DE2446590C3 - Schaltung zur Konstantregelung des Effektivwertes einer Wechselgröße mittels eines Thyristor-Wechselstromstellers - Google Patents

Schaltung zur Konstantregelung des Effektivwertes einer Wechselgröße mittels eines Thyristor-Wechselstromstellers

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DE2446590C3 DE19742446590 DE2446590A DE2446590C3 DE 2446590 C3 DE2446590 C3 DE 2446590C3 DE 19742446590 DE19742446590 DE 19742446590 DE 2446590 A DE2446590 A DE 2446590A DE 2446590 C3 DE2446590 C3 DE 2446590C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zui Konstantregelung des Effektivwertes einer Wechselgröße nach der Höhe einer den Soll-Effektivwcrt darstellenden Gleichspannung mittels eines Thyristor-Wechselstromstellers durch von einem Soll-Istwert-Vergleicher beeinflußte Phasenanschnittsteuerung des Thyristor-Wechselstromstellers, bei der die Wechselgröße zur Aufbereitung eines Istwertes für die Konstantregelung gleichgerichtet wird.
Eine derartige Schaltung ist aus der US-PS 35 Ol 771 bekannt, die ebenfalls zur Konstantregelung des Effektivwertes einer Wechselgröße, z. B. einer Verbraucherspannung, ausgebildet ist. Bei dieser Schaltung wird auch ebenfalls die Wechselgröße zur Aufbereitung eines Ist-Effektivwertes gleichgerichtet, was mittels eines Gleichrichters in Brückenschaltung und einer Vie.-pol-ÄC-Netzwerk-Brücke geschieht, und es wird die gleichgerichtete Größe den Eingängen eines Operationsverstärkers zugeführt. Erst am Ausgang desselben wird der Ist-Effektivwert, der dem Effektivwert der Wechselgröße proportional ist, dargestellt. Ein Vergleichen des Ist-Effektivwertes mit einem Sollwert desselben geschieht in einer Schaltstufe mit einem UJT, dessen Emitterdurchbruchsspannungswert als Sollgröße des Effektivwertes angesehen werden kann.
Die in Betracht gezogene Schaltung erfordert, wie
ersichtlich, schon einen erheblichen Aufwand, um einen Ist-Effektivwert darzustellen, welcher dem Effektivwert der Wechselgröße proportional ist. Durch die US-PS 37 14547 ist eine Schaltung zur
"> Konstantregelung des Effektivwertes einer Wechselgröße mit Hilfe eines Triac-Wechselstromstellers bekannt, bei der eine-von der Betriebswechselspannung abgeleitete Wechselgröße jeweils während einer ersten Halbperiode derselben zur Speicherung einer M ?ßspan nung und Aufbereitung einer Referenzspannung mittels ebenfalls eines Vierpol-ÄC-Netzwerkes gleichgerichtet wird. Dabei werden im Unterschied zu der eingangs angegebenen Schaltung mittels eines Operationsverstärkers die Meß- und die Referenzspannung summiert und jeweils während einer zweiten Halbperiode der Wechselgröße miteinander verglichen, so daß durch den Operationsverstärker der Triac stets nur unter Steuerwinkel größer als 180°el stromleitend geschaltet wird. Eine einfache Schaltung zur Regelung des Effektiv-
M wertes eines Stromes, der mittels eines unipolaren Thyristor-Wechselstromstellers veränderbar ist, ist in der CH-PS 4 91 436 offenbart. Hiernach wird der Strom durch die pulsierende Gleichspannung am Ausgang einer Gleichrichterbrücke in Graetzschaltung des Wechselstromstellers erfaßt, und die pulsierende Gleichspannung ist einer Widerstandsbrücke zugeführt, die verstimmt einzustellen ist Durch einen von der Verstimmungsspannung der Widerstandsbrücke gesteuerten, den Thyristor des Wechselstromstellers ansteuernden Regelverstärker ist der Steuerwinkel in Abhängigkeit vom Effektivwert des Stromes regelbar. Mithin unterscheidet sich diese bekannte Schaltung von den vorangehend in Betracht gezogenen in der Arbeitsweise, sowie dadurch, daß nicht nach der Höhe eines Soll-Effektivwertes geregelt wird, der abhängig oder unabhängig vorzugeben ist
Eine Schaltung zur Steuerung eines in einem Wechselstromkreis als Wechselstromsteller verwendeten bidirektionalen Thyristors (Triac) mit Hilfe einer
*o steuernden Gleichspannung ist ciurch die DE-OS 19 22810 bekannt Bei dieser Schaltung ist eine bidirektionale Schwellwertdiode (Diac) der Steuerelektrode des Triacs vorgeschaltet und zusammen mit diesem in einem Halbleiterbauelement integriert Die Schaltung ist jedoch nicht mit Soll-Istwert-Vergleich von Effektivwerten ausgebildet Außerdem ist die steuernde Gleichspannung weder von der Betriebswechselspannung des Wechselstromkreises noch von der Steuerelektrode des Triacs galvanisch getrennt, so daß, wenn an einer gemeinsamen Betriebswechselspannung mehrere derartige Wechselstromkreise angeschlossen sind, diese Stromkreise nicht störungsfrei in bezug aufeinander gesteuert werden können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der eingangs dargestellten Gattung so auszubilden, daß damit zur Konstantregelung des Effektivwertes einer Wechselgröße bei der Erfassung dieser Wechselgröße eine Gleichspannung darstellbar ist, welche mit dem Effektivwort der Wechselgröße zumindest in einem linearen Zusammenhang steht
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäB durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, daß mit gegenüber dem oben in Betracht gezogenen Stand der Technik erheblich geringerem schaltungstechnischem Aufwand und lediglich einer zusätzlichen Diode, die im Soll-Istwert-Vergleichskreis eingefügt ist, über die Aufgabenstellung hinausgehend ein dem Effektivwert
der Wechselgröße proportionaler Ist-Effektivwert für den Soll-Istwert-Vergleich darstellbar ist. Ferner ergibt sich ein Vorteil durch einen von der Betriebsspannung für die Schaltung unabhängig vorgegebenen Soll-Effektivwert
Es sind hierbei die maximalen Widerstandswerte des stellbaren ohmschen Widerstandes, des Kondensator-Parallelwiderstands und des ohmschen Widerstandes zueinander, vorzugsweise etwa im Verhältnis 1 ; 4 :15 in den Größenordnungen von lOkOhm und lOOkOhm bemessen, und die Zeitkonstante des Parallelwiderstandes und des Kondensators ist größer als eine Periode der Wechselgröße bemessen.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist eine den Effektivwert der Wechselgröße darstellende, gleichgerichtete und geglättete Spannung am Kondensator und über eine Gleichrichterdiode abgreifbar und dem Ist-Eingang des Soll-Istwert-Vergleichers zugeführt, die der Gleichrichterdiode gleich und mit dieser in der Reihenschaltung gleichsinnig gepolt ist.
Einer weiteren Ausbildung der Erfindung entsprechend ist die Schaltung durch eine die WechselgröQe über einen Transformatorwandler mit nachgeordneter Gleichrichterschaltung erfassende Reihenschaltung gekennzeichnet.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachstehend beschrieben werden:
Fig. 1 zeigt die Grundschaltung zur Erfassung einer Wechselgröße und die Darstellung des Effektivwertes dieser Wechselgröße.
F i g. 2 zeigt eine Schaltung zur Konstantregelung des Effektivwertes einer Wechselspannung eines in einen Wechselstromkreis in Reihenschaltung mit einem Thyristor-Wechselstromsteller 1 liegenden Verbrauchers L 1, bei welcher die Grundschaltung nach F i g. 1 verwendet ist.
Der gleiche Wechselstromkreis ist in der Schaltung nach Fig. 1 enthalten. Es sei die Betriebswechselspannung υ der Wechselstromquelle Q dieses Stromkreises ungeregelt und in einem weiten Spannungsbereich beliebig einstellbar. Die Verbraucherspannung ul ι soll mittels des durch einen Steuerimpulsgeber K 1 angesteuerten Thyristor-Wechselstromstellers 1, einem Triac, bei einem Effektivwert konstantgeregelt werden, welcher dem Größenwert (Höhe) ein?r vorzugebenden Gleichspannung Ue ι proportional ist. Hierzu wird ein Teil der Verbraucherspannung Ul ι mittels einer dem Verbraucher L 1 parallelgeschalteten Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes r 15, einer Gleichrichterdiode D12 und eines Parallel-/?C-Gliedes Cl, r\7 erfaßt, von welcher Reihenschaltung zwischen Gleichrichterdiode D12 und Widerstand r 15 ein Nebenstromzweig mit einem stellbaren Widerstand r 16 abzweigt. An dem Parallel-fiC-Glied Ci. rl7 entsteht eine einweg-gleichgerichtete, geglättete Spannung Uc ι, welche Gleichspannung, wie sich gezeigt hat, bei einer bestimmten Einstellung des Widerstandes r 16 und entsprechender Bemessung der übrigen Elemente der Reihenschaltung in einem linearen Zusammenhang mit dem Effektivwert der Verbraucherspannung ul ι steht. Hingegen ist die Summe der Spannung Uc \ und der Durchlaßspannung Uo η der Gleichrichterdiode D12 proportional dem Effektivwert der Verbraucherspannung Ui. ι. An der Reihenschaltung wird zweckmäßg die geglättete Spannung UC\ über dem Parallel-flC-Glied Cl, r 17 als Ist-Effektivwert abgegriffen und einem der zwei Eingänge eines als Vergleicher verwendeten Differenzverstärkers Vl zugeführt, während die Gleichspannung Ue \ als Soll-Effektivwert dem anderen Eingang des Differenzverstärkers Vl zugeführt wird. Um nun mit dieser Gleichspannung Ue \ die Summe Uc \ + i/o |2, welche dem Effektivwert von ul\ proportional ist, vergleichen zu können, sind nach F i g. 1 die Gleichspannungen (Spannung Uc ι und Gleichspannung UE\) über eine mit der Gleichrichterdiode D12 gleichsinnig gepolte Diode D12', an welcher
ίο die gleiche Durchlaßspannung Uon- wie an der Gleichrichterdiode D12 entsteht, einander entgegengeschaltet. Es wird hierdurch für den Differenzverstärker ein Bezugspotential O'gebildet, das von dem Bezugspotential O bzw. Mp des Wechselstromkreises um die
is Durchiaßspannung Ud π·abweicht.
In der Fi g. 2 ist die Schaltung zur Konstantregelung der Verbraucherspannung ul ι nach unten abgesetzt von dem Wechselstromkreis dargestellt. Sie erhält eine Betriebsgleichspannung Ub von der Betriebswechselspannung l der Wechselstromquelle Q über einen Transformator 7Vmit nachgeschaltet:^ Brückengleichrichter B und über einen Vorwiderstar.i rl4. Diese Schaltung enthält wiederum einen als Soll-Istwert-Vergleicher ausgebildeten Differenzverstärker Vl, ferner eine dem Differenzverstärker Vl nachgeordnete Kippstuf: Kl mit einem Doppelbasistransistor T'l, welche in bekannter Weise als Impulsgenerator in Verbindung mit einem RC-Gli-d r 1, 7*1, Cl ausgeführt ist, welches einen gesteuerten ohmsrtien Widerstand, nämlich einen Transistor 7*1, enthält. Die Kippstufe erhält die Betriebsgleichspannung Ub über den Vorwiderstand r 14, der Differenzverstärker Vl erhält die Betriebsgleichspannung über den Vorwiderstand rl4 und eine Diode DIl.
J5 An einem Spannungsteiler mit den zwei ohmschen Widerständen r 15, r 16 der oben erwähnten Reihenschaltung von z. B. 390 kOhm und 27 kOhm wird ein Teil der Wechselspannung (Verbraucherspannung Ul i) erfaßt, und wie oben beschrieben durch eine Gieichrichterdiode D12 und einen Kondensator Cl gleichgerichtet und geglättet, einem der zwei Vergleichseingänge ues Differenzverstärkers Vl als geglättete Spannung Uc \ zugeführt. Dem Kondensator Cl ist ein ausreichend hochohmiger Ableitwiderstand rl7 von beispielsweise lOOkOhm parallelgeschaltet. Die Zeitkonstante dieses Parallel-/?C-Gliedes sei größer als eine Periode der Betriebswechselspannung u bemessen. Dann ist die Summe Uc \ + Uo η proportional dem Effektivwert von ul i. Eine stabilisierte glatte Gleichspannung Ue ι veränderbarer Spannungshöhe ist als Vergleichs- oder Sol'größe der Konstantregelung dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers Vl zugeführt. Derselbe Eingang ist mit dem Ausgang des Differ .ni;verstärkers Vl über einen Kondensator CX gekoppelt. Im Operationsbereich bildet der Differenzverstärker Vl am Ausgang eine Gleichspannung, deren Größenwert bei jedem Regelvorgang sich jeweils nach der Abweichung des Ist-Effektivwertes vom Sollwert, d. h. von der Höhe der Gleichspannung Ue ι bestimmt.
Das Bezugspotential der Verstärkerschaltung ist mit O bezeichnet und hängt mit dem konstantbleibenden Potential Mp der Wechselstromquelle Q zusammen. Der Ausgang des Differenzverstärkers Vl ist mit der vor der Diode 11 anstehenden Trapezspannung über einen Spannungsteiler, bestehend aus einem ohmschen Widerstand rll und einem den Basiswiderstand des Transistors 7*1 des mit der Kippstufe K 1 verbundenen /?C-Gliedes rl, Ti, Ci bildenden ohmschen Wider-
stand r 12 verbunden. Der ohmsche Widerstand rl ist der Emitterwiderstand. Die Kippstufe K 1. welche an der vor der Diode DIl anstehenden trapezförmigen Gleichspannung betrieben wird, enthält in Reihenschaltung mit dem Doppelbasistransistor T'\ sowie einem Basiswiderstand rl8 einen Impulsübertrager t/l, von welchem die Sekundärwicklung im Steuerstromkreis des Thyristorwechselstromstellers 1 liegt.
Durch die im Operationsbereich des Differenzverstärkers Vl am Ausgang sich bildende Gleichspannung wird über den Spannungsteiler r 11, r 12 der Transistor 7"1 des /?C-Gliedes rl. 7Ί, Cl auf einen der Höhe dieser Gleichspannung entsprechenden Widerstandswert gesteuert. Es stellt sich hierdurch die Ladezeitkonstante des /7C-Gliedes und damit der Zeitpunkt ein. bei welchem jeweils die Spannung am Kondensator CI die Emitterdurchbruchspannung des Doppelbasistransistors T'\ erreicht, der Kondensator über den Emitter wstrv T' 1 \ιηΛ s-lor» I mrtiilct iKt»t-l ro rr*»r / / I λπιΙιιιΙαιι τκίτ/Ί
und der Entladestrom als Zündimpuls auf den Steuerstromkreis des Triacs übertragen wird. Bei diesem Zusammenhang ergibt sich, daß sich der Steuerwinkcl des Thyristorwechselstromstellers 1 nach einem durch die Höhe der Gleichspannung Ui ι vorgegebenen Effektivwert von u,., eingestellt und daß mit dieser Gleichspannung der Effektivwert der Wechselspannung (Verbraucherspannung u/. i) linear verändert werden kann. Dadurch, daß der Differenzverstärker Vl durch die kapazitive Kopplung des Ausganges mit dem Soll-Eingang Integrationsverhalten erhält, wird durch die Spannung am Ausgang von Vl der Transistor Π so gesteuert, daß ein nahezu konstanter Strom durch das ftC-Glied rl I. Π. Cl fließt, so daß die Spannung von Cl zeitlinear in den Ladezyklen zunimmt und die Zündimpulse für den Thyristor des Thyristorwechselstromstellers 1 entsprechend zeitgenau werden. Außerdem braucht die Zeitkonstante des Parallel-KC-Gliedes Cl. rl7 nicht erheblich größer als eine Periode der Betriebswechselspannung ugewählt zu werden.
Es wird als ein Vorteil der Erfindung angesehen, daß der Effektivwert der Wechselspannung (Verbraucherspannung Ul i) unabhängig von Schwankungen und Veränderungen der Betriebswechselspannung u konstantgehalten wird und dabei in einem linearei Zusammenhang mit der Gleichspannung Ur. ι steht, un< daß dieser Zusammenhang bei Soll-Istwert-Verglei chung der über eine zusätzliche Diode O 12' einandc ι entgegengeschalteten Gleichspannungen (Spannunj Uc ι und Gleichspannung Ut ,) sogar proportional isi Der Zusammenhang ergibt sich aus dem Bestehen de proportionalen Beziehung Uc ι + Un η (Ui. \)rn sowii dadurch, daß der Effektivwert der Wechselspannunj
κι (Verbraucherspannung Ul i) jeweils nach dem Größen wert einer glatten, stabilisierten Gleichspannung Uf eingestellt wird. Wird U1 \ mit Hilfe des cinstellbarei Widerstandes r 16 genau in bezug auf Ui ι abgeglicher so ist der Effektivwert von ο/ ι bei schwankende
r> Betriebswechselspannung u sehr gut konstant. Abwei chend hiervon ist die Schaltung, wenn r16 zu kleii eingestellt wird, überkompensiert, d.h. es nimmt de Effektivwert zu bei absinkender Betricbswechselspan ηιιηΐτ ti I Imcy«>lf fahrt vPrhält cir*h Apr Ffff>L·livu/prt hpi in
2\i Sinne der vorangehenden Erläuterung unterkompen sierter Schaltung.
Es sei hier abschließend noch erwähnt, daß die obei beschriebene Schaltung mit einem Thyristor-Wechsel stromsteller verwendbar ist zur Konstantregelung de
-> Effektivwertes einer sinusförmigen Wechselgröße be liebiger Höhe und beliebigen Anschnittwinkels. Fv können aber auch in mehreren Wcchsclstromkreisct vorhand ne Verbraucherspannungen ui. ι. «ι. 2. "/. j usw im Effektivwert mittels jeweils eines Thyristorwechsel
1» Stromstellers 1, 2, 3 usw. konstantgeregelt werden mi Hilfe von entsprechend vielen, diesen Stromkrcisei einzeln zugeordneten Schaltungen nach Fig. 1. Dii Betriebsgleichspannungen UB dieser Schaltungen kön nen von der Betriebswechselspannung u einer gemein
J) samen Wechselstromquelle ζ) über einen gemeinsamei Transformator Tr und einen gemeinsamen Brücken gleichrichter B abgeleitet sein und sind dann diesel Schaltungen über eigene Vorwiderstände r 14. r24. r3' usw. sowie eigene Dioden DH, D21, D31 usw
■ti) zugeführt. Durch diese Dioden sowie einen ausreichen großen Kondensator K sind die Schaltungen in de Spannungsversorgung mit der Betriebsgleichspannunj Ub voneinander entkoppelt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Schaltung zur Konstantregelung des Effektivwertes einer Wechselgröße nach der Höhe einer den Soll-Effektivwert darstellenden Gleichspannung mittels eines Thyristor-Wechselstromstellers durch von einem Soll-Istwert-Vergleicher beeinflußte Phasenanschnittsteuerung des Thyristor-Wechselstromstellers, bei der die Wechselgröße zur Aufbereitung eines Istwertes für die Konstantregelung gleichgerichtet wird, gekennzeichnet durch eine die Wechselgröße (Verbraucherspannung ul i) erfassende Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes (r 15), einer Gleichrichterdiode (D 12) und eines Kondensators (CX) mit einem Parallelwiderstand (r 17), bei welcher Reihenschaltung ein Nebenstrompfad mit einem stellbaren Widerstand (V 16) zu der Gleichrichterdiode (D 12) und dem Kondensator (CX) gebildet ist, und daß eine den Effektivwert der Wechselgröße darstellende, gleichgerichtete and geglättete Spannung (Uc ι) am Kondensator (CX) abgreifbar und dem Ist-Eingang des Soll-Istwert-Vergleichers (Differenzverstärker Vl) zugeführt ist.
2. Schaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Effektivwert der Wechselgröße darstellende, gleichgerichtete und geglättete Spannung (Uc ι + Ud ir) am Kondensator (C 1) und über eine Gleichrichterdiode (D VZ) abgreifbar ist und dem Ist-Eingang des Soll-Istwert-Vergleichers (Differenzverstärker Vi) zugeführt ist, die der Gleichrichter diode (D 12) gleich und mit dieser in der Reihenschaltung g!eichsin:::g gepolt ist.
3. Schaltung nach Ansnruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine die WechselgrcSjS (uL ι) über einen Transformatorwandler mit nachgeordneter Gleichrichterschaltung erfassende Reihenschaltung (V 15, D12, r 17, Cl).
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