zusammen mit den beiden Widerständen 36, 37 den Zündwinkel und mithin die dem Elektromotor 15 zugeführte Leistung. Im weiteren Betrieb bleibt der Transistor 41 leitend, so daß die Leistung über den Widerstand 43 einstellbar ist.After commissioning the phase control 10 become the two capacitors 51a . 51b of the time delay element 50 the soft-start circuit 40 slowly charged, so that on the capacitors 51a . 51b applied voltage slowly rises. This leads to a certain, from the capacitors 51a . 51b and the resistance 52 dependent period of time that the transistor 41 slowly turns on, leaving a current through the resistor 43 flows. This has the result that the total resistance of the resistors 36 . 37 . 43 slowly decreases, so that the charging time of the capacitor 38 is also reduced. The soft-start circuit 40 thus ensures that in the first about 100-200 ms, only the resistors 36 . 37 are effective, so that during this period, the charging time is maximum. Preferably, the two resistors 36 . 37 adjusted so that the TRIAC 13 1-2ms before the end of a half cycle. By activating the resistor 43 the charging time decreases steadily until the transistor 41 has completely switched through. This time is reached after about 500 to 1,000 ms. The resistance 43 then acts alone with its set resistance, and thus determines together with the two resistors 36 . 37 the ignition angle and therefore the electric motor 15 supplied power. In further operation, the transistor remains 41 conductive, so that the power over the resistor 43 is adjustable.

Mit Hilfe dieser Sanftanlaufsteuerung 40 läßt sich der Strom in der Startphase begrenzen, so daß die bereits erwähnte Flicker-Norm erfüllt wird. Darüber hinaus sorgt der Sanftanlauf auch für ein angenehmeres Anlaufgeräusch.With the help of this soft start control 40 the current can be limited in the starting phase, so that the already mentioned Flicker standard is met. In addition, the soft start also ensures a more pleasant start-up noise.

In 3 ist das Schaltdiagramm einer Phasenanschnittsteuerung 10' gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Diese Phasenanschnittsteuerung 10' entspricht im wesentlichen der Phasenanschnittsteuerung 10 gemäß 2, so daß zur Vereinfachung gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Auf eine nochmalige Beschreibung dieser Teile wird deshalb verzichtet.In 3 is the circuit diagram of a phase control 10 ' shown according to a second embodiment. This phase control 10 ' essentially corresponds to the phase control 10 according to 2 , So that for simplicity similar parts are designated by like reference numerals. On a repeated description of these parts is therefore omitted.

Die Phasenanschnittsteuerung 10' unterscheidet sich von der Phasenanschnittsteuerung 10 gemäß 2 dadurch, daß der Widerstand 43 durch ein Widerstandsschaltwerk 60 ersetzt ist. Dieses Widerstandsschaltwerk 60 umfaßt mehrere Widerstände 62a, 62b, 62c und 62d, die über entsprechende Schalter 64a–c parallelgeschaltet werden können.The phase control 10 ' differs from the phase control 10 according to 2 in that the resistance 43 through a resistance switch 60 is replaced. This resistance switch 60 includes several resistors 62a . 62b . 62c and 62d that have appropriate switches 64a -C can be connected in parallel.

Der Widerstand 62a läßt sich über einen Schalter 64a kurzschließen, so daß der Widerstandswert des Widerstandsschaltwerks 60 auf Null geht. Dies ermöglicht, den Elektromotor 15 mit maximaler Leistung zu betreiben, da die Ladezeit des Kondensators 38 minimal wird.The resistance 62a can be via a switch 64a short circuit, so that the resistance of the resistance switch 60 goes to zero. This allows the electric motor 15 to operate at maximum power since the charging time of the capacitor 38 becomes minimal.

Der Widerstand 62b läßt sich über einen Schalter 64b aktivieren, mit dem Ergebnis, daß die beiden Widerstände 62a und 62b parallelgeschaltet sind. Der Gesamtwiderstand verringert sich somit, so daß sich die Ladezeit des Kondensators 38 verkürzt und die dem Elektromotor 15 zugeführte Leistung zunimmt.The resistance 62b can be via a switch 64b activate, with the result that the two resistors 62a and 62b are connected in parallel. The total resistance is thus reduced, so that the charging time of the capacitor 38 shortened and the electric motor 15 supplied power increases.

Ferner ist ein mehrstufiger, im vorliegenden Ausführungsbeispiel dreistufiger Schalter 64c vorgesehen, der in der ersten Stufe den Widerstand 62c und in der zweiten Stufe den Widerstand 62d den beiden Widerständen 62a und 62b parallelschaltet. In der dritten Stufe erfolgt ein Durchschalten, so daß der Gesamtwiderstandswert Null wird. Der dreistufige Schalter 64c ermöglicht somit die Auswahl von vier unterschiedlichen Leistungsstufen. Ein solcher mehrstufiger Schalter 64c läßt sich beispielsweise manuell oder abhängig von gemessenen Parametern betätigen. So ist es beispielsweise möglich, den Schalter 64c als Unterdruckschalter auszubilden, der beim Einsatz der Phasenanschnittsteuerung 10' zur Leistungssteuerung eines Staubsaugermotors abhängig vom Saugunterdruck schaltet.Further, a multi-stage, in the present embodiment, three-stage switch 64c provided in the first stage the resistor 62c and in the second stage the resistance 62d the two resistors 62a and 62b parallel on. In the third stage, a turn-on, so that the total resistance value is zero. The three-level switch 64c thus allows the selection of four different power levels. Such a multi-stage switch 64c can for example be operated manually or dependent on measured parameters. So it is possible, for example, the switch 64c form as a vacuum switch, when using the phase control 10 ' for power control of a vacuum cleaner motor depending on the suction vacuum switches.

Das in 3 gezeigte Widerstandsschaltwerk 60 ermöglicht zusammenfassend die Realisierung von drei Betriebsarten, nämlich einer Minimalstufe bei geöffneten Schaltern 64a und 64b, einer Maximalstufe bei geschlossenem Schalter 64a und einer Automatikstufe bei geschlossenem Schalter 64b.This in 3 shown resistance mechanism 60 allows in summary the realization of three operating modes, namely a minimum level with switches open 64a and 64b , a maximum level with the switch closed 64a and an automatic level with the switch closed 64b ,

Claims

Device for power control of electrical consumers connected to an AC power supply ( 14 ; 15 ), in line with the consumer ( 14 ; 15 ) lying circuit element ( 12 ; 13 ), and a control device ( 20 . 21 ), which is the circuit element ( 12 ; 13 ) for carrying out a phase control and a first capacitor ( 30a ) with a fixed capacitance and a second capacitor ( 30b ) with variable capacitance, to the angle of the phase angle (phase angle) and thus the consumer ( 14 ; 15 ), the second capacitor ( 30b ) is simulated as an electronic unit, which is a rectifier ( 32 ) and a parallel transistor circuit ( 34 ), characterized in that the unit is a constant current source ( 34 . 36 . 37 . 43 ; 60 ) comprising a capacitor ( 38 ) whose voltage (U _C ) the first capacitor ( 30a ) and the constant current source ( 34 . 36 . 37 . 43 ; 60 ) the transistor circuit ( 34 ) and at least one first variable resistor ( 36 ) connected in series with the capacitor ( 38 ), wherein the transistor circuit ( 34 ) by the capacitor ( 38 ) voltage applied (U _C ) is driven and the first resistor ( 36 ) the magnitude of the current of the constant current source ( 34 . 36 . 37 . 43 ; 60 ) certainly.

Device according to Claim 1, characterized in that parallel to the first, variable resistor ( 36 ) a series connection of a switch ( 42 ) and a second resistor ( 43 ) is switched.

Device according to Claim 2, characterized in that the switch ( 42 ) with a time delay element ( 50 ), such that the switch ( 42 ) closes after a predetermined period of time.

Device according to claim 3, characterized in that the switch ( 42 ) a transistor ( 41 ) and the time delay element ( 50 ) at least one capacitor ( 51a . 51b ) connected between the base and emitter of the transistor ( 41 ) lies.

Device according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the second resistor ( 43 ) contributes as a potentiometer for setting the desired phase angle.

Device according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the second resistor ( 43 ) a derailleur ( 60 ), the aqus has multiple resistors ( 62a -D) and switches ( 64a -C) exists.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the switching mechanism ( 60 ) is switched depending on a switching signal of a sensor.

Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the switching mechanism ( 60 ) is multi-stage, so that different resistances ( 62a -D) can be selectively switched in parallel.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit element ( 12 ) as TRIAC ( 13 ) is trained.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the consumer ( 14 ) an electric motor ( 15 ), preferably a vacuum cleaner.