DE1563200B2 - Steuereinrichtung zum an- und abschalten eines verbrauchers an eine bzw. von einer wechselstromquelle - Google Patents

Description

Frequenz der Versorgungswechselspannung ist. Liegt schaltung 3 gelangt. Der Schwellwertschaltung 3 wird die Temperatur unter dem Sollwert, so ist die Gene- außerdem die Ausgangsspannung einer Fühlerschalratorfrequenz höher, so daß der elektronische Lei- tung 2 zugeführt, die z.B. aus einer Brückeüschalstungsschalter in jeder Halbwelle der Versorgungs- tung mit einem Temperaturfühler besteht. Sobald die wechselspannung gezündet wird und den Verbrau- 5 Summe der Momentanwerte des Taktgenerators 1 eher einschaltet. Übersteigt hingegen die Temperatur und der Fühlerschaltung 2 einen bestimmten Wert den Sollwert, so nimmt die Generatorfrequenz ab, überschreitet, gibt die Schwellwertschaltung ein Aus- und die Einschaltung des Verbrauchers erfolgt nicht gangssignal an eine Torschaltung 4 ab.
mehr in jeder Halbwelle. Die Torschaltung 4 wird über eine Leitung 9 von

Da diese bekannte Steuereinrichtung einen Zu- io einer Wechselstromquelle 8 derart gesteuert, daß sie standsfühler mit in Abhängigkeit von der gemessenen das Ausgangssignal der Schwellwertschaltung 3 nur Zustandsgröße frequenzmoduliertem Ausgangssignal dann durchläßt, wenn der Momentanwert der Wechbenötigt, ist ihr Anwendungsbereich eingeschränkt. selspannung der Wechselstromquelle 8 etwa gleich In den meisten Fällen stehen als Meßsignale Gleich- Null ist. Das Ausgangssignal der Torschaltung 4 gestromgrößen zur Verfügung. Vielfach besteht auch 15 langt an einen Impulsverstärker 5, der Zündimpulse der Wunsch, die Regelung der Energiezufuhr zum an den Steuereingang eines elektronischen Leistungs-Verbraucher von mehreren Meßgrößen abhängig zu schalters 6 gibt. Der Leistungsschalter 6 schaltet die machen, was bei Gleichstromsignalen in einfacher Wechselspannung der Wechselstromquelle 8 an einen Weise durch Signal summierung möglich ist. Regel- Verbraucher 7 durch.

schaltungen mit Frequenzmodulation neigen darüber 20 Der Ansprechpegel der Schwellwertschaltung 3 ist hinaus zu Drifterscheinungen infolge Betriebsspan- so eingestellt, daß nur dann für eine bestimmte Zeit nungsschwankungen und Änderungen der Umge- ein Signal am Ausgang erscheinen kann, wenn die bungs- bzw. Eigentemperatur der Bauelemente im Fühlerschaltung ein Ausgangssignal liefert. Die Amfrequenzbestimmenden Schaltkreis. plitude und die Lage der Sägezahnspannung des

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die 25 Taktgenerator sind so gewählt, daß ohne Fühlersignal Nachteile der zuletzt angeführten bekannten Steue- am Eingang die Signalspitzen gerade unter dem rung zu vermeiden. Schwellwert der Schwellwertschaltung 3 liegen.

Diese Aufgabe wird bei einer Steuereinrichtung Das Ausgangssignal der Schwellwertschaltung 3

der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst gelangt zum Zeitpunkt des Nulldurchganges der durch einen Taktgenerator, der ein periodisch anstei- 30 Wechselspannung an den Eingang des Impulsverstärgendes Signal fester Frequenz erzeugt und dessen Pe- kers 5. Durch diesen wird, wenn Bedarf vorhanden riodendauer größer als die der Wechselstromquelle ist, der elektronische Leistungsschalter 6 bei jedem ist,, durch eine Schwellwertschaltung, der dieses Si- Nulldurchgang gezündet, so daß der Verbraucher? gnal sowie das Ausgangssignal des Zustandsfühlers eine bestimmte Anzahl von vollen Halbwellen der als Summe zugeführt ist und die beim Übersteigen 35 Wechselstromquelle 8 erhält.

eines bestimmten Eingangspegels ein Ausgangssignal Die Wiederholungsfrequenz des Taktgenerators 1

abgibt, und durch eine von der Wechselstromquelle liegt wesentlich unter der der Wechselstromquelle 8. gesteuerte Torschaltung, die das Ausgangssignal der Im vorliegenden Beispiel wurde eine Frequenz des Schwellwertschaltung nur dann durchläßt, wenn der Taktgenerators von 0,1 Hz gewählt. Liefert die Füh-Augenblickswert der Spannung der Wechselstrom- 40 lerschaltung 2 nur ein kleines Ausgangssignal, so quelle etwa gleich Null ist, und an deren Ausgang liegt nur ein Weiner Teil der durch das Fühlersignal der Impulsverstärker derart angeschlossen ist, daß er verschobenen Sägezahnspannung über dem Schwellbei jedem Ausgangsimpuls der Torschaltung einen wert der Schwellwertschaltung 3. Pro Periode des Zündimpuls für den elektronischen Leistungsschalter Taktgenerators treten also nur wenige Nulldurcherzeugt. 45 gänge in der Wechselspannung der Wechselstrom-

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung hat den quelle auf, so daß nur wenige Halbwellen durch den Vorteil, daß ein Taktgeber konstanter Frequenz.ver,- Schalter6 an den Verbraucher? durchgeschaltet wendet wird, der sich somit leichter stabilisieren läßt werden. Während des Zeitraumes, in dem die Summe und der bei Regelsystemen mit mehreren voneinan- der Signale des Taktgenerators und der Fühlerschalder unabhängigen Regelkreisen gemeinsam für meh- 5° tung nicht über dem Schwellwert der Schwellwertrere Regelkreise eingesetzt werden kann. schaltung 3 liegen, bleibt der Verbraucher leistungs-

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind los. Liefert die Fühlerschaltung ein größeres Ausin den Unteransprüchen beschrieben. gangssignal, so liegt die Summe der beiden Eingangs-

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend. an signale der Schwellwertschaltung für einen größeren Hand von Ausführungsbeispielen an Hand der 55 Zeitraum über dem Schwellwert, so daß an den Verzeichnungen näher erläutert. braucher eine größere Anzahl von Halbwellen der . Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Ausfüh- Wechselstromquelle durchgeschaltet wird. Auf diese rungsform der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung; Weise kommt also eine im wesentlichen proportio-

Fig.2 zeigt das Blockschaltbild einer weiteren nale Stromversorgung des Verbrauchers abhängig Ausführungsform; 60 von dem Ausgangssignal der Fühlerschaltung 2 zu-

Fig.3 zeigt das Schaltbild der in Fig. 1 darge- stände. Da dem Verbraucher jeweils eine volle Anstellten Steuereinrichtung; zahl von Halbwellen der Wechselstromquelle 8 zuge-

Fig. 4 zeigt die Wellenform an verschiedenen führt wird, d. h. die einzelnen Halbwellen der Wech-Punktender Steuereinrichtung nach Fig. 3. selspannung nicht zerschnitten werden, treten prak-

Bei der in dem Blockschaltbild der Fig. 1 gezeig- 65 tisch keine hochfrequenten Störungssignale auf, so ten Steuereinrichtung erzeugt ein selbstschwingender daß eine Entstörung der Steuereinrichtung durch auf-Taktgenerator 1 eine sägezahnförmige Ausgangs- wendige Filter nicht erforderlich ist.
spannung, die an den Eingang einer Schwellwert- Die in dem Blockschaltbild der F i g. 2 gezeigte

5 6

Steuereinrichtung unterscheidet sich von der der leitet wird. Diese Spannung am Kollektor des Transi-F i g. 1 nur in der Weise, daß statt des selbstschwin- stors 41 kann jedoch nur dann auftreten, wenn der genden Taktgenerators 1 ein nicht selbstschwingen- diesem parallelgeschaltete Transistor 42 gesperrt ist. der Taktgenerator 101 vorgesehen ist und daß dieser Dieses wird an der Basis über einen Spannungsteiler vom Ausgang der Torschaltung über eine Rückkopp- 5 44, 45 und einen Vollweggleichrichter 83, 84 von der lungsverbindung 111 angestoßen wird. Das Anstoßen WechselstiOmquelie 8 angesteuert (s. Fig.4F). des Taktgenerators 101 erfolgt immer dann, wenn Hierdurch wird erreicht, daß der Transistor 42 nur sich das Ausgangssignal der Torschaltung ändert. zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs¹ der Wechselspan-Zweckmäßigerweise ist der Taktgenerator 109 mit nung gesperrt ist, so daß das Ausgangssignal des einem LadekondenSator, einem Lädewiderstand und io Transistors 41 nur dann an den Transistor 53 weitereinem Entladeglied aufgebaut. geleitet werden kann, während es zu allen anderen

F i g. 3 zeigt nun das Schaltbild einer Steuerein- Zeitpunkten kurzgeschlossen wird, richtung, die nach dem Prinzip der F i g. 1 aufgebaut F i g. 4 G zeigt die Impulsfolge, die den Transistor ist. Die einzelnen Blocke der F i g. 1 sind in der 53 ansteuert und entsprechende Zündimpulse für den Fig. 3 durch gleiche Bezugszeichen angedeutet. Die 15 elektronischen Leistungsschalter 6 erzeugt. Der elekzu einem Block gehörenden Bauelemente der Fig. 3 ironische Leistungsschalter 6 ist über einen Impulssind mit solchen Bezugszeichen versehen; deren De- transformator 51, 52 angeschlossen und besteht im kade auf den zügehörigen Block der F i g. 1 hinweist. vorliegenden Beispiel aus einer Halbleiter-Wechsel-F i g. 4 zeigt die Wellenformen an den einzelnen stromtriöde, die bei jedem Zündimpuls leitend wird Punkten der Schaltungsanordnung der Fig.3. Hier- 20 und für jeweils eine Halbwelle der in die Klemmen bei zeigte die Spannung der Weehselstromquel- 80 eingespeisten Wechselspannung leitend bleibt. IeS,B die Sägezahnspannung an der Basis des Tran- Solche Wechselstförntriöden werden z.B. unter der sistors 41, wobei der Pegel durch einen BasiSvör- Handelsbezeichnung »TRIAC« hergestellt. Sie beste-Strom etwas ins Positive verschöben ist, C das Füh- hen im Prinzip aus zwei äntiparällel geschalteten, gelersignal allein am Kollektor des Transistors 21, D 25 steuerten Siliziumgleichrichtern, die jedoch in einem die Summe vört B + C an der Basis von 41, E den einzigen Block vereinigt sind. In der Impulsfolge G? Schaltzustand des Transistors 41, F die mit einem treten während der ersten Periode 201 der Sägezahn-Vollweggleichrichter erzeugte SteüerSpannüng an der spannung B fünf Impulse 221 auf, was zur Folge hatj Basis des Transistors 42, G die Steuerspärinüng an daß dem Verbraucher 7 fünf Halbwellen 231 (s. der Basis des Impulsverstärkertransistors 53, wobei 3° Fig.4H) der Wechselstrornqüelle8 zugeführt werdiese etwa den Zündimpulsen für den elektronischen den. Ih der zweiten Periode 202 der Sägezahnspän-LeistüngSschälter entspricht, ti die Spannung an der nung B ist das Fühlersignal C schon geringer gewof-Last7. den, was einen niedrigen Leistungsbedarf des Ver-Der Taktgenerator 1 besteht im wesentlichen aus braucherS anzeigt. In der Impulsfolge G treten dann einem Unijunction-Transistor (entspricht etwa einer 35 nur noch vier Impulse 222 auf, die aiii Verbraucher Doppelbasisdiode) 11, einem Ladekondensator 14 vier Halbwellen 232, also eine verringerte Leistung, und einem Lädewiderstand 13. Der Kondensator 14 erzeugen. In der dritten Periode 203 der Sägezahnwird über den Widerstand 13 nach einer e-Fünktiort spannung ist das Filtersignal C gleich Null, so daß aufgeladen und beim Erreichen eines bestimmten ^: die Sümmenspannung D nicht mehr unter Null, den Spannungswertes von der Entladestrecke des Üni- 40 Schwellwert der Schwellwertschaltung 4, gelängt. Dajunction-Transistors Il entladen. Auf diese Weise durch bleibt der Transistor 41 leitend, und an den entsteht also an dem Kondensator 14 eine Sägezahn- Impulsverstärker 5 werden keine Impulse mehr gegespannung (Fig.4B), die über den als Emitterfolge- ben.

stufe geschalteten Transistor 15 und über einen Die Wechselströmquelle 8 besteht aus einem

Widerstand 16 an die Basis des die Schwellwertschal- 45 Wechselstromanschluß 80 und einem Transformator

rung 4 bildenden Transistors 41 gelangt. Der Basis 91, 90. Aus der mittelängczapften Sekundärwicklung

des Transistors 4l wird außerdem über einen Wider- werden außer der Steuerspännung für den Transistor

stand 31 ein Vörstrom zugeführt, so daß der Transi- 42 über den Gleichrichter 82 eine positive BetriebS-

Stor leitend ist. Die Spannung am Kollektor des spannung Und über die Gleichrichter 85, 86 eine ne-

Tränsistörs 41 ist gegenüber dem am Emitter liegen- 50 gative Betriebsspannung für die gesamte Einrichtung

den Massepötential etwa gleich Null. Da das AUs^ abgeleitet. Beide Spannungen werden über Kondeii-

gähgssignal des Taktgenerators 1 in positiver Rieh- satören 81, 87 geglättet.

tung liegt, bleibt der Transistor 41 also immer lei- Dem Eingang des Transistors 41 ist eine Diode 32

tend. parallel geschältet, die die negativen Spitzen der Im-

Die mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnete Fühler- 55 pülsfolgeZ) abschneidet, um eine Zerstörung des

schaltung 4 enthält einen Transistor 21, dessen KoI- Transistors durch zu hohe Sperrspannungen an der

lektor ebenfalls mit der Basis des Transistors 4i ver- Basis auszuschließen. Außerdem ist vom Ausgang

bunden ist. Das Ausgangssignal der Fühierschal- (Kollektor) des Impulsverstärkers 5 (Transistor 53)

tüng2 (s. Fig. 4C) ist von Null aus negativ gerichtet eine Rückkopplung durch einen Widerstand 10 zur

und beirri Erreichen einer bestimmten Amplitude in 60 Basis des Transistors 41 vorgesehen. Hierdurch wird

der Läge, den Strom bei einem niedrigen Augen- eine schwellwertabhängige Kippschaltung gebildet,

blickswert der Sägezahnspannung des Taktgenera- bei der die Zustandswechsel zwischen gesperrten ürid

tors 1 zu sperren (s. Summensignal F i g. 4 D). In die- leitenden Zuständen der Transistoren 41 und 53 sehr

sem Fäll tritt am Kollektor des Transistors 41 eine schnell erfolgt. Hierdurch werden besonders schärfe

höhere positive Spannung auf, die an die Basis des 65 Zündimpulse (Fig.4G) an den elektronischen

als Impulsverstärker 5 arbeitenden Transistors 53 ge- Schalter 6 geliefert.

1 Plott

Claims (7)

1 2 gekennzeichnet, daß der Ausgang des Impulsver- Patentansprüche: stärkers (5) über einen Widerstand (10) auf den Eingang des Transistors (41) der Schwellwert-

1. Steuereinrichtung zum An- und Abschalten schaltung (3) zurückgekoppelt ist, derart, daß eines Verbrauchers an eine bzw. von einer Wech- 5 eine schwellwertabhängige Kippschaltung gebilselstromquelle mittels eines in Serie mit dem Ver- det wird.

braucher liegenden, durch Zündimpulse ein- 8. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch

schaltbaren elektronischen Leistungsschalters, gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (101)

wobei die relative Einschaltdauer vom Ausgangs- nicht selbstschwingend ausgebildet ist und daß er

signal eines Zustandsfühlers gesteuert ist und das io vom Ausgang der Torschaltung (4) angestoßen

Einschalten jeweils,nur dann erfolgt, wenn der ist.

Augenblicks wert, der Spannung der Wechsel- 9. Steuereinrichtung nach einem oder mehre-

stromquelle etwa gleich Null ist, mit einem Takt- ren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge-

generator und mit einem Impulsverstärker, der kennzeichnet, daß als elektronischer Leistungs-

die Zündimpulse.. für den elektronischen Lei- 15 schalter (6) eine Halbleiter-Wechselstromtriode

stungsschalter erzeugt, gekennzeichnet vorgesehen ist.
durch einen Taktgenerator(1), der ein periodisch ansteigendes Signal fester Frequenz erzeugt

und dessen Periodendauer größer als die der

Wechselstromquelle (8) ist, durch eine Schwell- 20
wertschaltung (3), der dieses Signal sowie das

Ausgangssignal des Zustandsfühlers (2) als Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrich-Summe zugeführt ist und die beim Übersteigen tung zum An- und Abschalten eines Verbrauchers an eines bestimmten Eingangspegels ein Ausgangs- eine bzw. von einer Wechselstromquelle mittels eines signal abgibt, und durch eine von der Wechsel- 25 in Serie mit dem Verbraucher liegenden, durch Zündstromquelle (8) gesteuerte Torschaltung (4), die impulse einschaltbaren elektronischen Leistungsdas Ausgangssignal der Schwellwertschaltung nur schalters, wobei die relative Einschaltdauer vom dann durchläßt, wenn der Augenblickswert der Ausgangssignal eines Zustandsfühlers gesteuert ist Spannung der Wechselstromquelle (8) etwa und das Einschalten jeweils nur dann erfolgt, wenn gleich Null ist, und an deren Ausgang der Im- 30 der Augenblickswert der Spannung der Wechselpulsverstärker (5) derart angeschlossen ist, daß er stromquelle etwa gleich Null ist, mit einem. Taktbei jedem Ausgangsimpuls der Torschaltung generator und mit einem Impulsverstärker, der die einen Zündimpuls für den elektronischen Lei- Zündimpulse für den elektronischen Leistungsschalstungsschalter (6) erzeugt. ter erzeugt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch 35 Zur Steuerung der einem Verbraucher zugeführten gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (1) ein Leistung ist es bereits bekannt, den bei der Steuerung selbstschwingender Sägezahngenerator ist. durch einen regelbaren Vorschaltwiderstand auftre-

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch tenden Leistungsverlust dadurch zu vermeiden, daß gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (1) aus der Verbraucher direkt an die Leistungsquelle perieinem Kondensator (14), einem Ladewiderstand 40 odisch an- und abgeschaltet wird, indem dem Ver-(13) und einer dem Kondensator parallelgeschal- braucher Thyratrons oder gesteuerte Gleichrichter teten, bei einem bestimmten Spannungspegel an- vorgeschaltet werden und durch entsprechende Phasprechenden Entladestrecke, insbesondere einem senlage von Zündimpulsen der Stromflußwinkel ge-Unijunction-Transistor (11), besteht. ändert wird. Auf diese Weise wird ein mehr oder we-

4. Steuereinrichtung nach einem der vorherge- 45 niger großer Anteil der Weehselstromhalbwellen an henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Verbraucher durchgelassen, so daß die dem Verdie Torschaltung (4) über einen Vollweg-Gleich- braucher zugeführte Energie im wesentlichen verlustrichter (83, 84) ohne Siebung von der Wechsel- los verändert werden kann.

stromquelle (8) gesteuert ist. . Bei der Steuerung des Stromflußwinkels treten je-

5. Steuereinrichtung nach einem der vorherge- 5° doch durch Verzerrungen der Wechselstromwellenhenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß form Hochfrequenzstörungen auf, die durch kostdie Schwellwertschaltung (3) aus einem Transi- spielige Filter beseitigt werden müssen.

stör (41) in Emitterschaltung besteht, dessen Ba- Aus der französischen Patentschrift 1 432 856 ist sis über einen Vorwiderstand (31) ein Vorstrom, eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art vom Taktgenerator (1) ein Strom in stromerhö- 55 bekannt, bei welcher dieser Nachteil nicht vorhanden hender Richtung und vom Zustandsfühler (2) ein ist. In Abhängigkeit vom Leistungsbedarf des VerStrom in stromvermindernder Richtung zugeführt brauchers wird dieser für eine mehr oder weniger ist. große Anzahl voller Halbwellen eingeschaltet. Das

6. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 4 Ein- und Abschalten erfolgt hierbei genau zum Zeit- und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschal- 60 punkt des Nulldurchgangs der Wechselstromquelle, tung aus den einander parallelgeschalteten KoI- so daß keinerlei Funkstörungen entstehen. Der Zulektor-Emitter-Strecken des Transistors (41) der Standsfühler liefert ein in seiner Frequenz von der Schwellwertschaltung (3) und eines weiteren gemessenen Zustandsgröße abhängiges Signal. Der Transistors (42) besteht und letzterer über einen Zustandsfühler ist für die Temperaturmessung als Spannungsteiler (44, 45) und einen Vollweg- 65 ÄC-Kippgenerator mit temperaturabhängigem Lade-Gleichrichter von der Wechselstromquelle (8) ge- widerstand ausgebildet und derart abgeglichen, daß steuert ist. bei Übereinstimmung von Temperatur-Istwert und

7. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch -Sollwert die Generatorfrequenz gerade gleich der