DE2018933C - Elektronischer Wechselstrom-Umschalter mit zwei Triacs zum wechselseitigen Anschalten zweier Wechselstromlasten an ein einphasiges Wechselstromnetz - Google Patents

Description

Dieser bekannte Wechselstrom-Umschiii.er hat zunächst als Nachteil, daß einer der beiden Fotothyristoren ständig mit Licht beaufschlagt werden muß, um das Laufen des Induktionsmotors b;v>. die Erregung mindestens einer der Wechsel;-...!nh<\■-. 7.11 unterhalten. Ferner wird der Betrieb insu/oU «,-nn beide Fotothyristoren gleichzeitig bi.nrahu w.;deL:. Schließlich erhöht der zusätzliche brü :'K:-nc!;;.:h richter den Aufwand.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung oic W;t.h-ei strom-Uir.schalter der eingangs a.rwnUi! A-: -c zu verbessern, daß man ohne Zus;;:zi^:!-rr:?r;>!ns.en «ie eineiseits Taktgeber, Flipflcp mh hli-cYuVh tungen und andererseits Gleichncr>UTb"iiv;;e auskommt Uiid daß damit auch ein itöiun jnc^piind- »5 licher Bt- ^r:eb reicht und ein beisetA\ ■■.. :.■-...'-..··<■·.·, t'-rschalten ■,rnöglicht wird, wobei ei:· ■■ -?. ■„■ .injen der SteuL. ichalter ausreicht.

Diese Aufgabe wird erfindung.·;;;?!:;;,;; :v .urc.i ·.,.. löst, da? die lastseitige HauptokkS! ;■·.■- ..'λ·, et-a·;. Triäcs ii'cr einen ersten Wide-sta id >·.-;; ·!-- Si^uerelektrod' des zweiten Triacs V₁ rbii:.;^a :■:■·.< seitige Γ-auptelektrode des zwei; r. Tu ; zweiten 'Viderstand mit der Siiic.ick sten Tf^; ''s verbunden ist, daß ivi.\!o V·.' , r- u.nde so dimenM)''iert sind, daß der St! oh:, clei όϊκ-ϊ die nit dem jeweils gesperrten Triac in R'.-i'u· lif^ndr· Wechselstroriiast und über den mil c--: S^-'.ieroicktrode des jev-'-'.iügen leitenden Triacs verbund·, !ien Widerstand fließt, nicht stärker ist, als ι·,: ί . ',endmachen dieses !riacs notwendig is ι. κι k-W die Stetierelektroden der Triacs mit demjc;.,^: ^V:'--l des Wechselstromiv.H7.cs, an dem die Triacs !ioc-n -iber je einen im Ruhezustand sperrenden Sict:·, rsdr lier verbunden sind. den Strom vernachlässigbar klein, so daß die Umschaltung von der einen zur anderen elektrischen Wechselstromlast tatsächlich vorgenommen worden ist, ohne daß z. B. eine Gleichspannung oder xinpuise

benötigt werden. _TT , _u

Der erfindungsgemäße Wechselstrom-Umschalter

zeichnet sich also durch einen sehr einfachen Autoau

Ue iast-

.T cir.cn

>ics erWenn einer der beiden i riacs leitend wird, bleibt der andere Triac gesperrt, da die Steuerelektrode des gesperrten Triacs über den an diese Steuerelektrode angeschlossenen Widerstand und den leitenden Triac auf dem an seiner lastabgewandten Hauptelektrode anliegenden Potential gehalten wird. Wenn nun der mit der Steuerelektrode des leitenden Triacs verbundene Steuerschalter kurzzeitig geschlossen wird (genaugenommen so lange, bis die ;im leitenden Triac anliegende Wechselspannung durch Null geht, also bei einer Wechselstromfrequenz von 50Hz nicht länger als '/,„„see), wird dieser Triac wegen der sich einstellenden Potentialgleichhcit an seiner Steuerelektrode und seiner lastabgewandten Hauptelektrode gesperrt. Das hat zur Folge, daß an der lastseitigen Hauptelektrode des bisher leitenden Triacs gegenüber dem Pol des Wechselstromnetzes, an dem die beiden Triacs liegen, ein Potentialunterschied auftritt, der über den mit der lastabgewandten Anode verbundenen Widerstand an der Steuerelektrode des bisher gesperrten Triacs angelegt wird, so daß diese Steuerelektrode ein vom Potential dieses Pols unterschiedliches Potential annimmt, wodurch der zugehörige Triac gezündet oder leitend wird. Auf diese Weise fließt jetzt fast der gesamte vom Wechselstromnetz gelieferte Strom durch die mit dem eben gezündeten Triac verbundene Wechselslromlasl, während durch die andere Wechselstromlast in die Steuerelektrode des jetzt gezündeten Triacs ein Strom fließt, dessen Stromstärke sich nach dem zum Zünden des Triacs notwendigen Wert bemißt. Letzterer Strom ist also gegen den durch die mit dem jetzi leitenden Triac verbundene Wechselstromlast fließen-Eine andere Lösung der Erfindungsaufgabe besteht darin, daß die lastseitige Hauptelektrode des ersten Triacs über ein erstes KC-Glied mit der Steuerelektrode des zweiten Triacs verbunden und die lastseitige Hauptelektrode des zweiten Triacs über ein zweites RC-Glied mit der Steuerelektrode des ersten Triacs verbunden ist und daß beide RC-Gheder^so dimensioniert sind, daß der Strom, der über die mit dem jeweils gesperrten Triac in Reihe hegende Wecftselstromlast und übet das mit der Steuerelektrode des jeweils leitenden Triacs verbundene Kt -unea fließt, nicht stärker ist, als zum Leitendmachen dieses Triacs notwendig ist, wobei die beiden W -denι ande jeweils nur so groß sind, daß sie den beim Entladen des zugehörigen Kondensators durch a«¹ "P⁵"?" rigen Triac fließenden Strom begrenzen, und daß die Steuerelektroden der Triacs mit demjenigen Pol des Wechselstromnetzes, an dem die Triacs liegen, über je einen im Ruhezustand sperrenden Steuerschalter verbunden sind.

Die zweite erfindungsgemäße Lösung hat gegenüber der ersten den Vorteil, daß die Widerständes der KC-Glieder beträchtlich kleiner als bei alleiniger Verwendung von Widerständen dimensioniert, also die ohmschen Verluste stark verringert werden können, indem die eigentliche Begrenzung des Ansteuer-Stroms der Triacs durch die Kondensatoren geschieht. Die zu den RC-Ciliedern gehörenden Widerstände dienen nämlich bei der zweiten Losung eier Erfindung nur zur Strombegrenzung bei Schließen der Steuerschalter, um in dem durch den gescwossenen Steuerschalter, den Kondensator des betretenden KC-Gliedes und die Hauptelektroden des jeweils neu eingeschalteten Triacs gebildeten Stromkreis eine verhältnismäßig rasche Zerstörung des Triacs durch den beim Entladen dieses Kondensators abgegebenen Strom zu verhindern.

Es ist zwar bei einem Wechselstrom-Schalter nr.t zwei Triacs zum gleichzeitigen Anschalten zweier Wechselstromlastcn an ein einphasiges Wechselstromnetz bekannt (vgl. österreichische Patentschrift 270 805), die lastseitige Hauptelektrode des ersten Triacs über einen Widerstand und einen mit diesem in Reihe geschalteten Kondensator mit der Steuerelektrode des zweiten Triacs zum Leitendmachen des zweiten Triacs in Abhängigkeit vom Schaltzustand des ersten Triacs vorzusehen.

Bei 'lieser bekannten Anordnung handelt es sicn jedoch um keinen Wechselstrom-Umschalter, sondern um eine Steueranordnung, die es gestattet, zwei und mehr Wechselstromlasten mit dem ersten oder Leittriac gleichzeitig zu schalten. Demgegenüber werden mit dem erfindungsgemäßen elektronischen Wechselstrom-Umschalter zwei Wechselstromlasten wechselseitig durch einen Steuerschalter umgeschaltet wobei jeder Steuerschalter nur kurzzeitig betätigt zu werden braucht und der Wechselstrom-Umschalter im jeweiligen Zustand in Seibsthaltung verbleibt. Dauerndes Schließen beider Steuerschalter schaltet beide Wechselstromlasten ab.

Außerdem ist es auch bei einem elektronischen Wechselstrom-Schalter mit einem Triac zum Ein- und Ausschalten einer an ein einphasiges Wechselstromnetz angeschlossenen Wechselstromlast bekannt (vgl. Zeitschrift »Regelungstechnische Praxis«, 1969, S. M 31), für das Ausschalten einen im Ruhezustand sperrenden Steuerschalter vorzusehen, der die Steuerelektrode des Triacs mit der der Steuerelektrode benachbarten Hauptelektrode des Triacs verbindet. Dabei wird jedoch nur die grundsätzliche Funktion eines Triacs beschrieben, ohne auf einen elektronischen Wechselstrom-Umschalter einzugehen.

Zweckmäßigerweise können die Steuerschalter Taster mit einem Arbeitskontakt, Fotowiderstände, Thermowiderstände od. dgl. sein.

Die Erfindung wird an Hand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wechselstrom-Umschalters abgebildet ist.

An ein einphasiges Wechselstromnetz, das durch die Phase R und den Mittelpunktsleiter Mp eines Drehstromnetzes gebildet ist, sind über einen Netzschalter S_x parallel eine erste Reihenschaltung aus einer ersten Wechselstromlast RL₁ und einem ersten Triac Tr₁ sowie eine zweite Reihenschaltung aus einer zweiten Wechselstromlast RL₂ und einem zweiten Triac Tr₂ angeschlossen. Die Triacs Tr₁ und Tr₂ haben eine lastseitige Hauptelektrode A₁₂ bzw. A ₂₂ und eine lastabgewandte Hauptelektrode A _n bzw. A₁₂ sowie eine Steuerelektrode G₁ bzw. G₂.

Ähnlich kreuzweise wie bei einem Flipflop ist einerseits die Hauptelektrode A_{1 2} mit der Steuerelektrode G₂ über ein erstes /?C-Glied in Form einer Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand R₁ und einem ersten Kondensator C₁ und andererseits die Hauptelektrode A₂₂ mit der Steuerelektrode G, über ein zweites RC-Glied aus einer Reihenschaltung eines zweiten Widerstands R₂ und eines zweiten Kondensators C₂ verbunden. Die beiden RC-Gliedcr sind so dimensioniert, daß der über sie und die an sie angeschlossene Wechselstromlast in die Steuerelektrode des zugehörigen Triacs fließende Strom nicht stärker ist, als zum Leitendmachen dieses Triacs notwendig ist; dieser Strom ist also vernachlässigbar klein gegen den Strom, der durch die unmittelbar mit dem leitenden Triac verbundene Wechselstromlast fließe

Die Steuerelektroden G₁ und G₂ sind über einen Taster S₁ bzw. S₂ mit einem Arbeilskontakt an den Mittelpunktsleiter Mp angeschlossen.

Der abgebildete Wechselstrom-Umschalter arbeitet folgendermaßen:

Bei Schließen des Netzschalters 5., wird einer der beiden Triacs Tr₁ und Tr₂ leitend, nämlich derjenige, bei dem zuerst die zum Zünden notwendige Steuerelektrodenspannung auftritt. Es soll angenommen werden, daß dies der Triac Tr₂ ist.

»o Der Triac Tr₁ kann dann nicht leitend werden, da seine Steuerelektrode G₁ über den Kondensator C₂ und den Widerstand R₂ durch den leitenden Triac Tr₂ an den Mittelpunktsleiter Mp gelegt ist und damit am Triac Tr₁ zwischen der Hauptelektrode A ₁₂ und der Steuerelektrode G₁ keine Steuerelektrodenspannung anliegt. Der leitende Triac Tr₂ bezieht eine Steuerelektrodenspannung über die Wechselstromlast RL₁ und das RC-G\\ed A₁, C₁.

Wird nun der Taster S₂ kurzzeitig geschlossen, so

so schließt er die Steuerelektrode G₂ mit der Hauptelektrode /I₂₁ kurz. Damit bricht die Steuerelektrodenspannung des Triacs Tr₂ zusammen, so daß der Triac Tr₂ gesperrt wird. Im gleichen Moment erhält die Steuerelektrode G₁ des anderen Triacs Tr₁ über

»5 das zweite RC-Glied R₂, C₂ eine zum Zünden ausreichende Spannung, so daß der Triac Tr_x leitend wird. Durch den leitenden Triac Tr₁ wird die Steuerelektrode G„ über das erste RC-Glied W₁. C₁ an den Mittelpunktsleitor Mp gelegt, so daß die Steuerelektrade G₂ ohne Steuerelektrodenspannung bleibt.

Wenn anschließend der Taster S₁ (kurzzeitig) geschlossen wird, wiederholt sich der beschriebene Vorgang in umgekehrter Reihenfolge, d. h. die Wechselstromlast RL₁ wird (abgesehen vom Strom in die Steuerelektrode G₂) stromlos, während fast der ganze vom Wechselstromnetz R, Mp gelieferte Strom durch die Wechselstromlasl RL₂ fließt.

Die Widerstände R_x und R₂ der beiden RC-Glieder dienen zur Strombegrenzung beim Schließen der Taster S_x bzw. S₂. um eine Zerstörung der Triacs Tr₂ bzw. Tr₁ durch den über die Hauptelektroden des jeweils neu eingeschalteten Triacs fließenden Entladestrom der Kondensatoren C₁ bzw. C₂ zu vcrhin dcrn, so daß die beiden Widerstände R₁ und R₂ re-

lativ klein dimensioniert werden können; die Kondensatoren C₁ und C₂ bewirken die eigentliche Strombegrenzung bei der Ansteuerung der Triacs Tr₁ und Tr..

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

«■schalter Fotowiderstäade oder Thermowider- „ ... stände sind. Patentanspuche:

1. Elektronischer Wechselstrom-Umschalter 5 .

mit zwei Triacs zum wechselseitigen Anschalten Die Erfindung bezieht sich auf einen eJektronizweier Wechselstromlasten an ein einphasiges sehen Wechselstrom-Umschalter mit zwei Tnacs Wechselstromnetz, wobei zwei Reihenschaltungen zum wechselseitigen Anschalten zweier Wechselaus je einem der Triacs und je einer der Wechsel- stromlasten an ein einphasiges Wechselstromnetz, stromlasten gebildet und derart parallel an das io wobei zwei Reihenschaltungen aus je einem der Wechselstromnetz angeschlossen sind, daß beide Triacs und je einer der Wechselstromlasten gebildet Triacs an dem gleichen Pol des Wechselstrom- und derart parallel an das Wechselstromnetz angenetzes liegen, dadurch gekennzeichnet, schlossen sind, daß beide Triacs an dem gleichen daß die lastseitige Hauptelektrode (A₁₂) des er- Pol des Wechselstromnetzes liegen,
sten Triacs (Tr₁) über einen ersten Widerstand 15 Es ist ein solcher elektronischer Wechselstrom- (R₁) mit der Steuerelektrode (G₁) des zweiten Umschalter wünschenswert, bei dem das Umschalter, Triacs (7\,) verbunden und die lastseitige Haupt- auf die eine Wechselstrom last durch kurzzeitiges Beelektrode (A,₂) des zweiten Triacs (Tr₂) über tätigen eines ersten Steuerschalters und das anschlie einen zweiten Widerstand (RJ mit der Steuer- ßende Umschalten auf die andere Wechselstrom!ast elektrode des ersten Triacs (¹T₁) verbunden ist, ao durch ebenfalls kurzzeitiges Betätigen eines zweiten daß beide Widerstände so dimensioniert sind, daß Steuerschalters erfolgt.

der Strom, der über die mit dem jeweils gesperr- Es ist nun ein Wechselstrom-Umschalter der einten Triac in Reihe liegende Wechselstromlast und gangs genannten Art bekannt (vgl. Zeitschrift »Inüber den mit der Steuerelektrode des jeweils lei- dustrie-Elektrik u. Elektronik«, 1968, Nr. B 7, S. 140, tenden Triacs verbundenen Widerstand fließt, 25 Bild 24), der einen von dem Wechselstromnetz genicht stärker ist, als zum Leitendmachen dieses speisten Taktgeber hat, der seinerseits an die beiden Triacs notwendig ist, und daß die Steuerelektro- Steuereingänge eines Flipfiops angeschlossen ist, von den der Triacs mit demjenigen Pol (Mp) des dem je ein Ausgang mit der Steuerelektrode eines Wechselstromnetzes, an dem die Triacs liegen, der beiden Triacs verbunden ist. Auf diese Weise über je einen im Ruhezustand sperrenden Steuer- 30 zündet das Flipflop abwechselnd die beiden Triacs schalter verbunden sind. im Takt des Taktgebers, so daß die Wechselstrom-

2. Elektronischer Wechselstrom-Umschalter lasten in Form von Lampen im selben Takt erregt mit zwei Triacs zum wechselseitigen Anschalten werden und als Blinklichtanlage arbeiten.

zweier Wechselstromlasten an ein einphasiges Abgesehen davon, daß bei diesem bekannten Wechselstromnetz, wobei zwei Reihenschaltungen 35 Wechselstrom-Umschalter die Umschaltfrequenz fest

aus je einem der Triacs und je einer der Wech- vorgegeben ist, ist er auch insofern nachteilig, als das

selstromlasten gebildet und derart parallel an Flipflop erstens eine stabilisierte Gleichspannung als

das Wechselstromnetz angeschlossen sind, daß Speisespannung und zweitens zum Ansteuern einen

beide Triacs an dem gleichen Pol des Wechsel- Impuls mit einer bestimmten Steilheit und Impulsstromnetzes liegen, dadurch gekennzeichnet, daß 40 breite benötigt. Außerdem können von außen kom-

die lastseitige Hauptelektrode (A₁₂) des ersten mende steile Spannungsspitzen und sonstige Stör-

Triacs (Tr₁) über ein erstes Serien-ÄC-Glied (A₁, impulse das Flipflop unbeabsichtigt durchschalten,

C₁) mit der Steuerelektrode (G₁) des zweiten so daß aufwendige und damit auch verhältnismäßig

Triacs (T₂) verbunden und die lastseitige Haupt- teure Entstörungseinrichtungen vorgesehen werden elektrode (A₂₂) des zweiten Triacs (Tr₂) über ein 45 müssen. Bei diesem bekannten Wechselstrom-Um-

zweites Serien-ÄC-Glied (R₂, C₂) mit der Steuer- schalter sind also Zusatzeinrichtungen wie Taktgeber,

elektrode des ersten Triacs (T₁) verbunden ist Flipflop, Impulsformer, stabilisiertes Gleichspan-

und daß beide ÄC-Glieder so dimensioniert sind, nungsnetzgerät und Entstörungseinrichtungen erfor-

daß der Sirom, der über die mit dem jeweils ge- derlich.

sperrten Triac in Reihe liegende Wechselstrom- 50 Ein anderer bekannter Wechselstrom-Umschalter last und über das mit der Steuerelektrode des je- der eingangs genannten Art (vgl. Zeitschrift »Elekweils leitenden Triacs verbundene flC-Glied fließt, tronik«, 1968, Heit 4, S. 109, 110, Bild 29) ist für nicht stärker ist, als zum Leitendmachen dieses den Reversierantrieb eines Induktionsmotors vor-Triacs notwendig ist, wobei die beiden Wider- gesehen, dessen Feldwicklungen die Wechselstromstände jeweils nur so groß sind, daß sie den beim 55 lasten bilden. Dabei ist mit der Steuerelektrode jedes Entladen des zugehörigen Kondensators durch Triacs je ein Fotothyristor verbunden, und die den zugehörigen Triac fließenden Strom begren- beiden Fotothyristoren sind an den Ausgang einer zen, und daß die Steuerelektroden der Triacs mit vom Wechselstromnetz gespeisten Gleichrichterdemjenigen Pol (Mp) des Wechselstromnetzes, brücke angeschlossen. Der jeweils durch Licht aufgean dem die Triacs liegen, über je einen im Ruhe- 60 steuerte Fotothyristor zündet den zugehörigen Triac zustand sperrenden Steuerschalter verbunden und legt die in Reihe liegende Feldwicklung an das ^smd· Wechselstromnetz, während ein Kondensator mit der

3. Wechselstrom-Umschalter nach Anspruch anderen Feldwicklung das Drehfeld erzeugt. Erhält 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steu- der andere Fotothyristor Licht, kehren sich die Vererschalter Taster (S₁, S₂) mit einem Arbeitskon- 65 hältnisse und somit der Drehsinn um. Die Fotothyristotakt sind. _ren arbeiten mit Halbwellenspannungen aus dem

4. Wechselstrom-Umschalter nach Anspruch Brückengleichrichtcr, damit sie beim Wegnehmen des 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steu- Lichts im Nulldurchgang abschalten.