DE2936010A1

DE2936010A1 - Regelbarer wechselspannungskonstanthalter.

Info

Publication number: DE2936010A1
Application number: DE19792936010
Authority: DE
Inventors: Klaus 5810 Witten Beckhoff
Original assignee: Hans Von Mangoldt GmbH
Current assignee: Hans Von Mangoldt GmbH
Priority date: 1979-09-06
Filing date: 1979-09-06
Publication date: 1981-03-12
Also published as: DE2936010C2

Description

Regelbarer Wechselspannungskonstanthalter
Die Erfindung betrifft einen regelbaren Wechselspannungskonstanthalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Wechselspannungskonstanthalter dieser Art sind bekannt und werden zur Speisung von spannungskritischen Verbrauchern eingesetzt. Hierzu gehören beispielsweise Geräte der Meß- und Regeltechnik, der Steuerungstechnik, der Nachrichtentechnik, der Reprotechnik, der Röntgentechnik, der elektronischen Datenverarbeitung und der Optik mit elektrischen Lichtquellen.
Es sind zwei Gruppen von Wechselspannungskonstanthaltern bekannt, die sich aufgrund ihres andersartigen Funktionssystems prinzipiell voneinander unterscheiden.
Beispielsweise sind Wechselspannungskonstanthalter mit mechanisch stellbaren Transformatoren bekannt. Dabei können deren Stellmechanismen sowohl mit Schaltstufen als auch stufenlos arbeiten. Wechselspannungskonstanthalter dieser Art zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine weitgehende Unabhängigkeit von der Netzfrequenz und von den lastseitigen Leistungsfaktor aus. Ein Nachteil von Wechsel spannung skonstanthaltern dieser Art ist in ihrer Trägheit (2 bis 6 Sekunden Regelzeit für den Gesamtbereich) und in ihrem Stellgliedverschleiß zu sehen. Durch den hohen Stellgliedverschleiß ergibt sich ein erhöhter Wartungsbedarf.
Neben den Wechselspannungskonstanthaltern mit mechanisch stellbaren Transformatoren sind Wechselspannungskonstanthalter bekannt, die auf rein magnetischer Basis, d.h. mit ruhenden Bauteilen arbeiten. Unter diese Gruppe fallen magnetische Spannungskonstanthalter mit hochgesättigten Transformatorkernen und transduktorgeregelte Spannungskonstanthalter. Ein Nachteil der Wechselspannungskonstanthalter dieser Art besteht darin, daß sie einen relativ geringen Wirkungsgrad aufweisen, da die hohe Kernsättigung große Eisenverluste bewirkt. Ein weiterer Nachteil der magnetischen Spannungskonstanthalter besteht darin, daß ihre Einsatzmöglichkeit infolge der Abhängigkeit von der Netzfrequenz und von dem lastseitigen Leistungsfaktor erheblich eingeschränkt wird. Ein Nachteil von transduktorgeregelten Spannungskonstanthaltern besteht darin, daß sie einen sehr beschränkten Regelbereich aufweisen. Außerdem ist der erforderliche Materialaufwand beträchtlich, ein Grund, weshalb Wechselspannungskonstanthalter dieser Art bisher praktisch kaum eingesetzt wurden bzw. werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wechselspannungskonstanthalter bzw. einen Wechselspannungsregler mit einer optimalen Konstruktion anzugeben, der einerseits unabhängig von der Netzfrequenz und von dem lastseitigen Leistungsfaktor ist und der andererseits eine schnelle und wirkungsvolle Ausregelung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen wie eingangs bereits bezeichneten regelbaren Wechselspannungskonstanthalter gelöst, der durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführte Merkmale gekennzeichnet ist.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Wechselspannungskonstanthalters besteht darin, daß dieser auch als Wechselspannungsregler einsetzbar ist. Dies bedeutet, daß mit dem erfindungsgemäßen Wechselspannungskonstanthalter eine Spannung in variabler Höhe und mit hoher Konstanz erzeugbar ist.
Vorteilhafterweise haben erf indungsgemäße Wechselspannungskonstanthalter einen großen Leistungsfaktor bzw. einen hohen Wirkungsgrad.
Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Wechselspannungskonstanthalter ist in der'unverzerrten Ausgangsspannung zu sehen.
Dadurch, daß im Zusammenhang mit der Verwirklichung des erfindungsgemäßen Wechselspannungskonstanthalters Stellglieder nur im Nulldurchgang der Netzspannung geschaltet werden, ergibt sich vorteilhafterweise eine funkstörfreie Arbeitsweise ohne Stromunterbrechung.
Dadurch, daß ausschließlich ruhende Bauteile eingesetzt werden, ergibt sich vorteilhafterweise eine hohe Wartungsfreiheit.
Infolge der Verwendung von preisgünstigen elektronischen Bauteilen lassen sich die Herstellungskosten erfindungsgemäßer Wechselspannungskonstanthalter vorteilhafterweise auf eine angemessene Höhe beschränken.
Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Wechselspannungskonstanthalters ist in dem großen Regelbereich der Spannungsschwankungen von Netz und Last zu sehen.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigt: Figur 1 in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Wechselspannungskonstanthalters; Figur 2 ein im Zusammenhang mit dem Wechselspannungskonstanthalter der Figur 1 verwendetes Schieberegister; Figur 3 einen Spannungsdiskriminator mit einem Analog-Digital-Konverter des in der Figur 1 dargestellten Wechselspannungskonstanthalters; Figur 4 ein im Zusammenhang mit dem in der Figur 1 dargestellten Wechselspannungskonstanthalter verwendete Logikschaltung zur Erzeugung der Information für die Stelleingänge der Schieberegister; Figur 5 verschiedene Sicherungsschaltungen für die in der Figur 1 dargestellten Schieberegister; Figur 6 Treiberstufen zur Ansteuerung der in der Figur 1 dargestellten, die Anzapfungen der Sekundärwicklung jeweils mit den Ausgangsanschlüssen verbindenden elektronischen Schalter; Figur 7 einen netz synchronisierten und im Nulldurchgang schaltenden Taktgenerator zur Erzeugung des Taktes für die Signalverschiebung und Figur 8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
In der Figur 1 ist ein Transformator, bei dem es sich vorzugsweise um einen Spartransformator handelt, mit 1 bezeichnet. Dieser Transformator 1 wird über die eingangseitigen Anschlußleitungen 2 und 3 mit der Netzspannung UNetz versorgt.
Die Ausgangsspannung des Spartransformators 1 ist über frei schaltbare Windungsanzapfungen 41, 42 in der gewünschten Höhe entnehmbar. An der Stelle des Spartransformators 1 kann beispielsweise auch ein Transformator mit einer getrennten, d.h.
voll isolierter Ausgangswicklung verwendet werden.
Die Windungsanzapfungen des Transformators 1 sind in zwei Stellgruppen, nämlich in acht Grobstufen 41 und acht Feinstufen 42 zusammengefaßt. Mit diesen 2 x 8 = 16 Schaltstufen lassen sich 8 x 8 = 64 Spannungsstufen erfassen. Mit einer beispielsweisen Zuordnung von 8 Volt je Grob- und 1 Volt je Feinstufe kann somit der Netzspannungs-Regelbereich 64 Volt umfassen und sich beispielsweise bei einer Nennspannung von 220 Volt von 180 bis 244 Volt erstrecken. Das Auflösungsvermögen bzw. die Regelgenauigkeit beträgt dann ~ 1 Volt »- 0,5 %.
Der Einsatz dieser beiden zuvorbeschriebenen Stellgruppen hat den Vorteil der maximalen Schaltstufenbeschränkung. Im Beispiel sind für 64 Spannungsstufen nur 16 Schaltstufen erforderlich.
Jede Windungsanzapfung der Grobstufe 41 bzw. der Feinstufe 42 ist über einen Schalter 51 bzw. 52 mit dem Ausgang 61 bzw. 62 elektrisch verbindbar. Als Schalter 51, 52 sind vorzugsweise Halbleiterschalter, beispielsweise Triacs, vorgesehen. Jeder Halbleiterschalter 51 bzw. 52 ist mit einer Steuerleitung 71 bzw. 72 verbunden. Uber diese Steuerleitungen 71 bzw. 72 können die der Grobstufe 41 bzw. der Feinstufe 42 zugeordneten Halbleiterschalter 51 bzw. 52 durch Zündung betätig werden. Dabei erfolgt die Zündung derart, daß stets die richtigen Windungsanzapfungen der beiden Schaltstufen auf die Ausgangsleitungen 61 bzw. 62 durchgeschaltet werden und an diesen die Ausgangs spannung in der vorgegebenen Höhe konstant gehalten wird. Bei der Erfindung erfolgt die ündsteuerung auf digitaler Basis, wodurch der enorm kostensparende Einsatz von integrierten Digital-Bausteinen möglich wird. Hierzu ist eine Regeleinrichtung 8 vorgesehen, die zur Ansteuerung der Grobstufe 41 und der Feinstufe 42 je ein digitales Schieberegister 91 bzw. 92 mit acht Ausgängen 93 bzw. 94 enthält. Dabei ist jeweils ein Ausgang 93 mit einer Steuerleitung 71 eines Halbleiterschalters 51 und jeweils ein Ausgang 94 mit einer Steuerleitung 72 eines Halbleiterschalters 52 verbunden. Wird beispielsweise ein Ausgang 93 bzw. 94 eines Schieberegisters 91 bzw. 92 spannungsführend, d.h. daß dieser Ausgang das H-Signal (high) annimmt, so wird der mit ihm verbundene Halbleiterschalter 51 bzw. 52 aktiviert und verbindet seinerseits die ihm zugeordnete Windungsanzapfung 41 bzw. 42 mit dem Ausgang 61 bzw. 62. Wird aber derselbe Ausgang des Schieberegisters wieder spannungslos , gleichbedeutend mit der Annahme des Signals L (low ), so unterbricht der Halbleiterschalter wieder die elektrische Verbindung. Das Signal an einem Ausgang des Schieberegisters bedeutet demnach ein Schaltbefehl an den jeweils verbundenen Halbleiterschalter.
An den Ausgängen eines jeden Schieberegisters darf immer nur ein H-Signal erscheinen, da nämlich mehrere gleichzeitig vorhandene Signale an den Windungsanzapfungen des Transformators einen Kurzschluß verursachen wurden. Eine Schaltung, die gewährleistet, daß immer nur ein H-Signal an den Ausgängen eines jeden Schieberegisters auftritt, wird später im Zusammenhang mit der Figur 5 noch ausführlich erläutert. Das H-Signal kann an den acht Ausgängen 93 bzw. 94 der Schieberegister 91 bzw. 92 im Takt der an diesen anliegenden Schiebefrequenz (clock) beliebig hin- und hergeschoben werden.
Als sehr geeignetes Schieberegister kann beispielsweise der auf dem Markt unter der Bezeichnung SN 74198 erhältliche integrierte Digital-Baustein verwendet werden. In Figur 2 ist dieser Baustein lediglich mit seinen für die vorliegende Beschaltung wichtigen Anschlüsse schematisch dargestellt.
Es sind dies die beiden Stelleingänge Sr und Sl zur Steuerung des Rechts- und Linkslaufs (auch "Vor- und Rückwärtslaufs"), die beiden Eingänge SEr und SE1 für die Signal eingabe, der Eingang "clock" für den Schiebetakt und der Anschluß "clear" zum Löschen aller H-Signale an den acht Ausgängen jedes Schieberegisters. Diese Ausgänge wurden mit 931 bis 938 bzw. 941 bis 948 bezeichnet. Bei den Ausgängen 931 bis 938 handelt es sich um die des Schieberegisters 91 zur Ansteuerung der Halbleiterschalter 51 und bei den Ausgängen 941 bis 948 um die des Schieberegisters 92 zur Aussteuerung der Halbleiterschalter 52.
Nach Eingabe eines H-Signals über die Eingänge SEr (für Rechtslauf) oder SE1 (für Linkslauf) der Schieberegister kann seine Bewegung entlang der acht Ausgänge über eine logische Verknüpfung der beiden Stell eingänge 5r und 5 von außen her gesteuert werden.

In der folgenden Tabelle ist angegeben, mit welchen Steuersignalen die beiden Stelleingänge Sr und Sl jeweils beschickt werden müssen, um die gewünschte Bewegung des Signals H und des Schaltbefehls entlang der Ausgänge 931 bis 938 bzw. 941 bis 948 für die jeweils angeschlossenen Schalter 51 bzw. 52 auszulösen.

Kurz-

Stelleingänge Verhalten des Schieberegisters

zeichen

Sr Sl

L L Eingang clock gesperrt, keine Verschiebung stop

Verschiebung nach rechts (Vorwärtsrichtung)

L H 1#8

Signaleingabe über SE

Verschiebung nach links (Rückwärtsrichtung)

Signaleingabe über SE1

H H Parallele Dateneingabe (hier ohne Belang)

Die Steuersignale werden in einem besonderen Teil der Regeleinrichtung 8, dem sogenannten "interface" gebildet, das aus einem Spannungsdiskriminator 95 mit einem Analog-Digital-Konverter und einer Logikschaltung 96 besteht (Figur 1).

In der Figur 3 sind der Diskriminator 95 und dieser Analog-Digital-Konverter 97 dargestellt. Der Diskriminator 95 stellt die Regelabweichung der Ausgangsspannung fest, indem er die Ausgangs spannung UAus mit einer vorgegebenen Bezugsspannung URef vergleicht. Um eventuelle Differenzen in der Phasenlage, den Einfluß von Kurvenverformungen usw. zu umgehen, werden die zu vergleichenden Wechselspannungen vorher in Gleichspannungen umgewandelt. De hochstabile Bezugsspannung URef wird an der temperaturkompensierten Zenerdiode 10 erzeugt.
Die Abhängigkeit ihrer Spannung von Temperaturschwankungen darf höchstens 20 ppm/°C betragen. Zur Erzielung von stabilen Betriebsverhältnissen wird die Zenerdiode 10 vorzugsweise aus einer eigenen vorstabilisierten Spannungsquelle gespeist.
Diese besteht aus einer separaten Wicklung 11 auf dem Transformator 1, einer Gleichrichterschaltung 12, bei der es sich vorzugsweise um einen Graetz-Gleichrichter handelt, einem Ladekondensator 13 und einer vorstabilisierenden Zenerdiode 14, mit einer etwas höheren Spannung als die Spannung der Zenerdiode 10. Anstelle der Anordnung der Zenerdiode 10 und 14 kann es auch infolge der hohen Anforderung an die Stabilität vorteilhaft sein, ein übliches Silizium-Referenzelement einzusetzen.
Wie aus der Figur 3 weiter ersichtlich ist, wird die Ist-Spannung U1st an dem Ausgang 61, 62 des Wechselspannungskonstanthalters über einen kleinen Spannungswandler 15 entnommen, um ebenfalls, beispielsweise durch die Gleichrichterschaltung 19, bei der es sich beispielsweise wieder um einen Graetz-Gleichrichter handelt, gleichgerichtet zu werden. Die Höhe der entnommenen Gleichspannung ist mittels eines abgreifbaren Widerstandes, vorzugsweise eines Potentiometers 2C einstellbar. Durch Verstellen dieses Potentiometers wird die Ausgangspannung der gewünschten Höhe vorge3eben. Diese Anderungsmöglichkeit in Verbindung mit der stattfindenden Spannungsteilung erlaubt es die Höhe der konstant zu haltenden Spannung zu variieren und erweitert den Wechselspannungskonstanthalter zu einem Wechselspannungsregler. Der Vergleich der Bezugsspannung und der Ist-Spannung erfolgt durch eine Parallelschaltung. Die Verbindung der beiden Spannungsquellen erfolgt beispielsweise an den Minuspolen direkt, während dann die beiden Pluspole über ein dreiteiliges Spannungssieb 21 gegeneinander geschaltet sind. Die einzelnen Siebe 21A, 21B und 21C der Siebschaltung 21 enthalten jeweils einen vorzugsweise gleichgroßen Widerstand 22A, 2213 und 22C. Bei dem Sieb 21B ist dem Widerstand 22B eine Zenerdiode 23 (hier: Uz = 1 Volt) und bei dem Sieb 21C ist dem Widerstand 22C eine Zenerdiode 24 (hier: U = 8 Volt) vorgez schaltet. An den Widerständen 22A, 22B und 22C können daher nur Spannungsabfälle auftreten, denen die nachfolgende Staffelung aufgeprägt ist: U21A = U - URef - 0 Volt Ist U21B = U - URef - 1 Volt Ist 21C = - URef - 8 Volt 21C Ist Die am Siebeingang liegende Diode 25 verhindert "negativc" Spannungsabfälle. Dies bedeutet, daß bei der Siebung immer Ist >URef gilt.
Die analogen Spannungssignale U U21A, U21B und U werden anschließend in dem Analog-Digital-Konverter 97 in digitale Rechteckimpulse umgeformt. Dies geschieht in den stellbaren RS-Flipflops (latch) 27A, 27B und 27C, die vorzugsweise jeweils aus kreuzgekoppelten NAND-Gattern gebildet sind. Beispielsweise werden die analogen Signale U21A, U21B und U in der aus der Figur 3 ersichtlichen Weise über Transistoren 26A, 26B und 26C an die Eingänge R der Flipflops 27A, 27B und 27C angelegt. Die digitalen Rechteckimpulse verlassen den Konverter 97 auf den drei Steuerleitungen 28A, 28B und 28C. Sie vermögen anhand des durch die Staffelung gegebenen Codes auszusagen, in welchem Bereich sich die Ist-Spannung UIst jeweils bewegt.
Anstelle der vorbeschriebenen Siebung der Ist-Spannung UIst kann beispielsweise auch ein durch die Firma Intersil entwickelter Spannungsdetektor mit der Typenbezeichnung ICL8211 oder ICL8212 verwendet werden.
Die auf den Steuerleitungen 28A, 28B und 28C ankommenden Spannungssignale werden nunmehr umgeformt, wie sie gemäß der Tabelle 1 für die Stelleingänge Sr und Sl der beiden Schieberegister 91 bzw. 92 erforderlich sind. Die Tabelle 2 vermittelt einen Überblick über das diesbezügliche Steuer-und Stell programm.

Nennspannung = 220/220 Volt für Eing./Ausg.

Spannung Diskriminator erforderliche Verschiebung Stellsignale

im Bereich UAus Ausg. Pegel des Registers in Richtung Register "grob" Register "fein"

Sr Sl Sr Sl

28A L

Unter-

<220 28B L "grob" rechts L H L L

spannung

28C L

im 28A H

Sollbe- 220,5#0,5 28B L beide stop L L L L

reich 28C L

kleine 28A H

Überspan- 221-228 28B H "fein" links L L H L

nung 28C L

große 28A H

Überspan- >228 28B H "grob" links H L L L

nung 28C H

L (low) = spannungslos, H (high) = spannungsführend In der Figur 4 ist die den Steuercode erzeugende Logikschaltung dargestellt, welche aus den an den Ausgängen 28A, 28B und 28C des Analog-Digital-Konverters 97 auftretenden Signale die Stellsignale für die Stelleingänge Sl und 5r des Schieberegisters 91 und die Stelleingänge 5r und Sl der Schieberegister 91 und 92 erzeugt. Zu diesem Zweck sind in der Logikschaltung die AND-Gatter 29, 30 und 31 und Inverter 44, 45 und 46 in aus der Figur 4 ersichtlicher Weise miteinander verknüpft. Die Stellsignale erscheinen an den Ausgängen 32, 33 und 34 der Gatter 29, 30 und 31 und an dem Ausgang 35 mit ständigem L-Signal. In der Figur 4 sind die an den jeweiligen Ein- bzw.

Ausgängen auftretenden Potentialverhältnisse für die Zustände 1 bis 4 der Tabelle 2 angegeben. Dabei sind die jeweiligen Zustände durch die von Kreisen umrandeten Ziffern angegeben.
Wie aus der, die Stell-Logik für die Schieberegister 91 und 92 darstellenden Figur 5 ersichtlich ist, ist der Ausgang 32 über die AND-Gatter 36 und 38, der Ausgang 33 über das AND-Gatter 37, der Ausgang 34 über die AND-Gatter 56 und 57 und der Ausgang 35 über das AND-Gatter 55 mit den entsprechenden Stelleingängen Sr und Sl des Schieberegisters 91 und 92 verbunden. Dabei werden die an den Eingängen 32 bis 34 jeweils auftretenden Signale im Normalfall durch die zuvor angeführten Gatter, deren Funktion später noch im einzelnen erläutert werden wird, nicht beeinflußt bzw. verändert.
Durch die Gatter 36 und 37 bzw. die Gatter 55 und 56 wird eine Endstellen-Sicherung geschaffen, die verhindert, daß das Schiebesignal H über die Endstellen 931 und 938 des Schieberegisters 91 und über die Endstellen 941 und 948 des Schieberegisters 92 hinwegläuft. Wenn beispielsweise das Schiebesignal H in Richtung auf die Endstelle 938 des Schieberegisters 91 bzw. die Endstelle 948 des Schieberegisters 92 verschoben wird, wird das an dem Gatter 36 bzw. 56 normalerweise anliegende H-Signal in dem Augenblick zu einem L-Signal, sobald das Schiebesignal H den Ausgang 938 bzw. 948 erreicht. Dies hat zur Folge, daß der Zustand 4 an den Stelleingängen in den Stopbefehl umgewandelt wird. Beim Erreichen der Endstellen 938 bzw. 948 wird daher die Verschiebung des H-Signals automatisch gestoppt. In entsprechender Weise wird bei einer Verschiebung des H-Signals in Richtung auf den Ausgang 931 des Schieberegisters 91 bzw. auf den Ausgang 941 des Schieberegisters 92 der Zustand 1 an den entsprechenden Stelleingängen in einen Stop-Befehl geändert, wenn das H-Signal den Ausgang 931 bzw. 941 erreicht.
Die Gatter 39, 40 und 43, bzw. 59, 60 und 58 ermöglichen in Verbindung mit den Invertarn 47 bzw. 66 und den Dioden 48, bzw. 64 eine Nullsignal-Sicherung. Diese tritt sofort in Tätigkeit, sobald eine ungewollte Löschung des Schiebesignals stattfindet, d.h. kein H-Signal mehr an einem der act Ausgängen eines Schieberegisters feststellbar ist. Da in diesem Fall mangels Schaltbefehl kein Halbleiterschalter mehr gezündet wird, käme ein solcher Fall der Betriebsunterbrechung des Konstanthalters gleich.
Bei Ansprache der Nullsignal-Sicherung nehmen beide NOR-Gatter 39/40 bzw. 59/60 und damit auch die AND-Gatter 43 bzw. 58 ein H-Singal an, wodurch automatisch das gleiche Signal am Eingang SEr der Register eingegeben wird bei gleichzeitiger Vorbereitung der beiden Stelleingänge Sr/Sl zum Rechtslauf (H-Signal über Negator 47 bzw. 66, und als L-Signal am Ausgang des Gatters 38 bzw. 57 und am Stelleingang Sr; und H-Signal über Entkoppeldiode 48 bzw. 64 jeweils zum Stelleingang S Sr). Die Neusetzung des Schiebesignals erfolgt demnach aus Gründen der Sicherheit stets im untersten Spannungsbereich des Stelltransformators, kann aber -falls gewünscht -über die an jedem Register vorhandenen Eingänge für Pralleleingabe auch nach Belieben an irgend einem anderen Registerausgang an anderer Spannungststufe erfolgen.
Die beiden Widerstände 50 bzw. 63 auf dem Schaltbild der Figur 5 dienen zur Senkung des Spannungspegels an den unbelasteten S1-Eingängen der Register. Wie bei allen integrierten Digitalbausteinen würde der (interne) Spannungspegel an unbelasteten Eingängen eine Höhe annehmen, welche dem H-Signal entspräche und eine Fehlprogrammierung verursachen.
Ebenso wie die beiden Dioden 48 bzw. 64 dienen auch 49 bzw.
65 zur Entkopplung.
Schließlich weist der erfindungsgemäße Wechselspannungskonstanthalter gemäß der Figur 5 noch eine sogenannte Doppelsignalsicherung d.h. eine Sicherung gegen das gleichzeitige Auftreten von mehr als einem Schiebesignal H an den Ausgängen der Register auf. Dadurch wird, wie zuvor bereits erwähnt wurde, ein Kurzschluß zwischen den Windungsanzapfungen des Transformators vermieden. Beim Auftreten von mehr als einem Schiebesignal müssen daher diese schlagartig gelöscht werden und es wäre automatisch ein neues Schiebesignal mit dem nächstfolgenden Schiebetakt einzugeben. Zu diesem Zweck sind die Ausgänge 931 bis 938 des Schieberegisters 91 bzw. die Ausgänge 941 bis 948 des Schieberegisters 92 über Entkopplungsdioden 73 bzw. 75 und Widerstände 74 bzw. 76 in der aus der Figur 5 ersichtlichen Weise miteinander verbunden. Der gemeinsame Verbindungspunkt 77 bzw. 78 ist beispielsweise über einen abgreifbaren Widerstand 79 bzw. 80 mit Massepotential verbunden. Der Abgriff des Widerstandes 79 bzw. 80 ist mit der Basis eines Transistors 81 bzw. 82 verbunden. Der Emitter des NPN-Transistors 81 bzw. 82 ist mit Massepotential und der Kollektor mit dem Eingang "clear" des Schieberegisters 91 bzw. 92 verbunden. Wenn an mehr als einem Ausgang 931 bis 938 bzw.
941 bis 948 ein H-Signal anliegt, schaltet der Transistor 81 bzw. 82 durch, womit die clear-Eingänge der Schieberegister auf Nullpotential gelegt werden. Dies hat die sofortige Löschung aller vorhandenen Signale (Schiebesignale und Fremdsignale) an den Ausgängen der Register zur Folge, worauf zwangsläufig wieder die Nullsignalsicherung in Aktion tritt. Dabei können derartige Fremdsignale als Störungen beispielsweise über die elektrische Stromversorgung eingekoppelt werden.
In der Figur 6 ist dargestellt, wie die einzelnen Ausgänge 931 bis 938 bzw. 941 bis 948 der Schieberegister 91 bzw. 92 mit den Ansteuerleitungen 711 bis 718 bzw. 721 bis 728 der die Anzapfungen 411 bis 418 (Grobstufe) bzw. 421 bis 428 (Feinstufe) des Transformators 1 mit den Ausgängen 61 bzw. 62 verbindenden Halbleiterschalter 511 bis 518 bzw. 521 bis 528 verbunden sind. Um zu gewährleisten, daß die am Ausgang der Schieberegister zur Verfügung stehende Stromstärke als Steuer-bzw. Zündstrom für die Halbleiterschalter bzw. Triacs ausreicht, kann zwischen jeweils einem Ausgang 931 bis 938 bzw. 941 bis 948 und einer Ansteuerleitung 711 bis 718 bzw. 721 bis 728 in aus der Figur 6 ersichtlichen Weise eine an sich bekannte Treiberstufe 83 bzw. 84 vorgesehen sein. Nach herkönuslicher Btzeichnung werden die Triacs dann in den Quadranten I und IV gezündet.
Die Bewegung des Schiebesignals H in den Registern 91 bzw. 92 geschieht im Takt einer Folge aus positiven an dem Eingang "clock" des Schieberegisters 91 bzw. 92 eingegebenen Impulsen.
Diese Schiebeimpulse sind derart mit der Netzfrequenz synchronisiert, daß sie zeitlich mit dem Nulldurchgang der sinusförmigen Netzspannung zusammenfallen. Dadurch werden die hier als Schalthalbleiter eingesetzten Tricas nur im Augenblick des Nulldurchgangs, d.h. im spannungs- bzw. stromlosen Zustand umgeschaltet.
Die Hauptvorteile dieses Verfahrens liegen im unterbrechungslosen und funkstörfreien Arbeiten der Konstanthalter.
Fig. 7 vermittelt die beispielshafte Anordnung eines solchen mit Netzfrequenz und Nulldurchgang synchronisierten Schiebetaktgenerators. Ein als integrierter Digitalbaustein auf dem Markt befindliches Monoflipflop - hier die Type SN 74121 - erzeugt Schiebeimpulse einstellbarer Länge, deren Zeiteinsatz mit Hilfe einer stellbaren Phasenbrücke von 0 - 1800 variiert werden kann.
Der erfindungsgemäße regelbare Wechselspannungskonstanthalter kann auch so aufgebaut werden, daß die Anzapfungen 41, 42 an der Netzseite (Eingangseite) des Transformators 1 angeordnet sind (Fig. 8). In diesem Fall liegen die Schalthalbleiter 51/52 anstatt in den Ausgangsleitungen 61/62 nunmehr in den Eingangsleitungen 2/3 und ist die Schaltrichtung an den Windungsanzapfungen 41/42 umgekehrt gegenüber vorher: bei Unterspannung auf der Ausgangsseite des Transformators 1 werden an dessen Eingangsseite die Eingänge 2/3 auf Anzapfungen mit entsprechend geringer Windungszahl durchgeschaltet. Für die Umkehrung der Schaltrichtung bedarf es lediglich eines Vertauschens der Steuerleitungen 71/72 in bezug auf ihre Reihenfolge an den acht Ausgängen 93/94 der Schieberegister 91/92.
In dem Diskriminator 95 kann der abgreifbare Widerstand (Potentiometer) 20, der im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel auf Seiten der Istspannung UIst angeordent ist, auch an der Seite der Referenzspannung Urefvorgesehen werden.
Es ist auch denkbar die erfindungsgemäße Steuerung im Zusammenhang mit einem bekannten Zusatz-Transformatorsatz gemäß VDE 0532/1.59 anzuwenden. In diesem Fall werden die Anzapfungen des Erregertransformators, die vorzugsweise wieder in Grob-und Feinstufen unterteilt sein können, in der oben beschriebenen Weise durch die Register angesteuert.
Der einsatzmäßige Schwerpunkt des erfindungsgemäßen Wechselspannungskonstanthalters liegt vorzugsweise im Bereich der nach VDE o55o/Teil 1 § 1b< begrenzten Leistung.

Claims

Regelbarer Wechselspannungskonstanthalter Patentansprüche 1) Regelbarer Wechselspannungskonstanthalter mit einem Transformator mit Eingängen und Ausgängen und mit Windungsanzapfungen, wobei jeweils ein eine Steuerelektrode aufweisender Halbleiterschalter einerseits mit einer Anzapfung verbunden ist und wobei die Halbleiterschalter andererseits an ei -nem Anschluß zusammengeschaltet sind, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß jeweils ein Ausgang (93,94) eines diaitalen Schieberegisters (91,92) mit einer Steuerelektrode (71,72) verbunden ist, daß eine digitale Steuerlogik (96) vorgesehen ist, mit der an Stelleingängen(S 8) des Registers (91,92) Stellsignale entsprechend einer durch einen Diskriminator (95) gebildeten Differenz aus einer von der Ausgangsspannung (UAus) abgeleiteten Istspannung(UIst) und einer von der Eingangsspannung (UNetz) abgeleiteten Referenzspannung (URef) zur Bewegung eines die Halbleiterschalter (51,52) aufeinanderfolgend zündenden Signals in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung oder zum Stoppen dieses Signals an einem vorgegebenen Ausgang des Registers (91,92) erzeugbar sind.
2) Konstanthalter nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß als Register (91, 92) jeweils ein nulldurchgangsmäßig synchronisiertes Register vorgesehen ist.
3) Konstanthalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Transformator ein Spartransformator oder rein Transformator mit getrennten Wicklungen vorgesehen ist.
4) Konstanthalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anzapfungen ausgangsseitig oder eingangsseitig angeordnet sind und daß der Anschluß einen der Ausgänge (61, 62) oder Eingänge (2, 3) des Transformators bildet.
5) Konstanthalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Transformator ein Zusatztransformatorsatz mit einem Erregertransformator mit getrennten Wicklungen oder mit einem Erregertransformator in Sparschaltung vorgesehen ist und daß die Anzapfungen an dem Erregertransformator zur Verbindung desselben mit dem Zusatztransformator vorgesehen sind.
6) Konstanthalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anzapfungen in eine vorgegebene Abstände zwischen den Anzapfungen aufweisende Grobstufe (41) und eine kleinere als die vorgegebenen Abstände zwischen den Anzapfungen aufweisende Feinstufe (42) unterteilt sind.
7) Konstanthalter nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß bei der Verwendung eines Spartransformators oder eines Transformators mit getrennten Wicklungen die in eine Grobstufe (41) und in eine Feinstufe (42) unterteilten Anzapfungen ausgangsseitig oder eingangsseitig angeordnet sind und daß der Anschluß der Halbleiterschalter (51) der Grobstufe (41) mit dem Ausgang (61) oder dem Eingang (2) und der Anschluß der Halbleiterschalter (52) der Feinstufe (42) mit dem anderen Ausgang (62) oder dem anderen Eingang (3) des Transformators verbunden ist.
8) Konstanthalter nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß bei der Verwendung eines Zusatztransformators der Anschluß der Halbleiterschalter der am Erregertransformator angeordneten Grobstufe mit einem Anschluß einer Wicklung des Zusatztransformators und der Anschluß der Halbleiterschalter der am Erregertransformator angeordneten Feinstufe mit dem anderen Anschluß der einen Wicklung des Zusatztransformators verbunden ist.
9) Konstanthalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Halbleiterschalter (51, 52) Triacs vorgesehen sind.
10) Konstanthalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Register (91, 92) ein Bauelement vom Typ SN 74198 vorgesehen ist.
11) Konstanthalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils zwischen einem Ausgang (931 bis 938, 941 bis 948) eines Registers (91, 92) und einem Steuereingang (711 bis 728, 721 bis 728) eines Halbleiterschalters (511 bis 518, 521 bis 528) ein Treiber (83, 84) vorgesehen ist.
12) Konstanthalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h ne t , daß der Diskriminator (95) eine am Transformator (1) angeordnete Sekundärspule (11) mit einer nachgeschalteten Gleichrichterschaltung (12) und einem nachgeschalteten Ladekondensator (13) zur Erzeugung der Referenzspannung (URef) an einer temperaturkompensierten Zenerdiode (10) aufweist, daß zur Erzeugung der Istspannung (UIst) parallel zu den Ausgängen (61, 62) die Primärspule eines weiteren Transformators (15) geschaltet ist, daß mit den Ausgängen der Sekundärwicklung des weiteren Transformators (15) eine weitere Gleichrichterschaltung (19) verbunden ist, daß die Ausgänge der weiteren Gleichrichterschaltung (19) mit den Eingängen eines abgreifbaren Widerstandes (20) verbunden sind, daß ein Eingang des abgreifbaren Widerstandes (20) mit einem an demselben Potential liegenden Anschluß der Zenerdiode (10) verbunden ist, daß zwischen dem Abgriff des abgreifbaren Widerstandes (20) und dem anderen Anschluß der Zenerdiode ein Signale (U21A, U 21B' U21c) am Ausgang erzeugendes Spannungssieb (21) angeordnet ist, daß mit jeweils einem Ausgang des Spannungssiebes (21) ein Analog-Digital-Wandler (27A, 27C, 27C) verbunden ist, und daß mit den Ausgängen der Analog-Digital-Wandler eine Steuerlogik (96) verbunden ist, die aus den Signalen die Stellsignale zur Bewegung der die Halbleiterschalter (51, 52) zündenden Signale in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung oder zum Stoppen dieser Signale an den Stelleingängen (Sr, des Registers (91, 92) erzeugt.
13) Konstanthalter nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungssieb (21) des Diskriminators (95) so aufgebaut ist, daß es in Abhängigkeit von der jeweiligen Differenz zwischen der Referenzspannung (URef) und der Istspannung (UIst) an einem ersten Ausgang ein erstes Signal erzeugt, solange diese Differenz einer Abweichung der Ausgangsspannung (UAus) von der Netzspannung (UNetz) entspricht, die größer ist als die Potentialdifferenz der Potentiale an zwei benachbarten Anschlüssen der Grobstufe (41), daß das Spannungssieb (21) an einem zweiten Ausgang ein zweites Signal erzeugt, wenn die Abweichung zwischen der Ausgangsspannung (UAus) und der Eingangsspannung (UNetz) größer ist als die Potentialdifferenz an zwei benachbarten Anschlüssen der Feinstufe (42), und daß das Spannungssieb (21) an einem dritten Ausgang ein drittes Signal erzeugt, wenn die Abweichung zwischen der Ausgangsspannung (UAus) und der Eingangsspannung (UEin) annähernd Null ist.
14) Konstanthalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Doppelsignalsicherung die Ausgänge (931 bis 938; 941 bis 948) eines Schieberegisters (91, 92) jeweils über eine Diode (73, 75) und einen Widerstand (74, 76) mit einem gemeinsamen Punkt (77, 78) elektrisch verbunden sind, daß dieser gemeinsame Punkt mit dem Steueranschluß eines weiteren Halbleiterschalters (81, 82) verbunden ist , und daß die Dioden und die Widerstände so bemessen und geschaltet sind, daß der weitere Halbleiterschalter (81, 82) in den leitenden Zustand versetzt wird, wenn an mehr als einem der Ausgänge (931 bis 938; 941 bis 948) ein einen Halbleiterschalter (51, 52) zündendes Signal auftritt, und ein Signal an den Clear-Eingang des Registers (91,92) anlegt.
15) Konstanthalber nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Endstellensicherung der erste Ausgang (931, 941) und der letzte Ausgang (941, 948) über logische Schaltelemente (54, 36; 53, 37 bzw. 67, 56; 68, 55) so mit den Stelleingängen (Sr, Sl) des Registers (91, 92) verbunden sind, daß an diesen automatisch ein Stellsignal zum Stoppen der Verschiebung des die Halbleiterschalter zündenden Signals erzeugt wird, wenn bei einer Verschiebung des Halbleiterschalter zündenden Signals in Vorwärtsrichtung der letzte Eingang und bei einer Verschiebung des Halbleiterschalter zündenden Signals in Rückwärtsrichtung der erste Eingang erreicht wird.
16) Konstanthalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß als Null-Signalsicherung in dem Fall, in dem an keinem der Ausgänge (931 bis 938; 941 bis 948) ein einen Halbleiterschalter (51, 52) zündendes Signal anliegt, über weitere logische Schaltelemente (39, 40, 43, 59, 60, 58) ein Signal erzeugt wird, das bewirkt, daß an den Eingabe-Eingängen(SEr, SE1) ein Signal zur Eingabe und an den Stelleingängen (Sr, des Registers (91, 92) Stellsignale erzeugt werden, die die Verschiebung des die Halbleiterschalter zündenden Signals in Vorwärtsrichtung bewirken.