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Kennwort: "altleiter"
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Schaltungsanordnung zur Steuerung von elektrischen Stromverbrauchern
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von elektrischen Geräten,
beispielsweise Drehzahlsteuerung von Motoren, elligkeitssteuerung von Lampen od.
dgl. mit einer Phasenanschnittssteuerung, die einen elektronischen Leistungsschalter,
wie Triac, aufweist, der in jeder Halbwelle der angelegten Wechselspannung über
einen einstellbaren Widerstand, einen aufladbaren Kondensator und einen Diac zeitabhängig
ansteuerbar ist. Derartige Schaltungsanordnungen werden für die unterschiedlichsten
Zwecke verwendet.
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Es hat sich nun gezeigt, daß derartige Schaltungsanordnungen eine
Reihe von Nachteilen aufweisen. Insbesondere beim Einschaltvorgang ergibt sich eine
zu hohe Strombelastung für das Netz, so daß leicht die Sicherungen durchbrennen.
Darüberhinaus ist der Steuerbereich relativ eng, da bei geringen Drehzahlen der
Motoren bzw. geringer Helligkeit der Lampen schon geringe Störungen im Netz den
Motor zum Stillstand bzw. die Lampen zum Erlöschen bringen. Schließlich werden beispielsweise
bei Überbelastung der Motoren einzelne Bauteile der Schaltungsanordnung leicht zerstört.
Es sind zwar schon für einzelne Schaltanordnungen Stromanlaufbegrenzungen oder Sicherungen
mechanischer oder elektronischer Bauart vorgesehen. Diese sind jedoch in Hinblick
auf ihre Kosten bzw. in Hinblick auf ihre bauliche Größe zu aufwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die überaus betriebssicher und insbesondere beim Einschaltvorgang
eine zu starke Belastung des Stromnetzes und somit eine Zerstörung von Sicherungen
verhindert, wobei eine solche Schaltungsanordnung einen einfachen, insbesondere
einen raumsparenden Aufbau aufweist und leicht und kostensparend herzustellen sein
soll. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Anschlußstelle der Steuerleitung
des elektronischen Leistungsschalters zwischen als einem Widerstand und einem/Kaltleiter
ausgebildeten temperaturabhängigen Widerstand liegt, wobei die Reihenschaltung bestehend
aus Widerstand und Kaltleiter als Spannungsteiler ausgebildet ist. Durch die Verwendung
und eine solche Anordnung des Kaltleiters ist sichergestellt, daß beim Einschalten
des Stromverbrauchers der Leistungsschalter in jeder Halbwelle erst relativ spät
durchgesteuert wird und somit der Stromverbraucher nur eine geringe Leistung dem
Netz entnimmt. Sobald nun der Kaltleiter aufgeheizt ist und einen beträchtlich höheren
Widerstand einnimmt, gibt der Stromverbraucher entsprechend der Einstellung des
als Potentiometer ausgebildeten veränderlichen Widerstandes die geforderte Leistung.
Hierbei ist es günstig, wenn die Reihenschaltung bestehend aus Widerstand und Kaltleiter
parallel zur Reihe bestehend aus Stromverbraucher und Leistungsschalter geschaltet
ist.
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Um nun bei geringer Drehzahl von Motoren bzw. geringer Helligkeit
von Lampen einen einwandfreien Betrieb sicherzustellen, empfiehlt es sich, daß der
als Potentiometer ausgebildete einstellbare Widerstand einen Spannungsteiler bildet,
der mit seinem einen Ende an der Anschlußstelle der Steuerleitung und mit seinem
anderen Ende über einen einen erheblich höheren Widerstandswert als der erste Widerstand
aufweisendenzweite«Widerstand am Netzanschluß oder zwischen Stromverbraucher und
Leistungsschalter
liegt, während die Anschlußstelle für den einstellbaren
Widerstand des Potentiometers an der Steuerleitung zur Seite des Leistungsschalters
hin angeordnet ist. Ilierbei ist es günstiq, wenn parallel zum Stromverbraucher
und dem Leistungsschalter oder parallel zum Leistungsschalter eine Reihenschaltung
bestehend aus dem zweiten Widerstand und einem Kondensator geschaltet ist, wobei
die Anschlußstelle des Potentiometers zwischen dem Widerstand und dem Kondensator
angeschlossen ist.
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Durch das aus dem zweiten Widerstand und dem Kondensator gebildete
Zeitglied wird ein einwandfreier Betrieh des Stromverbrauchers selbst bei geringer
Leistunqsabgabe gewährleistet, ohne daß bei plötzlichen im Stromnetz auftretenden
Spannungsänderungen befürchtet werden muß, daß der Leistungsschalter nicht mehr
durchgesteuert wird. l)arüberhinaus kann der einstellt bare Widerstand in seinem
ganzen Riegelbereich zur Steuerung ausgenutzt werden. Vorteilhaft ist es, wenn den
zweitenWiderstand ein verstellbarer Widerstand
istium so die Schaltungsanordnung in einfacher Weise an unterschiedliche Stromverbraucher
anpassen zu können.
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Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Steuerleitung für den elektronischen Leis;tungsschalter ein Kaltleiter eingebaut,
der im thermischen Kontakt mit dem Stromverbraucher und/oder elektronischen Leistungsschalter
steht. Hierbei ist der thermische Kontakt zwischen Kaltleiter und Stromverbraucher
dadurch gegeben, daß entweder der Kaltleiter den Stromverbraucher, beispielsweise
einen Motorblock berührt, oder aber in der vom Stromverbraucher kommenden erwärmten
Kühl luft angeordnet ist. Durch diesen Kaltleiter wird eine Überhitzung des Stromverbrauchers
bzw. des Leistungsschalters verhindert, da bei einer überhitzung auch eine Erwärmung
des Raltleiters und somit Erhöhung seines Widerstandes eintritt.
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Dies hat zur Folge, daß der Zündzeitpunkt des Leistungsschalters in
jeder Halbwelle später eintritt und der Stromverbraucher nicht
mehr
so viel Leistung abgibt. Darüberhinaus wird auch ein plötzliches Abschalten des
Stromverbrauchers vermieden, da durch Erhöhung des Widerstandswertes des Kaltleiters
lediglich der Zündzeitpunkt des Leistungsschalters verlagert wird. Etwaige zur Kühlung
des Stromverbrauchers dienende Ventilatoren können also noch weiterlaufen, da das
Stromnetz nicht unterbrochen wird.
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Es tritt durch den Kaltleiter sozusagen eine "Selbstregulierung" des
Stromverbrauchers ein, da bei Erkalten des Kaltleiters bzw.
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des Stromverbrauchers od. des Leistungsschalters automatisch die Leistungsabgabe
des Stromverbrauchers wieder zunimmt. Besonders empfehlenswert ist es hierbei, wenn
dem in der Steuerleitung liegenden Kaltleiter ein Widerstand vorgeschaltet ist,
die beide zwischen dem Potentiometer und dem Anschluß für den den Zündimpuls für
den Leistungsschalter liefernden Kondensators liegen.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist parallel
zu dem den Zündimpuls für den Leistungsschalter liefernden Kondensator eine Reihenschaltung
bestehend aus einem Widerstand und einem Brückengleichrichter angeordnet und parallel
zu den Gleichstromausgängen des Brückengleichrichters ein Kondensator sowie ein
hochohmiger Widerstand vorgesehen ist, wobei in der Steuerleitung des Leistungsschalters
ein mit diesem und/oder dem Stromverbraucher in thermischem Kontakt stehender Kaltleiter
liegt.
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Auch bei dieser Schaltung ist in einfacher Weise eine Stromanlaufbegrenzung
sowie ein Tfiemperaturüberlastungsschutz für den Stronverbraucher gegeben Auf der
Zeichnunq ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt
und zwar zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit einer Stromanlaufbegrenzung,
Fig.
2 eine Schaltungsanordnung, wie Fig. 1 mit einem überlastungsschutz und Fig. 3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltunqsanordnung mit Stromanlaufheqrenzung
sowie Überlastungsschutz für einen Stromverbraucher.
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In der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind die beiden
Netzanschlüsse 4, 5 über einen Stromverbraucher M und einem Leistungsschalter Tr
miteinander verbunden. Der Leistungsschalter ist als Triac ausgebildet. Parallel
zu dem Stromverbraucher M und dem Leistungsschalter Tr liegt ein Spannungsteiler
bestehend aus einem Widerstand R 1 und einem Kaltleiter # 1, wobei zwischen diesen
beiden Widerständen eine Anschlußstelle 6 für die Steuerleitung 7 des Leistungsschalters
Tr liegt. In der Steuerleitung 7 ist ein als Drehpotentiometer ausgebildeter Widerstand
P1 sowie ein Diac Di eingebaut. Zwischen dem Drehpotentiometer P1 und dem Diac Di
liegt ein Anschluß 8 eines den Zündimpuls für den Leistungsschalter liefernden Kondensators
Cl dessen anderer Anschluß 9 am Netzanschluß 5 liegt. Parallel zum Leistungsschalter
zur liegt ein Zeitglied, bestehend aus einem Widerstand R 2 und einem Kondensator
C 2 , wobei der Widerstand R2 einenwesentlich höheren Widerstandswert aufweist als
der bereits erwähnte Widerstand R1. Zwischen dem Widerstand R2 und dem Kondensator
C2, liegt eine Anschlußstelle lo für das Drehpotentiometer P 1, wobei zwischen der
Anschlußstelle 6 und lo das Drehpotentiometer einen Festwiderstand bildet. Durch
diese Anordnung wird ein " Hystereseeffekt " vermieden, der sich zum einen durch
die Einstellung des DrehpoteXffDmebrs bei Beginn der Drehung des Motors und zum
anderen durch die Einstellung bei aufhörender Drehung ergibt.
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Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung ist folgende: Sobald die
Netzanschlüsse 4,5 an der Netzspannung liegen, fließt über die
Widerstände
R1 und )1 ein Strom. Da zunächst der Widerstand einen geringeren Widerstandswert
einnimmt, liegt dort nur ein geringer Spannungsabfall vor. Es dauert also in jeder
Halbperiode relativ lange, bevor der Kondensator C1 bis zur Durchbruchsannung des
Diacs Ds über das Drehpotentiometer P1 aufgeladen wird. Der Leistungsschalter wird
also in jeder Halbwelle relativ spät durchgesteuert und falls der Stromverbraucher
ein Motor ist, wird dieser eine geringe Drehzahl aufweisen. Sobald der Kaltleiter
2 1 sich infolge des Stromflusses erwärmt, nimmt sein Widerstandswert rasch zu,
so daß der Leistungsschalter immer früher angesteuert wird und die geforderte Leistung
bzw. Drehzahl abgibt. Durch Verändern des Widerstandswertes des Drehpotentiometers
P1 kann bei einem Motor die gewünschte Drehzahl bzw. bei einer Lampe die geforderte
lielligkeit eingestellt werden.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 hat einen ähnlichen Aufbau wie
in Fig. 1. Zusätzlich zu Fig. 1 liegt nunmehr in der Steuerleitung 7 für den Leistungsschalter
zwischen dem Anschluß 11 des Drehpotentiometers P 1 und dem Anschluß 8 für den Kondensator
C1 noch ein Kaltleiter # 2 mit einem Vorwiderstand R3. Dieser Kaltleiter ist in
thermischen Kontakt mit dem Stromverbraucher M und/oder dem elektronischen Leistungsschalters.
Sobald der Stromverbraucher bzw. der Leistungsschalter überlastet und somit über
eine bestimmte Temperatur erwärmt wird, nimmt der Kaltleiter )2 einen erheblich
höheren Widerstand ein, dadurch wird der Kondensator immer später aufgeladen und
der Zündzeitpunkt des Leistungsschalters verschiebt sich nach hinten und die Drehzahl
bzw. die helligkeit des Stromverbrauchers M nimmt ab, sodaß sich Stromverbraucher
und der Kaltleiter J 2 wieder abkühlen können. Bei einer solchen Anordnung dient
der Kaltleiter sozusagen als selbstheilende Sicherung.
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Bei Uberhitzung wird der Stromverbraucher langsam abgeschaltet, während
bei Abkühlen der Stromverbraucher langsam wieder eingeschaltet wird.
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Als weitere minderung gegenüber Fig. 1 ist in der Schaltungsanordnung
nach Fig. 2 dem Widerstand R 2 ein Trimmerwiderstand T1 vorgeschaltetrum so die
Schaltungsanordnung an unterschiedliche Stromverbraucher anpassen zu können und
um einen maximalen Regelbereich zu erhalten.
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Schließlich liegt parallel zu dem Leistungsschalter Tr noch eine Reihenschaltung
bestehend aus einem Widerstand R4 und einem Kondensator C3. Dieses RC-Glied sorgt
dafür, daß die Spannungsänderungen am Leistungsschalter endlich bleiben.
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Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 liegt wiederum der Stromverbraucher
M und der Lcistungsschalter Tr in Reihe zu dem Stromnetzanschlüssen 4,5. Parallel
zum Leistungsschalter Tr liegt ein RC-Glied bestehend aus dem Widerstand R 4 sowie
dem Kondensator R3.
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Im Gegensatz zu den ersten Ausführungsbeispielen liegt die Anschlußstelle
6 für die Steuerleitung des Leistungsschalters zwischen Stromverbraucher und dem
Leistungsschalter. In der Steuerleitung 7 liegt ein Vorwiderstand R5 ein als Uberlastungs-7
schutz dienender Kaltleiter v 3, eine Parallelschaltung,bestehend aus Drehpotentiometer
P2 und einem Trimmer T2 sowie einem Diac Di.
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Zwischen der Parallelschaltung aus Drehpotentiometer P2 und Trimmer
T2 liegt der eine Anschluß 8 des den Zündimpuls für den Leistungsschalter liefernden
Kondensators C4. Dessen anderer Anschluß 9 an dem etzanschluß 5 liegt. Parallel
zum Kondensator C4 liegt eine Reihenschaltung bestehend aus einem Widerstand R6
und einem Brückengleichrichter G. Parallel zu den Gleichstromausgängen des Brückengleichrichters
liegt sowohl ein Kondensator C5 als auch ein Widerstand R7. Sobald nun an den Netzanschlüssen
4,5 Spannung gelegt wird, fließt ein Ladestrom über die Anschlußstelle 6 der Steuerleitung
7 zum Kondensator C4. Der Strom fließt aber auch weiter über den Widerstand R6 und
dem Brückengleichrichter G zum
Kondensator C5. Zunächst wird in
jeder Halbwelle der Kondensator C4 langsam aufgeladen was einer geringen Drehzahl
bzw. ETelligkeit des Stromverbrauchers entspricht. Kondensator C5 wird ebenfalls
aufgeladen. Sobald dieser aufgeladen ist, lädÄder Ladestrom den Kondensator C4 alleine
auf, so daß der Zündzeitpunkt des Leistungsschalters vorverlegt wird, der Stromverbraucher
nimmt die gewünschte Drehzahl oder Helligkeit ein. ueber das Drehpotentiometer P
2 kann wieder die Drehzahl bzw. die Helligkeit des Stromverbrauchers geregelt werden.
Der Kaltleiter t3 ist wiederum thermisch mit dem Stromverbraucher bzw. dem Leistungsschalter
gekuppelt. Bei einer Überlastung verringert sich wiederum automatisch der Ladestrom
für den Kondensator C4.
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Der Kondensator C5 hat die Aufgabe zu verhindern, daß in der Einschaltphase
zuviel Strom dem Netz entzogen wird. Es sei hier noch gesagt, daß der Kondensator
C 5 über den parallel geschalteten hochohmigen Widerstand auch langsam entladen
wirda vlrd bei einer Überlastung durch den Kaltleiter der Ladestrom kleiner so entlädt
sich langsam über R7 der Kondensator C5. Kühlt der Kaltleiter dann wieder ab, so
muß zunächst wieder der Kondensator C5 voll aufgeladen werden, bis der Zündzeitpunkt
des Leistungsschalters wieder in jeder Halbwelle nach vorne verlegt ist, so daß
insgesamt wieder ein sanftes Anlaufverhalten gegeben ist.
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Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Schaltungsanordnungen
nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung. Diese ist nicht darauf beschränkt.
Es sind noch mancherlei Abänderungen und Anwendungen möglich. So könnenmit der Schaltungsanordnung
nicht nur Motoren in ihrer Drehzahl und Lampen in ihrer Helligkeit geregelt werden
sondern ebenfalls ist auch eine Regelung von Transformatoren möglich. Weiter sei
gesagt, daß in den ersten beiden Schaltungsanordnungen die Reihenanordnung bestehend
aus dem Widerstand R 2 ggfl. Trimmer 1 und Kondensator C2 auch parallel zum Stromververbraucher
M
und Leistungsschalter Tr geschaltet sein kann.
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Auch könnte im dritten Ausführungsbeispiel die Anschlußstelle 6
die Steuerleitung 7 noch vor dem Stromverbraucher sein.
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Weiter könnte dem Stromverbraucher auch noch ein mechanischer Ein-
und Ausschalter vorgeschaltet sein.
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Bezugszeichenliste: 4,5 Netzanschlüsse 6 Anschlußstelle von 7 7 Steuerleitung
von Tr 8 Anschluß von C1 9 Anschluß von C1 10 Anschlußstelle von P 1 11 Anschlußstelle
von T 1 Tr Leistungsschalter M Stromverbraucher G Brückengleichrichter Di Diac R15k#
R2 100k# R3 27k# R4 100# R5 14k# R6 1k a R7 180k# C1 0,022 µF C2 0,047 µF C3 0,1
µF C4 0,068 µF C5 1-2,2 gF P1 1M# Potentiometer P2 500k# Potentiometer T1 500K#
Trimmer T2 2,2 M# Trimmer #1(80°) Kaltleiter #2(60°C) Kaltleiter #3(80°C,60°C) Kaltleiter