DE2855332A1

DE2855332A1 - Einrichtung einer schwingungspaketsteuerung mit regelung mittels eines statischen wechselstrom-stellgliedes

Info

Publication number: DE2855332A1
Application number: DE19782855332
Authority: DE
Inventors: Horst Ing Grad Scholz; Heinz Ing Grad Suesse
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1978-12-21
Publication date: 1980-06-26
Also published as: FR2444970B1; FR2444970A1

Description

3 - FBE 77/22

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung einer Schwingungspaketsteuerung mit imkerf-age-p-tn-H'· regelung mittels eines statischen Wechselstrom-Stellgliedes, bestehend a.v.c, einem Netzwerk, in dem ein Steuerstrom als Sollgröße der mi^rl-age^-fc-en· .Regelung und eine nach dem Momentanwert der zu regelnden Größe bewerteter Strom als Istgröße einen Kondensator gegenpolar und getrennt zugeführt sind, und aus einem durch die Kondensatorspannung getriggerten Komparator und einem Steuerimpulsgenerator, welchem die Ausgangssignale des Komparators über eine Synchronisierlogik zugeführt sind.

Derartige Schwingungspaketsteuerungen sind zumeist (s. Li ma π in Punkschau 1968, Seite 589) mittels Thyristorstellglieder (je zwei Thyristoren in Gegenparallelschaltung) bei Elektroheizgeräten in Anwendung. Es sind Steuereinrichtungen mit den eingangs angegebenen Merkmalen, beispielsweise für mit unterlagerter Leistungsregelung thyristorgeregelte Elektroheizungen bekannt durch DE-PS 20 31 439, und ferner für eine Wirkleistungsregelung ohmscher und ohmsch-induktiver Verbraucher bei Anwendung einer unterlagerten Regelung der Leistung oder des Kreuzeffektivwertes der Verbraucherspannung bekannt durch DE-PS 24 24 767. Bei diesem Regelungsverfahren werden, wie eingangs angegeben, eine Steuergröße (als Sollgröße der unterlagerten Regelung), die von einem Vorregler, z.B. einem Temperaturregler vorgegeben wird, und eine nach, dem Momentanwert der zu regelnden Leistung bewertete Größe einem Integrierglied gegenpolar zugeführt. Die resultierende integrierte Vergleichsgröße wird einem triggerbaren, Hysterese aufweisenden Komparator zugeführt. Bei konstanter Steuergröße ist die resultierende integrierte Vergleichsgröße eine mit gleichbleibender Taktfrequenz dreieckförmig schwankende Gleichspannung. Jedoch wird infolge von Änderungen der Spannung der Betriebsstromquelle, aus der die zu regelnde Leistung bezogen wird, das Taktverhältnis und die Taktfrequenz geändert, ebenso bei Änderung der von dem Vorregler vorgegebenen Steuergröße.

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Aufgabe der Erfindung ist es, mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art mit einem Komparator bei der Schwingungspaketsteuerung mit e Regelung zu erreichen, daß beim Ausregeln von Störgrößen die Taktfrequenz nicht verändert wird und Beeinflussungen durch eine Veränderung der Taktfrequenz, die auf den Verbraucher einwirken, vermieden werden.

Dies wird durch eine Taktsteuerung mit festgelegter Taktfrequenz erreicht, bei der erfindungsgemäß dem zweiten Eingang (Vergleichseingang) des hysteresefreien getriggerten Komparators eine sägezahnförmige Spannung fester Frequenz zugeführt ist, die von einem Taktfrequenzgenerator abgeleitet ist.

Der erwähnte Komparator kann zweckmäßig, um Störungen,zu vermeiden, Hysterese aufweisen. *)nämlich Störeinflüsse durch

Einer weiteren Ausbildung der Erfindung gemäß ist mit dem erwähnten Vergleichseingang des getriggerten Komparators die Kondensatorspannung eines Reihen-RO-Gliedes zugeführt, in welchem zur Erzeugung einer sägezahnförmigeη Ausgangsspannung der Ladestrom konstantgesteuert ist und der Kondensator des Reihen-RC-Gliedes durch eine jeweils kurzzeitig und periodisch mit der Frequenz des Taktgenerators geschlossene Schaltstufe entladen wird.

Bei Anwendung einer sägezahnförmigen Spannung kann eine Einrichtung gemäß der Erfindung zur Schwingungspaketsteuerung mit einem verglichen mit der Anwendung anderer geeigneter Spannungsformen geringen schaltungstechnischen Aufwand für die Erzeugung einer sägezahnförmigen Spannung ausgestattet werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachstehend beschrieben werden. Es zeigt

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Figur 1 eine Schaltung einer Schwingungspaketsteuerung mit einem Relaxationsoszillator als Taktfrequenzgenerator

Figur 2 eine Schaltung einer Schwingungspaketsteuerung mit einem geschalteten RC-Glied als Taktfrequenzgenerator (nach Anspruch 3)

Figur 1 a/b/c Spannungsdiagramme zur Erläuterung der

Wirkungsweise einer Schaltung nach Fig. 1

Figur 2 a/b Spannungsdiagramme zur Erläuterung der

Wirkungsweise einer Schaltung nach Fig. 2.

In der Zeichnung sind gleiche Elemente und Größen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Schaltungen nach Fig. 1 und Fig. 2 bilden je eine Einrichtung einer Schwingungspaketsteuerung mittels eines Wechselstrom-Stellgliedes, nämlich eines Thyristorstellgliedes 1 (eine Gegenparallelschaltung mit zwei Thyristoren) für eine unterlagerte Regelung eines Elektrowärme erzeugenden Verbrauchers 2. In der Fig. 1 ist der Verbraucherstromkreis, der von einer Wechselstromquelle N eingespeist wird, dargestellt. Der Verbraucherstrom wird mittels des Thyristorstellgliedes durch Taktung von Schwingungspaketen gesteuert. Dabei schaltet das Stellglied während einer Taktperiode jeweils im Nulldurchgang der Wechselspannung von N ein und nach einer Schließzeit im gleichen Nulldurchgang wieder aus. Im Regelkreis der unterlagerten Leistungsregelung liegen der Verbraucher 2 mit einem Spannungs- und einem Stromfühler 3 und 4- und das Stellglied 1 sowie ferner die Bestandteile der Einrichtung der Schwingungspaketsteuerung. Der Regelkreis der Leistungsregelung kann, wie ersichtlich, einem den Verbraucher und das Thyristorstellglied sowie einen Regler 5, der eine konstante Steuerspannung TJr,. liefert, enthaltenden Temperaturregelkreis K,^ unterlagert sein.

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Die Einrichtung der Schwingungspaketsteuerung mit unterlagerter Regelung besteht aus einem Netzwerk 6, einem Komparator 7, einer Synchronisierlogik 8 und einem Sägezahngenerator 9 ^al^s Taktfrequenzgeber. Mit 10 ist ein Steuerimpulsgenerator für die Thyristoren des Stellgliedes 1 bezeichnet. Dem Netzwerk 6 sind ein Steuerstrom durch die Steuerspannung U_Q, einerseits als SoIlgröße und ein Strom Lp durch die nach dem Momentanwert der zu regelnden Verbraucherleisfcung bewertete Spannung Ü_RF andererseits als Istgröße der unterlagerten Regelung getrennt und gegenpolar zugeführt. Dabei wird der Kondensator 61 des Netzwerkes über den Widerstand 62 entsprechend der Höhe der Spannung U~(. geladen und gleichzeitig über den Widerstand 63 entsprechend, der Höhe der Spannung Up™ entladen. Im Netzwerk 6 geschieht ein Soll-Ist-Vergleich der unterlagerten Regelung durch eine ständige Differenzbildung der Ladung und der Entladung des Kondensators 61. Aus der Differenz der Ladung und Entladung resultiert die Kondensatorspannung Ug. Die Kondensatorspannung Ug ist im stationären Taktbetrieb der Schwingungspaketsteuerung eine dreieckförmig modulierte Gleichspannung. Der Komparator 7 ist ein Operationsverstärker, dessen erster Eingang (+) (Vergleichseingang) die Kondensatorspannung Ug zugeführt ist. Dem zweiten Eingang (- -inFigur 1) ist eine sägezahnförmige Spannung Uq fester Frequenz zugeführt, die von einem Taktfrequenzgeber abgeleitet ist. Die zeitlichen Verläufe von Ug und Uq sind in den Figuren 1a und 2a dargestellt. Figur 1c zeigt die kontinuierlich anliegende Steuerspannung U_g, und als Einhüllende angedeutet, die rückgeführte Spannung Up·™, die den Momentanwerten der zu regelnden Leistung entspricht. Es geht daraus hervor, wie durch Ug und Uq der Komparator 7 getriggert wird und wie dadurch rechteckförmige Ausgangssignale Ur₇ entstehen (Fig. 1b und 2b). Die Schaltung ist so bemessen, daß während der Ausschaltzeit t der opannunganstieg von Ug kleiner als der von Uq ist (s. Fig. 1a und 1b). Die Aus gangs signale Ur₇ des Komparators sind über eine Netz-Synchronisierlogik 8 einem Steuerimpulsgenerator 10 oder

*) 3. Fig. 1

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Steuerimpulsgeber zugeführt. Dieser erzeugt die Steuerimpulse für die Thyristoren des Stellgliedes 1. Die Steuerimpulse entstehen in Abhängigkeit von den Aus gangs signal en Ur₇ und werden mit Hilfe der Synchronisierlogik zeitlich so gesetzt, daß sie jeweils bei einem Nulldurchgang der Spannung u der Wechselstromquelle N beginnen bzw. enden. Durch die Aus gangs signale Ur? wird die Taktung der Steuerung bestimmt, und zwar die EinschaltZeitpunkte des Thyristorstellgliedes durch die Vorderflanken von Ur₇ und die Schließzeit durch die Signaldauer t . . Es geht die Taktung mit fester Frequenz vor sich, festgelegt durch die Frequenz der Sägezahnspannung Uq. Die gleichbleibende Taktperiode ist in den Figuren 1a/b mit T bezeichnet.

Bei den Einrichtungen nach Fig. 1 und Fig. 2 ist die insoweit beschriebene und erläuterte Schaltung der Schwingungspaketsteuerung jeweils die gleiche. Davon abgesehen unterscheiden sich die Einrichtungen in der Schaltung zur Taktung durch die Mittel für die Zuführung der sägezahnförmigen Spannung Uq an den zweiten Eingang des Komparators 7· Nach Fig. 1 dient ein Relaxationsoszillator 9' mit einer UJT-Stufe als Generator 9 einer sägezahnförmigen Spannung Uq, indem der Ausgang des Reihen-RC-Gliedes R, C des Oszillators mit dem zweiten Eingang des Komparators verbunden ist. Hier dient der Relaxationsoszillator zugleich auch als Taktfrequenzgeber. Hingegen nach Fig. 2 dient ein Reihen-RC-Glied 911 92, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang von 7 verbunden ist, als Generator 9· 9Ί bezeichnet ein Widerstandselement, das als Konstantstromstufe ausgebildet ist. Als Taktgenerator dient der Relaxationsoszillator 9¹» mit dessen Impulsübertrager A (Kippausgang) eine Schaltstufe S (Transistor) angesteuert wird, die dem Kondensator 92 des Generators 9 über einen Widerstand 93 parallelliegt. Durch den Oszillator 9¹ wird über dessen Kippausgang A die Stufe S im Takte der Taktfrequenz kurzzeitig leitend geschaltet und der Kondensator 92 jeweils entladen. Dadurch wird dem zweiten Eingang von 7 eine sägezahnförmige

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Spannung mit fester Frequenz (Taktfrequenz) zugeführt.

Dift vorstehend beschriebenen Schaltungen nach Fig. 1 und 2 haben im Prinzip trotz der Unterschiede die gleiche Wirkungsweise, durch die sie sich von den eingangs betrachteten Schaltunpen des Standes der Technik technisch fortschrittlich unterscheiden. Bej jenen stellt sich die Taktfrequenz und das Taktverbältnis im Regelungsbetrieb unter der Mitwirkung eines Hysterese aufweisenden Eomparators frei ein. Abweichungen, insbesondere von der Wechselstromquelle N und dem Verbraucher her können sich durch Änderung der Taktfrequenz unerwünscht auswirken. Bei einer Taktsteuerung mit unterlagerter Regelung mit Hilfe einer Schaltung nach Fig. 1 oder 2 ist die Taktfrequenz festgelegt. Im P.egelbetrieb sowie auch bei einer Störgrößeneinwirkung wird nur das Taktverhältnis verändert. Die Regelgenauigkeit wird verbessert, wenn nach Fig. 2 der Kondensator 61 durch einen Integrator mit einem Verstärker V ersetzt wird, das dem ersten Eingang C-) des !Comparators 7 direkt vorgeordnet ist.

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Leerseite

Claims

Licentia Patenfc-Verwaltungs-G.m.b.H. 6 Frankfurt/Plain 70, Theodor-Stern-Kai Λ

7- Nov. 1978 FBE 77/22

"Einrichtung einer Schwingungspaketsteuerung mit Regelung mittels eines statischen Wechselstrom-Stellgliedes

Patentansprüche

Λ ) yEinrichtung einer Schwingungspaketsteuerung mit-ηώ ir^i-a-er-- ;er Regelung mittels eines statischen Wechselstrom-Stellgliedes, bestehend aus einem Netzwerk, in dem ein Steuerstrom als Sollgröße der Regelung und ein nach dem Momentanwert der zu regelnden Größe bewerteter Strom als Istgröße einem Kondensator gegenpolar und getrennt zugeführt sind und aus einem durch die Kondensatorspannung getriggerten Komparator und einem Steuerimpulsgenerator, welchem die Ausgangssignale des Komparators über eine Synchronisierlogik zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Eingang (Vergleichseingang) des getriggerten Komparators (7) eine sägezahnförmige Spannung (Uq) fester Frequenz zugeführt ist, die von einem Taktfrequenzgenerator (9) abgeleitet ist, während dem ersten Eingang des Komparators die Kondensatorspannung (U^) zugeführt wird.
2) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (7) Hysterese aufweist.

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3) Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Eingang (Vergleichseingang) des Komparators (7) die Kondersatorspannung eines Reihen-RC-Gliedes (9) zugeführt ist, in welchem zur Erzeugung einer sägezahnform!- gen Ausgangsspannung der Ladestrom konstantgesteuert ist und der Kondensator (91) des Reihen-RC-Gliedes durch eine jeweils kurzzeitig und periodisch mit der Frequenz des Taktfrequenzgenerators geschlossene Schaltstufe (S) entladen wird.

^) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Eingang des Komparators (7) die Kondensatorspannung (Uß) aus einem Verstärkerintegrator (V) zugeführt wird.

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