DE2950241A1

DE2950241A1 - Phasensteuerschaltung

Info

Publication number: DE2950241A1
Application number: DE19792950241
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Murakami
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-12-14
Filing date: 1979-12-13
Publication date: 1980-06-19
Also published as: JPS5586371A; US4311955A

Description

Die Erfindung betrifft eine Phasensteuerschaltung zur Erzielung einer genauen Phasensteuerung.

Bei einer bekannten Phasensteuerschaltung, wie sie etwa in der anliegenden Fig. 1 dargestellt ist, sind eine Last 1 und ein Phasensteuerelement 2, beispielsweise ein Thyristor oder ein Triac, in Reihe mit einer v/echselstromquelle geschaltet: ein variabler Widerstand VR und ein mit diesem in Reihe geschalteter Kondensator C^ als Zeitkonstantenelement sind zu dem Phasensteuerelement 2 parallel geschaltet; ein Kondensator C2 ist über einen Widerstand R^ parallel zu dem Kondensator Cj geschaltet; ferner ist ein Verbindungspunkt a zwischen dem Widerstand R-j und dem Kondensator Cp mit einem Gate 2a des Phasensteuerelenients 2 über ein Trigger element D, beispielsweise einen Dialac, verbunden.

Bei dieser bekannten Phasensteuerschaltung soll eine Phasenverschiebung eines elektrischen Potentials an dem Verbindungspunkt a zur Erzielung einer Durchbruchspannung am Triggerelement D erfolgen, indem die CR-Zeitkonstante durch Änderungen des Widerstandswertes des veränderbaren Widerstands VH geändert wird; dadurch wird das Leitungsintervall des Phasensteuerelements 2 gesteuert, d.h. der Phasensteuerwinkel.

Diese bekannte Phasensteuerschaltung hat jedoch den Nachteil, daß bei gleichzeitiger Steuerung mehrerer derartiger Phasensteuerschaltungen es nur schwer zu erreichen ist,daß das Triggerelement D in jeder Phasensteuerschaltung die gleiche Kennlinie, d.h. den gleichen Phasensteuerwinkel hat, und zwar aufgrund von Fluktuationen der Durchbruchspannung und aufgrund der Abhängigkeit des Triggerelements von Veränderungen der Umgebungstemperatur und der zugeführten Quel-

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lenspannung. Wenn das Triggerelement D ausgetauscht wird, so verändert sich ferner der Phasensteuerwinkel aufgrund von Veränderungen der Kennlinien des Triggerelements, so daß keine genaue Phasensteuerung erzielt werden kann. Falls die Versorgungsspannung instabil oder die Last gering ist, neigt diese bekannte Phasensteuerschaltung zu fehlerhafter Phasensteuerung.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine W zuverlässig und genau arbeitende Phasensteuerschaltung zu schaffen. Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, ein mit der Wechselspannungsquelle synchrones Vergleichssignal zu erzeugen und dieses direkt mit einem vorgewählten Phasenwinkelsignal zu vergleichen; das Vergleichsergebnis wird zur Steuerung des in dem Wechselstromkreis befindlichen Phasensteuerelements verwendet.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche aus und wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer bekannten Phasensteuerschaltung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Phasensteuerschaltung,

Fig. 3 ein Signaldiagramm für verschiedene Teile der Schaltung gemäß Fig. 2,

Fig. 4- ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Phasensteuerschaltung,

Fig. 5 und 6 Schaltbilder der erfindungsgemäßen Phasensteuerschaltung in Analogtechnik,

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Pig. 7 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Phasensteuerschaltung in Digitaltechnik und

Fig. 8 ein Signaldiagramm für verschiedene Teile der Schaltung gemäß Fig. 7.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist einen Doppelweggleichrichter (Fig. 3b )» einen Synchronsignalgenerator 2 zur Erzeugung eines Synchronisiersignals N (Fig. 3c) bezogen auf die V/ech sei spannung AC am Eingang des Doppelweggleichrichters 1, einen Vergleichssignalgenerator zum Erzeugen eines Vergleichssignals P (Fig. 3d.) für Jede Wechselspannungs-Halbwelle bei Anliegen des Synchronisiersignals N sowie einen Vergleicher 4 auf, der das Vergleichssignal P mit einem vorgegebenen Phasenwinkelsignal E (Referenzwinkelsignal) vergleicht.

Das Vergleichssignal P (Fig. 3d) besteht aus Bückstel!impulsen, die durch das Synchronisiersignal N (Fig. 3c) bezogen auf die Wechselspannung erzeugt werden, wobei die über den Doppelweggleichrichter gleichgerichtete Spannung (Fig. 3b) der Wechselspannung (Fig. 3a) integriert wird und dann die integrierte Spannung periodisch auf einen vorgegebenen Spannungswert angehoben wird. Dieses Vergleichssignal P (Fig. 3d) wird gemäß Fig. 3e in seiner Polarität umgekehrt und danach mit dem Phasenwinkelsignal E verglichen. Obwohl die dargestellte Ausführungsform die über einen Doppelweggleichrichter gleichgerichtete Wechselspannung als zu integrierende Spannung verwendet, kann im Rahmen der Erfindung auch eine Spannung mit anderer Wellenform verwendet werden.

Es sei angenommen, daß das Phasenwinkelsignal E bei dem durch die horizontale strichpunktierte Linie E in Fig. 3d liegt. Der Vergleicher 4 betätigt eine Photozelle 5 (z.B. Photodiode) eines Triacs, wenn das Vergleichssignal P über dem vorgegebenen Wert E liegt, um dadurch ein Phasensteuer-

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element 6 im Wechsel st romkreis durchzuschalten und dieses so zu steuern.

Da die erfindungsgemäße Phasensteuerschaltung das zu der Wechselstromquelle synchrone Vergleichssignal P mit dem vorgegebenen Phasenwinkelsignal E vergleicht und das Phasensteuerelement 6 mit dem erhaltenen Vergleichswert steuert, treten im Hinblick auf Temperaturänderungen geringere Abweichungen ihrer Charakteristik auf. Dadurch ist die Schaltung zeitlich stabil und weniger störungsanfällig. Die Phasensteuerung kann somit außerordentlich genau durchgeführt werden. Ferner können mit einem einzigen Vergleichssignal P viele, beispielsweise hundert Lastschaltkreise unter Einhaltung gleicher Charakteristika phasengesteuert werden. Wenn die Vergleichsspannung beim dargestellten Ausführungsbeispiel vom Ausgang einer Versorgungsspannungsquelle abgeleitet wird, so kann eine genaue Phasensteuerung ohne Beeinflussung 'durch die Wellenform der Versorgungsspannung und durch Veränderungen der Frequenz erzielt werden. Wenn ferner die Vergleichsspannung von einer externen Stromversar gung abgeleitet wird, so können die elektrische Leistung oder Spannung unabhängig von Veränderungen der Wechselspannung und der Frequenz konstant gehalten werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird das Phasenwinkelsignal E von einer externen, nicht dargestellten Stromquelle erhalten. Bei der in Fig. 4- dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Phasensteuerschaltung wird das Phasenwinkelsignal E aus dem Ausgangssignal des Vergleichssignalgenerators 3 abgeleitet. Die Bezugszeichen 1 bis 6 in Fig. 4- bezeichnen die gleichen Schaltungselemente wie in Fig. 2. Ferner ist ein Haltekreis 7, der den Maximalwert des Ausgangssignals des Vergleichssignalgenerators 3 speichert, eine Umkehrstufe 8 zum Umkehren des Vergleichssignals P bezogen auf seinen Mittelpunkt (gestrichelte Linie in Fig. 3d) in die Wellenform gemäß Fig. 3e sowie ein va-

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riabler Widerstand 9 (z.B. ein Potentiometer) vorgesehen, der die Ausgangsspannung des Haltekreises 7 zur Erzeugung eines Phasenwinkelsignals E herunterteilt.

Wenn bei einer derartigen Phasensteuerschaltung Änderungen der Frequenz und der Spannungswellenform der Stromversorgung auftreten, so ändern sich das Vergleichssignal und das Phasenwinkelsignal mit den Änderungen der Frequenz und der Spannungswellenform der Stromversorgung, so daß keine Variationen der Phasensteuercharakteristik auftreten.

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild der AusfUhrungsform gemäß Fig. 4. Eine an der Sekundärwicklung eines Transformators T erzeugte Wechselspannung AC tritt durch Analog schalt er AS,. „ und AS , die durch ein Synchronisiersignal N (Fig. 3c) abwechselnd

2 geöffnet und geschlossen werden, einen Quadrierschaltkreis x und durch Analog schalt er AS_x. _b und ASov. und wird für jede Halbwelle in Integratoren A und B abwechselnd integriert; die genannten Schaltungsteile bilden einen Vergleichssignalgenerator 3. Die Ausgangssignale der Integratoren A und B treten durch Analogschalter ASz und AS^, und nach der Speicherung der Maximalwerte in den Kondensatoren C^ und C₂ werden sie in einem Haltekreis 7 mit den Analog schalt er η AS,- und AS_fi für jede Halbwelle gespeichert. Die Ausgangsspannung des Haltekreises 7 wird durch veränderbare Widerstände 90 mit den Einzelwiderständen VR_xJ, VRp, VR,, VR^, ... zur Erzeugung des Phasenwinkelsignals E heruntergeteilt.

Die Ausgangssignale der Integratoren A und B treten durch Analogschalter AS« und AS^₀ für jede Halbwelle, denen ein Vergleichssignal P gemäß Fig. 3d zugeführt wird. Das Vergleichssignal P tritt durch eine Umkehrstufe 8 und wird gemäß Fig. 3^e iⁿ seiner Wellenform umgekehrt. Wie vorstehend ausgeführt, wird das Vergleichssignal P mit dem Phasenwinkel- * signal E für die Phasensteuerung verglichen, so daß, wenn beispielsweise eine Lichtquelle als Last verwendet wird,

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die Lichtstärke eingestellt werden kann. Wenn die Analogschalter ASy₁ und AS zur Doppelweggleichrichtung abwechselnd geöffnet und geschlossen werden, so ist die Phasensteuerung gewöhnlich über einen sehr großen Bereich von etwa 0,03% bis 99% der Wechselstromquelle möglich.

Bei der in Fig. 6 dargestellten AusfUhrungsform weist der Vergleichssignalgenerator 3 seriell geschaltete Integratoren I und II auf, so daß die Integration zweimal (Fig.

durchgeführt werden kann, nachdem das Ausgangssignal des

Doppelweggleichrichters 1 den Quadrierschaltkreis χ durchlaufen hat. Bei dieser Ausführungsform sind die Eingangsschaltung der Analogschalter AS. und AS_? und die Ausgangsschaltung der Umkehrstufe 8 im wesentlichen gleich denen "bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5·

Bei einfacher Integration gemäß Fig. 5 arbeitet die Phasensteuerschaltung nach dem Prinzip des Leistungs(strom)-vergleichs, während bei der doppelten Integration gemäß Fig. 6 ein Spannungsvergleich erfolgt.

Bei der in Fig. 7 dargestellten, digitalen Phasensteuerschaltung wird das Ausgangssignal der Doppelweggleichrichtung (Fig. 8b) dem Quadrierschaltkreis χ zugeführt, um die Halbwellenkomponente mittels eines Spannungs-Frequenz-Wandlers in einen Impulszug (Fig. 8H) umzuwandeln; mit diesen Impulsen wird eine Photozelle 10 intermittierend betätigt, um die Impulszahl in einem Speicherschaltkreis 11A zu speichern. Der Speicherschaltkreis ist mit einem Frequenzteiler versehen, so daß Impulse I, J und K mit halber, ein viertel bzw. ein achtel Frequenz bezogen auf die Ausgangsimpulse H des Spannungs-Frequenz-Wandlers 9 erzeugt werden; mit den Impulsen H, I, J und K wird in dem Speicherschaltkreis ein 4—Bit-Signal für die Anzahl der Impulse gespeichert.

Danach wird die Impulszahl der nächsten Halbwellenkomponente

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in dem Speicherschaltkreis 11B durch Umschalten des Synchronisiersignals gespeichert, und gleichzeitig wird der Inhalt des Speicherschaltkreises 11A ausgelesen und in einem Subtraktionszähler (Rückwärtszähler) 12 rückwärts gezählt. Dann werden Zahlen entsprechend einem vorgegebenen Phasenwinkel, die in Vergleichszählern 13A, 13B, 13C, 13D, ... voreingestellt sind, mit dem subtrahierten Zählerinhalt des Subtraktionszählers 12 verglichen, und das Phasensteuerelement 6 wird für die gewünschte Steuerung mit Hilfe der Ausgangssignale von den Vergleichszählern durchgeschaltet, wenn beide Zahlen einander gleich werden. Mit den Setzeingängen der Vergleichszähler 13A, 13B, ... für die zu zählenden Zahlen können direkt digitale Steuersignalausgänge, beispielsweise Computer, verbunden werden.

In vorteilhafter v/eise kann die Wechselspannung dem Spannungs-Frequenz-Wandler 9 zugeführt werden, nachdem sie einer beliebigen Wellenformwandlung unterworfen worden ist, so daß die Phasensteuerung mit einer geeigneten Charakteristik nach der Doppelweggleichrichtung erfolgen kann.

Fig. 8A zeigt einen zuzuführenden Wechselstrom, Fig. 8C ein von dem zugeführten Wechselstrom abgeleitetes Synchronisiersignal und die Fig. 8D, 8E und 8G Synchronisiersignale für die Speicherschaltkreise 11A und 11B sowie den Subtraktionszähler 12.

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Leerseite

Claims

VOSSIUS VOSSIUS TAUCH-VIER · HEUNEMANN RAUH

PATENTANWÄLTE 9 Q R Π ? A 1

SIEBERTSTRASSE 4 ■ 8OOO MÜNCHEN 86 ■ PHONE: (O88) 47 4Ο78 CABLE: BENZOLPATENT MÖNCHEN -TELEX 0-39 4B 3 VOPAT D

u.Z. : P 442 (He/H)

Case: 0029-WG(U) ^χ3· Dezember 1979

MUHAKAJII NAOYUKI

Tokio, Japan

"Phasensteuerschaltung"

Priorität: 14. Dezember 1978, Japan, Nr. 153 700/78

Patentansprüche

jPhasensteuerschaltung mit

a) einer Wechselstromquelle zur Erzeugung einer Eingangswechselspannung,

b) einem Doppelweggleichrichter (1) zum Gleichrichten der Eingangswechselspannung,

c) einem Synchronsignalgenerator (2) zum Erzeugen eines Synchronisiersignals N aus der Eingangswechselspannung,

d) einem Vergleichssignalgenerator (3) zum Erzeugen eines Vergleichssignals P für jede Wechselspannungs-Halbwel-Ie beim Auftreten des Synchronisiersignals N,

e) einem Vergleicher (4) zum direkten Vergleichen des Vergleichssignals P mit einem vorgegebenen Phasenwinkel signal E und zum Erzeugen eines Steuersignals für die Phasensteuerung,

f) einem mit dem Vergleicher (4) verbundenen photoelektrischen Schaltkreis (5), der von dem Steuersignal des Vergleichers bei Erreichen eines vorgegebenen Werts betätigt wird,und mit

g) einem mit dem photoelektrischen Schaltkreis (5) verbundenen Phasensteuerelement (6), das durch den phot.o-

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ORIGINAL INSPECTED

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1 elektrischen Schaltkreis zur Erzielung der gewünschten Phasensteuerung durchschaltbar ist.
2. Phasensteuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet 5 durch

h) einen Haltekreis (7) zum Speichern des Maximalwerts

des Ausgangssignals vom Vergleichssignalgenerator (3)» i) eine Umkehrstufe (8) zum Umkehren des Vergleichssignals P und durch

10 j) einen veränderbaren Widerstand (9) zum Unterteilen der Ausgangsspannung des Haltekreises (7) zur Erzeugung des Phasensteuersignals E,

wobei der Haltekreis (7), die Umkehrstufe (8) und der veränderbare Widerstand (9) zwischen den Vergleichssignal-15 generator (3) und den Vergleicher (4) geschaltet sind.

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