DE2429763A1 - Elektrische installationsschaltung - Google Patents

Description

• Elektrische Installationaschaltung Die Erfindung betrifft eine elektrische Installationsschaltung, insbesondere elektronisch gesteuerte Phasenanschnittschaltung zur Steuerung des Stromes durch eine elektrische Last, z.B. GlUhlampe.
• Phasenanschnittschaltungen für kleine bis mittlere Beistungen sind seit langem in großer Zahl im Einsatz, insbesondere in Form von Helligkeits- und Drehzahlsteuerungen. Die Sollwertvorgabe, d. h. die Vorgabe der gewlnschten Helligkeit oder Drehzahl, erfolgt bei diesen Geräten durch ein von Hand einstellbares Potentiometer. Stellglied der an sich bekannten Phasenanschnittsteuerun,gen sind hierbei Halbleiterschalter, beispielsweise Xriacs die in jeder Halbwelle der Versorgungsnetzspannung über ein zum Triac parallelgeschaltetes RC-Netzwerk und ein Zündelement, beispielsweise einen Diac, erneut die Last an die Netzspannung schalten. Das Verstellen des die Last durclifließenden Effektivstromes und damit der Helligkeit einer Glühlampe oder Drehzahl eines Motors ergibt sich hierbei in bekannter Weise durch Verändern eines oder mehrerer Elemente des genannten RC-Verzögerungs-Netzwerkes, womit sich der Stromflußwiriel und damit der Strom-Effektivwert verstellen läßt.
• Das Prinzip einer bekannten einfachen Phasenanschnittsteuerung zeigt Fig. 1. Bei abgeschaltetem Triac Tr, d.h. bein Stromnulldurchgang, liegt hierbei eine Last L in Reihe mit einem Potentiometer P und einem im folgenden als Zündkondensator bezeichneten Kondensator Ci an der Netzspannung. Der Ladestrom, der den Zündkondensator C1 bis auf die Zündspannung eines der Steuerelektrode des Triac vorgeschalteten Diac Di auflädt und damit das Durchschalten des Triac Tr bewirkt, wird im wesentlichen durch den Wert Rp des gegenüber der Last hochohmigen Potentiometers P'bestimmt. Der Zündzeitpunkt des Triac ist folglich durch die Zeitkonstante Rp X G1 festgelegt, d.h. daß der Zündzeitpunkt durch Verändern~des Wertes des Potentiometers P'in weiten Grenzen innerhalb einer Netzhalbwelle veränderbar ist.
• Mit demVordringen von elektronischen Annäherungs- und Berührungsschaltern, vornehmlich in den Bereich der elektrlschen Hausinstaliationen, entstand der Wunsch, auch die vorstehenden üblicherweise als Dimmer bezeichneten bekannten Helligkeitssteuerungen dem Senborprinzip anzupassen, d.h. zur Einstellung einer bestimmten gewünschten Beleuchtungsstärke einer Lichtinstallation, insbesondere Glühlampe, soll es nicht länger nötig sein, einen Potentiometer-Betätigungsknopf zu verstellen, sondern es soll analog der Betätigung eines elektronischen Annäherungs- und Berhrungsschalters zur Helligkeitseinstellung die bloße, entsprechend der gewünschten Heiligkeit mehr oder weniger lang anhaltende Berührung einer iiblicherweise in die Wand eingelassenen Sensorflache ausreichen.
• Ausgehend von diesem Streben hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine elektrische Installationsschaltung, insbesondere Phasenanschnittschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der sich der Zündzeitpunkt des Triac rein elektronisch, d.h. unter Verzicht eines mechanisch zu betätigenden Potentiometers verstellen läßt und bei der das Potentiometer nicht nur durch ein elektronisches Äquivalent ersetzt ist, da dieses ein kostspieliges an Netzspannung zu betreibendes Bauelement benötigt.
• Bei einer elektrischen Installationsschaltung, insbesondere elektronisch gesteuerten Phasenanschnittschaltung zur Steuerung des Stromes durch eine elektrische Last, beider ein Triac in jeder Halbwelle der Versorgungsnetzspannung'über ein zum Triac parallelgeschaltetes RC-Netzwerk und einen Diac erneut die Last an die Versorgungsnetzspannung schaltet, sieht die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, daß der iTiderstand des RC-Netzwerkes ein Festwiderstand ist und daß dem als Zünikondensator bezeichneten Kondensator dieses RC-Netzwerkes ein elektronisch steuerbarer Widerstand parallelgeschaltet ist.
• Die Spannung am Zündkondensator ist hierbei durch die Diae- Durchbruchspannung begrenzt, so d9ß zur Schaffung eines parallel zum Zündkondensator geschalteten elektronisch steuerbaren Widerstandes wenig aufwendige, insbesondere kostensparende Niedervoltbauelemente verwendbar snd.
• ZweckmäßIgerweise, d.h. insbesondere aufgrund seiner Einfachheit, dient ein Gleichstrombauelement, wie ein Bipolar-oder Feldeffekt-Transistor als elektronisch steuerbarer Widerstand, wobei der Transistor, da die Spannung am Zündkondensator eine Netzfrequenz-Wechselspannung ist, über eine Gratz-Gleichrichterbrücke oder über eine Reihenschaltung eines Kondensators mit zwei pera 7elgeschalteten Dioden an den Zündkondensator gekoppelt ist.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung naher erläutert, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezagszeichen bezeichnet sind.
• Es zeigen Fig. 2 das Prinzip-Schaltschema einer elektronisch gesteuerten Phasenanschnittschaltung nach der Erfindung, Fig. 3 das Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispieles einer Phasenanschnittschaltung nach der Erfindung, Fig. 4 das Schaltschema eines zweiten AusführungsbeispiP1os einer Phasenanschnittschaltung nach der Erfindung, Fig. 5 das Schaltschema eines dritten Ausführungsbeispieles einer Phasenanschnittschaltung nach der Erfindung.
• Im Prinzip-Schaltschema nach Fig. 2 der Zeichnung liegt am Netz, dessen Nulleiter mit N und dessen Phase mit P bezeichnet ist, eines Last L, z.B. Glühlampe, in Reihe mit einem Triac Tr, zu dem eine Widerstand R1-Zündkondensator C1-Reihenschaltung parallel ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R1 und Zündkondensator C1 liegt über einen Diac Di an der Steuerelektrode des Triac. Ein durch eine Steuerspannung E gesteuerter Feldeffekt-Transistor T1 ist dabei über eine Reihenschaltung eines Kondensators C2 mit zwei Dioden D1, D2 an den Sündkondensator C gekoppelt.
• Durch die Steuerspannung E läßt sich der Feldeffekt-Transistor T1 kontinuierlich vom'völlig gesperrten bis zum voll durchgeschalteten Zustand steuern, wobei bei gesperrtem Feldeffekt-Transistor der Stromfluß durch den Kondensator C2 unterbrochen ist und folglich der gesamte vom Versorgungsnetz über den Widerstand R1 gelieferte Strom zum Laden des Zündkondensators C1 zur Verfügung steht, so daß die Diac-Durchbruchspannlmg verhältnismäßig rasch erreicht, d.h. der Triac mit nur kurzer Verzögerung nach dem Laststrom-Nulldurchgang gezündet wird. Hierdurch wird ein großer Stromflußwinkel und damit ein hoher Laststrom-Effektivwert erzielt.
• Mit zunehmender Durchsteuerung des Feldeffekt-Transistors 21 nimmt der durch den Kondensator 2 fließende Strom zu, und daher der zum Aufladen des Zündkondensators C1 verbleibende Strom entsprechend ab, wodurch der Zündzeitpunkt des Uriac Tr zu späteren Zeiten innerhalb der Netzspannungshalbwelle verschoben wird und damit der Effektivwert des durch die Last L, z.B. Glühlampe, fließenden Stromes abnimmt.
• Die Werte des Widerstandes R1 und des Kondensators C2 sind so gewählt, daß bei voll durchgesteuertem Feldeffekt-Transistor T1 die Spannung an den bei durchgesteuertem Transistor parallelgeschalteten Kondensatoren C1 und C2 nicht mehr die Diac-Durchbruchspannung erreicht, so daß der Triac nicht mehr gezündet und daher die Last L abgeschaltet wird.
• Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, das in wesentlichen Teilen dem Prinzip-Schaltschema nach Fig. 2 entspricht, ist die Steuerspannungsquelle E nach Fig. 2 durch einen zwischen Gate und Source des Feldeffekt-Transistors T1 geschalteten Speicherkondensator C3 ersetzt, wobei das Gate mit entgegengesetzt gerichteten Dioden D3, D4 verbunden ist, die jeweils mit einem Widerstand R3 bzw. R2 und einer Sensorfläche, die im folgenden als Betätigungsplatte B1 bzw. B2 bezeichnet ist, in Reihe liegen.
• Die Aufladung des Speicherkondensators C3 und damit die Sperrung des Feldeffekt-Transistors T1 erfolg durch Berühren der Betätigungsplatte B1, wobei der Ladestrom von der Netzphase P durch den Speicherkondensator C die Diode D den Schutzwiderstand R durch den die Stromwerte auf ungefährliche Werte für den Berührenden gemindert werden, und den Ubergangswiderstand R u des die Betätigungsplatte Berührenden nach Erde fließt. Die Entladung des Speicherkondensators C3 und damit Durchsteuerung des Feldeffekt-Transistors T1 samt den vorstehend bereits erläuterten Folgen, z.B. hinsichtlich der Helligkeitssteuerung einer Glühlampe, erfolgt durch Berührung der Betätigungsplatte B2.
• Vorausgesetzt, daß der Speicherkondensator C3, das Gate des Feldeffekt-Transistors T1 und die Betätigungsplatten B1 und B2 unendlich hohe Isolationswiderstände besitzen, bleibt die durch kurzzeitige Berührung der Betätigungsplatte B1 oder B2 eingegebene Sollwertinformation als Spannung am Speicherkondensator C3 beliebig lange erhalten. Diese Voraussetzung gilt z. B.
• für eine Lichtinstallation in Wohnhäusern mit ausreichender Annäherung für den Gate-Widerstand von Feldeffekt-Transistoren sowie für den Isolationswiderstand moderner Kondensatoren.
• Sie kann aber nicht sichergestellt werden für den Isolationswiderstand der Betätigungsplatten B1 und B2. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, das in wesentlichen Teilen dem Ausflihrungsbeispiel nach Fig. 3 entspricht, sieht daher als sehr hochohmigen Trennschalter eine handelsi'biiche Glimmlampe L1 zwischen dem Speicherkondensator C3 und den Betätigungaplatten B3, B4 vor. Trotz gegebeenfalls schlechter Isolation der Betätigungsplattenatten B3, B4 bleibt die Spennung an den mit R4 bzw. R5 bezeichneten und in Reihe mit den Widerständen R2 bzw. R3 geschalteten Widerständen jewei]s unterhalb der Zündspannung der Glimmlampe L1, so daß die Ladung des Speicherkondensators C3 nicht mehr über die Isolationswiderstände der Betätigungsplatten abfließen kann. Erst der zusätzliche Übergangswiderstand des Benutzers läßt die Glimmlampe L1 zünden und gestattet so die Veränderung der ta dung des Speicherkondensators und und damit eine Veränderung der Sollwertvorgabe. Durch entsprechende Bemessung der Spannungsteiler R2 B R4 bzw. R3 - R5 ist die Ansprecempfindlichkeit der Schaltungsanordnung einstellbar.
• Das Ausführungsbeispiel gemäß dem Schaltschema nach Fig. 5 sieht im Unterschied zum Ausführungsbeispie] nach Fig. 4 al sehr hochohmige Trennschalter zwei handelsübliche Glimmlampen L1 und TJ2 zwischen dem Speicherkondensator Cq der als Miller-Kapazität zwischen Gate und Drain des Feldeffekt-Transistors T1 geschaltet ist und den Betätigungsplatten B1 bzw.
• vor. Durch die Schaltung des Speicherkondensators Cq als Miller-Eapazität lassen sich selbst mit kleinen Kapazitätswerten sehr große Zeitkonstanten des Speicherkreises erzielen.
• Weiterhin sieht diese Schaltungsanordnung einen Bipolar-Transistor T2 vor, der das unerwünschte Aufladen des Speicherkondensators (3 über den Punkt der völligen Sperrung des Feldeffekt-Transistors T1 hinaus verhindert. Während des durchgesteuerten Zustandes des Feldeffekt-Transistors T.1 steht an einem Source-Widerstand R6, der zur Basis-Emitter-Strecke des Bipolar-Transistors T2 parallelgeschaltet ist, eine durch einen Siebkondensator C4 geglättete Gleichspannung. Diese Gleic)-spannung steuert wiederum den Bipolar-Transistor T? durch, so daß über die zwischen die Glimmlampe L1 und den Kollektor des Bipolar-Transistors 12 geschaltete Diode D3 und den Bipolar-Transistor T2eine Gleichrichtung der über die Betetigungsplatte B1 eingegebenen Steuerspannung erfolgt derart, daß der Speicherkondensator C3 beim Berühren der Bet.ätigungsplatte B1 negativ aufgeladen wird bis zur völligen Sperrung des Feldeffekt-Transistors T1. Bei völliger Sperrung des Feldeffekt-Transistors T1 sperrt auch der Bipo]ar-Transistor T? wodurch die Gleichrichtung durch die Diode D3 unterbleibt und der Speicherkondensator (3 mit einer Wechselapannung beaufschlagt wird, seinen Gleichspannungswert also nicht weiter ändert.
• Eine Begrenzung der Steuerspannung am Speicherkondensator C7 in umgekehrter Richtung, d.h. eine Begrenzung des voll durehgesteuerten Feldeffekt-Transistors T1, erfolgt über die Gate-Source-Diode des Feldeffekt-Transistors T1, die leitend wird, sobald das Gate gegenilber Source positiv wird.
• Durch die beiden vorstehend genannten Maßnahmen erfolgt in einfacher Weise eine Begrenzung des ArbeitsbereihPs der Steuerspannung am Speicherkondensator C3, die sich æelbsttätig an die in weiten Grenzen streuenden Daten des jeweiligen Feldeffekt-Transistors T1 anpaßt, da sie von diesem Transistor selbst gesteuert wird.
• Zusätzlich enthält die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 hinlänglich bekannte und daher nicht näher erläuterte Maßnahmen zur Funkentstörung (Drossel Dr, Kondensator C5), eine-Sicherung S zum Schutz des Triac Tr, einen Widerstand R7 zur Unterdeckung von Zünd-Hystereseeffekten und eine als Zener-Diode ausgebildete Diode D1, um eine Zerstörung des Feldeffekt-Transistors durch Netzspannungsspitzen zu verhindern. Maßnahmen dieser Art können selbstverständlich auch bei den Schaltungsanordnungen nach den Fig 3 und 4 Anwendung finden.
• Bei entsprechend geänderter Ausbildung der Schaltschemen nach den Fig. 3, 4 und 5 sind die Feldeffekt-Transistoren auch durch Bipolar-Transistoren ersetzbar.
• Sämtliche vorstehend aufgezeigten Installationsschaltungen sind zweclcmäßigerweise in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gehäuse vorzugsweise genormter Abmessungen untergebracht, das mit Spreizkrallen und einer Tragplatte ausgestattet ist, so daß die Installationsschaltung gegen übliche mechanische Installationsschalter ohne Änderung der Installationaleitungen austauschba-r ist. Das Gehäuse kann auch so ausgebildet sein, daß es die Verwendung der Installationsschaltung als Installationsaufputz- oder Geräteeinbauschalter gestattet.

Claims (11)

Patentansprüche

1) ) Elektrische Installationsschaltung, insbesondere elektronisch gesteuerte Phasenanschnittschaltung zur Steuerung des Stromes durch eine elektrische Last, z.B. Glühlampe, wobei ein Triac in jeder Halbwelle der Versorgungsnetzspannung über ein zum Triac parallelgeschaltetes RC-Netzwerk und einen Diac erneut die Last an die Versorgungsnetzspannung schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des RC-Netzwerkes ein Festwiderstand - ist und daß dem Kondensator (C1) des RC-Netzwerkes ein elektronisch steuerbarer Widerstand parallelgeschaltet ist.

2. Installationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (C1) ein Bipolar- oder Feldeffekt-Transistor (T1) parallelgeschaltet ist.

3. - Installationsschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bipolar- oder Feldeffekt-Transistor (T1) über eine Grätz-Gleichrichterbrücke an den Kondensator (C1) gekoppelt ist.

4. Installationsschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bipolar- oder Feldeffekt-Transistor (T1) über eine Reihenschaltung eines weiteren Kondensators (C2) mit zwei Dioden ( D2) an den Kondensator (C1) gekoppelt ist.

5. Installationsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Diode (D1) als Zener-Diode ausgebildet ist.

6. Installationsschaltung nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gate und Source des Feldeffelrt-Transistors (T1> ein Speicherkondensator (C3) liegt und daß das Gate mit entgegengesetzt gerichteten Dioden (D3, D4) verbunden ist, die jeweils mit einem Widerstand (R3bzw. R 2> und einer Betätigungsplatte (B1 bzw. B,) in Reihe liegen

7. Installationsschalter nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (C3) zwischen Gate und Drain des Feldeffekt-Transistors (T1) geschaltet ist und daß zwischen dem Gate und den entgegengesetzt gerichteten Dioden (D3, D4) eine Glimmlampe (L1) als Trennschalter liegt.

8. Installationsschaltung nach Anspruch 1, 2, 5 und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (C3) zwischen Gate und Drain des Feldeffekt-Transistors (T1) als Miller-Kapazität liegt und daß das Gate mit zwei Glimmlampen (L1, L2) verbunden ist, die jeweils mit einem Widerstand (R3 bzw. R2) und einer Betätigun¢splatte (B1 bzw. B2) in-Reihe liegen.

9. Installationsschaltung nach Anspruch 8 und wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Feldeffekt-Transistor (T1) ein Bipolar-Transistor (T2) vorgeschaltet ist, durch den die Aufladung des Speicherkondensators (C3) begrenzt wird derart, daß die Spannung am - Speicherkondensator (C3) maximal der Gate-Sperrspannung am Feldeffekt-Transistor (T1) ist.

10. Installationsschaltung nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Installationsschaltung in einem Gehäuse untergebracht ist, das mit Spreizlrrallen und Tragplatte ausgestattet ist, so daß die Installationsschaltung gegen mechanische Installationsschalter ohne ÄIlderung der Installationsleitungen austauschbar ist.

11. Installationsschaltung nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Installationsschaltung in einem Gehäuse untergebracht ist, das die Verwendung als Installationsaufputz- oder Geräteeinbauschalter gestattet. Leerseite