DE2843092A1 - Schaltungsanordnung nach dem prinzip der schwingungspaket-steuerung oder -regelung - Google Patents

Schaltungsanordnung nach dem prinzip der schwingungspaket-steuerung oder -regelung

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DE2843092A1
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Wolfdietrich Wohinz
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/26Automatic controllers electric in which the output signal is a pulse-train
    • G05B11/28Automatic controllers electric in which the output signal is a pulse-train using pulse-height modulation; using pulse-width modulation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Description

  • Schaltungsanordnung nach dem Prinzip der Schwingungs-
  • paket-Steuerung oder -Regelung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Speisung von Verbrauchern aus einem Wechselstromnetz nach dem Prinzip der Schwingungspaket-Steuerung oder -Regelung, bei der ein dem Verbraucher vorgeschaltetes Schaltorgan unterschiedlich lange Einschaltsignale bzw.
  • Sperrsignale erhält.
  • Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist beispielsweise in der Zeitschrift "bauteile report" 15 (1977) Heft 3, Seiten 96 und 97 beschrieben. Ein als Schaltorgan dienender Triac wird dabei innerhalb einer durch die Daten der Schaltung festgelegten Schaltperiodendauer von etwa 5 sec unterschiedlich lange eingeschaltet. Das als Tastverhältnis bezeichnete Verhältnis der Einschaltdauer zur Schaltperiodendauer ist auf etwa 50 % begrenzt und kann in Richtung auf geringere Werte nur wenig verändert werden.
  • Schaltungsanordnungen dieser Art sind gut geeignet zur Steuerung von Elektrowärmegeräten, wie z. B. Wärmestrahler, Nachtspeicheröfen, Herdplatten, Lötkolben und ähnliche Geräte. Dagegen sind sie nicht einsetzbar zur Steuerung oder Regelung von Elektromotoren, Beleuchtungen oder bei der Vorregelung von Stromversorgungen. In diesen Fällen kommt es nämlich zu einer unregelmäßigen Funktion, d. h. zu unrundem Lauf bei Motoren oder Flakkern der Lichtquelle.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich von Schwingungspaket-Steuerungen zu erweitern, um damit auch die erwähnten Verbraucher bei ordnungsgemäßer Funktion betreiben zu können.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine von der Netzfrequenz gesteuerte Zählschaltung und eine Signalformerstufe zur Abgabe eines Sperrsignals von der Dauer einer Periode nach Jeweils einer wählbaren Anzahl von Perioden gelöst. Bei dieser Art der Steuerung des Schaltorgans ist nämlich die Schaltperiodendauer wesentlich kürzer als bei den bekannten Schwingungspaket-Steuerungen und das Tastverhältnis kann wesentlich niedriger sein, so daß beispielsweise Motoren zu einwandfreiem gleichmäßigem Gang gebracht werden können.
  • Diese Betriebseigenschaften weisen zwar auch Anschnittssteuerungen auf, die aber einen erhöhten Aufwand für die Funkentstörung erfordern und den Netzstrom verzerren.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann die Signalformerstufe derart ausgebildet sein, daß sie die ihr von der Zählschaltung zugeführten Impulse von kürzerer Dauer als eine Periode zu Sperrsignalen mit der Dauer einer vollen Periode ergänzt und einen zu kurzen Abstand aufeinanderfolgender Sperrsignale auf eine volle Periode erweitert. Damit wird erreicht, daß aus dem Schwingungsband des Netzes stets nur eine ganze Periode und nicht nur eine Halbwelle herausgeschnitten wird, wodurch unerwünschte Gleichspannungskomponenten vermieden werden.
  • An dem Eingang der Zählschaltung kann ein Filter vorgesehen sein, das zur Unterdrückung von Anteilen der Netzspannung mit einer über der Netzfrequenz liegenden Frequenz dient. Dadurch ist sichergestellt, daß die Zählschaltung nur auf die normale Netzfrequenz anspricht.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Die Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung.
  • In der Fig. 2 ist die Wirkungsweise anhand von Kurvenzügen 2a-2d erläutert.
  • In der Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 1 wird aus dem Wechselstromnetz über einen Widerstand 1 eine integrierte Zeitgeberschaltung 4 angesteuert. Ein Kondensator 2 begrenzt dabei der Wechselspannung überlagerte höherfrequente Anteile, während eine parallel zu dem Kondensator 2 geschaltete Z-Diode 3 die negativen Halbwellen kurzschließt und die Zeitgeberschaltung 4 vor positiven Uberspannungen schützt. Der Verbindungspunkt eines Widerstandes 5 und eines Kondensators 6 ist an den Anschlußpunkt 1 der Zeitgeberschaltung 4 angelegt.
  • Hierdurch ist die mittlere Impulsbreite der als monostabile Kippstufe arbeitenden Zeitgeberschaltung 4 festgelegt. Diese kann beispielsweise drei Perioden der Wechselspannung betragen. Die jeweils gewünschte genaue Anzahl der Perioden wird durch die an einem Kondensator 23 anzulegende Steuerspannung erzielt.
  • Dieser Kondensator liegt an dem Anschlußpunkt 3 der Zeitgeberschaltung 4. Am Ausgang 5 der Zeitgeberschaltung 4 steht ein positiver Impuls einer durch die Steuerspannung bestimmten Länge von einer bis n Perioden zur Verfügung, wobei n etwa 15 erreichen kann. Dieser positive Impuls wird einer weiteren gleichen integrierten Schaltung 12 zugeführt. Diese arbeitet gleichfalls als monostabile Kippstufe und wird mit der abfallenden Flanke des von der Zeitgeberschaltung 4 zugeführten positiven Impulses getriggert. Durch den Kondensator 14 und den Widerstand 13 ist die Breite des Ausgangsimpulses der integrierten Schaltung 12 auf 1,1 Perioden der zugeführten Wechselspannung festgelegt, damit stets nur eine ganze Periode aus dem Schwingungsband herausgeschnitten wird. Dadurch werden unerwünschte Gleichspannungskomponenten vermieden, die auftreten, wenn durch das Herausschneiden nur einer Halbwelle zwei aufeinanderfolgende Halbwellen gleicher Polarität auftreten.
  • Ein Widerstand 9 bildet zusammen mit einem Kondensator 11 und einer parallel zu dem Widerstand 9 liegenden Diode 10 einen Tiefpaß, der verhindert, daß zwischen zwei Ausblendungen nur eine Halbwelle eingeschaltet wird. Auch hier wird also dafür gesorgt, daß mindestens für die Dauer einer Periode Spannung an den Verbraucher angelegt wird. Ein Kondensator 15 dient zur Verbesserung der Störsicherheit der integrierten Schaltung 12.
  • Die an den Anschlußpunkten 9 und 10 der integrierten Schaltung 12 abgegebenen Ausgangsimpulse werden einem Schaltorgan 16 zugeführt, dessen Ausgangsklemmen zusammen mit einem Verbraucher 17 in einem aus den Netzanschlüssen L und N gespeisten Laststromkreis liegen. Das Schaltorgan 16 kann zum Beispiel ein handelsübliches Halbleiterrelais sein, das aus einem Optokoppler, einem Nullspannungsdetektor und einem Triac besteht. Der Ver- braucher 17 wird durch das Schaltorgan 16 jeweils für die Dauer des gegen Massepotential durchgeschalteten Ausgangs der integrierten Schaltung 12 bei Beginn einer Schwingung von Null an in positiver oder negativer Richtung eingeschaltet.
  • Wie bereits erwähnt, eignen sich die Schaltungsanordnungen nach der Erfindung auch zur Drehzahlsteuerung oder -regelung von Motoren. In diesem Zusammenhang bietet die Schaltungsanordnung die vorteilhafte Möglichkeit, einen Ubertemperaturschutz mit geringem Aufwand zusätzlich zu verwirklichen. Hierzu ist in dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel ein Kaltleiter 7 in Verbindung mit einem Widerstand 8 vorgesehen, wobei der Verbindungspunkt dieser Bauelemente an den Anschlußpunkt 4 der integrierten Zeitgeberschaltung 4 angeschlossen ist. Der Kaltleiter 7 befindet sich dabei in bekannter Weise in der Wicklung des Elektromotors. Signalisiert er eine zu hohe Temperatur, so gibt die integrierte Schaltung 4 keine Steuerimpulse mehr ab und der Motor wird ausgeschaltet.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schaltungsanordnung als Regler ausgebildet und hierzu mit einem Operationsverstärker 18 versehen, an dessen invertierenden Eingang 19 der Sollwert und an dessen nichtinvertierenden Eingang 20 der Istwert angelegt wird. Die Rondensatoren 21 und 23 sowie der Widerstand 22 sind als Integrationsglieder zur Bestimmung der Regelzeitkonstante vorgesehen, wenn der Istwert z. B.
  • einem Tachogenerator oder einem anderen Drehzahlindikator entnommen wird. Bei geeigneter Bemessung der Regelzeitkonstante wird aus der Stufensteuerung eine kontinuierliche Steuerung bzw. Regelung, wenn die Anzahl der durchgeschalteten Perioden nach Jeder Ausblendung um + eine Periode verändert wird. Ferner kann die Be- schaltung des Operationsverstärkers 18 so bemessen sein, daß bei maximaler Regelgröße keine Ausblendungen mehr erfolgen und die Steuerspannung am Eingang 19 kurz vor Einstellung der maximalen Regelgröße so niedrig wird, daß eine zwischen den Anschlußpunkt 2 der integrierten Schaltung 4 und den Eingang 19 des Operationsverstärkers 18 geschaltete Diode 24 leitend wird und die Aufladung des Kondensators 6 bis zum Schwellwert der integrierten Schaltung 4 verhindert wird. In der Fig. 1 ist zwischen den Ausgangsklemmen des Schaltorgans 16 noch gestrichelt ein Widerstand 25 angedeutet, der für die niedrigste erforderliche Regelgröße bemessen ist und zur weiteren Beruhigung der Stellspannung beiträgt. Diese Maßnahme ist dann angebracht, wenn das Regelverhältnis den Faktor 5 nicht zu überschreiten braucht.
  • Die Fig. 2a bis d zeigen charakteristische Kurvenzüge der Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 1 an verschiedenen Schaltungspunkten. Die Fig. 2a stellt einen ununterbrochenen Sinuskurvenzug dar, wie ihn das speisende Wechselstromnetz zur Verfügung stellt. Der Rechteckkurvenzug 2b steht am Ausgang der integrierten Zeitgeberschaltung 4 zur Verfügung. Dieser Kurvenzug läßt zwei negative Abschnitte unterschiedlicher Dauer erkennen. Diese werden durch die integrierte Schaltung 12 in zwei gleich lange positive Impulse umgewandelt, wie die Fig. 2c zeigt. Die Länge dieser Impulse ist so bemessen, daß aus der Eingangsspannung (Fig. 2a) zwei volle Perioden herausgeschnitten werden, so daß dem Verbraucher 17 eine Spannung entsprechend dem Kurvenzug 2d zugeführt wird.
  • 3 Ansprüche 2 Figuren

Claims (3)

  1. Patentansprüche 01.JSchaltungsanordnung zur Speisung von Verbrauchern einem Wechselstromnetz nach dem Prinzip der Schwingungspaket-Steuerung oder -Regelung, bei der ein dem Verbraucher vorgeschaltetes Schaltorgan unterschiedlich lange Einschaltsignale bzw. Sperrsignale erhält, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine von der Netzfrequenz gesteuerte Zählschaltung (4) und eine Signalformerstufe (12) zur Abgabe eines Sperrsignals von der Dauer einer Periode nach Jeweils einer wählbaren Anzahl von Perioden.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Signalformerstufe (12) ihr von der Zählschaltung (4) zugeführte Impulse von kürzerer Dauer als eine Periode (Fig. 2b) auf Sperrsignale einer vollen Periode ergänzt und ein zu kurzer Abstand aufeinanderfolgende Sperrsignale auf eine volle Periode erweitert (Fig. 2c).
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Eingang der Zählschaltung (4) ein Filter (Kondensator 2) zur Unterdrückung von Anteilen der Netzspannung mit einer über der Netzfrequenz liegenden Frequenz vorgeschaltet ist.
DE19782843092 1978-09-29 1978-09-29 Schaltungsanordnung nach dem prinzip der schwingungspaket-steuerung oder -regelung Withdrawn DE2843092A1 (de)

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