DE2922434C2 - Schaltung zur Leistungssteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Leistungssteuerung für ohmsche und/oder induktive Verbraucher, bestehend aus einem mit dem Verbraucher in Serie geschalteten, mit Phasenanschnittsteuerung Im Voilwellenbetrleb arbeitenden Triac, der mit Hilfe eines Diacs zündbar 1st, wobei letzterer von einem RC-Glled durch Aufladung des Kondensators Ober seinen regelbaren Widerstand ansteuerbar ist, und wobei eine Spannungsstabilisierung für die Versorgung des RC-Glledes vorgesehen ist.

Aus der DE-OS 24 22 060 Ist zum Beispiel bekannt, eine Schaltung zur Leistungssteuerung der obengenannten Art mit möglichst einfachen Mitteln aufzubauen. Nachteilig an solchen Schaltungen ist, daß sich Änderungen der Netzspannungen bei Teillastbetrieb verstärkt bemerkbar machen, da sich zum ersten durch die Spannungsänderung der Strom durch den Verbraucher ändert Und da zum zweiten auch die Steuerspännung für die Dlac-Ansteuerung geändert wird, so daß sich der Zündzeltpunkt des Trlacs verschiebt. Zur Steuerung der Drehzahl z. B. eines Bohrmaschinenmotors kann eine solche Schaltung ebenfalls nur sehr beschränkt herangezogen werden, da bei niederen Motordrehzahlen das Anlaufmoment des Motors bei VoUwellenbetrieb nur gering Ist. Außerdem sinkt die Drehzahl bei Belastung des Motors sehr stark ab, da die zur Verfügung stehende Leistung nicht mit der Belastung verändert wird. Es stehen spezielle Steuerschaltungen zur Drehzahlregulierung von Motoren zur Verfügung (Richter/Schippers: Thyristoren, Grundlagen und Anwendungen; Hrsg. 111 1971; Seiten 47-50), die Im Halbwellenbetrieb arbeiten und eine Drehzahlregelung aufzuweisen haben. Sie zeichnen sich jedoch alle durch einen relativ hohen Bauteilaufwand aus.

Durch die DE-OS 16 38 422 ist es darüber hinaus bekannt, eine Brückengleichrichter-Schaltung zwischen eine Stabillslerungsschaltung und die Ansteuerschaltung für den Diac bei einer Leistungssteueranordnung einzuschalten.

Aus der US-PublikaUon T 958,008 ist es weiterhin is bekannt, bei einer Leistungssteueranordnung mit einem GTO-Triac an den Ansteuerkreis in Reihe zu dem Diac eine Diodenanordnung mit einem in Reihe geschalteten Schalter anzuordnen, wodurch wahlweise positive oder negative Halbwellen zum öffnen oder Schließen des Triacs ausgewählt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Leistungssteuerung eines Verbrauchers mittels eines Triacs mit stabilisierter Ansteuerspannung anzugeben, bei der eine Umschaltmöglichkeit auf Halbwellenbetrieb besteht. Dadurch soll eine Verbesserung des Betriebs von Verbnuchern Im Teillastbetrieb und bei Motoren das Anlaufverhalten verbessert werden.

Eine Lösung der gestellten Aufgabe besteht nun darin, daß zur Leistungsumschaltung eine Diode so in den Ansteuerkreis des Diacs eingeschaltet ist, daß der Kondensator zur Steuerung des Diacs nur mit einer Halbwelle aufladbar ist, und daß ein Schalter zum Unwirksammachen der Diode vorhanden 1st.

Weiterbildungen der Erfindung bestehen darin, daß die Diode und der Schalter in Reihe liegend parallel zum Kondensator geschaltet sind, oder, daß die Diode zwischen dem der Ansteuerschaltung zugewandten Ausgang der Entkopplungsschaltupi; und dem Diac in Serie zu dem regelbaren Widerstand angeordnet ist und parallel der Schalter Hegt.

Außerdem ist eine Weiterbildung der Erfindung dadurch gegeben, daß der Stabillsierungskreis aus zwei gegeneinander in Serie geschalteten Zenerdloden In Verbindung mit zwei, das Netz mit den beiden Eingängen der Entkopplungsschaltung verbindenden Widerständen besteht.

Anhand der Im folgenden beschriebenen Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden:

Flg. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltung.

Flg. 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltung, bei der die Ansteuerschaltung für den Diac geändert ist.

FI g. 3a und 3b zeigen den Spannungsverlauf am Kondensator der Ansteuerschaltung des Diacs bei Verwendung eines Elektromotors als Verbraucher, wobei In Fig. 3a der Spannungsverlauf bei einem Motor Im Leerlaufund in Fig. 3b der Spannungsverlauf bei einem Motor unter Last dargestellt Ist.

In Flg. 1 wird ein Triac 1, der mit einem Verbraucher 2 In Reihe geschaltet 1st, von einem Diac 3 mit Zündimpulsen versorgt. Zur Ansteuerung des Diacs Ist eine RC-Komblnatlon vorgesehen, die aus einem Kondensator 4 und einem regelbaren Widerstand S besteht. Dabei liegt ein Kondensatoranschluß an der Leitung zwischen dem Verbraucher 2 und der einen Elektrode des Triacs 1, während der andere Kondensatoranschluß mit dem Eingang des Diacs 3 und der einen Klemme des regelba-

ren Widerstandes 5 verbunden ist. Der regelbare Widerstand 5 ist mit seiner anderen Klemme mit einem Wechselstromanschluß eines Brückengleichrichters aus Dioden 6, 7, 8 und 9 verbunden. Die Gleichspannungsanschlüsse desselben Brückengleichrichters sind über S zwei Widerstände 10 und 11 mi» identischen Werten mit dem einen Pol 12 der Netzleitung verbunden. Der zweite Wechselstromanschluß des Brückengleichrichters 6, 7, 8 und 9 ist über zwei gegeneinander in Serie geschaltete Zenerdioden 13, 14 mit einem zweiten Pol 15 der Netz- ίο leitung verbunden. Parallel zum Kondensator 4 liegen, in Reihe geschaltet, eins. Diode 16 beliebiger Polung und ein einpoliger Schalter 17.

Eine weitgehend identische Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Allerdings sind hler die Diode 16 und, paral-IeI zu derselben, der Schalter 17 in die Leitung zwischen dem Eingang des Dlacs 3 und der einen Klemme des regelbaren Widerstandes 5 geschaltet. Für den Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Funktion dieser Schaltung nicht verändert wird, wenn die Diode 16 und parallel dazu der Schalter 17 zwischen die andere Klemme des regelbaren Widerstandes 5 und de:; einen Wechselstromanschluß des Brückengleichrichters 6, 7. 8, 9 geschaltet wird.

Der Triac 1 kann mit Hilfe des Diacs 3 zu verschiedenen Zeitpunkten während einer Halbwelle gezündet werden und regelt so die Leistungszufuhr zum Verbraucher 2. Zur Erzeugung der Zündimpulse für den Triac 1 Ist der Diac 3 vorgesehen. Letzterer wird mit Hilfe der Kombination aus dem Kondensator 4 und dem regelbaren Widerstand 5 In der üblichen Welse angesteuert, solange die Diode 16 durch den Schalter 17 unwirksam gemacht ist. Als Versorgungsspannung für die Ansteuerschaltung des Diacs 3 wird eine stabilisierte Wechselspannung verwendet, welche aus der Netzspannung gewonnen wird. Dazu wird eine Cbliche Stabilisierungsschaltung aus den gegeneinander in Serie geschalteten Zenerdioden 13, 14 in Verbindung mit den Widerständen 10, 11 verwendet. Es ergibt sich bei Vernachlässigung des Inne..Widerstandes der Dioden 6, 7, 8, 9 an allen vier Anschlüssen des Brückengleichrichters aus denselben Dioden eine gegen das Potential der Leitung 15 stabilisierte Spannung, deren Wert von den verwendeten Zenerdioden abhängig 1st. Der Brückengleichrichter aus den Dioden 6, 7, 8, 9 ist nun so geschaltet, daß die Dioden 7, 8 bzw. 6, 9 jeweils für die Stabilisierungsschaltung aus den Zenerdioden 13, 14 und den Widerständen 10, 11 bzw. für die Ansteuerschaltung des Diacs 3 aus dem Kondensator 4 iMd dem regelbaren Widerstand 5 sowie den Widerständen 1&, 11 In Durchflußrlchtung geschaltet sind. Dagegen sind die Dioden 8, 9 bzw. 6, 7 jeweils gegeneinander geschaltet, um einen Stromfluß von der zwischen dem Triac 1 und dem Verbraucher 2 stehenden Spannung über die Zenerdioden 13, 14 zu verhindern und so die Ansteuerschaltung des Dlacs 3 und den Stabllislerungskreis elektrisch zu entkoppeln.

Wird der Schalter 17 so betätigt (In Flg. 1 geschlossen. In Flg. 2 geöffnet), daß die Diode 16 für die Schaltung wirksam wird, so wird bei beiden Schaltungsausführungen der Diac 3 nur noch mit einer Halbwelle der stabil!- slerten Spannung angesteuert. Dadurch kann auch der Triac 1 nur noch im Halbwellenbetrleb arbeiten. Diese Betriebsart erscheint für den Betrieb bestimmter elektromagnetischer Motoren als Verbraucher 2 besonders vorteilhaft, da bei die&em ein zur angelegten Spannung überproportional hohes Anlaufmoment des Motors erreicht wird.

Ein weiterer Vorteil für den Betrieb eines elektrischen Motors als Verbraucher 2 ergibt sich bei Verwendung der Ausführung nach FI g. 1 dadurch, daß bei wirksamer Diode 16 dem Verbraucher 2 eine mit der Belastung des Verbrauchers steigende Leistung zugeführt wird. Dieser Regeleffekt soll im folgenden anhand der F i g. 3a und 3b erläutert werden.

In beiden Fällen sind Spannungs-Zeit-Diagramme für den Verlauf der Spannung am Eingang des Diacs 2 für die Schaltung nach Fig. 1 mit wirksamer Diode 16 für einen elektromagnetischen Motor als Verbraucher 2 während eines Zeitraums kleiner als eine Periodendauer der Netzfrequenz dargestellt. Im folgenden wird aus Gründen der Vereinfachung auch der als Verbraucher geschaltete Motor mit der Ziffer 2 gekennzeichnet.

Eine an den Anschlüssen des Brückengleichrichters 6, 7, 8, 9 anliegende stabilisierte Spannung U₂ ist vorgegeben durch die Zenerspannung der Zenerdioden 13, 14 und setzt sich im Ansteuerkreis des Diacs 3 bei wirksamer Diode 16 aus einer durch die EMK des Elektromotors 2 entstehende Spannung U_EMK, eine c-n Kondensator 4 anliegende Spannung U_c und eine air Widerstand 5 abfallende Spannung U_R zusammen. Diese Zusammensetzung der Spannungen ergibt sich daraus, daß die Spannung U_EXIK entgegengesetzt gepolt Ist wie die Betriebsspannung des Verbrauchers 2 (Lenzsche Regel). Damit ist die Diode 16 unabhängig von ihrer Polung In der vorliegenden Schaltung immer so geschaltet, daß sie für die Spannung U_EMK in Durchlaßrichtung und für die Polarität der Halbwellen der Betriebs Spannung in Sperrichtung arbeitet.

Für die Zündung des Triacs 1 ist die zwischen dem Eingang des Dlacs 3 und der zum Verbraucher 2 führenden Elektrode des Triacs I anliegende Spannung relevant, also die jeweils am Kondensator 4 anliegende Spannung U_c ■ U₀ ist eine Spannung, die am Eingang des Dlacs 3 anliegen muß. um den Triac 1 zu zünden. Die Zündbedingung lautet also U_c = U₀.

Der Zeltpunkt der Zündung des Triacs 1, d.h. der Zeitpunkt, zu dem U_c = U₀ wird, ist, da die Zeitkonstante τ des RC-Glledes aus dem Kondensator 4 und dem regelbaren "-Viderstand 5 bei gegebener Einstellung des letzteren konstant ist, nur von der am RC-Glled anliegenden Spannung U_c + U_R abhängig. Da die Summe der Spannungen U_EUK + U_c + U_R gleich der durch die Zenerspannung festgelegten Spannung U_z sein muß, ist daher die am RC-Glled anliegende Spannung nur von der im Motor 2 erzeugten Gegenspannung U_EUK abhängig. Letztere wird aber mit zunehmender Belastung des als Verbraucher 2 verwendeten elektromagnetischen Motors geringer, so daß die Summe der Spannungen U_c + U_R größer wird. Dadurch verschiebt sich aber der Zündzeltpunkt t_zi des Triacs S bei einem Motor 2 ohne Belastung aufgrund des früheren Erreichens der Zündbedingung U_O = U_C (siehe Flg. 3a) In Richtung des früher gelegenen Zündzeltpunktes I₂₂ bei flnem belasteten Motor ? (siehe Fig. 3b). Das bedeutet, daß der Triac 1 um den Zeltraum At früher gezündet wird und dadurch der Motor 2 aufgrund des zur Verfügung stehenden größeren Teils der Halbwellc des St.omes mit einer höheren Leistung versorgt wird. 3ei einer geeigneten Dimensionierung der Bauteile der Schaltung nach Fig. 1 kann damit also auch eine belastungsunabhängige Drehzahlstabillsierung des als Verbraucher 2 verwendeten elektromagnetischen Motors mit einem sehr geringen Aufwand an Bauteilen erreicht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Leistungssteuerung für ohmsche und/oder induktive Verbraucher, bestehend aus einem mit dem Verbraucher in Serie geschalteten, mit Phasenanschnittsteuerung im VoUwellenbetrieb arbeitenden Triac, der mit Hilfe eines Diacs zündbar ist. wobei letzterer von einem RC-Glied durch Aufladung des Kondensators über einen regelbaren Widerstand ansteuerbar Ist, und wobei eine Spannungsstabilisierung für die Versorgung des RC-Gliedes vorgesehen ist, und der Stabillsierungskreis durch einen Brückengleichrichter (6-9) von der Ansteuerschaltung des Diacs (3) elektrisch entkoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Leistungsumschaltung eine Diode (16) so in den Ansteuerkreis des Diacs (3) eingeschaltet ist, daß der Kondensator (4) zur Steuerung des D'acs (3) nur mit elne^r Halbwelle aufladbar ist, und d&Eein Schalter (1) zum Unwirksammachen der Diode (16) vorhanden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (16) und der Schalter (17) in Reihe liegend parallel zum Kondensator (4) geschaltet sind.

3. Schaltung nach Anspruca 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (16) zwischen dem der Ansteuerschaltung zugewandten Ausgang der Entkopplungsschaltung (6-9) und dem Diac (3) in Serie zu dem regelbaren Widerstand (5) angeordnet ist, und parallel zu der Diode (16) der Schalter (17) liegt.

4. Schaltung nach Ai-spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierung: '.reis aus zwei gegeneinander In Serie geschalteten Zenerdloden (13,14) In Verbindung mit zwei das Netz mit den beiden Eingängen der Entkopplungsschaltung verbindenden Widerständen (10, 11) bestehen.