DE2536938C2 - Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Ausgangsspannung eines netzgeführten Thyristorregelgerätes - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Ausgangsgleichspannung eines netzgeführten Thyristorregelgerätes, das in Abhängigkeit von der Regelabweichung der Ausgangsspannung durch Impulse mit veränderbarem Zündwinkel gesteuert ist, mit einem Sägezahngenerator zur Erzeugung einer mit der Eingangswechselspannung synchronisierten, jeweils im Nulldurchgang der Eingangswechselspannung beginnenden Sägezahnspannung und mit einem Spannungskomparator, der die Sägezahnspannung und die verstärkte Regelabweichung miteinander vergleicht und jeweils bei Gleichheit ein Schaltsignal abgibt, das die Abgabe eines Zündimpulses veranlaßt, und mit einem am Ausgang angeordneten i.C-Siebglied.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits bekannt (Siemens-Zeitschrift 1964, Seiten 252,253).

Bei schaltenden Gleichspannungs-Regelgeräten mit mittelwertbildendem LC-Sieb in der Regelstrecke und dem unvermeidlichen Totzeitanteil des Regelumsetzers können aus Stabilitätsgründen bestmögliche dynamische Regeleigenschaften nur mit relativ kleiner statischer Kreisverstärkung erzielt werden. Periodische Last- bzw. Eingangsspannungsschwankungen verursachen dann minimale dynamische Regelabweichungen.

Eine hohe statische Regelgenauigkeit läßt umgekehrt keine gute Dynamik zu. Zur Erzielung von StabiHtät muß hier die Verstärkung des Regelkreises ab einer bestimmten Frequenz durch Gegenkopplung des analogen Regelverstärkers abgesenkt werden. Diese Maßnahme bedingt einen zusätzlichen Phasengang, wodurch das dynamische Regelverhalten verschlechtert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Stabilisierungsschaltungen der eingangs genannten Art auch bei kleiner Kreisverstärkung eine gute Langzeitkonstanz der geregelten Ausgangsspannung bei statischen Eingangsspannungsänderungen zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Ladeeinrichtung für einen die Sägezahnspannung abgebenden Kondensator eines im Sägezahngenerator enthaltenen ÄC-Gliedes vorgesehen ist, über die der Kondensator jeweils im Nulldurchgang der Eingangswechselspannung mit gegenüber der Entladezeitkonstante des /?C-Gliedes kleiner Ladezeitkonstante durch kurzzeitige Anschaltung einer Hilfsgleichspannung an den Ladekreis aufgeladen wird, die durch Gleichrichtung und Glättung von der ungeregelten Eingangswechselspannung abgeleitet ist und dieser proportional ist. Diese als Spannungs-Störgrößenaufschaltung wirkende Anordnung verursacht bei Netzspannungsänderungen eine Amplitudenänderung der Sägezahnspannung und somit eine Verschiebung des Zündzeitpunktes der Thyristoren ohne Reglereingriff. Der Verlauf der Sägezahnspannung weist eine sehr steile Anstiegsflanke und einen flachen Abfall auf. An der unteren Grenze des Eingriffbereiches durch die Störgrößenaufschaltung, d. h. bei kleinster vorkommender Netzspannung erfolgt die Zündung der Thyristoren in der Nähe des Netzspannungs-Nulldurchganges. Mit steigender Netzspannung ist zur Konstanthaltung des Halbwellenmittelwertes eine Zündzeitverschiebung erforderlich, die sich nicht genau proportional mit der Eingangsspannung ändert. Um eine optimale Kompensation von Eingangsspannungsänderungen zu erreichen, ist es vorteilhaft, die Entladezeitkonstante des Kondensators und die maximal auftretende Sägezahnspannung aufeinander abzustimmen.

Dazu erfolgt die Anschaltung des Kondensators des RC-Gliedes an die Hilfsgleichspannung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung über eine Reihenschaltung aus einem Schutzwiderstand und einer Zenerdiode mittels eines von der Netzspannung gesteuerten Schalttransistors.

Es ist bereits bei einer insbesondere für Regelkreise verwendbaren Schaltungsanordnung zur Phasenanschnittssteuerung an sich bekannt, eine Ladeeinrichtung

für einen die Sägezahnspannung abgebenden Kondensator eines im Sägezahngenerator enthaltenden RC-Gliedes vorzusehen, über die jeweils der Kondensator im Nulldurchgang der Eingangswechselspannung mit gegenüber den Entladezeitkonstante des WC-Gliedes kleiner Ladezeitkonstante durch kurzzeitige Anschaltung einer Hilfsspannung an den Ladekreis aufgeladen wird. Die Hilfsgleichspannung ist hier unabhängig von der Eingangswechselspannung (Der Elektroniker 1973 Nr. 1, Seiten ELl bis EL8, insbes. Bild 2b).

Es ist außerdem bei einer Schaltungsanordnung zur Impulsbreitensteuerung mittels einer Sägezahnspannung und einer der Regelabweichung proportionalen Spannung, die auf die beiden Eingänge eines Spannungskomparators geführt sind, an sich bekannt, eine Störgrößenaufschaltung der Eingangsspannung dadurch zu erreichen, daß die Steigung der einen Flanke der Sägezahnspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung geändert wird. Diese bekannte Schaltungsanordnung dient zur Steuerung eines Gleichspannungswandlers. Der Kondensator des Sägezahngenerators wird hierbei über einen Widerstand von der Eingangsgleichspannung des Gleichspannungswandlers mit einer Zeitkonstante aufgeladen, die groß gegenüber der Entladezeitkonstante ist (DT-OS 19 61 705). _2J

Die Erfindung wird anhand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert.

In F i g. 1 ist ein netzgeführtes Thyristorregelgerät im Prinzip dargestellt.

Die F i g. 2 zeigt die Schaltung einer Regeleinrichtung für den Thyristorregler.

In Fig.3 ist ein Impulsdiagramm verschiedener Spannungen bzw. Impulsfolgen des Thyristorreglers dargestellt.

An der Primärwicklung eines Netztransformators TrI (F i g. 1) liegt die nicht geregelte Netzwechselspannung als Eingangsspannung der Thyristorregelschaltung. An die Sekundärseite des Transformators ist eine gesteuerte Brückengleichrichterschaltung, bestehend aus den Thyristoren Th 1, Th 2 und den Dioden D1, D 2 angeschlossen. Den Ausgang der Brückenschaltung bildet eine LC-Siebschaltung Dr, C, an der die geregelte Ausgangsspannung Ua abgenommen wird. Die Thyristoren Th 1, ΓΛ2 werden in Abhängigkeit von der Regelabweichung der Ausgangsspannung gesteuert, ^₅ Die Verstärkung und Umsetzung der Regelabweichung in zündwinkelgesteuerte Impulse für die Thyristoren erfolgt in der Regeleinrichtung Rg.

Die aus sechs Funktionseinheiten bestehende Regeleinrichtung Rg wird von einem eingangsseitig mit der jo Netzwechselspannung verbundenen Transformators Tr2 (Fig.2) mit drei Hilfsspannungen versorgt. Eine Sekundärwicklung a des Transformators Tr2 liefert über eine Gieichrichterbrückenschaltung ßdie Versorgungsspannung für einen Regelverstärker Rv, einen Sägezahngenerator und einer Schaltung zur Erzeugung einer Trittgrenze.

Eine zweite Sekundärwicklung b liefert über eine Gleichrichtermittelpunktschaltung eine Spannung für die Erzeugung der Zündimpulse. Ein Spannungskomparator K und ein Impulsverteiler Jv werden aus einer weiteren, in F i g. 2 nicht dargestellten Spannungsquelle versorgt.

Der Regelverstärker Rv, der eingangsseitig an die geregelte Ausgangsspannung des Thyristorreglers angeschlossen ist, bildet aus der Regelgröße LJa durch Istwert- und Sollwertvergleich eine Regelspannung u« und beaufschlagt damit einen ersten Eingang des Spannungskomparators K.

Der Sägezahngenerator besteht aus einer Reihenschaltung, die von einem Kondensator Cs, einem Schutzwiderstand Rs, einer von einer Zenerdiode ZD gebildeten Spannungsschwelle und der Kollektor-Emitterstrecke einer Schalttransistorkaskade T2 gebildet ist, und einem dem Ladekondensator Cs parallel geschalteten Entladewiderstand Re und einem Transistor 71. Die Reihenschaltung liegt an einer der Eingangswechselspannung des Thyristorreglers proportionalen, durch Gleichrichtung und Glättung von der Eingangswechselspannung abgeleiteten Hilfsgleichspannung. Die Erzeugung einer Sägezahnspannung u_s mit Störgrößenaufschaltung erfolgt durch Aufladung des Kondensators Cs mit steiler Flanke, wenn die Schalttransistorkaskade 72 über den Steuertransistor 71 im Bereich des Netzspannungs-Nulldurchgangs leitend gesteuert wird und durch nachfolgende langsame Entladung über den festen Widerstand Re. Der Steuertransistor 71 wird über die Triggerleitung Tg mti der doppelten Netzfrequenz geschaltet. Der Ausgang des Sägezahngenerators ist mit einem zweiten Eingang des Spannungskomparators K verbunden. Hier erfolgt die Umsetzung der Regelspannung u« in eine Pulsfolge Up von doppelter Netzfrequenz und variablem Tastgrad durch Vergleich mit der Sägezahnspannung u_s. Die veränderlichen positiven Impulsflanken bestimmen die Zündzeitpunkte der Thyristoren Th 1 und 7Λ2.

Die breitenmodulierte Pulsfolge u_p gelangt vom Ausgang des Spannungskomparators an je einen Eingang der Nand-Schaltglieder Gl, G 3 der Impulsverteilerstufe Iv. Die Nand-Schaltglieder werden an je einem weiteren Eingang abwechselnd durch zwei gegeneinander um 180° versetzte netzsynchrone Pulsfolgen u_v\ und u_V2 verriegelt. Die Pulsfolgen werden mittels der Transistoren 75 und 76 erzeugt, die über die abwechselnd stromführenden Dioden D 3, D 4 der Brückenschaltung B mit der Netzfrequenz gesteuert werden. Die so erzielte Aufteilung der Impulse u_p führt nach Invertierung in den Schaltgliedern G 2, G 4 zu den Spannungen u\ und u2 für die Ansteuerung der Transistoren 77, 78 in der Zündimpulserzeugerschaltung. Die Transistoren 77 und 78 schalten die Primärwicklung der Zündimpulsübertrager Ül, Ü2 abwechselnd an die Kondensatoren Cl, C2, deren Ladungen auf der Sekundärseite der Zündimpulsübertrager Stromimpulse U\ und /_Z2 für die Zündung der Thyristoren Th 1 und Th 2 auslösen. Die Aufladung der Kondensatoren erfolgt abwechselnd in der jeweils vorausgehenden Halbwelle der Netzspannung aus der Mittelpunktschaltung der Sekundärwicklung b des Transformators Tr 2. An den Kondensatoren Cl und C2 entsteht ein pulsierender Spannungsverlauf u_z) und

Damit während der kurzen Aufladung des Kondensators Cs im Sägezahngenerator Fehlzündungen der Thyristoren verhindert werden, ist eine Schaltstufe zur Erzeugung einer Trittgrenze vorgesehen, die mittels der Transistoren 73, 74 den Ausgang des Spannungskomparators K auf Potential Null hält. Die Ladezeitkonstante des Kondensators Cs ist durch entsprechende Dimensionierung eines Spannungsteilers R 1, R 2 in der Triggerleitung Tg so bemessen, daß sie größer ist als eine unvermeidbare Zeit der Überschneidung der Impulse u_v \ und u„₂ in der Impulsverteilerstufe Jv.

In Fig.3 sind in einem Impulsdiagramm alle wichtigen Spannungen, die in der Beschreibung zu F i g. 2 erwähnt sind, dargestellt. Ausgegangen wird von

den sinusförmigen Halbwellen der gleichgerichteten Netzwechselspannung. Darauf folgt die Darstellung der Überlagerung der verstärkten Regelgleichspannung Ur mit der Sägezahnspannung u_s. Die Bezeichnung aller weiteren Spannungsverläufe ist in Übereinstimmung mit der Beschreibung der Regeleinrichtung nach F i g. 2.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

"X-I *··" ι

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Ausgangsgleichspannung eines netzgeführten Thyristorregelgerätes, das in Abhängigkeit von der Regelabweichung der Ausgangsspannung durch Impulse mit veränderbarem Zündwinkel gesteuert ist, mit einem Sägezahngenerator zur Erzeugung einer mit der Eingangswechselspannung synchroni- to sierten, jeweils im Nulldurchgang der Eingangswechselspannung beginnenden Sägezahnspannung und mit einem Spannungskomparator, der die Sägezahnspannung und die verstärkte Regelabweichung miteinander vergleicht und jeweils bei Gleichheit ein Schaltsignal abgibt, das die Abgabe eines Zündimpulses veranlaßt, und mit einem am Ausgang angeordneten LC-Stebglied, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ladeeinrichtung für einen die Sägezahnspannung abgebenden Konden- jo sator (Cs) eines im Sägezahngenerator enthaltenen /?C-Gliedes vorgesehen ist, über die der Kondensator (Cs) jeweils im Nulldurchgang der Eingangswechselspannung mit gegenüber der Entladezeitkonstante des /?C-Gliedes kleiner Ladezeitkonstan- te durch kurzzeitige· Anschaltung einer Hilfsgleichspannung an den Ladekreis aufgeladen wird, die durch Gleichrichtung und Glättung von der ungeregelten Eingangswechselspannung abgeleitet ist und dieser proportional ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschaltung des Kondensators (Cs)des flC-Gliedes an die Hilfsgleichspannung über eine Reihenschaltung aus einem Schutzwiderstand (Rs) und einer Zenerdiode (ZD) mittels eines von der Netzspannung gesteuerten Schalttransistors (T2) erfolgt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Spannungskomparators (K) während der Ladezeit des Kondensators (Cs) des flC-Gliedes durch eine Transistorstufe (T3, Γ 4) auf Potential Null geschal tet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladezeit des ÄC-Gliedes (Rs, Re, Cs) größer bemessen ist als die unvermeidbare Überschneidungszeit von zwei von der Netzspannung abgeleiteten um 180° gegeneinander phasenverschobenen netzsynchronen Impulsfolgen, mit denen je ein Eingang von zwei Nand-Schaltgliedern (GX, G 3) eines Impulsverteilers (Jv) für die Zündimpulse beaufschlagt ist.