DE2611553A1

DE2611553A1 - Schaltungsanordnung zur spannungsregulierung

Info

Publication number: DE2611553A1
Application number: DE19762611553
Authority: DE
Inventors: Kazuo Ichikawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1975-03-20
Filing date: 1976-03-18
Publication date: 1976-09-23
Also published as: US4031458A; JPS51109452A

Description

betreffend
Schaltungsanordnung zur Spannungsregulierung.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregulierung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte derartige Schaltungsanordnungen sind in Fig. 1 und 3 gezeigt. Gemäss Fig. 1 ist an die beiden Klemmen 1a und 1b einer Wechselspannungsquelle 1 eine Serienschaltung angeschlossen, welcher eine Last 2 und einen Zweiweg-Thyristor 3 (TRIAC) mit drei Elektroden umfasst, von denen mit 4 und 5 die Anoden oder Kathoden bzw. Stromelektroden und mit 6 die Steuerelektrode, .bzw. Gate-Elektrode bezeichnet sind. Dem Zweiweg-Thyristor 3 ist eine Zeitkonstantenschaltung in Form eines R-C-Seriengliedes aus einem einstellbaren Widerstand 7 und einem Kondensator 8 zugeordnet, wobei das eine Ende des Widerstandes 7 mit der einen Stromelektrode 4 des Zweiweg-Thyristors 3 und der eine Anschluss des Kondensators 8 mit der zweiten Stromelektrode 5 des Zweiweg-Thyristors 3 verbunden sind. Der Verbindungspunkt 9 des R-C-Seriengliedes zwischen dem Widerstand 7 und dem Kondensator 8 ist über eine Zweiweg-Diode 10 (DIAC) zur Erzeugung eines Triggerimpulses mit der Steuerelektrode 6 des Zweiweg-Thyristors verbunden.

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Bei dieser üblichen Schaltungsanordnung befindet sich der Zweiweg-Thyristor 3 anfänglich im nicht-leitenden Zustand, so dass der Kondensator 8 durch einen über den Widerstand 7 fliessenden Strom aufgeladen wird. Wenn die Spannung am Kondensator 8 eine Kniespannung der Zweiweg-Diode 10 erreicht, wird letztere leitend und führt der Steuerelektrode 6 synchron mit jeder Halbwelle der Quellenfrequenz einen Triggerimpuls zu. Hierdurch wird eine leitfähige Verbindung zwischen den Stromelektroden 4 und 5 hergestellt, so dass ein Stromfluss von der Quelle durch die Last 2 und den Thyristor 3 auftritt. Der Phasenwinkel oder die Phasenlage, bei welcher während jeder Halbwelle des Wechselstromes ein Triggerimpuls erzeugt wird, kann durch Veränderung der Zeitkonstante des R-C-Seriengliedes 7, 8 geändert und dadurch der Stromflusswinkel des Zweiweg-Thyristors 3 gesteuert werden. Auf diese Weise wird der Effektivwert der Wechselspannung an der Last 2 reguliert.

Eine andere bekannte Schaltungsanordnung gemäss Fig. 3 umfasst einen Zweiweg-Gleichrichter 18 aus vier Dioden 18a bis 18d in Brückenschaltung, dessen Eingangsklemmen 19a und 19b in Serie mit einer Last 22 an eine Wechselspannungsquelle 21 angeschlossen sind. An die Ausgangsklemmen 20a und 20b des Zweiweg-Gleichrichters 18 ist ein Einweg-Thyristor 23 angeschlossen. Diesem ist eine Zeitkonstantenschaltung zugeordnet, welcher eine -R-C-Serienschaltung aus einem einstellbaren Widerstand 27 und einem Kondensator 28 umfasst. Der Widerstand 27 ist mit einem Ende an die Anode 24 des Thyristors 23 und der Kondensator 28 mit einem Ende an die Kathode 25 des Thyristors 23 angeschlossen. Der Verbindungspunkt 29 zwischen dem einstellbaren Widerstand 27 und dem Kondensator 28 ist mit der Steuerelektrode 26 des Thyristors 23 über eine Einweg-Thyristor-Diode 30 verbunden, welche zur Erzeugung von Triggerimpulsen dient.

Die Wirkungsweise der bekannten Schaltungsanordnung gemäss Fig. 3 ist derjenigen gemäss Fig. 1 ähnlich. Anfänglich

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wird der Kondensator 28 über die Last 22 und den einstellbaren Widerstand 27 aufgeladen. Wenn die Spannung am Kondensator eine Kniespannung der Thyristor-Diode 30 erreicht, wird letztere leitend und führt der Steuerelektrode 26 des Thyristors synchron mit jeder Halbwelle der Quellenfrequenz jeweils einen Triggerimpuls zu. Hierdurch wird eine leitfähige Verbindung zwischen der Anode 24 und der Kathode 25 bzw. zwischen den Stromelektroden des Thyristors 23 geschaffen, über welche ein Strom von der Spannungsquelle 21 durch die Last 22 fliessen kann. Indem die Zeitkonstante des R-C-Seriengliedes 27, verändert und dadurch der Phasenwinkel geändert wird, bei welchem ein Triggerimpuls während jeder Halbwelle der Wechselspannung erzeugt wird, kann der Stromflusswinkel des Thyristors 23 gesteuert und entsprechend der Effektivwert der Wechselspannung an der Last 22 reguliert werden.

Die erläuterten, bekannten Schaltungsanordnungen haben allerdings den Nachteil, dass bei einem Anstieg der Speisespannung auch der Ladestrom des Kondensators 8 bzw. 28 ansteigt, wodurch die Kniespannung des Triggerelementes, nämlich entweder der Zweiweg-Diode 10 oder der Thyristor-Diode früher erreicht wird mit der Folge, dass sich der Stromflusswinkel des Thyristors 3 bzw. 23 vergrössert. Dies verursacht eine unerwünschte Erhöhung der Effektivspannung an der Last 2 bzw. 22. Bei einer Abnahme der Speisespannung nimmt die Effektivspannung an der Last 2 bzw. 22 ebenfalls ab. Auf diese Weise führt eine SpannungsSchwankung der Spannungsquelle zu einem verstärkten Einfluss auf die Effektivspannung an der Last. Bei einer Versuchsanordnung, bei welcher eine Speisespannung von 100 Volt verwendet und die Effektivspannung an der Last durch entsprechende Wahl der Schaltungsparameter auf 30 Volt eingestellt worden war, führte eine Abweichung von ίΐθ % von der Nennspannung von 100 Volt zu einer Änderung der Effektivspannung an der Last 2, die den hohen Wert von ±100 % des eingestellten Wertes von 30 Volt hatte.

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Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Schaltungsanordnungen so auszugestalten, dass Schwankungen der Speisespannung die Effektivspannung an der Last möglichst wenig beeinflussen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit der im Anspruch und bezüglich alternativer Ausgestaltungen in den Unteransprüchen gekennzeichneten Schaltungsanordnung gelöst.

Bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ist eine Konstantspannungsdiode zur Stabilisierung der Klemmenspannung der Zeitkonstantenschaltung vorgesehen. Zur Betätigung des Triggerelementes wird die Spannungsdifferenz zwischen der Spannung am Kondensator der Zeitkonstantenschaltung und der Spannung am Verbindungspunkt des Spannungsteilers verwendet. Da die bekannte Schaltungsanordnung nur um einige wenige, einfache Bauteile, wie Konstantspannungsdiode, Widerstand und Kondensator, vermehrt ist, ergibt sich bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung praktisch keine Vergrösserung des Schaltungsaufwandes und der Kosten.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand zweier schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer bereits erläuterten, bekannten Schaltungsanordnung;

Fig. 2 das Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung, welche, auf der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 beruht;

Fig. 3 das Schaltbild der anderen, bereits erläuterten bekannten Schaltungsanordnung;

Fig. 4 das Schaltbild einer anderen Schaltungsanordnung nach der Erfindung, welche auf der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 beruht.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, welche durch Ausgestaltung der bekannten Schaltungsanordnung zur

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Spannungsregulierung gemäss Fig. 1 entstanden ist. Gemäss Fig. ist ein Ohm'scher Spannungsteiler aus zwei in Serie geschalteten Widerständen 11 und 12 dem Zweiweg-Thyristor 3 parallelgeschaltet. Ausserdem ist eine Serienschaltung aus einem Widerstand 15 und einer Zweiweg-Konstantspannungsdiode 16 dem Spannungsteiler parallelgeschaltet, wobei der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 15 und der Diode 16 mit einem Ende der Zeitkonstantenschaltung verbunden ist. Zusätzlich ist ein Kondensator 14 zwischen der Steuerelektrode 6 des Zweiweg-Thyristors 3 und dem Verbindungspunkt 13 zwischen den Widenständen 11 und 12 des Spannungsteilers eingefügt. Die Zweiweg-Diode 10 ist an die Verbindungspunkte 9 und 13 angeschlossen. Die Zehnerspannung oder Schwellenspannung der Zweiweg-Konstantspannungsdiode 16, die Kniespannung der Zweiweg-Diode 10 und die Werte der Widerstände 7, 11 und 12 sowie des Kondensators 8 sind derart gewählt, dass bei einem Schwanken der Spannungsquelle 1 die Aufladegeschwindigkeit des Kon'densators 8 unverändert bleibt, und zwar obwohl die Spannung am Widerstand 12 sich im gleichen Maß wie die Spannungsschwankung ändert. Dies hat zur Folge, dass die Zeit bis zum Erreichen der Kniespannung der Zweiweg-Diode 10 mit zunehmender Speisespannung zunimmt, da die Spannung am Widerstand 12 zunimmt. Umgekehrt nimmt diese Zeit bei einem Abfall der Speisespannung ebenfalls ab. Mit anderen Worten verringert sich der Stromflusswinkel bzw. die Stromflusszeit des Thyristors 3 und damit die Effektivspannung an der Last 2, wenn die Speisespannung ansteigt, und vergrössert sich mit der Folge einer Vergrösserung der Effektivspannung an der Last 2, wenn die Speisespannung absinkt. Als Ergebnis folgt hieraus eine verringerte Schwankung der Effektivspannung an der Last 2 beim Auftreten von Spannungssöhwankungen der Speisequelle.

Bei einer Versuchsanordnung wurde eine Speisespannung von 100 Volt verwendet und durch entsprechende Wahl der Schaltungsparameter eine Effektivspannung an der Last 2 von 30 Volt eingestellt. Bei Änderungen der Speisespannung von ±10 # des

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Nominalwertes von 100 Volt blieb die entsprechende Änderung der Effektivspannung an der Last 2 innerhalb eines Bereiches von Ϊ5 % des gewünschten Wertes von 30 Volt. Durch geeignete Wahl der Werte der Widerstände 11 und 12 ist es auch möglich, bei einem ausgewählten Wert eine Änderung der Effektivspannung an der Last 2 vollständig zu beseitigen.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, welche auf der bekannten Schaltungsanordnung gemäss Fig. 3 fusst. Hier ist ein Ohm'scher Spannungsteiler aus zwei in Serie geschalteten Widerständen 31 und 32 dem Einweg-Thyristor 23 parallelgeschaltet. Eine Serienschaltung aus einem Widerstand 35 und einer Einweg-Konstantspannungsdiode 36 ist parallel zum Spannungsteiler angeschlossen. Ausserdem ist ein Kondensator 34 zwischen die Steuerelektrode 26 des Thyristors 23 und den Verbindungspunkt 33 zwischen den Widerständen 31 und 32 des Spannungsteilers eingefügt, wobei die Einweg-Thyristor-Diode 30 unmittelbar an die Verbindungspunkte 33 und 29 angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 35 und der Diode 36 ist an ein Ende der Zeitkonstantenschaltung angeschlossen.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 4 gleicht derjenigen nach Fig. 2. Die Zeit bis zum Erreichen der Kniespannung der Thyristor-Diode 30 nimmt bei einem Anstieg der Speisespannung zu, da hierbei auch die Spannung am Widerstand 32 zunimmt. Umgekehrt nimmt diese Zeit bei einem Absinken der Speisespannung ab. Als Ergebnis stellt sich eine Beeinflussung des Stromflusswinkels des Thyristors derart ein, dass jede Schwankung der Effektivspannung an der Last 22 auf einem Minimum gehalteri ist.

/Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

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(Λ.j Schaltungsanordnung zur Spannungsregulierung nach dem Prinzip der Phasenanschnittsteuerung, bei welcher die Serienschaltung einer Last und eines Thyristors an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen, dem Thyristor eine Zeitkonstantenschaltung mit einem an seine Stromelektroden angeschlossenen R-C-Serienglied mit einstellbarem Widerstand zugeordnet und der Verbindungspunkt des R-C-Seriengliedes zwischen seinem Kondensator und seinem einstellbaren Widerstand über ein Triggerelement mit der Steuerelektrode des Thyristors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass an die beiden Stromelektroden (4, 5; 24, 25) des Thyristors (3; 23) ein Spannungsteiler aus zwei in Serie liegenden Widerständen (11, 12; 31» 32) angeschlossen ist, deren Verbindungspunkt (13;· 33) über einen Kondensator (14; 34) mit der Steuerelektrode (6; 26) des Thyristors verbunden ist, wobei das Triggerelement (10; 30) zwischen diesem Verbindungspunkt und dem Verbindungspunkt (9; 29) des R-C-Seriengliedes (7, 8; 27, 28) liegt, dass zwischen die eine Stromelektrode (4; 24) des Thyristors und den einstellbaren Widerstand (7; 27) ein weiterer Widerstand (15; 35) eingefügt ist, und dass der Zeitkonstantenschaltung eine Konstantspannungsdiode (16; 36) parallelgeschaltet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichn et , dass ein Zweiweg-Thyristor (3), eine Zweiweg-Diode (10) als Triggerelement und eine Zweiweg-Konstantspannungsdiode (16) vorgesehen sind.

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3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass ein Einweg-Thyristor (23) vorgesehen und zwischen diesem und der Wechselspannungsquelle (21) ein Zweiweg-Gleichrichter (18) eingefügt ist, dass das Triggerelement eine Einweg-Thyristor-Diode (30) ist, dass eine Einweg-Konstantspannungsdiode (36) vorgesehen ist und dass der weitere Widerstand (35) zwischen die Anode (24) des Thyristors und den einstellbaren Widerstand (35) eingefügt ist.

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