DE2338863A1

DE2338863A1 - Einrichtung zur phasenanschnittsteuerung von verbrauchern mit induktiver komponente

Info

Publication number: DE2338863A1
Application number: DE19732338863
Authority: DE
Inventors: Peter Kirmis; Ferdinand Rollinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-07-31
Filing date: 1973-07-31
Publication date: 1975-02-13
Also published as: JPS5640850B2; JPS5045563A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, 3 O. JULI 1973 Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50

Unser Zeichen: VPA 73/4043 No/Rat

Einrichtung zur Phasenanschnittsteuerung von Verbrauchern mit induktiver Komponente

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Phasenanschnittsteuerung zur Veränderung des Effektivwerts des Stromes eines Verbrauchers mit induktiver Komponente bei Wechselspannung zwischen Null und Nennwert, beispielsweise zur kontinuierlichen Steuerung der Drehzahl von Ventilatoren, mittels eines durch Spannungsteiler gesteuerten Diacs zum Zünden eines Triac und LC-Kombination zur Funkentstörung bei zum Spannungsteiler parallel liegendem Kondensator und in Serie angeordneter Drossel.

Eine solche Phasenanschnittsteuerung arbeitet also mit einem Zweiwege-Vierschicht-Halbleiter, der mit einer Trigger-Impulsschaltung leitend gesteuert wird, die eine Zweiwege-Diode enthält. Durch Verändern eines Bauelements des Spannungsteilers können mittels des Diacs gegenüber der Netzwechselspannung phasenverschobene Impulse erzeugt werden, die den Stromflußwinkel des Laststromes durch den Triac von theoretisch Null-Grad bis 180 Grad steuern. Der Vierschicht-Halbleiter kann auf der Basis eines Silizium-Halbleiterwerkstoffes gefertigt sein.

Bei Verbrauchern mit induktiver Komponente kann es nun vorkommen, daß der stabile Arbeitszustand nicht erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich ein stabiler Arbeitszustand bei einer Phasenanschnittsteuerung wegen der zur Funkentstörung verwandten LC-Kombination besonders schwer einstellt, insbesondere wenn ein Verbraucher mit induktiver Komponente versorgt werden soll. Es wurde

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erkannt, daß infolge von Einschwingvorgängen in dem aus Triac und LC-Kombination zur Funkentstörung entstehendem Kreis der erforderliche Haltestrom am Triac nicht lange genug anstehen kann und zwar insbesondere dann nicht, wenn der Laststrom infolge einer induktiven Komponente nicht so rasch wie bei ohmscher Last ansteigt. Selbst ohne LC-Komnination zur Funkentstörung kann bei einer Last mit entsprechend großer induktiver Komponente es vorkommen, daß der Haltestrom für den Triac, während der Dauer des Zündimpulses vom Diac, nicht erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Phasenanschnittsteuerung zu entwickeln, die auch bei einer Last mit induktiver Komponente und auch bei den üblichen Maßnahmen zur Funkentstörung sicher zündet und dennoch keine verlustreichen Bauelemente benötigt, die so stark dämpfen könnten., daß sich infolge der ohmschen Verluste ein sicherer Arbeitszustand einstellen könnte.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß zusätzlich eine RC-Kombination unmittelbar parallel zum Kondensator der LC-Kombination für die Funkentstörung angeordnet ist. Es ist also wesentlich, daß die zusätzliche RC-Kombination nicht, wie in der Literatur oft geraten wird, direkt parallel zum Triac liegt, sondern nach der erfindungsgemäßen Lehre angeordnet wird. Dadurch erzielt man eine Widerstandstransformation in der komplexen Ebene, die das Einstellen eines stabilen Arbeitspunktes ermöglicht und den Einschwingvorgang trotz geringer Drosselverluste genügend bedämpft. Zum anderen wird der Kondensator in der zusätzlichen RC-Kombination während der Sperrphase des Triacs aufgeladen und seine Entladung in dem Augenblick, in dem der Triac leitend wird, hebt den Strom über den Haltestrom an.

Nach einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung, wird die mögliche Verwendung einer Drossel mit niedrigen ohmschen

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Verlusten dadurch wahrgenommen, daß bei einer elektrischen Drossel mit Wicklung, Begrenzungsflanschen und Kern nun auf einem Stabkern aus Ferrit die Wicklung unmittelbar aufgebracht und durch aufgesteckte Flansche aus Isoliermaterial begrenzt wird, die je eine Anschlußplatte aus elektrisch gut leitendem Material tragen. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Anschlußplatten jeweils einen Luftspalt, einen Steckansatz sowie einen Wickelzapfen aufweisen. Der Luftspalt verringert dabei weiter die Dämpfung. Die Flansche können aus Kunststoff ausgebildet sein. Die Anschlußplatten werden vorteilhaft jeweils als Stanzteil ausgebildet, in dem sich ein Luftspalt von ca. 1 bis 2 mm Breite radial zur gedachten Kernachse erstreckt. Eine solche Drosselspule hat wesentlich niedrigere Verluste als bei einer üblichen Ausführung mit geschlossenem Kern aus Eisenblechen.

Die Erfindung soll nun anhand von in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen weiter erläutert werden s

Figur 1 gibt die Schaltungsanordnung für eine Einrichtung zur Phasenanschnittsteuerung wieder.

In Figur 2 ist ein Diagramm für sich überlagernde typische Teilströme und den Summenstrom der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt.

In Figur 3 ist die Längsansicht einer Drossel nach einer Weiterbildung der Erfindung wiedergegeben, die vorteilhaft in der Einrichtung zur Phasenanschnittsteuerung verwandt werden kann.

Die Figur 4 gibt die Drossel nach Figur 3 bei Längsschnitt entlang IV-IV nach Figur 3 wieder.

In Figur 5 ist die Aufsicht der Drossel in Lage nach Figur dargestellt. _4_

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Figur 6 zeigt eine Anschlußplatte der Drossel nach Figur 3.

In Figur 7 ist ein Flansch der Drossel im Längsschnitt, also längs der gedachten Achse dargestellt.

Figur 8 gibt die Aufsicht auf den Flansch der Drossel nach Figur 7 wieder, wobei sich die Ansicht nach Figur 7 bei Schnitt längs VII-VII ergibt.

In Figur 1 ist die Einrichtung zur Phasenanschnittsteuerung 1 und ein Verbraucher bzw. eine Last 2 wiedergegeben. Mit 3 sind Netzanschlußklemmen bezeichnet. Die Phasenanschnittsteuerung 1 weist einen Spannungsteiler 4 auf, der im Ausführungsbeispiel aus dem stellbaren ohmschen Widerstand 5 und dem Kondensator 6 gebildet wird. Durch Verändern des Teilungsverhältnisses, durch Einstellen des Widerstandes 5 des RC-Spannungsteilers 4 wird der Diac 7 ausgesteuert, der den Triac 8 in leitenden Zustand überführt. Mittels des Diacs 7 werden dadurch gegenüber der Netzwechselspannung an den Klemmen 3 phasenverschobene Impulse erzeugt, die den Stromflußwinkel des Laststromes von theoretisch Null-Grad bis 180 Grad zu steuern erlauben. Der in aller Regel erforderlichen Funkentstörung dient die LC-Kombination aus der Drossel 9 und dem Kondensator 10. Der Kondensator 10 liegt zum Spannungsteiler 4 parallel und die Drossel 9 in Serie zum Spannungsteiler. Zusätzlich ist eine RC-Kombination aus den Widerstand 11 und dem Kondensator 12 unmittelbar parallel zum Kondensator 10 der LC-Kombination für die Funkentstörung so angeordnet.

Im Diagramm nach Figur 2 ist auf der Abszisse die Zeit t, beispielsweise in MikroSekunden, und auf der Ordinate der Strom I, beispielsweise in Amper, aufgetragen. Die mit 21 bezeichnete Kurve gibt den Verlauf des .Laststromes durch die Last 2 wieder. Die Kurve 22 zeigt den Verlauf des Stromanteils, der infolge des Einschwingvorganges in dem von LC-Kombination aus Drossel 9

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und. Kondensator 10 sowie Triac 8 gebildeten Kreis fließt. Die RC-Kombination wirkt dabei als Tiefpaß. Der Entladestrom 23 der zusätzlichen RC-Kombination aus ohmschen Widerstand 11 und Kondensator 12 überlagert sich bei leitend werdendem Triac den Strömen 21 und 22. Durch den Triac 8 fließt daher insgesamt der resultierende Strom 24. Wesentlich ist, daß der Betrag des sogenannten Haltestroms 25 des Triacs 8 rasch und bleibend überschritten wird, wodurch man einen stabilen Arbeitszustand der Phasenanschnittsteuerung erzielt.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäß weitergebildeten Drossel 9 hat den in den Figuren 3 und 4 wiedergegebenen Aufbau. Auf einem Stabkern 31 aus Ferrit ist die Wicklung 32 unmittelbar auf-. gebracht und durch aufgesteckte Flansche 33 an den Stirnseiten der Drossel begrenzt. Die Flansche 33 bestehen aus Isoliermaterial, beispielsweise aus Polyamid. Die Flansche 33 tragen je eine Anschlußplatte 34 aus elektrisch gut leitendem Material. Die Anschlußplatten 34 haben günstigerweise den aus Figur 6 ersichtlichen Aufbau. Sie haben einen Luftspalt 35 von ca. 1 bis 2 mm Breite, der sich radial zur gedachten Kernachse erstreckt. Dadurch werden Wirbelstromverluste vermieden. Die Anschlußplatten 34 weisen ferner jeweils einen Steckansatz 36 auf, wodurch die Drossel 9 in eine gedruckte Schaltung eingesteckt werden kann. Der Wickelzapfen 37 ermöglicht, wie aus Figur 3 zu ersehen ist, etwa 2 bis 3 Windungen des Wicklungsdrahtes der Drossel aufzubringen, wonach der Draht verlötet werden kann. Der Wicklungszapfen 37 stellt eine wesentliche Montageerleichterung dar. Vorteilhafterweise werden die Anschlußplatten 34 als Stanzteile ausgebildet. Für die Ans.chlußplatten 34 ist eine Form nach Figur 6 besonders vorteilhaft.

In den Flanschen 33 können, wie es aus den Figuren 4, 5, 7 und 8 ersichtlich ist, Ausnehmungen 38 ausgebildet sein, um beim Herstellen der Drossel diese in einem Werkzeug zu halten und den Flanschinnenraum beim Einstecken des Drosselkerns zu belüften. Eine günstige Ausbildung ist aus den Figuren 7 und 8

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genauer zu ersehen. Wesentlich ist dabei, daß anschließend an die auf dem Kern aufzuziehende Ringfläche freigeschnitten ist, wodurch abgequetschtes Material aufgenommen werden kann, so daß sich der Kern exakt bis an die innere Stirnseite des Flansches 33 einführen läßt.

Da die Drossel 9 aus entstörungstechnischen.Gründen eine Induktivität von ca. 2 mH erfordert, ist wegen der großen magnetischen Scherung des Stabkerns eine hohe Windungszahl erforderlich. Durch die wiedergegebene Ausbildung wird jedoch ein gedrungener Aufbau deT Drossel erzielt. Im Vergleich zu einer entströmungsmäßig vergleichbaren Ringkerndrossel wird lediglich ein Zehntel des Volumens einer Ringkerndrossel benötigt.

6 Patentansprüche
8 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

Einrichtung zur Phasenanschnittsteuerung zur Veränderung des Effektivwerts des Stromes eines Verbrauchers mit in-. duktiver Komponente bei Wechselspannung zwischen Null und Nennwert, beispielsweise zur kontinuierlichen Steuerung der Drehzahl von Ventilatoren, mittels eines durch Spannungsteiler gesteuerten Diacs zum Zünden eines Triacs und LC-Kombination zur Funkentstörung bei zum Spannungsteiler parallel liegendem Kondensator und in Serie angeordneter Drossel, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine RC-Kombination (11, 12) unmittelbar parallel zum Kondensator (10) der LC-Kombination (9, 10) für die Funkentstörung angeordnet ist.
2. Phasenanschnittsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (4) aus einer RC-Kombination (5, 6) mit einstellbarem ohmschen Widerstand (5) besteht.
3. Elektrische Drossel mit Wicklung, Begrenzungsflanschen und Kern für die Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Stabkern (31) aus Ferrit die Wicklung (32) unmittelbar aufgebracht und durch aufgesteckte Flansche (33) aus Isoliermaterial begrenzt wird, die je eine Anschlußplatte (34) aus elektrisch gut leitendem Material tragen.
4. Drossel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußplatten (34) jeweils einen Luftspalt (35), einen Steckanschluß (36) sowie einen Wickelzapfen (37) aufweisen.
5. Drossel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (33) aus Kunststoff ausgebildet sind.

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6. Drossel nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußplatten (34) jeweils als Stanzteil ausgebildet sind, in dem sich ein Luftspalt (35) von ca. 1 bis 2 mm Breite radial zur gedachten Kernachse erstreckt.

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