DE2304423A1

DE2304423A1 - Leistungsregler fuer einen aus einer wechselspannungsquelle gespeisten verbraucher

Info

Publication number: DE2304423A1
Application number: DE2304423A
Authority: DE
Inventors: Patrick Joseph Howard
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-02-02
Filing date: 1973-01-30
Publication date: 1973-08-09
Also published as: JPS5331533B2; DE2304423B2; US3761800A; JPS4887357A; CA988580A; GB1409765A; DE2304423C3

Description

RCA 64,403

U.S. Ser. Ho. 222,784 -

vom 2. Pebruar 1972

EGA Corporation, Hew York, N.Y. (V.St.A.)

lie i stunts reeler für einen aus einer Wechselsparinungsquelle gespeisten Verbraucher

Die Erfindung betrifft einen Leistungsregler für einen aus einer Wechselspannungsquelle gespeisten Verbraucher, mit einem Thyristor und einer mit dessen Steuerelektrode verbundenen Steuerschaltung. Insbesondere handelt es sich um eine Synchronschaltung, welche die Spannungsnulldurchgänge zur Lieferung eines Triggersignals an die Steuerelektrode des Thyristors benutzt.

Unter einem Triac versteht man einen in beiden Richtungen leitenden Thyristor mit drei Anschlüssen, der bei Anlegen eines Impulses an seiner Steuerdiode und einer Spannung geeigneter Polarität an seinen Hauptelektroden in den Leitungszustand geschaltet wird. Die Richtung des Stromflusses durch den Thyristor hängt von der Polarität der an seinen Hauptelektrοden liegenden Vorspannung ab.

Eines der Probleme bei der Anwendung von Thyristorschaltungen liegt in einem derartigen Entwurf, daß der Schalter nur dann ein- oder ausschaltet, wenn die lietzwechselspannung gerade minimale Werte hat, damit das Entstehen von Schaltüberspannungen und die damit einhergehenden elektrischen Störungen vermieden werden. In vielen Fällen kann ein solches synchrones Schalten durch die Verwendung eines ITulldur chgangs schalte rs erreicht werden, wie er beispielsweise unter der Handelsbezeichnung RCA CA3O59 IC erhältlich ist. Derartige Schaltungen triggern den Thyristor nit Hilfe eines Steuerimpulses, der synchron

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mit den Spannungs- oder Stromdurchgängen der Last auftritt. Bei diesen ivulldurchgangsschaltern tritt aber wiederum eine als "Halbwellenphänomen" bezeichnete Erscheinung auf, die sich aus einer unsymmetrischen Halbwellenspeisung der Last ergibt, wenn nämlich die Anzahl der positiven und negativen Halbwellen in der Zeiteinheit ungleich ist. Dadurch entsteht in unerwünschter Weise in der Netzleitung eine Gleichstromkomponente.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vermeidung solcher ünsymmetrien. Sie wird dadurch gelöst, daß die Steuerschaltung eine Vergleichsschaltung mit einem Impulsfreigabeeingang und einem Impulssperreingang enthält und einen Triggerimpuls für den Thyristor liefert, wenn das am Impulsfreigabeeingang anliegende Potential höher als das am Impulssperreingang liegende Potential ist, während sie bei umgekehrten Potentialverhältnissen keinen Triggerimpuls liefert, und daß die Steuerschaltung ferner eine auf den Leitungszustand des Thyristors während einer vorbestimmten Halbperiode ansprechende und dann ein Signal an einen der Eingänge liefernde Einrichtung enthält.

Unter normalen Betriebsbedingungen liefert die Steuerschaltung also ein Triggersignal an die Steuerelektrode des Thyristors, wenn das Potential am Impulsfreigäbeeingang dasjenige am Impulssperreingang nennenswert überschreitet, während bei umgekehrten Potentialverhältnissen die Erzeugung eines Triggerimpulses verhindert wird. Sind die Potentiale am Impulsfreigaboeingang und am Impulssperreingang etwa gleich groß, dann liegen jedoch keine stabilen Verhältnisse vor, und es können Ünsymmetrien hinsichtlich der der Last zugeführten positiven und negativen Halbwellen auftreten. Durch die auf den Leitiuigsaustand des Thyristors während einer gegebenen Halbwelle im '. Wechselstrombetrieb ansprechende Einrichtung, welche ein Signal an einen der beiden Anschlüsse liefert, ktimi nun während, der erwähnten Zeiträume unstabilen Betriebs die Zuführimg eines Triggersignals an die Steuerelektrode dos Thyriüturu l'iü.· dio

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nacliiolgende Halbwellendauer -unterbunden werden, so daß sicher gestellt ist, daß der Thyristor in diesen Zeiträumen nur während einer ganzen Anzahl von Weehselspannungsperioden leitend ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellungen eines Ausfuhrungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

jfig. 1 das Schaltbild eines Triacs, wie es in der erfindungsgeraäßen Schaltung verwendet wird;

Pig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung unter Verwendung eines integrierten ITulldurchgangss ehalte rs HCA CA3O59;

I¹Ig. 3 das Schaltbild des Nulldurchgangs schalte rs RCA CA3O59; und

U¹Ig. 4 bis 6 eine Reihe von Kurvenformen zur Erläuterung des Betriebs der erfindungsgemäßen Schaltung.

Aus }?ig. 1 ist ersichtlich, daß das Triac ein festkörperbauelement mit drei Anschlüssen ist, dessen eine Hauptelektrode mit T^, dessen zweite Hauptelektrode mit Tp und dessen Steuerelektrode mit G- bezeichnet ist. Das Triac leitet in beiden iiichtuiigen, je nach der Polarität der zwischen seinen Haupteleictroden angelegten Spannung, und es läßt sich in jeder der vier nachstellend zusammengefaßten Betriebsarten in den Leitungszustand triggem. In der folgenden Tabelle sind sämtliche Potentiale auf ein an der Hauptelektrode T₁ liegendes Bezugspotential bezogen.

Betriebsquadrant Vn

'T₂

I (+) positiv positiv

I (-) negativ positiv

ΪΪΙ (+) positiv negativ

ΪΪΧ (-*) negativ negativ

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Die Erfordernisse.für die Steuerelektrodentriggerung des Triacs sind in jedem der vier Betriebsquadranten unterschiedlich, die größte Empfindlichice it liegt im l( + ) und im III(-) Betrieb.

Der Nulldurchgangsschalter RGA CA3O59 ist monolithisch in integrierter Form aufgebaut und eignet sich als Triggerschaltung zur Steuerung von Thyristoren. Die mehrstufige Schaltung enthält einen Diodenbegrenzer, einen Schwellwertdetektor, einen Verstärker zum Abfühlen des Ein- und Ausschaltzustandes und eine Darlington-^Treiberstufe zur Durchführung des grundsätzlichen Schaltvorgangs. Die Betriebsgleichspannung für diese Stufen wird von einer eingebauten Spannungsstabilisierungsschaltung mit einer Zener-Diode geliefert, welche genügend stark belastbar ist, um auch äußere Schaltungselemente wie Transistoren und andere integrierte Schaltungen zu speisen. Ein wesentliches Merkmal des Mulldurchgangsschalters CA3O59 liegt darin, daß der von ihm erzeugte Triggerimpuls unmittelbar der Steuerelektrode eines Thyristors oder eines Triaes zugeführt werden kann. Eine eingebaute Schutzschaltung verhindert eine Zuführung dieser Impulse zur Thyristorsteuerelektrode, wenn ein externer Fühler für die integrierte Schaltung unabsichtlicherweise geöffnet oder kurzgeschlossen sein sollte. Nähere Erläuterungen des Betriebs und der Anwendungsmöglichkeiten des Nulldurchgangsschalters OA3O59 sind den "RCA Application Notes" IGAlT 4158 vom März 1970, ICAN 6158 vom Mai 1971 und ICAN 6268 vom Juni 1970 zu entnehmen.

Die Betriebsweise des Nulldurchgangsschalters CA3O59 läßt sich am besten anhand des Funktionsblockbildes nach Fig. 2 und des Schaltplans nach Fig. 3 verstehen. Zu Erläuterungszwecken sei die erfindungsgemäße Schaltung im Zusammenhang mit einer Temperaturregelschaltung beschrieben, für welche sich der Nulldurchgangsschalter GA3O59 besonders gut eignet, und sämtliche Spannungen sind auf den Anschluß 7 des Nulldurchgangsschalterü bezogen.

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Gemäß Pig. 2 sind die.Hauptelektroden T₁ und T₂ des Triacs 20 in Reihe mit einer last 25 zwischen zwei Eingangsklemmen A und B geschaltet, an die eine Signalquelle mit zeitlich veränderbarer Polarität anschließbar ist. Typischerweise, jedoch nicht ausschließlich, ist die Signalquelle eine Wechselspannungsquelle 30, welche eine sinusförmige Spannung liefert, wie dies in Pig. 2 angedeutet ist. Der Fulldurchgangsschalter CA3O59, der von der gestrichelten Linie umschlossen ist, ist zwischen die Eingangsklemmen A und B und die Steuerelektrode G- des Triacs 20 geschaltet. Man kann ihn jedoch auch indirekt an die Steuerelektrode G des Triacs ankoppeln, etwa durch einen Impulstransformator. Die dem Nulldurchgangsschalter CA3O59 zugeführte Spannung wird von den Anschlüssen A und B abgenommen oder von einer äußeren Gleichspannungsquelle, welche nicht dargestellt ist, den Anschlüssen 2 und 7 zugeführt. Bei normaler Betriebsweise ist ein Spannungsabfallwiderstand 32 erforderlich, welcher den Strom in der integrierten Schaltung begrenzt und v/elcher hinsichtlich seiner Bemessung vom mittleren Strom, welcher der Stromquelle 30 entnommen wird, abhängt. Da weiterhin die meisten ITulldurchgangsschalter Stromimpulse nur einer einzigen Polarität an die Steuerelektrode des Triacs liefern, im PaIIe des CA3059 beispielsweise positive Impulse, sollte das Triac hinsichtlich seiner Betriebsweise entweder für positive (also in den Quadranten I(+) und III(+)) oder negative (also in den Quadranten I(-) und III(-)) gewählt werden.

Zunächst begrenzt die Begrenzerstufe 40 des Mulldurchgangsschalters CA3059 die Hetzweehselspannung auf etwa +8 Y. Die so begrenzte Spannung wird dann dem Spannungsnulldurchgangsdetektor 42 zugeführt, der bei jedem Netzspannungsnulldurchgang einen Ausgangsimpuls liefert. Das vom Begrenzer gelieferte Signal wird ferner einer Gleichrichterdiode und einem äußeren Kondensator 34 zugeführt, welche zusammen eine Gleichspannungsquelle 44 bilden, die eine Spannung von etwa, 6 V als Betriebsspannung V_ für andere Stufen der integrierten Schaltimg liefert. Der Verstärker 46 zum Abfühlen des Ein- und Aussehaltzu-

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standes bestellt grundsätzlich, aus einer Differentialvergleichs-Schaltung. Die Ausgangsstufe 48 dient als Treiber für die unmittelbare Triggeransteuerung des Triacs 20. Sie liefert dann einen Triggerimpüls, wenn an ihren sämtlichen Eingängen hohe Spannungen liegen, d.h. also, "daß die Netzspannung der Spannungsquelle 30 gerade 0 Y beträgt. Der Fühlverstärker 46 muß ein hohes Ausgangssignal liefern, die externe Spannung am-Anschluß 1 muß eine logische "0" darstellen, die dann ihrerseits invertiert wird und der Endstufe 48 von der Umkehrstufe 43 als hohes EingangsGignal zugeführt wird; und das Ausgangssignal der Sicherheitsschaltung 50 muß ebenfalls groß sein.

Fig, 3 zeigt das Schaltbild des Hulldurchgangsschalters OA3O59, gemäß welchem Dioden D₁ und D₀ eine symmetrische Klemmstufe

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bilden, die die Spannungen im Halbleiterplättchen auf +8 V begrenzt. Die Dioden D₇ und D,, bilden einen Ilalbv/ellengleiclirichter, der am äußeren Speicherkondensator 34 (1'¹Ig. 2) eine positive Spannung entstehen laßt»

Ist der Ifulldurchgangs schalter eingeschaltet (liefert er also über den Anschluß 4 ein Triggersignal an die Steuerelektrode G-des Triaes 20), dann leiten die Transistoren Qo und Q_q, der Transistor Q₇ ist gesperrt und der Transistor Qg ebenfalls leitend. Jeder Vorgang, welcher den Transistor Q₇ zum Leiten bringt, bringt die Steuerspannung für den Transistor Q_Q zum Verschwinden, so daß der Thyristor gesperrt werden kann. Der Transistor Q₇ kann durch Zuführen einer minimalen Spannung von 1,2 V bei einem Strom von 10 /uA an den Anschluß 1, welcher ein äußerer Sperreingang ist, unmittelbar eingeschaltet werden. Steht eine größere Spannung als 2 V zur Verfügung, dann muß ein äußerer Widerstand zur Begrenzung des Stromes auf 10 1.1A eingefügt werden. Die Diode D^₀ isoliert die Basis des Transistors Q₇ von anderen Signalen, wenn ein äußeres Sperrsignal zugeführt wird, so daß dieses Signal für normalen Betrieb dio erste.-Eriorität hat. Der Transistor Q₇ kann ebenfalls durch Sperren des Transistors Q^ eingeschaltet werden, au daß Strom

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von der Stromquelle durch den Widerstand Εγ und die Diode D^₀ zur Basis fließen kann. Der Transistor Qg wird normalerweise durch den über den Widerstand E₂ und die Dioden D_Q und Dg in seine Basis fließenden Strom eingeschaltet gehalten, wenn der Transistor Q₁ gesperrt ist.

Der Transistor Q₁ ist ein Teil des Hulldurchgaiigs de tektors 42. Ist die Spannung am Anschluß 5 größer als +3 V, dann kann durch den Widerstand E₁ und die Diode Dg sowie die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q- und die Diode D, ein Strom zum Anschluß 7 fließen, welcher den Transistor Q₁ einschaltet und die Triggerimpulse unterbindet. Pur negative Spannungen, die . größer als 3 Y sind, fließt der Strom durch die Diode D,-, die Emitter-Basis-Strecke des Transistors Q₁, die Diode D~ und den Widerstand E₁ und schaltet den Transistor Q₁ wieder ein. Der Transistor Q₁ ist nur dann gesperrt, wenn die Spannung am Anschluß 5 kleiner als die Schwellenspannung von etwa 2 V ist.

Der Mihlverstärker 46 mit den Transistoren Qp» Q*> Q/ und Qc macht den ITulldurchgangsschalter CA3O59 zu einer flexiblen leistungssteuerschaltung. Die Transistorpaare Qo-Q/ und Q^-Qc bilden kombinierte pnp-Transistoren hoher Stromverstärkung, deren Emitter Q. und Q₁- als Kollektoren der kombinierten Schaltungen wirken. Diese beiden kombinierten Transistoren sind als Differenzverstärker geschaltet, wobei der Widerstand R, als Konstantstromquelle wirkt. Der relative Stromfluß in den beiden "Kollektoren" hängt vom Spannungsunterschied zwischen den Basen der Transistoren Q₂ und Q~ ab. Wenn also der Anschluß 13 positiver als der Anschluß 9 ist, dann fließt nur wenig oder gar kein Strom in den Kollektor des Transistorpaars Q₂-Q^; wenn der Anschluß 13 negativer als der Anschiß 9 ist, fließt der größte Teil des Stromes über diesen Weg und nicht zum Anscnluß B. fließt Strom durch das Transistorpaar Q₂-Q*, dann vorlauft der Stromweg von der Stromquelle über den Widerstand Ji_v, die Tranaistoren Q2-Q4» durch die Basis-Emitter-Strecke

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des Transistors Q₁ und schließlich durch die Diode D, zum Anschluß 7. Wenn die Spannung V₁ ^ negativer als die Spannung Vq ist, dann ist also der Transistor Q- eingeschaltet und der Ausgang gesperrt.

Bei der in Pig. 2 veranschaulichten Temperatursteuerschaltung wird die Spannung am Anschluß 9 des Nulldurchgangsschalters CA3O59 von der Spannungsquelle dadurch abgeleitet, daß die Anschlüsse 10 und 11 als Präzisionsspannungsteiler geschaltet sind. Dieser Spannungsteiler formt einen Zweig einer Brückenschaltung, deren anderer Zweig durch den Widerstand 52 und einen Temperaturfühler 54 mit negativem Temperaturkoeffizienten in Form eines HTC-Elementes gebildet wird. Bei niedrigen Temperaturen ist die Spannung am Anschluß 13 infolge des großen Wertes des Elementes 54 positiv gegenüber der Spannung am Anschluß 9, so daß der Thyristor während jeder Halbwelle getriggert wird und der Last 25 Leistung zugeführt wird. Wenn die Temperatur steigt, dann verringert sich der Widerstand des NTC-Elementes, bis das Brückengleichgewicht erreicht ist und die Spannung V-^ die Spannung Vq erreicht. In diesem Moment wird das Transistorpaar Qp-Q/ eingeschaltet und unterbindet die Lieferung weiterer Triggerimpulse. Die Soll-Temperatur wird durch Veränderung des Wertes des Widerstandes 52 eingestellt. Pur Kühlzwecke können entweder der Widerstand 52 und der Pühler 54 oder die Anschlüsse 9 und 13 vertauscht werden.

Pig» 4 zeigt die Lage und Breite der der Steuerelektrode des Thyristors vom Eulldurchgangsschalter gelieferten Impulse hinsichtlich der 60 Hz Hetzwechselspannung. Unter normalen Betriebsbedingungen kann der ITulldurchgangs schalter genügend große Triggerspannungen und -ströme zur Triggerung der meisten Thyristoren bei Umgebungstemperaturen von 25° C liefern. Unter sehr ungünstigen Betriebsbedingungen kann in manchen Anwendungen die Auswahl von Thyristoren mit höherem Strom erforderlich werden.

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Die Arfund Weise, in welcher der Nulldurchgangsschalter die lulldurchgänge der Wechselspannung abfühlt, kann an der Steuerstelle das sogenannte Halbwellenphänomen verursachen. Pig. 5 veranschaulicht einen solchen Fall. Der ifulldurehgangsschalter stellt den Spannungsnulldurchgang bei jeder Halbwelle 'fest und erzeugt jeweils einen Ausgangsimpuls, der in Fig. 5 mit 1 bezeichnet ist. Während der nachfolgenden 8,3 Millisekunden kann der Verstärker jedoch seinen Zustand ändern, wenn die Spannung an den Eingangsanschlüssen 9 und 13 des FühlVerstärkers etwa gleich ist, so daß weitere Ausgangsimpulse unterbunden werden.

Dieser unstabile Betriebsbereich des Differenzverstärkers kann durch die Erzeugung eines zweiten Impulses verhindert werden. Wenn dieser fehlt, kann das Triac während der negativen Halbschwingungen der ITetzwechselspannung gemäß Fig. 5 nicht getrig<~ gert v/erden. Zwar gibt es bereits Lösungsvorschläge zur Aus- . schaltung dieses Halbwellenphänomens, sie sind aber durchweg sehr aufwendig und/oder mit Hystereseerscheinungen verbunden, die in verschiedenen Anwendungsfällen unerwünscht sein können. Diese Vorschläge können in den vorerwähnten RGA Application IJotes nachgelesen werden.

Zur Ausschaltung dieses Halbwellenphänomens ist nun in Reihe mit der Steuerelektrode des Triacs eine Einrichtung geschaltet, die so gesteuert wird, daß sie an den Impulsfreigabeeingang oder den Impulssperreingang des Nulldurchgangsschalters das an der Hauptelektrode des Triacs Tp auftretende Signal überträgt. Gemäß Fig. 2 umfaßt diese Einrichtung einen Kondensator 60, der zwischen die Steuerelektrode G- des Triacs 20 und den Anschluß 9 des Ifulldurchgangs schalters eingefügt ist. Ein Kapazitätswert von 0,001 /uF hat sich als ausreichend erwiesen. Es kann· jedoch andererseits auch wünschenswert sein, die durch diesen Kondensator gegebene Differenzierwirkung durch einen hochqualitativen Operationsverstärker zu bewirken. ■

iJimißt man an, daß die Netzspannung gerade etwa bei 0 V liegt,

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dann stellt die dem Anschluß 1 zugeführte äußere Spannung den logischen Wert "0" dar, die Sicherheitsschaltung liefert ein hohes Ausgangs signal, und es werden Impulse an die Steuerelektrode des Triacs über den Anschluß 4 des Nulldurchgangsschalters geliefert, -wenn-das.Potential am Anschluß 13 das Potential am Anschluß 9 nennenswert übersteigt. Unter den gleichen Bedingungen werden umgekehrt keine Triggerimpulse geliefert, wenn das Potential am Anschluß 9 dasjenige am Anschluß 13 nennenswert übersteigt. Sind die Potentiale an den Anschlüssen 9 und 13 etwa gleich, dann kann der Verstärker 46 entweder schalten oder auch nicht und je nach seiner Empfindlichkeit und inneren Hysterese bei der Lieferung seines hohen Ausgangssignals -verbleiben. Darüber hinaus kann jede Welligkeit in der von der G-leichrichter-SQljaltung aus der JSfetzwechselspannung erzeugten G-leichspannung im Falle des unstabilen Bereichs des Verstärkerbetriebs dazu führen, daß der Verstärker je nach Polarität der zugeführten Wechselspannungshalbwelle in den hohen oder niedrigen. Ausgangssignalzustand ,umgeschaltet ,wird. Als Ergebnis wird das Triac nur während positiver oder negativer Halbwellen in. den Leitungszustand geschaltet, wie dies in .Pig.. 5 veranschaulicht ist. · ... .

Wenn nun der Kondensator 60 vorgesehen ist, wie es Pig. 2 veranschaulicht, und das Triac in den.l(+) Zustand geschaltet ist (also während der positiven Halbwelle a der zugeführten Wechselspannung gemäß Pig. 6), dann fließt ein konventioneller Strom von T₂ nach T₁ und. eine gegenüber T^ positive. Spannung. erscheint an der Steuerelektrode G- des Triacs. Der &rund dafür liegt in dem Aufbau mit kurzgeschlossenen Emitter, wie es bei den meisten gegenwärtig erhältlichen Triacs der Pail ist, wodurch. infolge^;'des von.den Hauptelefctroden des Triacs zu seiner Steuerelektrode., fließenden „Stromes. eine^; Spannung entstellt, deren Kurvenform der'durch die Ilalbleiiterübergänge der Steuerelektrode begrenzten Stromlrurvenform .entspricht. Anders ausgedrückt kann die Steuerelektrode -im üblichen Sail als nicht-.. linearer Pühlwiderstand für den Triaclastotrom eingesehen werden.

¥enn der durch das Triac 20 fließende Laststrom den Wert "O¹¹ erreicht, dann beginnt die Spannung an der Steuerelektrode G abzufallen. Die Geschwindigkeit des Spannungsabfaliens dV/dt am Kondensator 60 führt zur Induzierung eines "negativen" Stromes (i = G dV/dt), der in den Anschluß 9 hineinfließt. Infolge dieses negativen Stromes am Anschluß 9 verringert sich das Potential an diesem Anschluß gegenüber dem Anschluß 13, so daß der Fühlverstärker 46 in seinem hohen Ausgangssignalzustand gehalten wird und ein Steuerimpuls 2¹ (Fig. 6) am Beginn der nachfolgenden Halbwelle (also der negativen Halbwelle b) dem Triac zugeführt wird, infolge dessen das Triac im III(+) Betrieb leitet, wobei ein konventioneller Strom von T. nach T₂ fließt. Venn das Triac im Zustand III(+) leitet, erscheint an seiner Steuerelektrode G- eine gegenüber T^ negative Spannung,

Wenn der laststrom im Triac auf Hull ansteigt, bewirkt er, daß die negative Spannung an der Steuerelektrode ebenfalls auf Hull steigt. Die Änderungsgeschwindigkeit dieser Spannung führt zur Induzierung eines positiven Stromes im Kondensator (i = G dV/dt), der in den Anschluß 9 hineinfließt. Dieser positive Strom bringt das Potential am Anschluß 9 gegenüber dem Anschiß 13 zum Ansteigen, so daß der Verstärker abgeschaltet wird und die Übertragung eines Steuersignals (als Phantomsignal 3¹ dargestellt) zum Triac unterbindet, so daß das Triac während der nachfolgenden positiven Halbwelle (als Phantomkurve c dargestellt) nicht leitet. Das Mchtleiten während der negativen Ilalbwelle d wird durch die Phasenverschiebung der Spannung zwischen den Anschlüssen 9 und 13 sichergestellt, die durch den Kondensator 60 bewirkt wird, welcher die Spannung am Vorspannlingsanschluß 9 etwas positiv gegenüber der Spannung am Anschluß 13 zu Beginn der negativen Halbwelle werden läßt. Am Leginn der nächsten positiven Halbwelle e sind jedoch die Polaritäten an den Anschlüssen 9 und 13 umgekehrt, so daß der Differenzverstärker in seinen hohen Ausgangssignalzustand umschaltet und dabei einen Triggerimpuls 5¹ zum Triac gelangen läßt,

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welehes dann für den bleibenden Teil der Halbwelle eingeschaltet wird, d.h,, das Triac versucht, in seinen normalen positiven Halbwellenbetriebszustand zurückzukehren. Infolge des Differenzierkondensators 60 wird also der Halbwelleneffekt zugunsten eines abwechselnden Ganzwellenbetriebes (also a-b, e-f) unterbunden, so daß die Entstehung unerwünschter Gleichstromkomponenten in der Netzleitung ausgeschaltet wird.

Die vorstehende Beschreibung gilt für den Betrieb der Schaltung in normaler Umgebung unter Verwendung eines Triacs mit kurzgeschlossenem Emitter, welches eine normale Steuerelektrodenimpedanz hat (wie es für die ECA Triacs 40721 der Fall ist). Wenn die Schaltung in einer elektrisch gestörten Umgebung betrieben werden soll oder wenn ein Triac mit einer höheren als der normalen,Steuerelektrodenimpedanz verwendet Wird (etwa ein "sensitive gate" Triac EGA 40529) kann es wünschenswert sein, einen Überbrückungswiderstand 65 zwischen die Steuerelektr» de G- und die Hauptelektrode T^ des Triacs zu schalten, wie es Pig. 2 veranschaulicht. Dieser Widerstand dient der Verringerung der effektiven Impedanz zwischen der Hauptelektrode T₁ und der Steuerelektrode des Triacs und gewährleistet, daß genügend Strom im Kondensator 60 zum Fließen kommt. Typischerweise eignen sich Widerstandswerte von 100 0hm für diesen Widerstand.

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Claims

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Patentansprüche

M) !Leistungsregler für einen aus einer Wechselspannungsqueiffe gespeisten Verbraucher mit einem Thyristor und einer mit dessen Steuerelektrode verbundenen Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Vergleichsschaltung mit einem Impulsfreigabeeingang (.15) iuid einem Impulssperreingang (9) enthält und einen Triggerimpuls für den Thyristor (20) liefert, wenn das am Impulsfreigabeeingang anliegende Potential höher als das am Impulssperreingang liegende Potential ist, während sie bei umgekehrten Potentialverhältnissen keinen Triggerimpuls liefert, und daß die Steuerschaltung ferner eine auf den Leitungszustand des Thyristors während einer vorbestimmten Halbperiode ansprechende und dann ein Signal an einen der Eingänge liefernde Einrichtung (60) enthält.
2) Leistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (60) zwischen die Steuerelektrode des Thyristors (20) und einen vorgegebenen Eingang (9) der Vergleichsschaltung (46) geschaltet ist und auf die Anderungsgeschwindigkeit der Ladespannung an der Steuerelektrode (G-) anspricht.
3) Leistungsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (60) eine Kapazität ist.
4) Leistungsregler nach Anspruch 1, bei dem die Steuerschaltung in Reihe mit der Hauptstromstrecke des Thyristors geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (Fig.3) außer der Vergleichsschaltung (46) einen Schwellwertdetektor (42) und eine Ausgangsschaltung (48) enthält und ein Triggersignal an die Steuerelektrode (G-) des Thyristors (20) über die Ausgangsschaltung (48) liefert, wenn der Schwellwertdetektor (42) sich in einem vorgegebenen Schaltzustand befindet und wenn das Potential am Impulsfreigabeeingang (13) das Potential am

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Impulssperreingang (9) der Vergleichsschaltung (46) nennenswert übersteigt, und daß die Steuerschaltung außerdem ein Di fferenzierglied (60) enthält, welches bei leitenden Thyristor (20) während einer vorgegebenen Halbwelle im Wechselstrombetrieb und bei nicht nennenswertem Potenzialunterschied am Impulsfreigabeeingang (13) und Impulssperreingang (9) ein Signal an einen der Eingänge (9 bzw. Y-j>) der Vergleichsschaltung (46) liefert, welches die Übertragung eines Triggersignales an die Steuerelektrode (G-) des Thyristors (20) durch die Ausgangsschaltung (.48) v/ährend der nachfolgenden Viechselstronhalbwelle freigibt oder sperrt, derart, daß der Thyristor während -einer ganzen Anzahl von ",/echselstronizyklen leitet, wenn die Potentiale am Impulsfreigabeeingang und am Impulsspex-reingang sich nicht nennenswert-unterscheiden.

.
5) Leistungsregler nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch" eine Abtastschaltung, welche an das Differenzierglied (60) ein Signal liefert, dessen Form die durch die HaupteleLtroden (Τ.,,T₂) des Thyristors fließende Stromkurvonform- nachbildet.
6) Leistungsregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzierglied (60) zwischen die Steuerelektrode (G-) des Thyristors und einen der Anschlüsse (9>13) der Vex·- gleichsschaltung (46) geschaltet" ist.
7) Leistungsregler nach'Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Differensierglied (60) die Änderimgsgeschwindigkeit des Steuerelektrodenpotentials des Thyristors (20) abfühlt.
8) Leistungsregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzierglied ein kapazitives Element (60) enthält.

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