DE3418940A1

DE3418940A1 - Leistungssteuerung fuer elektrische lasten

Info

Publication number: DE3418940A1
Application number: DE19843418940
Authority: DE
Inventors: Willy Dipl.-Ing. Frank (FH), 7100 Heilbronn; Karl-Diether Dipl.-Ing. 7101 Oedheim Nutz; Stefan-Peter Dipl.-Ing. Weller (FH), 7106 Neuenstadt
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1984-05-22
Publication date: 1985-11-28

Description

Leistungssteuerung für elektrische Lasten
Für elektrische Werkzeuge wie z.B. Bohrmaschinen werden Leistungssteuerungen benötigt, die dazu geeignet sind, die für elektrische Werkzeuge erforderlichen Motoren mit einer Wechselspannung unterschiedlicher Netzfrequenzen betreiben zu können. Denn es gibt Länder, in denen die Netzfrequenz 50 Hz beträgt, sowie Länder, in denen eine Netzfrequenz von 60 Hz vorhanden ist. Bei Leistungssteuerungen zur Steuerung von Motoren für elektrische Werkzeuge ist heute noch ein sogenannter Grundabgleich erforderlich, bei dem die Minimalleistung eingestellt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierbare Leistungssteuerung für elektrische Lasten anzugeben, bei der kein Umschalten auf unterschiedliche Netzfrequenzen erforderlich ist und bei der außerdem auch der bi-sher erforderliche Grundabgleich entfällt.
Diese Aufgabe wird bei einer Leistungssteuerung für elektrische Lasten nach der Efindung dadurch gelöst, daß eine Schaltung vorgesehen ist, die ein netzsynchrones, sich änderndes digitales Rampensignal liefert, daß eine Schaltung mit einem Sollwert-Zähler vorgesehen ist, der so lange hochgetaktet wird, wie die Schaltung mittels eines Schalters mit einem bestimmten Potential beaufschlagt wird, und daß ein Digitalkomparator vorgesehen ist, der das Digitalsignal des Zählers mit dem netzsynchronen digitalen Rampensignal vergleicht und bei Gleichstand der beiden digitalen Signale eine Schaltung aktiviert, die für den Fall, daß das Leistungsbauelement keinen Lastrom führt, einen Zündstrom für das Leistungsbauelement liefert.
Als Schalter ist vorzugsweise eine Taste vorgesehen, die so lange gedrückt wird, bis derjenige Phasenwinkel der Netzspannung erreicht ist, bei dem das elektrische Leistungsbauelement die elektrische Last an das die elektrische Energie liefernde etz schalten soll. Eine zweite Taste dient zum Rückwärtszählen des Zählers. Sie liefert im gedrückten Zustand ein Potential, d-as geringer als das Potential ist, welches die erste Taste im gedrückten Zustand liefert. Die beiden Signale der beiden Tasten werden von einem Tri-state-Eingang verarbeitet, der aus diesen Potentialen unterschiedliche logische Zustände macht, die einer Schrittweitensteuerung zugeführt werden, über die der Sollwert-Zähler gesteuert wird. Der Zählerstand des Sollwert-Zählers wird abgespeichert, wenn der Eingang des Tri-State-Einganges offen ist (keine Taste gedrückt).
Gemäß der Erfindung liefert die Schaltung, die das netzsynchrone Rampensignal liefert, außer dem Rampensignal eine Spannung, die eine Funktion des Maximalwertes des netzsynchronen Rampensignals ist.
Zur Erzeugung des netzsynchronen, sich ändernden Rampensignals sowie einer Spannung, die eine Funktion des Maximalwertes des netzsynchronen Rampensignals ist, dient gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Oszillator, der einen zweiten Zähler hochtaktet, ein Null- spannungsdetektor, der für die Netzsynchronität des Rampensignals sorgt, ein Buffer, der den Maximalwert des netzsynchronen Rampensignals speichert, sowie ein Digital/Analog-Wandler, der den digitalen Maximalwert des Rampensignals in eine entsprechende analoge Spannung umwandelt.
Zur Erzeugung der Zündleistung für das Leistungsbauelement wird das Ausgangssignal des Digital-Komparators, in dem das digitale Signal des ersten Zählers mit dem netzsynchronen digitalen Rampensignal verglichen wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einer trigger/ retrigger-Logik zugeführt, die über einen Stromdetektor das Leistungbauelement nach Lastrom abfragt. Bei Gleichstand der beiden, im Digitalkomparator miteinander verglichenen Digitalsignale wird eine Pulsbreitensteuerung sowie eine Impulsendstufe aktiviert, die den Zündstrom für das Leistungsbauelement liefert.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Der Oszillator 1, der Zähler 2 und der Spannungsnulldurchgangs-Detektor 3 dienen der Erzeugung eines einer netzsynchronen Rampenspannung entsprechenden digitalen Rampensignals. Der Buffer 4 speichert den Maximalwert des digitalen Rampensignals und der D/A-Wandler 5 wandelt den Maximalwert des digitalen Rampensignals in eine analoge Spannung um, die dem Potentiometer 6 als Bezugsgröße zugeführt wird.
Der Spannungsnulldurchgangs-Detektor 3 hat die Aufgabe, den Zähler 2 durch Rücksetzen auf Null bei jedem Nulldurchgang der Netzspannung mit der Netzspannung zu syn- chronisieren. Dies geschieht durch einen Nulldurchgangsimpuls, den der Spannungsnulldurchgangs-Detektor 3 beim Nulldurchgang der Netzspannung liefert. Nach Ablauf des Spannungsnulldurchgang-Impulses wird der Zähler 2, der im Ausführungsbeispiel ein 6 bit-Zähler ist, vom Oszillator 1, der im Ausführungsbeispiel ein mitintegrierbarer RC-Oszillator ist, hochgetaktet, und zwar bis zum Einsetzen (Beginn) des nächsten Spannungsnulldurchgang-Impulses. Mit dem Spannungsnulldurchgangsimpuls wird der Zähler 2 zurückgesetzt. Kurz vor dem Rücksetzen des Zählers 2 wird dessen Zähler stand in den Buffer übernommen und, wie bereits beschrieben, mit Hilfe des D/-Wandlers 5 in eine entsprechende Spannung umgewandelt.
Am Schleifer des Potentiometers 6 wird ein positives Potential abgenommen, welches der ersten Taste 7 zugeführt wird. Wird die Taste 7 gedrückt, so gelangt dieses positive Potential an den Eingang des Tri-state-Einganges 8 und erzeugt am Ausgang des Tri-state-Einganges 8 ein dem positiven Potential entsprechendes logisches Signal. Wird dagegen die zweite Taste 9 gedrückt, so gelangt ein negativeres Potential an den Eingang des Tristate-Einganges 8, welches am Ausgang des Tri-state-Einganges 8 ein dem negativeren Potential entsprechendes logisches Signal erzeugt. Die beiden logischen Zustände (0,1) am Ausgang des Tri-state-Einganges 8 dienen zur Steuerung der Schrittweitensteuerung 10. Wird die Taste 7 gedrückt, so wird die Schrittweitensteuerung freigegeben. Eine Freigabe der Schrittweitensteuerung 10 bewirkt ein Hochtakten des Zählers 11, der im Ausführungsbeispiel ein Vor/Rück-Zähler ist. Die Schrittweitensteuerung 10 steuert den Zähler 11 so lange in Richtung zunehmenden Phasenanschnittwinkels (geringere Leistung), bis die Taste 7 losgelassen wird. Wird die Taste 7, die zum Hochtakten des Zählers 11 dient, losgelassen, so springt das Potential am Eingang des Tri-state-Einganges 8 auf ein intern vorgegebenes Referenz-Potential was einen Store-Befehl für den Zähler 11 zur Folge hat Durch Loslassen der Taste 7 wird also der durch Drücken der Taste 7 erzielte Zählerstand des Zählers 11 gespeichert, und zwar bis zu einer neuen Bestätigung der Taste 7.
Wird dagegen die zweite Taste 9 gedrückt und damit der Tri-state-Eingang 8 mit einem negativeren Potential beaufschlagt, so erhält der Zähler 11 Rückwärtszählimpulse. Diese Rückwärtszählimpulse bewirken eie Zurücknahme des Phasenwinkels der Netzspannung, und zwar wird der Phasenwinkel so lange zurückgenommen, bis die zweite Taste 9 freigegeben (losgelassen) wird.
Die Power-On Logik 12 (Einschalt-Logik) hat die Aufgabe, den Zähler 11 beim Anschalten der Betriebsspannung auf minimale Leistungsabgabe einzustellen. Damit wird z.B.
bei einem Motor als elektrische Last ein Sanftanlauf des Motors erzielt. Der Fenster-Diskriminator 13 ermöglicht eine Steuerung der Schrittweite über die Schrittweitensteuerung 10.
Der Soll-Zählerstand des Zählers 11, der durch entsprechendes Drücken der Taste 7 erzielt wird, wird im Komparator 14 mit dem Zählerstand des Zählers 2 verglichen. Bei binärem Gleichstand des Zählerstandes der Zähler 2 und 11 (der Zähler 2 liefert das digitale Rampensignal) liefert der Digital-Komparator 14 ein Steuersignal an eine Trigger/Retrigger-Logik 15, die ihrerseits den Zustand des Leistungsbauelements (Triac) bezüglich eines Laststromflusses abfragt. Wenn die Abfrage, die über den Stromdetektor 16 erfolgt, ergibt, daß das Leistungsbauelement keinen Laststrom führt, wird in dem Moment, in dem der Zählerstand des Zählers 2 den Sollzählerstand des Zählers 11 erreicht, die Pulsbreitensteuerung 17 aktiviert, die ihrerseits die den Zündstrom für das Leistungsbauelement liefernde Impulsendstu£e 18 aktiviert.
Der Taktzähler 19 hat die Aufgabe, den Nulldurchgangsimpuls in zwei zeitlich aufeinanderfolgende Teilsignale zu zerlegen, um sicher gewährleisten zu können, daß zuerst die Maximalinformation des Zählers in den Buffer 4 übernommen werden kann und erst im Anschlup3 daran der Zähler 2 auf seinen Ausgangswert (meistens Null) zurückgesetzt wird.
Ein geeigneter Spannungsnulldurchgangs-Detektor ist beispielsweise in der deutschen Patenschrift 25 53 764 beschrieben. Der Buffer besteht im Auführungsbeispiel aus 6 D-Flip-Flops. Mittels eines Übernahmekommandos werden die an den Dateneingängen der D-Flip-Flops anliegenden Zähler zustände des dem Buffer vorgeschalteten Zählers in den Speicher des Buffers übernommen.
Als Schrittweitensteuerung wird beispielsweise ein programmierbarer Teiler verwendet. Die Trigger/Retrigger-Logik besteht im einfachsten Fall aus einem Takt-Flip-Flop mit Set- und Reset. Als Pulsbreitensteuerung kann beispielsweise ein monostabiles Flip-Flop verwendet werden. Der Fensterdiskriminator ist beipielsweise ein Spannungsdiskriminator mit zwei fest programmierten Schwellen.
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Claims

Patentansprüche Leistungssteuerung für elektrische Lasten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung vorgesehen ist, die ein netzsynchrones, sich änderndes digitales Rampensignal liefert, daß eine Schaltung mit einem Sollwert-Zähler vorgesehen ist, der so lange hochgetaktet wird, wie die Schaltung mittels eines Schalters mit einem bestimmten Potential beaufschlagt wird, und daß ein Digitale komparator vorgesehen ist, der das Digitalsignal des Zählers mit dem netzsynchronen digitalen Rampensignal vergleicht und bei Gleichstand der beiden digitalen Signale eine Schaltung aktiviert, die für den Fall, daß das Leistungsbauelement keinen Laststrom führt, einen Zündstrom für das Leistungsbauelement liefert.
2) Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter ein Tastenschalter vorgesehen ist, der so lange gedrückt wird, bis derjenige Phasenwinkel des Zündstromimpulses für das Leistungselement erreicht ist, bei dem die elektrische Last an das die elektrische Energie liefernde Nezt geschaltet werden soll.
3) Leistungssteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Tastenschalter vorgesehen ist, der zum Rückwärtszählen des Sollwert-Zählers dient und im gedrückten Zustand ein Potential an den Schaltungseingang legt, welches geringer ist als dasjenige Potential, welches der erste Tastenschalter im gedrückten Zustand liefert.
4) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tri-state-Eingang vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von unterschiedlichen Potentialen an seinem Eingang unterschiedliche logische Signale zur Steuerung des Sollwert-Zählers liefert.
5) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tri-state Eingang logische Signale zum Hochtakten sowie Rückwärtszählen des Sollwert-Zählers sowie einen Speicher-Befehl für den Zähler liefert.
6) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einschalt-Logik vorgesehen ist, die den Sollwert-Zähler beim Anschalten der Betriebsspannung auf minimale Leistungsabgabe einstellt.
7) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Tri-state Eingang und dem Zähler eine Schrittweitensteuerung vorgesehen ist.
8) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fenster-Diskriminator vorgesehen ist, der eine Steuerung der Schrittweite der Schrittweitensteuerung ermöglicht.
9) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung, die das netzsynchrone Rampensignal liefert, außer dem Rampensignal eine Spannung liefert, die eine Funktion des Maximalwertes des netzsynchronen Rampensignals ist.
10) Leistungssteuerung nach einem der Anspriiche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator und ein zweiter Zähler vorgesehen sind, wobei der zweite Zähler von dem Oszillator während der Zeitspanne von einem Spannungsnulldurchgang bis zum nächsten Spannungsnulldurchgang hochgetaktet wird.
11) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannurgsnsllldurchgangs-Detektor vorgesehen ist, der das Hochtakten des zweiten Zählers bei Erreichen des nächsten Spannungsnulldurchganges beendet.
12) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Buffer vorgesehen ist, der den Maximalwert des digitalen Rampensignals speichert.
13) Leistungssteuerung nach einem der Anspr-üche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Digital/Analog-Wandler vorgesehen ist, der den Maximalwert des digitalen Rampensignals in eine analoge Spannung umwandelt.
14) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Potentiometer vorgesehen ist, dem die vom Digital/Analogwandler erzeugte maximale Rampenspannung als Bezugsgröße zugeführt wird.
15) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Tastenschalter sein Potential vom Schleifer des Potentiometers erhält.
16) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Tastenschalter im gedrückten Zustand ein positiver es Potential als der zweite Tastenschalter liefert.
17) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 16. dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert-Zähler ein Vor/Rück-Zähler ist.
18) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsnulldurchgangs-Detektor Impulse zum Hochtakten des zweiten Zählers liefert.
19) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tri-state-Eingang vorgesehen ist, der von den Tastenschaltern im gedrückten Zustand mit unterschiedlichen Potentialen beaufschlagt wird.
20) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schrittweitensteuerung vorgesehen ist, die vom Tri-state-Eingang logische Signale erhält, von denen das eine Signal die Schrittweite und Zählrichtung steuert, während das andere Signal die Schrittweitensteuerung abschaltet.
21) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zähler vom Tri-state-Eingang einen Speicherbefehl erhält, wenn sich beide Tastenschalter im nichtgedrückten Zustand befinden.
22) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trigger/Retrigger-Logik vorgesehen ist, die den Zustand des Leistungsbauelementes bezüglich Laststromfluß über einen Stromdetektor abfragt.
23) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pulsbreitensteuerung vorgesehen ist, die der Trigger/Retrigger-Logik nachgeschaltet ist.
24) Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulsendstufe vorgesehen ist, die der Pulsbreitensteuerung nachgeschaltet ist.