DE2308319B2 - Elektronischer netzspannungskonstanthalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich aiii einen elektronischen Ncizspannungskonst.inthalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Net/spannungskonstanihalter ist aus der DT-OS 19 52 796 bekannt. Bei der dort beschriebenen Schaltungsanordnung wird in einem Meßteil eine der Netzspannung proportionale Größe als Meßspannung an die Eingänge von (n-\) Differenzverstärkern gelegt, wobei π die Anzahl der Ventile ist. Dabei sind die Ansprechwerte der Differenzverstärker so gestaffelt, daß von ihnen je nach Netzspannungshöhe bei Freigabe der Messung mehr oder weniger ansprechen. Dann wertet ein Speicher die vom Meßteil abgegebenen Signale aus und bereitet auf Grund der gemessenen Spannung die Zündstufe für ein bestimmtes Ventil vor. In einem Steuerteil schließlich wird das ausgewählte Ventil gezündet, jedoch erst, wenn von einer Impulser-Zeugerschaltung ein Steuerimpuls kommt. Eine solcherart vorgenommene elektronische Netzregelung hat den Vorteil, daß sie frequenzunabhängig und sehr raumsparend ist. Allerdings verlangt dieser elektronische Konstanthalter noch eine verhältnismäßig aufwendige Ausstattung und Bestückung mit elektronischen Bauelementen.

Bei der geschilderten Ausführung sind die in Abhängigkeit von der Eingangsspannung hinzugeschalteten Transformatorstufen gleich groß. Man könnte stattdessen auch binär gewichtete Stufen verwenden, wie dies bereits in der DT-AS 12 44 946 oder in »Control-Engineering«, Jan. 1964. S, 84 bis 86. diskutiert wurde. Bei einer solchen Abstufung läßt .sich mit weniger Ventilen die gleiche Rcgelgenauigkeit erzielen: allerdings kann man nicht mehr die eine Transformaiorseite einfach auf verschiedenen Höhen abgreifen sondern man muß potentialmäßig voneinander getrennte Einzelspulen mit jeweils zwei nachgeschaiteten Ventilen einsetzen.

Der Erfindung lieg! die Aufgabe zugrunde, bei einem elektronischen Net/spannungskonstanihalter der eingangs genanten Art den Elektronik-Aufwand, insbesondere d^e Anzahl an Ventilen, /u verringern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung geht von der ganz allgemeinen Überlegung aus. daß man zur Aufteilung einer vorgegebenen Einheit in Abschnitte einer gewünschten Feinheit mit weniger Untereinheiten auskommt, wenn man statt äquidistant einzuteilen, grobe und feine Untereinheiten wählt, derart, daß die feinen wiederum die groben unterteilen. Beispielsweise ' erzielt cmc gleichzahlige Aufteilung in η grobe und η feine Untereinheiten eine Aufteilfeinheit, wie sie nur mit n^: gleichgroßen Untereinheiten hergestellt werden kann.

Der genannte F.inspai effekt an Untereinheiten kann an folgendem Beispiel verdeutlicht werden. Sollen etwa 40% Netzspannungsschvvankiingen auf eine Restschwankung von 2% hcruntergeregclt werden, so benötigt man bei F.insatz des bekannten Stufenschalter mit aquidistanten Abgriffen /wanzig Ventile.

In einer erfindungsgemäßen Verwendung dos Stufenschalter würden dagegen zehn Ventile ausreichen, um — aufgeteilt in fünf grobe und fünf feine Stillen — die Schwankungen auf nur 1,6% zu senken. Die Verringerung von Untereinheiten bei gleich hoher Stabilisierung ist auf die wechselseitige Vcrknüpfbarkeit der groben mit den kleinen Untereinheiten zurückzuführen. Diese Tatsache gestattet es andererseits auch, mit einer gleichen Anzahl an I Intereinheiten die Stabilisierung zu erhöhen. So wurden im genannten Beispiel bei einer erfindungsgemäßen Anordnung zwanzig Ventile, aufgeteilt in zehn grobe und zehn feine Einheilen, die Spannungsschwankungen auf nur 0,4% drücken. Um nun ein derartiges System aus Untereinheiten nut der Netzspannung ansteuern zu können, wird die Netzspannung in ein Signal eines mit diesem System kompatiblen Kodes umgewandelt. Kompatibel sind dabei nicht nur identische Koden, sondern auch Zahlensysteme, die beispielsweise durch Vervielfachung auseinander hervorgehen, so etwa ein Dezimalsystem und ein Kode mit jeweils nur fünf statt zehn Untereinheiten.

Neben den Vorteilen, die sich aus der Einsparung von Ventilen ergeben, beispielsweise eine Lebensdauererhöhung des gesamten Gerätes sowie eine Platz- und Gewichtsverminderung, hat ein erfindungsgemäßer Netzspannungskonstanthalter auch den Vorzug, daß bereits vorhandene Dskoderausgänge i'vi Rahmen kompatibler Systeme je nach Bedarf mit Leistungsgattern und Ventilen beschallet werden können. So sind

relativ einfach größere Spannungsbereiche regelbar.

Bei dem vorgeschlagenen Netzspannungskonstanthalter empfiehlt es sich, eine gleiche Anzahl an groben und feinen Stufen zu wählen, da sich hiermit bei einer vorgegebenen geraden Zahl τη Ventilen die feinstmögliehe Aufteilung erreichen läßt.

Eine besonders zweckmäßige Ausführung eines erfindungsgemäßen Netzspannungskonst^nthaliers, bei der auf handelsübliche Bauteile zurückgegriffen werden kann, ist im Anspruch 3 angegeben.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist Gegenstand des Anspruchs 4. Bei der hier vorgenommenen galvanischen Trennung der Steuerung von den Netzspannungen verringert sich insbesondere der Störpegel.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher eriäulert.

Als Ausführungsbeispiel soll ein Net/spannungskonitanthalter für ein dreiphasiges Stromversorgungsgerät dienen, der 40% Netzspannungsschwankungen auf enter 2% herunterregeln soll. Derartige Konstanzanforderungen werden beispielsweise an handelsübliche Stromversorgungsgerate für Fernsehumsetzer gestellt. Aus Gründen der Darstellungsübersicht ist dabei der Schaltplan im wesentlichen nur für eine Phase aufgezeichnet.

Pro Phase besteht der dargestellte Netzspannungskonstanthalter im wesentlichen aus einem Stromversorgungsteil 2, einem Wandler 3. der aus einem Analog/Digital-Wandler 4 mit nachfolgendem Dekoder für binär kodierte Dezimal/ahlen (BCD-Dekoder 6) gebildet ist, einem zwischengeordneten Steuerteil 8, einem einem Stufenschalter 10 und einem Netztransformator 12. Der Stufenschalter 10 enthält in diesem Fall je fünf Triacs 14, deren zugeordnete Abgriffe 16 am Net/transformator 12 eine Grobunterteilung /u jeweils 8% Spannungsänderung bilden, und je fünf Triacs 18, die über Abgriffe 19 eine Feinunierteilung zu jeweils 1,6% Spannungsänderung bilden. Mit diesem IJnterteilungssystem ist das Dezimalsystem kompatibel. Je zwei nebeneinanderliegende Zehnerausgänge des BCD-Dekoders 6 sind parallel geschaltet und steuern über Leitungen 20 den entsprechenden Triac 14 der Grobunierteilung an; entsprechend sind je zwei nebeneinanderliegende F.inerausgänge des BCD-Dekoders 6 parallel geschaltet und steuern über Leitungen 22 den entsprechenden Triac 18 der Feinunterteilung.

Das Gerät wird über einen Schalter 24 eingeschaltet, die /?-Phase der Netzspannung gelangt über eine Leitung 26 an das Stromversorgung.,teil 2. Ein Schütz 32 wird erregt und auch die Stromversorgung der Phase 5 und T wird eingeschaltet. Dann wird eine zu der Netzspannung proportionale Meßspannung von dem Stromversorgungsteil 2 abgeleitet und an den Analog-Digital-Konverter 4 gegeben, der in dieser Vorphase mittels einer nicht eingezeichneten Einschaltverzögerung gesperrt ist. Über eine in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte, im Stromversorgungsteil 2 untergebrachte Steuerungslogik ist gesorgt, daß im gesperrten Zustand nur diejenigen Ventile des Stufenschalter 10 durchgeschaltet sind, die die höchste Windungszahl des Netziransformators 12 öffnen. Zugleich ist der Zeitpunkt so gewählt, daß etwa beim Netzspannungsmaximum durchgeschaltet wird; die hierzu srforderüche Stromdurchgang-Überwachjng ist mit einem Block 33 angedeutet Diese Maßnahme verringert den Einschaltstrom (Magnetisierungs- und Laststrom). Eine hierfür geeignete Zusatzmaßnahme besteht darin, einen Widerstand 34 in den Kreis jeder Netzspannungspha.se zu legen, der nach Ablauf der Verzögerungszeit (2-5 see.) mit einem Schütz 36 überbrückt wird. Die Regelung über den Wandler ist dann freigegeben.

Der Wandler steuert nun je nach der Höhe der Netzspannung über den entsprechenden Ausgang des BCD-Dekoders 6 ein Leistungsgatter 38 an. Durch die Freigabe des Leistungsgatters 38 ist der Weg frei für Steuerimpulse, die von einem Taktgeber 40 erzeugt werden und über einen Pulstransformator 42 an den Steuereingang (Gatter) des entsprechenden Triacs 14 bzw. 18 gelangen. Somit ist die gewählte Anzapfung des Netztransformators 12 durchgeschaltet. Leitung 43 führt dann die stabilisierte R- Phase.

Alle Triacs sind deshalb über Pulstransformatoten angesteuert, da so die Steuerung galvanisch von den Netzspannungen getrennt werden kann und damit eine Verringerung des Störpegels und eine direkte Verbindung des /V/p-Leiters bei Dreiphasen-Sternschaltung ermöglicht ist. Statt Pulstransformatoren könnten auch optische Koppler verwendet werden. Eine weitere Verknüpfung der Meßspannung für den Analog/Digital-Konverter zur Netzspannungsregelung erfolgt über Meßspannungswicklungen 44, 46 am Netztransformator 12. Diese Verknüpfung ermöglicht eine Korrektur der Ausgangsspannung des Reglers bei Lastschwankungen.

Die in dem geschilderten Ausführungsbeispiel zur Verringerung von Spannungsschwankungen von 40% auf höchstens 2% getroffene Wahl, zehn Ventile zu verwenden und sie in je fünf Grob-Stufen und je fünf Fein-Stufen aufzuteilen, ist besonders günstig. Denn zunächst gilt allgemein, daß man mit einer vorgegebenen geraden Zahl an Ventilen die feinstmögliche Aufteilung, d. h. die größtmögliche Schwankungsreduzierung dann erzielt, wenn man bei Aufteilung in grobe und feine Stufen jeweils die gleiche Anzahl nimmt. Darüber hinaus ist gerade ein Fünfer-System kompatibel mit dem Dezimalsystem, es können also bereits im Handel befindliche Wandler, bestehend aus einem Acht-Bit-Analog-Digital-Wandler samt nachfolgendem BCD-Dekoder verwendet werden. Abweichend von der genannten Auswahl könnte man sich aber auch beispielsweise für ein System aus drei groben, drei mittelfeinen und drei hochfeinen Stufen entscheiden; mit einem derartigen System könnten mit nur neun Ventilen die Schwankungsmaxima auf jnter 1.5% gedrückt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elekironischer Netzspannungskonsunthalter, bei dem von der Netzspannung ein steuerbare Ventile, insbesondere Triacs, enthaltender Stufenschalter angesteuert ist, welcher in Abhängigkeit von der Größe der Netzspannung an einem Neiztransformator in verschiedener Höhe Abgriffe schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen des Stufenschalters (10), unter Bildung eines ersten Kodes, in grobe und in feine, die groben unterteilende Stufen aufgeteilt sind, und daß der Stufenschalter (10) sein Ansteuersignal aus Jen Ausgängen eines Analog/Digital-Wandlers (4) erhält, der aus der Netzspannung ein digitales Signal eines zweiten Kodes bildet, wobei die beiden Koden entweder identisch sind oder durch Vervielfachung auseinander hervorgehen (kompatible Koden).

2. Elektronischer Netzspannungskonstanthalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenschalter (10) eine gleiche Anzahl von groben und feinen Stufen enthält.

3. Elektronischer Net/spannungskonslanlhaltcr nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenschalter (10) von den Ausgängen eines Dekoders für binär kodierte Dezimalzahlen (BCD-Dekoder 6) angesteuert ist, in den die Netzspannung nach Umwandlung in eine binäre Größe geleitet ist. und daß zur Ansteuerung einer groben Stufe je zwei nebeneinanderliegende Zehner-Ausgänge (Leitungen 20) des BCD-Dekoders (6) parallel geschaltet sind und zur Ansteuerung einer feinen Stufe je zwei nebeneinanderliegcnde Einer-Ausgänge (Leitungen 22) des BCD-Dekoders (6) pa. allel geschaltet sind.

4. Elektronischer Neizspannungskonstanthalier nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die kodierten Ausgangssignalc des Analog/Digital-Wandlers (4) Leislungsgatter (38) beaufschlagen und daß ein beaufschlagtes Leistungsgatter (38) von einem Taktgeber (40) erzeugte Steuerimpulse freigibt und diese über einen Pulstransformator (42) an den Steuereing.ing des mit dem Leistungsgatter (38) verbundenen Ventils gelangen läßt.

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