DE3418911A1 - Phase-controlled circuit arrangement - Google Patents

Phase-controlled circuit arrangement

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Abstract

The invention relates to a phase-regulated zero-crossover AC circuit. The circuit arrangement contains a regulating circuit having a time constant, an AC bridge (which is connected to the regulating circuit and to an amplifier and contains a variable resistor in one bridge arm), an amplifier for an unbalanced voltage which is produced in the bridge, switching means for the DC supply of the regulating circuit and of the amplifier, and a thyristor which is controlled via the amplifier. The circuit is constructed in such a manner that the thyristor is always non-conductive or not carrying current when the AC voltage is connected and in such a manner that current flows through the thyristor from a zero-crossover of an oscillation of the alternating current starting from a current which rises successively to a predetermined value within a time period which is determined by the time constant of the regulating circuit.

Description

Phasengesteuerte SchaltungsanordnungPhase-controlled circuit arrangement

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Einschaltung eines Wechselstromkreises z.B. eines eine Glühlampe oder einen elektrischen Motor enthaltenden Kreises beim Nulldurchgang, mit der der Einschaltstrom erheblich reduziert oder sogar vermieden wird und mit der gewährleistet ist, daß nach Ablauf einer bestimmten Zeit der Nennstrom in die Schaltungsanordnung fließt.The present invention relates to a circuit arrangement for switching on an alternating current circuit e.g. an incandescent lamp or an electric motor containing circle at the zero crossing, with which the inrush current is significantly reduced or even avoided and with which it is guaranteed that after a certain Time the rated current flows into the circuit arrangement.

Im besonderen betrifft die Erfindung eine phasenregulierte Schaltungsanordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Ausgangssignal einer Wechselstrombrücke, die eine Kapazität, einen mit einer Zeit-Konstant-Schaltung verbundenden variablen Widerstand sowie mit einer Wechselstromquelle verbundene Widerstände oder eine Spule mit einer Mittenanzapfung aufweist, an die Steuerelektrode eines Thyristors oder einer Zweirichtungs-Thyristortriode gelegt ist, daß ein Wechselstrom, der nach dem Einschalten der Schaltungsanordnung zu fließen beginnt an den variablen Widerstand gelegt ist, wodurch ein phasenverschobenes Ausgangssignal erzeugt wird und daß das phasenverschobene Ausgangssignal als Steuersignal an den Thyristor oder an die Zweirichtungs-Thyristortrioden gelangt und dadurch der Wert des Stromes sukzessive ansteigt.In particular, the invention relates to a phase-regulated circuit arrangement, which is characterized in that the output signal of an AC bridge, the one capacitance, a variable connected to a time-constant circuit Resistor, as well as resistors connected to an AC power source, or a coil having a center tap to the control electrode of a thyristor or a bidirectional thyristor triode is placed that an alternating current, which after the Turning on the circuitry begins to flow to the variable resistor placed is, whereby a phase-shifted output signal is generated and that the phase-shifted Output signal as a control signal to the thyristor or to the bidirectional thyristor triodes arrives and thereby the value of the current increases successively.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.The invention is illustrated below with the aid of a few exemplary embodiments explained with reference to the drawings.

Dort zeigen Fig. 1 die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Schaltung, Fig. 2 eine wwiderstands-Stromcharakteristik eines Fotokopplers, Fig. 3 den zeitabhängigen Verlauf des Widerstandswertes eines Fotokopplers, Fig. 4 eine Schaltungsanordnung, in der ein Fotokoppler als variabler Widerstand verwendet wird, Fig. 5 einige Schwingungs- und Impulsverläufe, wie sie im Betrieb der Schaltungsanordnung auftreten, Fig. 6 den zeitlichen Verlauf des Stromes in Form jeweils einer Schwingung, Fig. 7 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und Fig. 8 verschiedene Ausführungsformen des variablen Widerstandes.There Fig. 1 shows the essential features of the invention Circuit, Fig. 2 a resistance-current characteristic of a photocoupler, Fig. 3 shows the time-dependent course of the resistance value of a photocoupler, FIG. 4 shows a Circuit arrangement in which a photocoupler is used as a variable resistor, 5 shows some oscillation and pulse waveforms as they occur during the operation of the circuit arrangement occur, Fig. 6 the temporal course of the current in the form of one oscillation, FIG. 7 shows an embodiment of the circuit arrangement according to the invention and FIG. 8 shows different ones Embodiments of the variable resistor.

In den Figuren 1 bis 8 sind jeweils Widerstände mit R und Kapazitäten mit C bezeichnet. Mit VR ist ein variabler widerstand, mit A ein Verstärker, mit K eine Zweirichtungs-Thyristortriode (sogenannte bidirectional triode thyristor) und mit 5 ein Schalter bezeichnet. Eine Regelschaltung ist mit F, eine Wechselstromversorgung oder Wechselstromquelle mit AC, eine Gleichstromversorgung oder Gleichstromquelle mit P und eine Last mit Z bezeichnet. Die Schaltungsanordnungen enthalten weiterhin eine Fotodiode Q, Transformatoren H, Dioden D, Spulen L, einen Thermistor TH und eine Wärmequelle N.In FIGS. 1 to 8 there are resistors with R and capacitances denoted by C. With VR is a variable resistor, with A an amplifier, with No bidirectional triode thyristor and 5 denotes a switch. A control circuit is marked with F, an AC power supply or AC power source with AC, a DC power supply, or a DC power source with P and a load with Z. The circuit arrangements also contain a photodiode Q, transformers H, diodes D, coils L, a thermistor TH and a heat source N.

Im Hinblick auf die wesentliche irkungsweise der Schaltungsanordnung nach der Erfindung zeigt Fig. 1 einen Verstärker A, der an eine Wechselstrombrücke angeschaltet ist, die aus den Widerständen R1 und R2, einem Kondensator C und einem variablen Widerstand VR besteht. Der Verstärker A ist an den Brückenpunkten zwischen den Widerständen R1, R2 bzw. zwischen dem Kondensator C und dem variablen Widerstand VR angeschlossen. Über den Verstärker A wird eine Zweirichtungs-Thyristortriode K durch die in der Brückenschaltung -gebildete unsymmetriscne Spannung betrieben oder gesteuert.With regard to the essential mode of operation of the circuit arrangement According to the invention, Fig. 1 shows an amplifier A, which is connected to an AC bridge is turned on, consisting of resistors R1 and R2, a capacitor C and a variable resistor VR exists. The amplifier A is at the bridge points between the resistors R1, R2 and between the capacitor C and the variable resistor VR connected. The amplifier A is a bidirectional thyristor triode K operated by the asymmetrical voltage formed in the bridge circuit or controlled.

Der variable widerstand VR ist ein Thermistor oder eine CdS fotoleitende Zelle. Der iderstandswert des variablen Widerstandes VR ist durch Wärme- oder Lichteinfluß veränderlich. Der Widerstandswert des variablen Widerstandes VR hat bei geöffnetem Schalter S ein Maximum oder ein Minimum.The variable resistor VR is a thermistor or a CdS photoconductive Cell. The resistance value of the variable resistor VR is due to the influence of heat or light changeable. The resistance value of the variable resistor VR has when the Switch S a maximum or a minimum.

Wird der Schalter S geschlossen, so nimmt der Widerstandswert jeweils ein Minimum oder Maximum ein, und zwar jeweils nach einer Zeitdauer, die durch die Zeitkonstante einer Regelschaltung F bestimmt ist.If the switch S is closed, the resistance value increases in each case a minimum or maximum, in each case after a period of time which is determined by the Time constant of a control circuit F is determined.

enn der Widerstandswert des variablen Widerstandes VR ein Maxirnurn oder ein Minimurn aufweist, dann ist die Ausgangsspannung der Bruckenschaltung identisch in Phase mit der Spannung der Wechselstromquelle AC am Anschluß U oder V.hen the resistance value of the variable resistor VR is a maximum turn or a minimurn, then the output voltage of the bridge circuit is identical in phase with the voltage of the alternating current source AC at terminal U or V.

Wird ein Thyristor SCR oder die Zweirichtungs-Thyristortriode K mit dieser Ausgangsspannung betrieben, so wird die Steuerelektrode des Thyristors mit dem Nulidurchgang einer Wechselstromschwingung in negativer Richtung verbunden, wenn der Schalter S eingeschaltet ist, so daß die Steuerelektrode phasenverschobene Signale empfängt. Das bedeutet, daß der Thyristor in dem Moment, in dem der Schalter geschlossen wird, keinen Strom führt und daß der wert des Stromes sukzessive im Lauf der Zeit zunimmt.. Die mit P und Z bezeichneten Schaltungsteile in Fig. 1 stellen eine Gleichstromversorgung und eine entsprechende Last dar.If a thyristor SCR or the bidirectional thyristor triode K with This output voltage operated, so the control electrode of the thyristor is with connected to the zero passage of an alternating current oscillation in the negative direction, when the switch S is on, so that the control electrode is out of phase Receives signals. That means that the thyristor in the moment in which the switch is closed, there is no current and that the value of the current is successively im The circuit parts labeled P and Z in FIG. 1 represent represents a DC power supply and a corresponding load.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen Verläufe, die man bei der Verwendung eines Fotokopplers als variablen Widerstand VR erhält.Fig. 2 and Fig. 3 show curves that one can use when using a Photocoupler receives as a variable resistor VR.

Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit zwischen dem Strorn einer Fotodiode Q des Fotokopplers und dem Widerstand einer CdS fotoleitenden Zelle, die Bestandteil des Fotokopplers ist.Fig. 2 shows the relationship between the current of a photodiode Q of the photocoupler and the resistance of a CdS photoconductive cell that are part of of the photocoupler is.

Man erkennt anhand von Fig. 2, daß im Beispiel der Widerstandswert bei einem Strorn von O mA in der Gröl3enordnung von 2 Megaohm, bei einem Strom von 40 mA in der Größenordnung von 1 Kiloohm liegt.It can be seen from FIG. 2 that in the example the resistance value with a current of 0 mA in the order of magnitude of 2 megohms, with a current of 40 mA is on the order of 1 kiloohm.

Fig. 3 zeigt den zeitabhängigen Verlauf des Widerstandswertes des variablen Widerstandes VR. Man erkennt, daß sich der widerstandswert nach Ablauf einer bestimmten Zeit auf einen konstanten Wert einstellt.Fig. 3 shows the time-dependent course of the resistance value of the variable resistance VR. You can see that the resistance value increases after the expiry set to a constant value for a certain period of time.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Fotokoppler als variabler Widerstand gemäß der Erfindung verwendet wird. Für die folgende Beschreibung wird zugleich auch auf Fig. 5 verwiesen.The circuit arrangement according to Fig. 4 shows an embodiment, in which a photocoupler is used as a variable resistor according to the invention. Reference is also made to FIG. 5 for the following description.

Eine Wechselstrombrücke, die aus den Widerständen R1 und R2, aus dem Kondensator C und dem variablen Widerstand VR besteht, wird mit einer in Fig. 5 (a) dargestellten Wechselspannung betrieben. Da die Ausgangsspannung der Brückenschaltung über den Widerstand R4 an der Basis des Transistors T liegt, wenn der Widerstand des variablen Widerstandes VR einen maximalen Wert aufweist, dann hat der Kollektorstrom den in Fig. 5 (b) dargestellten Verlauf und an der Sekundärwicklung des Transformators H1 steht ein in Fig. 5 (c) dargestellter Spannungsverlauf zur Verfügung.An AC bridge made up of resistors R1 and R2, from the Capacitor C and the variable resistor VR is connected to one shown in FIG. 5 (a) shown alternating voltage operated. Because the output voltage of the bridge circuit via the resistor R4 to the base of the transistor T when the resistor of the variable resistor VR has a maximum value, then the collector current has the course shown in Fig. 5 (b) and on the secondary winding of the transformer A voltage curve shown in FIG. 5 (c) is available for H1.

Diese Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators H1, die als Steuersignal an die Zweirichtungs-Thyristortriode K gelangt, steuert den Thyristor nicht in seinen leitenden oder stromfuhrenden Zustand, da der Pegel einen Nulldurchgang in Richtung zum negativen Bereich der Wechselspannung, wie in Fig; 5 (a) gezeigt ist, aufweist, mit der die Brückenschaltung betrieben wird.This voltage on the secondary winding of the transformer H1, the reaches the bidirectional thyristor triode K as a control signal, controls the thyristor not in its conducting or current-carrying state, since the level crosses zero in the direction of the negative region of the AC voltage, as in Fig; 5 (a) is, with which the bridge circuit is operated.

Danach fließt über den Transformator H2 ein Strom über die Diode D, den Kondensator C4, die Widerstände R3, R5 und R6 in die Fotodiode Q, wodurch der Widerstandswert des variablen Widerstandes VR allmählich abnimmt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Zweirichtungs-Thyristortriode K mit Ausgangsimpulsen betrieben, die die in Fig. 5 (d) dargestellte Form aufweisen, wodurch ein Stromfluß auftritt, der die in Fig. 5 (e) durch Schraffierung gekennzeichnete Form aufweist. Der Widerstand R3 in Fig. 4 dient zur Einstellung der Leuchtintensität der Fotodiode Q auf einen gewünschten Wert.Then a current flows through the transformer H2 through the diode D, the capacitor C4, the resistors R3, R5 and R6 into the photodiode Q, whereby the Resistance value of the variable resistor VR gradually decreases. At this time the bidirectional thyristor triode K is operated with output pulses that the have the shape shown in Fig. 5 (d), whereby a current flow occurs that the has a shape indicated by hatching in Fig. 5 (e). The resistance R3 in Fig. 4 is used to adjust the luminous intensity of the photodiode Q to one desired Value.

Fig. 6 zeigt den Verlauf des Stromes in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 für eine Zeitdauer nach dem Betätigen des Schalters S in Abhängigkeit von der Zeit. Beim Einschaltezeitpunkt fließt, wie Fig. 6 (a) zeigt, kein Strom.Fig. 6 shows the course of the current in the circuit arrangement according to 4 for a period of time after the switch S has been actuated as a function of currently. At the time of switching on, as shown in FIG. 6 (a), no current flows.

Im nächsten Zyklus nimmt der Strom zu, wie in Fig. 6 (b) durch die schraffierten Bereiche dargestellt ist. In den nächsten zwei Zyklen nimmt der Stromfluß weiter zu, wie Fig. 6 (c) und Fig. 6 (d) zeigen. Schließlich steht, wie Fig. 6 (e) zeigt, eine volle Schwingung zur Verfügung.In the next cycle, the current increases as shown in Fig. 6 (b) through the hatched areas is shown. In the next two cycles the current flow increases continue to, as shown in Figs. 6 (c) and 6 (d). Finally, as shown in Fig. 6 (e) shows a full oscillation available.

Die erforderliche Zeit, um von dem in Fig. 6 (a) zu dem in Fig. 6 (e) dargestellten Zustand zu gelangen, kann wenige Sekundenbruchteile oder mehrere Sekunden betragen. Diese Zeitdauer ist einstellbar. Sie hängt von der durch den Widerstand R5 und den Kondensator C3 (Fig. 4) bestimmten Zeitkonstante ab.The time required to go from that in FIG. 6 (a) to that in FIG (e) The state shown can take a few fractions of a second or several Seconds. This time is adjustable. It depends on the by the Resistor R5 and capacitor C3 (Fig. 4) determined time constant.

Fig. 7 zeigt eine Schaltungsanordnung, in der ein sogenannter Abwärtstransformator (step-down transformer) verwendet wird. Diese Anordnung ist vor allem für den Einsatz von echselstromquellen mit hoher Spannung vorteilhaft. In der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 stellt die Sekundärwicklung L1 des Transformators H eine Gleichstromversorgung dar und die Wechselstroiqbrücke ist zwischen weitere Sekundärwicklungen L2 und L3 des Transformators H geschaltet. Durch die Verbindung der Mittenanzapfung der Sekundärwicklungen L2 und L3 mit dem Verstärker A, wodurch die Ausgangssignale zwischen dem Kondensator C und dem variablen Widerstand VR an den Eingang des Verstärkers A gelangen, wird erreicht, daß sich kleine iderstandsänderungen des variablen Widerstandes VR in einer größeren Phasenverschiebung äußern.Fig. 7 shows a circuit arrangement in which a so-called step-down transformer (step-down transformer) is used. This arrangement is mainly for use from electrical power sources with high voltage advantageous. In the circuit arrangement 7, the secondary winding L1 of the transformer H is a DC power supply and the alternating current bridge is between further secondary windings L2 and L3 of the transformer H switched. By connecting the center tap of the secondary windings L2 and L3 to the amplifier A, reducing the output signals between the capacitor C and the variable resistor VR get to the input of the amplifier A. achieved that small changes in resistance of the variable resistor VR in express a larger phase shift.

Fig. 8 zeigt verschiedene rviöglichkeiten zur Gestaltung des variablen Widerstandes, wie er in einer Wechselstrombrückenschaltung eingesetzt werden kann. In Fig. 8 (a) ist eine Kombination aines durch arme beeinflußbaren Thermistors TH und ein Heizelement N dargestellt. Fig. 8 (b) zeigt einen Fotokoppler, der eine Fotodiode Q und eine CdS-fotoleitende Zelle aufweist. Fig. 8 (c) zeigt eine Anordnung, in der ein variabler Widerstand dadurch gebildet ist, daß der Thermistor TH durch den Strom des Kondensators C selbst erwärmt wird.Fig. 8 shows various options for designing the variable Resistance as it can be used in an AC bridge circuit. In Fig. 8 (a), there is a combination of a poor susceptible thermistor TH and a heating element N is shown. Fig. 8 (b) shows a photocoupler using a Photodiode Q and a CdS photoconductive cell. Fig. 8 (c) shows an arrangement in which a variable resistor is formed by the thermistor TH through the current of the capacitor C itself is heated.

Zusammenfassend betrifft somit die Erfindung eine phasenregulierte Nulldurchgang-Wechselstromschaltung. Die Schaltungsanordnung enthält eine Regelschaltung mit einer Zeitkonstanten, eine Wechselstrombrücke, die mit der Regelschaltung und mit einem Verstärker verbunden ist und die in einem Brückenzweig einen variablen Widerstand enthält, einen Verstärker für eine unsymmetrische, in der Brückenschaltung erzeugte Spannung, Schaltmittel zur Gleichstromversorgung der Regelschaltung und des Verstärkers und einen Thyristor, der über den Verstärker gesteuert wird. Die Schaltung ist derart aufgebaut, daß der Thyristor stets dann nicht leitend oder nicht stromführend ist, wenn die echselspannung angeschaltet wird und daß der Thyristor von einem Nulldurchgang einer Schwingung des Wechselstromes beginnend von einem Strom durchflossen wird, der sukzessive innerhalb einer durch die Zeitkonstante der Regelschaltung bestimmten Zeitdauer bis auf einen vorgeschriebenen Wert ansteigt.In summary, the invention thus relates to a phase-regulated one Zero crossing AC circuit. The circuit arrangement contains a control circuit with a time constant, an AC bridge connected to the control circuit and is connected to an amplifier and which is a variable in a bridge branch Contains resistor, an amplifier for an unbalanced, in the bridge circuit generated voltage, switching means for direct current supply of the control circuit and of the amplifier and a thyristor that is controlled by the amplifier. the The circuit is constructed in such a way that the thyristor is always non-conductive or is not energized when the alternating voltage is switched on and that the thyristor from a zero crossing of an oscillation of the alternating current starting from one Current flows through it, successively within a through the time constant the control circuit rises to a prescribed value for a certain period of time.

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Claims (2)

ANSPRÜCHE: 9 Phasenregulierte Schaltungsanordnung, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Ausgangssignal einer Wechselstrombrückenschaltung, die eine Kapazität (C), einen mit einer Zeitkonstantschaltung (F) verbundenen variablen Widerstand (VR) und an eine Wechselstromversorgung (AC) angeschlossene Widerstände (R1, R2) oder eine Spule (L2, L3) mit Mittenanzapfung enthält, an die Steuerelektrode eines Thyristors oder einer Zweirichtungs-Thyristortriode (K) gelangt, daß ein Wechselstrom, der nach der Einschaltung des Wechselstromkreises zu fließen beginnt an den variablen Widerstand (VR) gelegt ist, wodurch ein phasenverschobenes Ausgangssignal erzeugt wird, und daß das phasenverschobene Ausgangssignal als Steuersignal an den Thyristor oder an die Zweirichtungs-Thyristortriode (K) gelangt und dadurch der Wert des Stromes sukzessive ansteigt. CLAIMS: 9 phase-regulated circuit arrangement, thereby g e -k It is noted that the output signal of an AC bridge circuit, the one capacitance (C), a variable connected to a time constant circuit (F) Resistor (VR) and resistors connected to an alternating current (AC) supply (R1, R2) or a coil (L2, L3) with center tap to the control electrode a thyristor or a bidirectional thyristor triode (K) that an alternating current, which begins to flow to the variable after the AC circuit is switched on Resistance (VR) is applied, creating a phase-shifted output signal is, and that the phase-shifted output signal as a control signal to the thyristor or the bidirectional thyristor triode (K) and thereby the value of the current gradually increases. 2. Schaltungsanordung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c n e t daß eine Regelschaltung (F) mit einem konstanten Zeitverhalten und eine, einen variablen Widerstand (VR) in einem Brückenzweig aufweisende Wechselstrombrücke vorgesehen ist, an die die Regelschaltung (F) und der Verstärker (A) angeschlossen sind, daß der Verstärker (A) eine in der Wechselstrombrücke erzeugte unsymmetrische Spannung verstärkt, daß Schaltmittel (P) zur Gleichstromversorgung der Regelschaltung (F) und des Verstärkers (A) vorgesehen sind, und daß der Thyristor (K) über den Verstärker (A) steuerbar ist, derart, daß der Thyristor (K) zum Zeitpunkt des Einschaltens der Wechselstromversorgung (AC) nicht leitend oder nicht stromführend ist und der Strom durch den Thyristor (K) beginnend von einem Nulldurchgang einer Wechselstromschwingung innerhalb der durch die Zeitkonstante der Regelschaltung (F) bestimmten Zeitdauer sukzessive auf einen vorgegebenen Wert ansteigt.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c n e t that a control circuit (F) with a constant time response and one, one variable resistance (VR) provided in a bridge branch having AC bridge is to which the control circuit (F) and the amplifier (A) are connected that the amplifier (A) generates an unbalanced voltage in the AC bridge reinforced that switching means (P) for direct current supply of the control circuit (F) and the amplifier (A) are provided, and that the thyristor (K) via the amplifier (A) is controllable in such a way that the thyristor (K) at the time of switching on the alternating current (AC) supply is non-conducting or non-conducting and the Current through the thyristor (K) starting from a zero crossing of an alternating current oscillation within the time period determined by the time constant of the control circuit (F) successively increases to a predetermined value.
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