DE2936010C2 - Regelbarer Wechselspannungskonstanthalter. - Google Patents

Description

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 Wechselspannungskonstanthalttm bekannt, die sich aufgrund ihres andersartigen Funktionssystems prinzipiell voneinander unterscheiden.

Beispielsweise sind Wechselspannungskonstanthalter mit mechanisch stellbaren Transformatoren >o bekannt. Dabei können deren Stellmechanismen sowohl riiit Schaltstufen als auch stufenlos arbeiten. Wechselspannungskonstanthalter dieser Art zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine weitgehende Unabhängigkeit von der Netzfrequenz und von dem lastseitigen Leistungsfaktor aus. Ein Nachteil von Wechselspannungskonstanthaltern 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 hochi :sättigten 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.

Aus der DE-OS 26 25 288 ist ein im Oberbegriff des Patentanspruches 1 berücksichtigter regelbarer Wechselspannungskonstanthalter mit einem Diskriminator bekannt, dem zur Differenzbildung eine aus der Ausgangsspannung abgeleitete Ist-Spannung und eine aus der Eingangsspannung abgeleitete Referenzspannung zuführbar sind. Außerdem ist eine .digitale Steuerlogik vorgesehen, die in Abhängigkeit von dir Dilterenz die erforderlichen Windungsanzapfungen des Transformators des Wechselspannungskonstanthalters aasteuert. Genauer gesagt erzeugt eine Kommandoschaltung eine der Differenz proportionale Ausgangsfrequenz. Diese Ausgangsfrequenz wird einem Zündimpulsverteiler zugeführt, der elektronische Zähler aufweist, die aus der Ausgangsfrequenz der Kommandoschaltung Signale im BCD-Code erzeugen. Diese Signale werden dekodiert und zur Ansteuerung von elektronischen Schaltern verwendet, die die Verbindungen zu den erforderlichen Windungsanzapfungen herstellen. Ein Problem besteht bei einem derartigen Wechselspannungskonstanthalter darin, daß für jede mögliche Differenz bzw. für jede mögliche Ausgangsfrequenz der Kommandoschaltung eine logische Verknüpfungsschaltung vorhanden sein muß, die die jeweils erforderlichen elektronischen Schalter betätigt. Dies hat zur Folge, dab der Aufbau eines derartigen Wechselspannungskonstanthalters sehr aufwendig und teuer ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wechselspannungskonstanthalter der eingangs genannten Art mit einem optimalen Aufbau verfügbar zu machen, der einerseits unabhängig von der Netzfrequenz und von dem lastseitigen Leistungsfaktor ist und der andererseits eine schnelle und wirkungsvolle Ausregelung ermöglicht. Zudem soll der erfindungsgemäße Wechselspannungskonstanthalter durch vorhandene Sicherungsschaltungen wenig störanfällig sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Weckiselspannungskonstanthalters besteht darin, daß dieser auch als Wechselspannungsregler einsetzhar ist. Dies bedeutet, da>3 mit dem erfindungsgercaflen Wechselspannungskonstanthalter eine Spannung in variabler Höhe und mit hoher Konstanz erzeugbar ist.

Vorteilhafterweise haben erfindungsgemäße Wechselspannungskonstanthalter einen großen Leistungsfaktor bzw. einen hohen Wirkungsgrad.

Ein weiterer Vorteil erfinduiigsgeroäßir Wechselspannungskonstanthalter ist in der unverzerrten Ausgangsspannung zu sehen.

Dadurch, daß in- Zusammenhang mit der Verwirklichung des erfindungsgemäßen Wechselspannungskonstanthalters Stellglieder nur im Nulldurchgang der Netzspannung geschaltet werden, ergibt sich vorteilhaf-

terweise 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 eiTindungsgemäßen 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:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Wechselspannungskonstanthalters;

F i g. 2 ein im Zusammenhang mit dem Wechselspannungskonstanthalter der Fig. 1 verwendetes Schieberegister;

Fig. 3 einen Spannungsdiskriminator mit einem Analog-Digital-Konverter des in Fig. 1 dargestellten Wechselspannungskonstanthalters;

Fi g. 4 eine im Zusammenhang mit dem in F i g. 1 dargestellten Wechselspannungskonstanthalter verwendete LogikscbüUung zur Erzeugung der Information für die Stelleingänge der Schieberegister; jo

Fig. S verschiedene Sicherungsschaltungen für die. in Fig. 1 dargestellten Schieberegister;

Fig. 6 Treiberstufen zur Ansteuerung der in Fig. 1 dargestellten, die Anzapfungen der Sekundärwicklung jeweils mit den Ausgangsanschlüssen verbindenden elektronischen Schalter;

Fig. 7 einen netzsynehröniäierien und im Nulldurchgang schaltenden Taktgenerator zur Erzeugung des Taktes für die Signalverschiebung und

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

In der Fig. 1 ist ein Transformator, bei dem es sich vorzugsweise um einen Spartransformator handelt, mit 1 bezeichnet. Dieser Transformator 1 wird über einen eingangseitig liegenden Anschluß 2 bzw. 3 mit der Netzspannung U_n^ versorgt. Die Ausgangsspannung des Transformators 1 ist über frei schaltbare Windungsanzapfungen 41 bzw. 42 in der gewünschten Höhe entnehmbar. An der Stelle des Spartransformators 1 kann beispielsweise auch ein Transformator mit einer getrennten, d. h. voll isolierten Ausgangswicklung ver- so wendet werden.

Die Windungsanzapfungen 41 bzw. 42 des Transformators 1 sind in zwei Stellgruppen, nämlich in acht Grobstufen 41 und acht Feinstufen 42 zusammengefaßt Mit diesen 2X8 = 16 Schaltstufen lassen sich 8 x 8 = 64 Spannungsstufen erfassen. Mit einer beispielsweisen Zuordnung von 8 Volt je Grobstufe 41 und 1 Volt je Feinstufe 42 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 a 0,5 %.

Der Einsatz dieser beiden zuvorbeschriebenen Stellgruppen hat den Vorteil der maximalen Schaltstufenbeächränkung. Im Beispie! sind für 64 Spar.r.ungsstufen es nur 16 Schaltstufen erforderlich.

Jede Windungsanzapfung der Grobstufe 41 bzw. der Feinstufe 42 ist über einen Halbleiterschalter 51 bzw. 52 mit dem Anschluß 61 bzw. 62 elektrisch verbindbar. Als Halbleiterschalter 51 bzw. 52 sind vorzugsweise Triacs vorgesehen. Jeder Halbleiterschalter 51 bzw. 52 ist mit einer Steuerleitung 71 bzw. 72 verbunden. Über diese Steuerleitungen 71 bzw. 72 können die der Grobstufe 41 bzw. der Feinstufe 42 zugeordneten Halbleiterschalter

51 bzw. 52 durch Zündung betätigt werden, dabei erfolgt die Zündung derart, daß stets die richtigen Windungsanzapfungen 41 bzw. 42 der beiden Schaltstufen auf den Anschluß 61 bzw. 62 durchgeschaltet werden und an diesen die Ausgangsspannung in der vorgegebenen Höhe konstant gehalten wird. Bei der Erfindung erfolgt die Zündsteuerung 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 je acht Ausgängen 93 bzw. 94 enthält. Dabei ist jeweils einer der Ausgänge 93 mit einer Steuerleitung 71 eines Halbleiterschalters 51 und jeweils einen der Ausgänge 94 mit einer Steuerleitung 72 eines Halbleiterschalters 52 verbunden. Wird beispielsweise einer der Ausgänge 93 bzw. 94 eines Schieberegisters 91 bzw. 92 spannungsführend, d. h. daß dieser Ausgang das Η-Signal (high) annimmt, so wird der mit ihm verbundene Halbleiterschalter 51 bzw.

52 aktiviert und verbindet seinerseits die ihm zugeordnete \vjndungsanzapfung 41 bzw. 42 mit dem Anschluß 61 bzw. 62. Wird aber derselbe Ausgang des Schieberegisters 91 bzw. 92 wieder spannungslos, gleichbedeutend mit der Annahme des Signals L (low), so unterbricht der Halbleiterschalter 51 bzw. 52 wieder die elektrische Verbindung. Das Signal an einem der Ausgänge 93 bzw. 94 des Schieberegisters 91 bzw. 92 bedeutet demnach ein Schaltbefehl an den jeweils verbundenen Halbleiterschalter 51 bzw. 52. An den Ausgängen 93 bzw. 94 eines jeden Schieberegisters 91 bzw. 92 darf immer nur ein Η-Signal erscheinen, da nämlich mehrere gleichzeitig vorhandene Signale an den Windungsanzapfungen 41 bzw. 42 des Transformators 1 einen Kurzschluß verursachen würden. Eine Sicherungsschaltung, die gewährleistet, daß immer nur ein Η-Signal an den Ausgängen eines jeden Schieberegisters 91 bzw. 92 auftritt, wird später im Zusammenhang mit der Fi g. 5 noch ausführlich erläutert. Das H-Signal kann an den je acht Ausgängen 93 bzw. 94 der Schieberegister 91 bzw. 92 im Takt der an diesen anliegenden Schiebefrequenz (dock) beliebig hin- und hergeschoben werden.

In Fig. 2 ist dieser Baustein lediglich mit seinen für die vorliegende Beschallung wichtigen Anschlüsse schematisch dargestellt Es sind dies die beiden Stelleingänge S,und S, zur Steuerung des Rechts- und Linkslaufs (auch »Vor- and Rückwärtslauf«), die beiden Eingänge SE_r und SE, für die Signaleingabe, der Eingang »dock« für den Schiebetakt und der Anschluß »clear« zum Löschen aller Η-Signale an den acht Ausgängen jedes Schieberegisters 91 bzw. 92. 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 Η-Signals über die Eingänge SE, (für Rechtslauf) oder SE, (für Linkslauf) der Schieberegister kann eine Bewegung entlang der acht Ausgänge über eine logische Verknüpfung der beiden Stellein-

gange S, und S, von außen her gesteuert werden.

In der folgenden Tabelle ist angegeben, mit welchen Steuersignalen die beiden Stclleingänge S, und 5, 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 Halbleiterschalter 51 bzw. 52 auszulösen.

Stelleingänge S_r S₁

Verhalten des Schieberegisters

Kurzzeichen

L L Eingang clock gesperrt, keine Verschiebung L H Verschiebung nach rechts (Vorwärtsrichtung)

Signaleingabe über SE, H L Verschiebung nach links (Rückwärtsrichtung)

Signaleingabe über SE₁ H H Parallele Dateneingabe (hier ohne Belang)

stop 1 —»8

!<— 8

Die Steuersignale werden in einem besonderen Teil der Regeleinrichtung 8, dem sogenannten »Interface« gebildet, das aus einem Diskriminator 95 mit einem Analog-Digital-Wandler 97 und einer digitalen Steuerlogik 96 besteht (Fig. 1).

In der Fig. 3 sind der Diskriminator 95 und dieser Analog-Digital-Wandler 97 dargestellt. Der Diskriminator 95 stellt die Regelabweichung der Ausgangsspannung U_Am fest, indem er die Ausgangsspannung U_Am mit einer vorgegebenen Bezugsspannung U_Ke/ vergleicht. Um eventuelle Differenzen in der Phasenlage, den Einfluß .on Kurvenverformungen usw. zu umgehen, werden die zu vergleichenden Wechselspannungen vorher in Gleichspannungen umgewandelt. Die hochstabile Bezugsspannung U_Rtf wird an einer 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 Sekundärspule 11 des Transformators 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 der vorstabilisierenden Zenerdiode 14 kann es auch infolge der hohen Anforderung an die Stabilität vorteilhaft sein, ein übliches Silizium-Referenzelement einzusetzen.

Wie aus der Fi g. 3 weiter ersichtlich ist, wird die Ist-Spannung U₁₃, am Anschluß 61 bzw. 62 des Wechselspannungskonstanthalters über einen kleinen weiteren Transformator 15 entnommen, um ebenfalls, beispielsweise durch eine weitere 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 20, vorzugsweise eines Potentiometers, einstellbar. Durch Verstellen dieses Potentiometers Vt wir die Ausgangsspannung der gewünschten Höhe vorgegeben. Diese Änderungsmöglichkeit 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.

2i) Die Verbindunc der beiden Spannungsquellen erfolgt beispielsweise an den Minuspolen direkt, während dann die beiden Pluspole über ein dreiteiliges Spannungssieb 21 gegeneinander geschaltet sind. Die einzelnen Spannungssiebe IA, 21B und 21C des Spannungs- siebes 21 enthalten jeweils einen vorzugsweise gleichgroßen Widerstand 22 Λ, UB und 22 C. Bei dem Sieb 215 ist dem Widerstand 225 eine Zenerdiode 23 (hier: U₁ = 1 Volt) und bei dem Sieb 21Cist dem Widerstand 22C eine Zenerdiode 24 (hier: (Λ = 8 Volt) vor-

jo geschaltet. An den Widerständen 224 225 und 22C können daher nur Spannungsabfälle auftreten, denen die nachfolgende Staffelung aufgeprägt ist:

- OVoIt

U_b-

U₂,c = Uu₁- U_Rcf -8VoIt.

Die am Siebeingang liegende Diode 25 verhindert »negative« Spannungsabfälle. Dies bedeutet, daß bei der Siebung immer £/_to > U_Ref gilt. Die analogen Spannungssignale U₁₁A, Uuβ ^uno" U_nc werden anschließend in dem Analog-Digital-Wandler 97 in digitale Rechteckimpulse umgeformt. Dies geschieht in stellbaren RS-Flipflops (latch) ΠΑ, 275 und 27 C, die vorzugsweise jeweils aus kreuzgekoppelten NAND-Gattern gebildet sind. Beispielsweise wer-

so den die analogen Spannungssignale U_{n Λ}, U_21B und U_{n c} in der aus der Fi g. 3 ersichtlichen Weise über Transistoren IkA, UB und 26 C an die Eingänge R der RS-Flipflops 27 A, 27 B und 27 C angelegt. Die digitalen Rechteckimpulse verlassen den Analog-Digital-Wandler 97 über drei Ausgänge 28Λ, 285 und 28 C. Sie vermögen anhand des durch die Staffelung gegebenen Codes auszusagen, in welchem Bereich sich die Ist-Spannung U₁₅, jeweils bewegt Anstelle der vorbeschriebenen Siebung der Ist-Span nuog U_b kann beispielsweise auch ein Spannungsdetek tor verwendet werden.

Die auf den Ausgängen 28 A 285 und 28 C des Analog-Digital-Wandlers 97 anstehenden Spannungssignale werden nunmehr umgeformt, wie sie_ gemäß der Tabelle 1 für die Stelleingänge S, und S₁ der beiden Schieberegister 91 bzw. 92 erforderlich sind. Die Tabelle 2 vermittelt einen Überblick über das diesbezügliche Steuer- und Stellprogramm.

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

Spannung im Bereich

Diskriminator	Erforderliche	Verschiebung	Stellsignale	Register
Ausg. Pegel	des Registers	in Richtung	Register	»fein«
			»grob«	Sr 1
			Sr S1

π,	Unterspannung	<220	28/4 285 28C	L L L
	Im Sollbereich	220,5 ±0,5	28/4 285 28C	H L L
"j	Kleine Überspannung	221-228	28/4 285 2SC	H H L
j	Große Überspannung L (low) - spannungslos H (high) - spannungsführend.	>228	28/4 285 28C	XXX

In der Fig. 4 ist die den Steuercode erzeugende digitale Steuerlogik 96 dargestellt, welche aus den an den Ausgängen 28Λ, 285 und 28 C des Analog-Digital-Wandlers 97 anstehenden Spannungssignalen die Stellsignale tür die Stelleingänge S₁ und S₁ des Schieberegisters 91 und die Stelleingänge S, und S; des Schieberegisters 92 erzeugt. Zu diesem Zweck sind in der digitalen Steuerlogik 96 UND-Gatter 29, 30 und 31 und Inverter44, 45 und 46 in aus der Fig. 4 ersichtlicher Weise miteinander verknüpft. Die Stellsignale erscheinen an Ausgängen 32,33 und 34 der UND-Gatter 29,30 und 31 und am Ausgang 35 mit ständigem L-Signal. In der F i g. 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 bzw. 92 darstellenden Fig. 5 ersichtlich ist, ist der Ausgang 32 über die UND-Gatter36 und 38, der Ausgang 33 über das UND-Gatter 37, der Ausgang 34 über die UND-Gatter 56 und 57 und der Ausgang 35 über das UND-Gatter 55 mit den entsprechenden Stelleingängen S,. und Si des Schieberegisters 91 bzw. 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 UN D-Gatter 36 und 37 bzw. die UND-Gatter 55 und 56 wird eine Endstellen-Sicherungsschaltung geschaffen, die verhindert, daß das Schiebesignal H über die Ausgänge 931 und 938 des Schieberegisters 91 und über die Ausgänge 941 und 948 des Schieberegisters 92 hinwegläuft. Wenn beispielsweise das Schiebesignal H in Richtung auf den letzten Ausgang 938 des Schieberegisters 91 bzw. den letzten Ausgang 948 des Schieberegisters 92 verschoben wird, wird das an dem UND-Gatter 36 bzw. 56 normalerweise anliegende Η-Signal in dem Augenblick zu einem L-Signal, sobald das Schiebesignal H den letzten Ausgang 938 bzw. 948

»grob« rechts LHLL

beide stop LLLL

»fein« links LLHL

»grob« links H

erreicht. Dies hat zur Folge, daß der Zustand 4 an den beiden Stelleingängen 5, und S, in den Stopbefehl

ω umgewandelt wird. Beim Erreichen des letzten Ausgangs 938 bzw. 948 wird daher die Verschiebung des Η-Signals automatisch gestoppt. In entsprechender Weise wird bei einer Verschiebung des Η-Signals in Richtung auf den ersten Ausgang 931 des Schieberegi-

« sters 91 bzw. auf den ersten Ausgang 941 des Schieberegisters 92 der Zustand 1 an den entsprechenden Stelleingängen S, und Si in einen Stop-Befehl geändert, wenn das Η-Signal den ersten Ausgang 931 bzw. 94 i erreichi. Die Gatter 39,40 und 43, bzw. 59,60 und 58 bilden in Verbindung mit Invertern 47 bzw. 66 und Dioden 48, bzw. 64 eine Nullsignal-Sicherungsschaltung. Diese tritt sofort in Tätigkeit, sobald eine ungewollte Löschung des Schiebesignals stattrindet, d. h. kein Η-Signal mehr an einem der acht Aufgänge 931-938 bzw. 941 bzw. 948 eines Schieberegisters 91 bzw. 92 feststellbar ist. Da in diesem Fall mangels Schaltbefehl kein Halbleiterschalter 51 bzw. 52 mehr gezündet wird, käme ein solcher Fall der Betriebsunterbrechung des Spannungskonstanthalters gleich.

so Bei Ansprache der Nullsignal-Sicherungsschaltung nehmen beide NOR-Gatter 39,40 bzw. 59,60 und damit auch die UND-Gatter 43 bzw. 58 ein Η-Signal an, wodurch automatisch das gleiche Signal am Eingang SE, der Schieberegister 91 bzw. 92 eingegeben wird bei gleichzeitiger Vorbereitung der beiden Stelleingänge S_r/S, zum Rechtslauf (Η-Signal über Inverter 47 bzw. 66, und als L-Signal am Ausgang des Gatters 38 bzw. 57 und am Stelleingang S,; und Η-Signal über_Entkoppeldiode 48 bzw. 64 jeweils zum

Stelleingang S_r). Die Neusetzung des Schiebesignals erfolgt demnach aus Gründen der Sicherheit stets im untersten Spannungsbereich des Stelltransformators, kann aber — falls gewünscht — über die an jedem Schieberegister 91 bzw. 92 vorhandenen Eingänge für

6* Paralleleingabe auch nach Belieben an irgend einem anderen Registerausgang an anderer Spannungsstufe erfolgen.
Die beiden Widerstände 50 bzw. 63 auf dem Schalt-

bild der Fig 5 dienen zur Senkung des Spannungspegels an den unbelasteten S_rEingängen der Schieberegister 91 bzv. 92. Wie bei allen integrierten Digitalbausteinen würde der (interne) Spannungspegel an unbelasteten Eingängen eine Höhe annehmen, weiche dem Η-Signal entspräche und eine Fehlprogrammierung verursachen. Ebenso wie die beiden Entkoppeldioden 48 bzw. 64 dienen auch weitere Dioden 49 bzw. 65 zur Entkopplung.

Schließlich weist der erfindungsgemäße Wechselspannungskonstanthalter gemäß der Fig. 5 noch eine sogenannte Doppelsignalsicherung d. h. eine Sicherung gegen das gleichzeitige Auftreten von mehr als einem Schiebesignal H an den Ausgängen 931-938 bzw. 941- 948 der Schieberegister 91 bzw. 92 auf. Dadurch wird, wie zuvor bereits erwähnt wurde, ein Kurzschluß zwischen den Windungsanzapfungen 41 bzw. 42 des Transformators weitere Dioden vermieden. Beim Auftreten von mehr als einem Schicbesignal müssen daher diese schlagartig gelöscht werden, und es wäre automatisch ein ntaes 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 F i g. 5 ersichtlichen Weise miteinander verbunden. Der gemeinsame Punkt 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 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 Η-Signal anliegt, schaltet der Transistor 81 bzw. 82 durch, womit die clear-Eingänge der Schieberegister 91 bzw. 92 auf Nullpotential gelegt werden. Dies hat die sofortige Löschung aller vorhandenen Η-Signale (Schiebesignale und Fremdsignale) an den Ausgängen der Schieberegister 91 bzw. 92 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 F i g. 6 ist ausführlich dargestellt, wie die einzelnen Ausgänge 931 bis 938 bzw. 941 bis 948 der Schieberegister 91 bzw. 92 mit den einzelnen zugeordneten Ansteuerleitungen 711 bis 718 bzw. 721 bis 728 der die einzelnen Windungsanzapfungen 411 bis 418 (Grobstufe) bzw. 421 bis 428 (Feinstufe) des Transformators 1 mit den Ausgängen 61 bzw. 62 verbindenden zugeordneten Halbleiterschalter 511 bis 518 bzw. 521 bis 528 verbunden sind. Um zu gewährleisten, daß die am Ausgang der Schieberegister 91 bzw. 92 zur Verfugung stehende Stromstärke als Steuer- bzw. Zündstrom für die Halbleiterschalter bzw. Triacs 511 bis 518 bzw. 521 bis 528, 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 Fig. 6 ersichtlichen Weise eine an sich bekannte Treiberstufe 83 bzw. 84 vorgesehen sein. Nach herkömmlicher Bezeichnung werden die Triacs dann in den Quadranten I und IV gezündet.

Die Bewegung des Schiebesignals H in uen Schieberegistern 91 bzw. 92 geschieht im Takt einer Folge aus positiven an dem Eingang »clock« des Schieberegisters 91 bzw. 92 eingegebenen Impulsen.

ίο Diese Schiebeimpulse sind derart mit der Netzfrequenz synchronisiert, daß sie zeitlich mit dem Nulldurchgang der sinusförmigen Netzspannung zusammenfallen. Dadurch werden die hier eingesetzten Triacs 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 beispielhafte Anordnung eines solchen mit Netzfrequenz und Nulldurchgang svnchro-

:o nisierten Schiebetaktgenerators. Ein als integrierter Digitalbaustein auf dem Markt befindliches Monoflipflop erzeugt Schiebeimpulse einstellbarer Länge, deren Zeiteinsatz mit Hilfe einer stellbaren Phasenbrücke von 0-180° variiert werden kann.

Der erfindungsj;emäße regelbare Wechselspannungskonstanthalter kann auch so aufgebaut werden, daß die Windungsanzapfungen 41 bzw. 42 an der Netzseite (Eingangseite) des Transformators 1 angeordnet sind (Fig. 8). In diesem Fall liegen die Halbleiterschalter 51

jo bzw. 52 anstatt in den sekundärseitigen Anschlußpunkten 61 bzw. 62 nunmehr in den sekundärseitigen Anschlußpunkten 2 bzw. 3 und ist die Schaltrichtung an den Windungsanzäipfungen 41 bzw. 42 umgekehrt gegenüber vorher: bei Unterspannung auf der Ausgangs-

J5 seite des Transformators 1 werden an dessen Eingangsseite die Eingänge: 2 bzw. 3 auf Windungsanzapfungen mit entsprechend geringer Windungszahl durchgeschaltet. Für die Umkehrung der Schaitrichtung bedarf es lediglich eines Vertauschens der Steuerleitung 71 bzw. 72 in bezug auf ihre Reihenfolge an den acht Ausgängen 93 bzw. 94 des Schieberegisters 91 bzw. 92.

In dem Diskriminator 95 kann der abgreifbare Widerstand 20, der im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel auf Seiten deir Istspannung i4,angeordne; 1st, auch 5 an der Seite der Referenzspannung U_rtf vorgesehen werden.

Es ist auch denkbar, die erfindungsgemäße Steuerung im Zusammenhang mit einem bekannten Zusatz-Transformatorsatz gemäß VDE 0532/1. 59 anzuwenden. In

so diesem Fall werden die Windungsanzapfungen des Erregertransforma.tors, die vorzugsweise wieder in Grobstufen 41 und Feinstufen 42 unterteilt sein können, in der oben beschriebenen Weise durch die Schieberegister 91 bzw. 92 angesteuert.

Der einsatzmäßige Schwerpunkt des erfindungsgemäßen Wechselspannungskonstanthalters liegt vorzugsweise im Bereich der nach VDO 0550/Teil 1 § 1 b < begrenzten Leistung.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Regelbarer Wechselspannungskonstanthalter mit einem Transformator (1) mit Windungsanzapfungen (41 bzw. 42) mit zugeordneten Halbleiter- schaltern (51 bzw. 52), deren jeweils erster Anschluß mit der entsprechenden Windungsanzapfung (41 bzw. 42) verbunden ist, während die jeweils zweiten Anschlüsse der Halbleiterschalter (51 bzw. 52) zu einem Anschluß (2 bzw.3; 61 bzw. 62) zusammengeschaltet sind, und mit einem Diskriminator (95), welchem aus Ein- und Ausgangsspannung des Wechselspannungskonstanthalters abgeleitete Ist- und Referenzspannung zur Differenzbildung zuführbar sind und mit einer digitalen Steuerlogik (96) zur Ansteuerung der erforderlichen WIndungszapfung (41 bzw. 42), dadurch gekennzeichne t, daß die digitale Steuerlogik (96) Stellsignale entsprechend der durch den Diskriminator (95) ^tbUdeten Spannungsdifferenz an Stell- eingänge (S„ S_r) eines nuUdurchgangsmäßig synchronisierten Schieberegisters (91 bzw. 92) legt, und die Halbleiterschalter (51 bzw. 52) über dritte Elektroden, die mit Ausgängen (931-938 bzw. 941-948) des Schieberegisters (91 bzw. 92) verbunden sind, zur Bewegung eines die Halbleiterschalter (51 bzw. 52) aufeinanderfolgend zündenden Signales in Voroder Rückwärtsrichtung oder zu dessen Anhalten, erzeugbar sind, daß eine Doppelsignalsicherung (73, 74,79,81 bzw. 75,76,80,82) das Schieberegister (91 bzw. 92) löscht, wenn gleichzeitig wenigstens zwei Signale an dessen Ausgängen (931-938 bzw. 941- 948) liegen, daß eine Errtistellensicherung ein Stellsignal zum Anhalten dir Verschiebung des zündenden Signals bei Erreichen Cs ersten Ausgangs (931 bzw. 941) oder des letzten Auagangs (938 bzw. 948) des Schieberegisters (91 bzw. 92) an dessen Stelleingängen (S_n S,) erzeugt, und daß eine Null-Signalsicherung ein zündendes Signal an einem Ausgang (931-938 bzw. 941-948) des Schieberegi- ■«> sters (91 bzw. 92) erzeugt, wenn an keinem der Ausgänge (931-938 bzw. 941-948) ein zündendes Signal anliegt.

   2. Regelbarer WechselspannungskonstanthaJter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Transformator (1) ein Spartransformator oder ein Transformator mit getrennten Wicklungen vorgesehen ist.

   3. Regelbarer Wechselspannungskonstanthalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, w daß die Windungsanzapfungen (41 bzw. 42) eingangsseitig angeordnet sind und daß der Anschlußpunkt (2 bzw. 3) gleichzeitig den Transformatoreingang bildet.

   4. Regelbarer Wechselspannungskonstanthalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsanzapfungen (41 bzw. 42) ausgangsseitig angeordnet sind und daß der Anschluß (61 bzw. 62) gleichzeitig den Transformatorausgang bildet. bo

   5. Regelbarer Wechselspannungskonstanthalter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Transformator (1) ein Zusatztransformator mit einem Erregertransformator mit getrennten Wicklungen vorgesehen ist und daß die Windung- b5 sanzapfungen (41 bzw. 42) an dem Erregertransformator zur Verbindung desselben mit dem Zusatztransformator dienen.

   6. Regelbarer Wechselspannungskonstanthaiter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Transformator (1) ein Zusatztransformator mit einem Erregertransformator in Sparschaltung vorgesehen ist und daß die Windungsanzapfungen (41 bzw. 42) an dem Erregertransformator zur Verbindung desselben mit dem Zusatztransformator dienen.

   7. Regelbarer Wenhselspannungskonstat.ihalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsanzapfungen (41 bzw. 42) in eine vorgegebene erste Abstände aufweisende Grobstufe (41) und eine, kleinere vorgegebene zweite Abstände zwischen den Windungsarizapfungen (41 bzw. 42) aufweisende Feinstufe (42) unterteilt sind.

   8. Regelbarer Wechselspannungskonstanthaiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterschalter (51 bzw. 52) Triacs vorgesehen sind.

   9- Regelbarer Wechselspannungskonstanthaiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, 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 (£'*,/) an einer temperaturkompensierten Zenerdiode (10) aufweist, daß zur Erzeugung der Istspannung (£4,) parallel zum Anschluß (61 bzw. 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 drr Zenerdiode (10) verbunden ist, daß zwischen dem Abgriff des abgreifbaren Widerstandes (20) und dem anderen Anschluß der Zenerdiode (10) ein Spannungssignal (^m. U21B, U₂\c) am Ausgang erzeugendes Spannungssieb (21) angeordnet ist, daß mit jeweils einem Ausgang des Spannungssiebes (21) ein Analog-Digital-Wandler (97) verbunden ist, und daß mit den Ausgängen der Analog-Digital-Wandler (97) die Steuerlogik (96) verbunden ist.

   10. Regelbarer Wechselspannungskonstanthaiter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungssieb (21) des Diskriminators (95) so aufgebaut ist, daß es in Abhängigkeit von der jeweiligen Differenz zwischen der Referenzspannung (U_Ref) und der Istspannung (i/_te) an einem ersten Ausgang ein erstes Signal erzeugt, solange diese Differenz einer Abweichung der Ausgangsspannung (U_Ala) von der Netzspannung (U_Na:) 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 (U_Am) und der Netzspannung (£/*„.-) größer ist als die Potentialdifferenz an zwei benachbarten Anschlüssen der Feinatufe (42), und daß das Spannungssieb (21) an einem dritten Ausgang ein drittes Signal erzeugt, wenn die Abweichung zwischen der Ausgangsspannung (U_Am) und der Netzspannung

   (ί/ν_Λ.) annähernd Null ist

   IL Regelbarer Wechselspannungskonstanthalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Doppelsignalsicherung die Ausgänge (931 bis 938 bzw. 941 bis 948) des Schiebe- > registers (91 bzw. 92) jeweils über eine Diode (73 bzw. 75) und einen Widerstand (74 bzw. 76) in einem gemeinsamen Punkt (77 bzw. 78) verbunden sind, daß dieser jimeinsame Punkt (77 bzw. 78) mit dem Steueranschluß eines weiteren, die Löschung des "i Schieberegisters (91 bzw. 92) bewirkenden Halbleitevschalters (81 bzw. 82) verbunden ist.

   12. Regelbarer Wechselspannungskonstanthalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Endstellensicherung der π erste Ausgang (931,938) und der letzte Ausgang (941 bzw. 948) über logische Schaltelemente (54, 36,53, 37 bzw. 67,56,68,55) mit den Stelleneingängen (S_n S₁) des Schieberegisters (91 bzw. 92) verbunden sind.

   13. Regelbarer Wechselspannungskonstanthalter -><> nach einem der Ansprüche 1 bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß als Null-Signalsicb rung über weitere logische Schaltelemente (39,40,43 bzw. 59, 60, 58) an den Eingabeeingängen (SE_n SE₁) ein Signal zur Eingabe und an den Stelleingängen (S_n i'< S₁) des Schieberegisters (91 bzw. 92) Stellsignale erzeugt werden, welche die Verschiebung des die Halbleiterschalter (51 bzw. 52) zündenden Signals in Vorwärtssichtung bewirken.