DE2657537A1

DE2657537A1 - Regelschaltung mit phasenanschnittsteuerung fuer eine stabilisierte spannungsquelle

Info

Publication number: DE2657537A1
Application number: DE19762657537
Authority: DE
Inventors: Roy Kenneth Griess
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-12-22
Filing date: 1976-12-18
Publication date: 1977-06-30
Also published as: JPS6022585B2; JPS5280669A; US3986047A; GB1519386A; IT1074194B

Description

Regelschaltung mit Phasenanschnittsteuerung für eine stabilisierte Spannungsquelle

Diese Erfindung betrifft eine Regelschaltung mit einer Phasenanschnittsteuerung zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung als Sollwert eines von Wechselspannung ein- oder mehrphasig über Halbleiterschalter gespeisten Stromversorgungsgerätes, dessen auf den Sollwert bezogener Spannungsfehler dem Schwellenwert einer Offset-Gleichspannung entspricht, die zusammen mit den Halbwellen der gleichgerichteten Wechselspannung an wenigstens einer ersten Vergleichsschaltung anliegt, welche jeweils wenn die ansteigenden und abfallenden Kurvenzweige der Spannungshalbwellen den Schwellenwert der Offset-Spannung kreuzen Kommandoimpulse erzeugt, die den Beginn und das Ende der rampenförmigen Anstiegsflanke von in einem Generator erzeugten sägezahnförmigen Steuersignalen bestimmen, deren Anstiegsflanke nach dem Start und einer gewissen dem Zündwinkel zugeordneten Laufzeit den Schwellenwert der Offset-Spannung an einer den Zündpunkt der Halbleiterschalter entsprechenden variablen Stelle in einer zweiten Vergleichsschaltung kreuzt, wodurch diese ein Signal erzeugt, das den Halbleiterschalter bis zum Ende der Halbwellenzeit in den Leitzustand schaltet.

Derartige Regelschaltungen zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung, welche beispielsweise eine Gleichspannung oder eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung sein kann, sind dem Fachmann bekannt. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielseitig:

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Beispielsweise dienen sie zur elektrischen Energieversorgung von Schaltungsanordnungen in elektronischen Rechen- oder Informationssystemen, Steuerungsanlagen oder fernmeldetechnischen Geräten, Kopiergeräten oder elektrischen Antrieben, oder anderen Einrichtungen, bei denen besonders Wert auf eine gute Konstanz der Ausgangsspannung oder einer anderen geregelten Größe gelegt wird.

Der Zweck der Erfindung ist eine Weiterentwicklung und Verbesserung der Regelschaltungen mit Phasenanschnittsteuerung, um möglichst die nachteiligen Einflüsse von Verzerrungen in der Kurvenform der Speise- Wechselspannung zu eliminieren, um dadurch einen besseren Regelungseffekt zu erhalten.

Bei einer bekannten Regelschaltung mit Phasenanschnittsteuerung, die beispielsweise von einer einphasigen Wechselspannung gespeist wird, werden die Taktsignale für die Steuerschaltung von der Wechselspannung abgeleitet und sie erscheinen in der doppelten Frequenz der Wechselspannung. Zur Erzeugung der Taktimpulse werden die Halbwellen der gleichgerichteten Wechselspannung in einer ersten Vergleichsschaltung einer Offset-Gleichspannung überlagert die beispielsweise proportional dem Fehler ist, den der Ist-Wert der Ausgangsspannung zum geforderten Soll-Wert aufweist. Die bekannte Vergleichsschaltung erzeugt jedesmal in der Zeit zwischen zwei Halbwellen einen NuI!-Taktimpuls der beginnt, sobald die abfallende Flanke der ersten Halbwelle den Schwellenwert der Offset-Spannung kreuzt und der endet, sobald die Anstiegsflanke der unmittelbar darauffolgenden zweiten Halbwelle ebenfalls den Schwellenwert der Offset-Spannung erreicht hat und diesen kreuzt. Die Länge des Null-Taktimpulses entspricht somit dem Zeitbereich oder der Phasenwinkel-Strecke, während der die beiden aufeinanderfolgenden Halbwellen der Wechselspannung den Schwellenwert der Offset-Spannung unterschreiten. Es sind auch einfachere Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen der Null-Taktimpuls beim Null-Durchgang der Wechselspannung erzeugt wird.

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.γ ;

Jeder der Null-Taktimpulse dient als Kommandosignal für die Frei- ; gäbe, bzw. den StartZeitpunkt der rampenförmigen Anstiegsflanke j eines sägezahnförraigen Steuersignals, das von einem Sägezahn-Gene-, rator erzeugt wird. In einer zweiten Vergleichsschaltung erreicht und überschreitet die Anstiegsflanke des sägezahnförmigen Steuersignals nach einer gewissen Zeit, die dem Z und winkel entspricht, leinen Spannungspegel der dem Schwellenwert der Offset-Spannung gleich ist. Dieser Kreuzungspunkt wird als Zündpunkt bezeichnet, weil zu diesem Zeitpunkt die zweite Vergleichsschaltung ein Zündsignal erzeugt, das den Halbleiterschalter - Thyristor - bis zum Ende der Wechselspannungshalbwelle in den Leitzustand schaltet. Dieser Steuerungsvorgang wiederholt sich periodisch in der Frequen^

ι der Spannungshalbwellen. i

Bei der bekannten Regelschaltung mit Phasenanschnittsteuerung erfolgt der Start der Anstiegsflanke durch das Ende, d.h. die abfallt ende Flanke des Null-Taktimpulses. Durch diese bekannte Regelschal tung ergibt sich ein zufriedenstellendes Regelungsverhalten und eine Ausgangsspannung, die im Bereich der zulässigen Toleranzen liegt unter der Voraussetzung, daß die Wechselspannung eine reine Sinuskurve ist. Bei Motor-Generatoren welche als Frequenzwandler ! dienen, (beispielsweise für F = 50/400 Hz) oder bei Leistungstrans-f formatoren als Spannungswandler sind die Bedingungen, daß die von ; diesen Stromversorgungsgeräten gelieferten Ausgangsspannungen rein sinusförmig sind, nur im Leerlauf oder bei geringer Belastung erfüllt. Bei einer starken Belastung, auch bei Nennlast weist die sinusförmige Spannungskurve dieser Stromversorgungsgeräte oder Aggregate Verzerrungen auf, insbesondere jeweils in der Anstiegsflanke einer Spannungshalbwelle im Bereich des Nullpunktes, wie dies aus der Fig. 2b ersichtlich ist. Diese Verzerrungen der Kurvenform sind Einbuchtungen am Fußpunkt der Spannungshalbwelle und sie liegen in einem Bereich, der sich vom Nullpunkt bis zu einem i Spannungspegel erstreckt, der in der Nähe ober- oder etwas unter- j halb des Schwellenwertes der Offset-Spannung endet. Diese Verzerrurj gen der sinusförmigen Kurvenform der Spannungshalbwellen bewirken |

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einen wesentlich längeren Null-Taktimpuls, welcher wie bereits erläutert wurde als Kommandosignal für den Start der sägezahnförmigen Steuersignale dient. Bei der bekannten Regelschaltung hat dies zur Folge/ daß sich durch die Kurvenverzerrung der Startzeitpunkt entsprechend um einige Grade verschiebt, wodurch auch der Zündpunkt für den Halbleiterschalter - Thyristor - ebenfalls verschoben wird. Der Halbleiterschalter - Thyristor - zündet somit später und sein Leitwinkel ist kürzer. Bei der bekannten Regelschaltung täuscht die Kurvenverzerrung der Spannungshalbwellen dem Regelsystem eine überspannung am Ausgang vor, die in Wirklichkeit nicht vorhanden ist. Dadurch arbeitet die bekannte Regelschaltung nicht korrekt und sie ist in manchen Betriebsfällen nicht zufriedenstellend geeignet.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Regelschaltung

mit Phasenanschnittsteuerung zu schaffen, bei der die nachteiligen| ,Auswirkungen im Regelungsverhalten durch die vorstehend erwähnten Verzerrungen in der Kurvenform der sinusförmigen Wechselspannung eliminiert sind, so daß eine korrekte unverfälschte Regelung der Ausgangsgröße und ihre Konstanthaltung auf dem geforderten Sollwert erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine die Kommandosignale liefernde logische Schaltungsanordnung vorgesehen jist, die periodisch jeweils am Ende einer ersten Spannungshalbwelle wenn deren abfallender Kurvenzweig den Schwellenwert der Offset-Spannung kreuzt die Anstiegsflanke für das Kommandosignal !erzeugt und die das Kommandosignal vor dem Ende der folgenden !zweiten Spannungshalbwelle in einem ausreichenden Sicherheitsabstand zum nächsten Kommandosignal beendet, und daß der Startzeitpunkt der rampenförmigen Anstiegsflanke vom sägezahnförmigen Steuersignal am Anfang des Kommandosignales im Endbereich der ersten Spannungshalbwelle vor deren Nullpunkt liegt«

Bei der erfindungsgemäßen Regelschaltung beginnt der Start für die rampenförmige Anstiegsflanke des sägezahnförmigen Steuer-

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signales bei einem Phasenwinkel, der etwa 12° vor dem Nullpunkt am Ende einer Spannungshalbwelle liegt. Dieser StartZeitpunkt entspricht dem Beginn des Takt- bzw. Kommandosignals, bei dem der abfallende Kurvenzweig der Spannungshalbwelle den Schwellenwert der Offset-Spannung kreuzt. Durch die Verlagerung des Startzeitpunktes vom sägezahnförmigen Steuersignal auf den Endbereich einer vorausgehenden Spannungshalbwelle wird erreicht, daß sich die Verzerrungen im Anfang einer Spannungshalbwelle nicht auf das Steuersystem in der Regelschaltung auswirken können.

Eine zweckmäßige Weiterentwicklung und Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß diese für ein Drehstromsystem ausgelegt ist und drei gleiche jeweils von der Wechselspannung einer anderen Phase gespeiste Regelstränge aufweist und daß eine logische Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die aus den in den Vergleicherschaltungen gebildeten Taktimpulsen durch logische Kombination für jeden der Regelstränge die Kommandosignale bildet zur Aktivierung der drei Sägezahn-Generatoren X, Y und Z.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eines phasengesteuerten Wechselspannungsreglers wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel, das einen dreiphasigen Spannungsregler betrifft anhand von Schaltbildern und Diagrammen Fign. 1 bis 7 ausführlicher beschrieben.

Von den Figuren stellen dar:

Fig. 1 das Blockschaltbild des Takt- und Steuerungs

teiles im phasengesteuerten Spannungsregler,

Fig. 2a ein schematisches Diagramm das den zeitlichen

Verlauf einer unverzerrten sinusförmigen Wechselspannungskurve zeigt, sowie die im Bereich der

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Null-Durchgänge erzeugten Rechteckimpulse, eine als Schwellenwert dienende Offset-Gleichspannung, und die bei jeder Spannungshalbwelle erzeugten sägezahnförmigen Spannungssignale, welche am Schnittpunkt mit der Offset-Spannung die Zündung eines Thyristors bewirken.

In dem Diagramm sind zum besseren Verständnis und zur Herausstellung der Unterschiede die Charakteristiken der sägezahnförmigen Steuersignale der bisher bekannten Regelungsechaltungen und der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen gleichzeitig eingezeichnet,

Fig. 2b ein schematisches Diagramm wie die Fig. 2a,

mit den gleichen Signalen, das jedoch den zeitlichen Verlauf bei einer verzerrten sinusförmigen Wechselspannung zeigt,

Fig. 3 das Prinzipschaltbild einer bekannten Steuer

schaltung, die jeweils beim Null-Durchgang der Wechselspannung einen Spannungsimpuls liefert,

Fig. 4a ein vereinfachtes Schaltbild eines synchronisierten Phasenwandlers, bei dem für jeden Strang der dreiphasigen Wechselspannung zwei Vergleicher vorgesehen sind, die an ihren Ausgängen für jede Schwingungsperiode der Wechselspannung zwei rechteckförmige Taktimpulse liefern, welche um 180° phasenverschoben sind,

Fig. 4b ein schematisches dreiteiliges Diagramm, das

im oberen Teil die durch Halbwellengleichrichtung um 180° phasenverschobenen Halbwellen der Wechselspannung eines Stranges zeigt, sowie die Offset-Spannung des Spannungsfehlers. Im unteren Teil des Diagrammes sind zwei Kurvenzüge von

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rechteckförmigen Taktsignalen dargestellt, die zueinander um 180° phasenverschoben sind und die von den Vergleichern aus den Spannungshalbwellen und der Offset-Spannung gebildet wurden,

Fig. 5 das vereinfachte Schaltungsbild der logischen

Schaltungsanordnung zur Freigabe (Start) und Rückstellung der sägezahnförmigen Steuerungssignale,

Fig. 6 ein Signaldiagramm verschiedener Taktimpulse

in Abhängigkeit von der Zeit, die von der dreiphasigen Speise- Wechselspannung abgeleitet und miteinander kombiniert wurden zur Steuerung der sägezahnförmigen Steuersignale, welche an der Schnittstelle mit der Offset-Spannung die Zündung der Thyristoren bewirken,

Fig. 7 das vereinfachte Schaltbild von drei Generato

ren der logischen Schaltungsanordnung, die an ihrem Ausgang jeweils die sägezahnförmigen | Steuersignale liefern. J

Das in Fig. 1 abgebildete Blockschaltbild des Takt- und Steuerungsteils vom neuen phasengesteuerten Spannungsregler enthält auch die logische Schaltungsanordnung welche die Aufgabe hat, die Freigabe- (Start) und die Rückstellung (Ende) der sägezahnförmigen Steuersignale zu steuern. Der Spannungsregler dieses !Ausführungsbeispieles dient zur Erzeugung einer konstanten Gleichspannung eines Stromversorgungsgerätes, das durch verschiedene -Belastungen beansprucht wird. Dieser Spannungsregler ist für einen dreiphasigen Betrieb - also Drehstrom ausgelegt und er steuert das Verhältnis der Leit- und Schließzeiten von Halbleiterschaltern, welche als Thyristoren oder auch unter der englischen Bezeichnung SCR bekannt sind. Die drei Leitungen 1, 2 und 3 am Eingang liefern als Spannungsstränge, - die beispielsweise in

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einem Motor-Generator erzeugten Wechselspannungen, welche zueinander eine Phasenverschiebung von 120° aufweisen, - zunächst in eine Synchronisierungsschaltung 10. Jeder der drei Spannungsstränge ist mit einer Synchronisierschaltung 10 verbunden, die eingangsseitig einen Transformator und ausgangsseitig zwei Vergleicherschaltungen 34, 36 enthält auf die ebenfalls eine Offset-Spannung einwirkt wie folgend noch erläutert wird. Jede Synchronisierschaltung 10 wirkt i als Phasenwandler oder Halbweilengleichrichter da sie aus jeder Periode der sinusförmigen Wechselspannung eines Stranges zwei Halb-j wellen gleicher Polarität bildet, die um 180° zueinander versetzt j sind. Zn den beiden Vergleichsschaltungen 34, 36 werden diese i Spannungshalbwellen der Offset-Spannung überlagert, wodurch die Synchronisierungsschaltung an ihrem Ausgang zeitgenaue Taktsignale < Ab, BA liefert. Außerdem bewirkt die Synchronisierschaltung 10 eine Synchronisierung der drei zeitgenauen Taktsignalreihen, welche von den drei Phasen bzw. Strängen der Speise-Wechselspannung abgeleitet Wurden. Die drei Ausgänge der Synchronisierungsschaltung 10, weichet Taktsignale verschiedener Phasen liefern, sind mit der logischen Schaltungsanordnung 12 verbunden, welche den Beginn und das Ende der sägezahnförmigen Steuersignale bestimmen. Diese logische Schaltungsanordnung 12 erzeugt die Steuer- oder Taktimpulse zur Preisgabe der sägezahnförmigen Steuersignale, deren StartZeitpunkt dadurch unabhängig ist von den Verzerrungen in der sinusförmigen Kurvenform der drei Wechselspannungen aller drei Stränge, welche auf den Leitungen 1,2 und 3 zur Regelschaltung gelangen.

JEin als elektrische Energiequelle dienender Motor-Generator welcher im Blockschaltbild Fig. 1 nicht dargestellt ist, liefert drei !zueinander phasenverschobene Wechselspannungen an die Regelschaltung. Diese Wechselspannungen weisen in ihren sinusförmigen Kurven störende Verzerrungen auf, welche proportional der Belastung sind, !mit denen der Motor-Generator belastet wird. Diese Verzerrungen der sinusförmigen Kurvenform sind um so größer, je größer die Belastung des Motor-Generators ist und sie erscheinen vorwiegend im bereich der Spannungshalbwellen wo diese am steilsten sind und idle Nullinie kreuzen. Durch diese Verzerrungen wird der wirkliche

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Kreuzungspunkt bzw. der Null-Durchgang einer sinusförmigen Spannungswelle verfälscht und zeitlich um einige Winkelgrade ^verschoben, wodurch sich letztlich auch der Zündpunkt für den Thyristor verschiebt was zur Folge hat, daß sich eine unkorrekte Regelung für die Ausgangs-Spannung ergibt.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles der bei den bekannten Regelungsschaltungen besteht, ist bei der erfindungsgemäßen Regelschaltung die logische Schaltungsanordnung 12 vorgesehen, deren Zweck es ist, den schädlichen Einfluß der Verzerrungen in den Wechselspannungskurven zu eliminieren. Die logische Schaltungsanordnung 12 liefert Taktsignale welche von den Verzerrungen nicht beeinflußt sind und die den Beginn und das Ende der sägezahnförmigen Steuersignale genau bei gleichen Phasenwinkeln bzw. Zeiten steuern. In der Regelschaltung wird der Zündpunkt bzw. der Zündwinkel für einen Thyristor dadurch gebildet, daß während jeder Halbwelle das sägezahnförmige Steuersignal mit seiner ansteigenden Flanke über den Schwellenwert einer Offset-Spannung ansteigt, wobei zu dem Zeitpunkt wo die beiden Spannungspegel der Offset-Spannung und des sägezahnförmigen Steuerungssignales übereinstimmen die Zündbedingungen erfüllt sind. Der Schwellenwert oder der Spannungspegel der Offset-Spannung kann beispielsweise der Fehlerspannung am Ausgang des spannungsstabilisierten Stromversorgungsgerätes entsprechen oder auch einem anderen Kriterium zugeordnet sein. Startet das sägezahnförmige Steuerungssignal beispielsweise infolge einer Verzerrung der Spannungshalbwelle zu verschiedenen Zeiten oder unterschiedlichen Winkeln während einer Halbwellenzeit dann kreuzt die Anstiegsflanke den Schwellenwert der Offset-Spannung an einer zum Normalzustand entsprechend verschobenen Stelle, welche auf der Zeitachse um etliche Winkelgrade bzw. um eine gewisse Zeit verspätet ist.

In diesem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise die lineare Anstiegsflanke der sägezahnförmigen Steuersignale mit dem Schwellenwert einer Offset-Spannung verglichen, welche als Fehlerspannung vom Ausgang des Spannungsreglers zurückgekoppelt wurde. Sobald die Anstiegsflanke eines sägezahnförmigen Steuersignales den Schwellenwert der Offset-Spannung erreicht hat und diesen kreuzt,

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wird ein rechteckförmiger Impuls erzeugt. Die Null-Linie für die sägezahnföraiigen Steuersignale entspricht wie aus den Fign. 2a bis 2b zu ersehen ist der horizontalen Zeitachse, von der auch die Anstiegsflanken beim Start ausgehen. Der Abstand vom Beginn der Anstiegsflanke bis zur Kreuzungsstelle mit dem Schwellenwert der Offset-Gleichspannung ist allgemein unter der Bezeichnung Zündwinkel bekannt und der Kreuzungspunkt wird meistens als Zündpunkt bezeichnet. In dieser Regelschaltung wird am Ende des Zündwinkels ein Zündimpuls erzeugt, der über nachgeschaltete Torschaltungen die Zündung des Halbleiterschalters, vorzugsweise eines Thyristors bewirkt, so daß dieser vom Sperr- in den Leitzustand schaltet.

Im Blockschaltbild Fig. 1 enthält der Schaltungsblock 14 Steuereinrichtungen, die den Beginn und das Ende der sägezahnförmigen Steuersignale bei jeder Halbwellenzeit bestimmen. In diesem Schaltungsblock 14 werden auch die Taktsignale für die Zündwinkel sowie für die Rückstellung bzw. das Ende der sägezahnförmigen Stauersignale erzeugt. Diese zeitgenauen Taktsignale vom Schaltblock 14 gelangen zum Eingang des Schaltblocks 16, welcher ebenfalls logische Schaltungskreise, Torschaltungen und Treiber enthält. In diesem Schaltblock 16 wird aus den verschiedenen Taktsignalen, welche von den drei Wechselspannungssträngen abgeleitet werden und die zueinander eine Phasenverschiebung, bzw. eine zeitliche Versetzung aufweisen durch ihre Kombination die Ausgangssignale gebildet, welche über Torschaltungen zu den Halbleiterschaltern - Thyristoren gelangen und diese in den Leitzustand schalten.

Bei diesem dreiphasigen Spannungsregler werden die Abweichungen der Ausgangsspannung vom Sollwert abgefühlt und aus diesen Spannungsfehlern wird ein Fehlersignal gebildet, das in einem Verstärker 18 verstärkt auf die Regelschaltung zurückgekoppelt wird. Dieses Fehlersignal entspricht der Offset-Gleichspannung deren Spannungspegel oder Schwellenwert der Größe des Fehlers der Ausgangsspannung proportional ist. Wie aus dem Blockschaltbild Fig. 1 ersichtlich ist, gelangt die Offset-Gleichspannung vom Verstärker

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Schaltblock 14, der den Generator zur Erzeugung der sägezahn- i förmigen Steuersignale und die Vergleichsschaltung für die Fehler-j spannung enthält. Wenn bei dieser Regelschaltung die Offset-Spannung positiver wird, d.h. daß sich ihr Schwellenwert erhöht, was durch eine überspannung der zu regelnden Ausgangsspannung ;verursacht wird, dann vergrößert sich auch der Zündwinkel. Ein größerer Zündwinkel bedeutet, daß der Zündpunkt für den Thyristorschalter bei dem dieser in den Leitzustand schaltet später liegt, !bezogen auf den Normwert für den Sollwert der Ausgangsspannung. Dieser größere Zündwinkel oder spätere Zündpunkt ergibt sich dadurch, weil bei der Offset-Spannung der Schwellenwert jetzt höher liegt, erreicht die linear ansteigende Flanke des sägezahnförmi- i gen Steuerungssignals erst später diesen Schwellenwert. Da die j Schnittstelle zwischen dem Schwellenwert der Offset-Spannung und ι der Anstiegsflanke des sägezahnförmigen Steuersignales erst nach einer längeren Zeit erreicht wird bewirkt dies, daß der Halbleiterschalter auch zeitlich später in den Leitzustand schal- '■ tet, was einer Phasenverschiebung entspricht. Dies besagt in an- j deren Worten, von der sinusförmigen Halbwelle der Speisespannung jwird durch die spätere Zündung des Halbleiterschalters - Thyristor jdessen Leitwinkel verkürzt, wodurch nur ein verkürzter Teil der ' Spannungshalbwelle für die Energieversorgung verwendet wird. Durch j {äiese Art der vorgenannten Phasenanschnittsteuerung wird bei einer Höheren Offset-Spannung die zu regelnde Ausgangsspannung auf ihren jSollwert abgesenkt. Sinkt die zu regelnde Ausgangsspannung beispielsweise bei einer starken Belastung unter den geforderten Sollwert ab, dann senkt sich dementsprechend auch der Schwellen-Wert von der Offset-Spannung, Das hat zur Folge, daß sich der Bündwinkel verkürzt und sich der Leitwinkel des Halbleiterschalters verlängert, wodurch ein größerer Anteil der sinusförmigen ^pannungshaibwelle zur Energieversorgung benützt wird. Durch diese Phasenanschnittssteuerung erhöht sich somit die Ausgangsfrpannung auf den geforderten Sollwert.

Der im Blockschaltbild Fig. 1 zwischen dem Verstärker 18 und dem Regelungsschaltblock 14 dargestellte Schaltblock 20 enthält eine |

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Dämpfungsschaltung die verhindert, daß sofort nach der Einschaltung des Spannungsreglers die Offset-Spannung wirksam wird, weil nicht sofort der Sollwert der zu regelnden Ausgangsspannung zur Verfügung steht, sondern sich bedingt durch die Zeitkonstante der Regelschaltung in kurzer Zeit aufbaut. Beim Einschalten des Spannungsreglers legt die Dämpfungsschaltung vom Schaltblock 20 die Offset-Spannung mit einer vorbestimmten Verzögerung an die Regelungsschaltung im Schaltblock 14 an. Durch die Dämpfungseinrichtung wird die zunächst sehr hohe positive Offset-Spannung langsam auf einen Wert vermindert, der der wirklichen Spannungsabweichung vom Sollwert der zu regelnden Ausgangsspannung entspricht. Der Schaltblock 22 führt die Schaltfunktion Ein/Aus durch und er dient zur Steuerung des Schaltblocks 20 mit der Dämpfungseinrichtung und auch zur Steuerung des Schaltblockes 16, der die Treiberund Torschaltungen enthält. Eine Aktivierung des Ein/Aus-Schaltblockes 22 bewirkt, daß bei seiner Einschaltung dadurch der Dämpfungs-Schaltblock 20 im Regelteil bei den beiden Schaltblöcken 12, 14 den Zündwinkel für den Halbleiterschalter - Thyristor oder SCR -stetig verkleinert, bzw. sich dessen Leitwinkel stetig vergrößert solange bis die zu regelnde Ausgangsspannung auf den geforderten Sollwert angestiegen ist. Wird hingegen der Schaltblock 22 in seinen Aus-Zustand geschaltet, dann bewirkt dies erstens, j daß der Schaltblock 16 welcher die Torschaltungen enthält, sofort isperrt und zweitens, daß die Dämpfungsschaltung vom Schaltblock 20 \ eine schnelle Vergrößerung des Zündwinkels vom Halbleiterschalter : einstellt. ι

Das Kurvendiagramm Fig. 2a zeigt über der Zeitachse unverzerrte i !sinusförmige Halbwellen der Wechselspannung eines Stranges. Zum !besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Regelschaltung und zur ι Herausstellung des Unterschiedes mit den bekannten Regelschaltungen [Sind zum Vergleich bei jeder Halbwelle zwei sägezahnförmige ι Steuersignale 23 und 25 eingezeichnet. Die kleineren sägezahnförmigen Steuersignale 23 sind der erfindungsgemäßen Regelschaltung zugeordnet und die größeren sägezahnförmigen Steuersignale 25 gehören zu einer bekannten Regelschaltung. In der Fig. 2a ist

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ein wesentlicher Unterschied der Regelschaltungen ersichtlich der darin besteht, daß der Beginn der Anstiegsflanke von jedem sägezahnförmigen Steuersignal einer bekannten Regelschaltung immer an der Schnittstelle beginnt, wo der ansteigende Kurvenzweig jeder sinusförmigen Halbwelle den Schwellenwert der Offset-Spannung kreuzt. Dieser sogenannte Null-Kreuzungspunkt der nicht dem Null-Phasenwinkel entspricht, ist der Startzeitpunkt für die Anstiegsflanke des sägezahnförmigen Steuersignals 25. Aus der Fig. 2a ist weiter ersichtlich, daß im Bereich der sinusförmigen Wechselspannung, bzw. der gleichgerichteten Spannungshalbwellen wo deren Kurvenzweige sich der Null-Zeitachse nähern jeweils ein Null-Taktimpuls erzeugt wird. Der Beginn bzw. die Anstiegsflanke eines derartigen rechteckförmigen Null-Taktimpulses beginnt zu dem Zeitpunkt, an dem der abfallende Kurventeil einer Spannungshalbwelle den Schwellenwert der Offset-Spannung kreuzt. Die zeitliche Länge eines derartigen Null-Taktimpulses ZCO endet, wenn von der nächsten sinusförmigen Spannungshalbwelle der ansteigende Kurvenzug ebenfalls den Schwellenwert der Offset-Spannung von untenherkommend kreuzt. Bei der bekannten Regelungsschaltung bewirkt das Ende, oder anders ausgedrückt, die abfallende Flanke der Null-Taktimpulse ZCO jeweils den Start bzw. Beginn der Anstiegsflanke der sägezahnförmigen Steuersignale. Der lineare Anstieg der rampenförmigen Flanke eines sägezahnförmigen Steuersignales 25 wird beendet, sobald das nächste Null-Taktsignal ZCO erscheint. Dieses Taktsignal stellt gleich zu seinem Beginn das sägezahnförmige Steuersignal auf Null zurück. Bei der bekannten Regelschaltung kreuzt die Anstiegsflanke des sägezahnförmigen Steuersignales 25 die Offset-Spannung bei einem Phasenwinkel von 52,5° wie dies aus der Fig. 2a ersichtlich ist. Dieser Kreuzungspunkt 52,5° entspricht dem Zündwinkel bei dem der Halbleiterschalter - Thyristor in den Leitzustand schaltet. Aus der Fig. 2a ist außerdem ersichtlich, daß die gleichgerichtete sinusförmige Wechselspannung keine Verzerrungen in ihrem Kurvenverlauf aufweist.

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Bei der erfindungsgemäßen Regelschaltung hingegen werden die sägezahnförmigen Steuersignale 23 im Schaltblock 12 erzeugt, der auch die logischen Schaltkreise enthält, die den Start und das Ende der sägezahnförmigen Steuersignale 22 bestimmen und steuern. Aus der Fig. 2a ist zu ersehen, daß der Start für die lineare Anstiegsflanke der sägezahnförmigen Steuersignale 23 gleich zu Beginn des Null-Taktsignales ZCO beginnt, also früher liegt als bei den Steuersignalen 25 der bekannten Regelschaltungen. Die Freigabe der sägezahnförmigen Steuersignale 23 erfolgt mit dem Beginn jedes Null-Taktimpulses ZCO. Dieser Zeitpunkt entspricht der Kreuzungsstelle bei der der fallende Kurvenzweig einer sinusförmigen Spannungshalbwelle den Schwellenwert der Offset-Spannung schneidet. Die sägezahnförmigen Steuersignale 23 sind zeitlich kürzer als die Steuersignale 25, denn ihre Anstiegsflanke endet bereits bei einem Phasenwinkel von etwa 108° während die sägezahnförmigen Steuersignale 25 erst beim Beginn des nächsten Null-Taktsignales ZCO enden. Die Rückstellung der Steuersignale 23 erfolgt während jeder Halbwellenzeit durch das Ende von miteinander kombinierten Taktimpulsen etwa 72° früher gegenüber den Steuerimpulsen 25, die etwa bei einer Phasenlage von 180 enden. Durch die frühe Rückstellung, bzw. Beendigung der Steuerimpulse 23 bei etwa 108° ist die Gewähr gegeben, daß keine Überschneidung mit dem nächsten nachfolgenden Steuersignal 23 erfolgt, dessen Start bereits im Endbereich der Halbwellenzeit beginnt, indem das vorausgehende sägezahnförmige Steuersignal 23 vorhanden ist. Dadurch ist auch sichergestellt, daß während eines Regelvorganges der Zündpunkt in der Phasenanschnittsteuerung um einen ausreichend großen Phasenwinkel nach beiden Seiten verschoben werden kann.

Das Kurvendiagramm Fig. 2b ist dem vorstehend beschriebenen Diagramm Fig. 2a sehr ähnlich und zeigt ebenfalls die sinusförmigen Halbwellen der Wechselspannung, die gleiche Offset-Spannung, die Null-Taktimpulse ZCO und wieder zum Vergleich eingezeichnet die sägezahnförmigen Steuersignale 23 und 25. Die Fig. 2b betrifft einen Betriebszustand, bei dem die Kurve der sinusförmigen

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Wechselspannung nicht exakt genau ist, wie bei der Darstellung in Fig. 2a, sondern daß sie verzerrt ist. Aus der Darstellung der Wechselspannung in Fig. 2b ist ersichtlich, daß jede der Spannungs-¹ halbwellen im Bereich des Nullpunktes vom ansteigenden Kurventeil eine horizontale Verzerrung aufweist. Diese Kurvenverzerrung hat zur Folge, daß der ansteigende Kurvenzweig jeder Spannungshalbwelle den Schwellenwert der Offset-Spannung zu einem späteren Zeitpunkt bzw. bei einem größeren Phasenwinkel erreicht, im Vergleich zu einer unverzerrten Spannungshalbwelle mit einer rein sinusförmigen Kurve. Die Verzerrungen der Spannungshalbwellen haben somit zur Folge, daß die Null-Taktimpulse ZCO zeitlich länger sind, wobei der Beginn dieser Null-Taktimpulse ZCO sich nicht geändert hat und nur das Ende dieser Taktimpulse später erscheint. \

Bei der bekannten Regelschaltung mit Phasenanschnittsteuerung verursachen diese Kurvenverzerrungen eine zeitliche Verschiebung bzw.' einen späteren Beginn des Startpunktes für die Anstiegsflanken der sägezahnförmigen Steuersignale 25. Es wurde vorstehend bereits erwähnt, daß bei der bekannten Regelschaltung das Ende eines Null- · Taktimpulses ZCO den Start des sägezahnförmigen Steuersignales 25 auslöst. Die durch die Kurvenverzerrungen verursachten zeitlichen Verlängerungen der Null-Taktsignale ZCO ist in der Fig. 2b oben durch die gestrichelten Grenzungslinien ΔΤ dargestellt; unterhalb :der Zeitachse ist für die unverzerrten Spannungskurven die kürzere zeitliche Länge der Null-Taktimpulse ZCO ebenfalls durch gestrilchelte Linien dargestellt, deren Abstand etwa 12° beträgt. Bei der !bekannten Regelschaltung verschiebt sich durch die Auswirkung der Kurvenverzerrungen bei den Spannungshalbwellen nicht nur der Startf jpunkt für die Anstiegsflanke des sägezahnförmigen Steuersignales j25 sondern auch der Zündpunkt, was einer Verlängerung des Zündwinkels und einer entsprechenden Verkürzung des Leitwinkels ent- ! spricht. Gegenüber dem Betriebszustand mit unverzerrter Spannungs-j kurve wie er in Fig. 2a dargestellt ist, bei dem der Zündpunkt bei 52,5° liegt, beträgt bei dem Betriebszustand mit verzerrten Spannungshalbwellen der Sündpunkt 67,5°, wie dies aus der Fig. 2b zu ersehen ist.

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Bei der erfindungsgemäßen Regelschaltung mit Phasenanschnittsteuerung hingegen hat eine derartige Verzerrung der Spannungshalbwellen keinen Einfluß auf den Startzeitpunkt der Anstiegsflanke des sägezahnförmigen Steuersignales 23 und dem Phasenwinkel für den Zündzeitpunkt. Verzerrungen in den Spannungshalbwellen ändern somit nicht den Zündzeitpunkt, den Zündwinkel und den Leitwinkel der erfindungsgemäßen Regelschaltung. Diese vorgenannten Größen bleiben somit unbeeinflußt konstant. Diese Konstanz und Unabhängigkeit von den Verzerrungen wird dadurch erreicht, daß der Startzeitpunkt für die lineare Anstiegsflanke der sägezahnförmigen Steuersignale 23 durch den Beginn der Null-Taktimpulse ZCO festgelegt ist. Der Beginn der Null-Taktimpulse ZCO entspricht dem Zeitpunkt, bei dem der unverzerrte Kurventeil jeder Spannungshalbwelle den Schwellenwert der Offset-Spannung kreuzt. Die Steuerung des Start Zeitpunktes und das Ende der sägezahnförmigen Steuer·«· signale 23 erfolgt im Schaltblock 12 der Fig. 1. Wie aus den beiden Pign. 2a und 2b ersichtlich ist, liegt der Startzeitpunkt für die Anstiegsflanke der sägezahnförmigen Steuersignale 23 etwa 12 vor dem Nullpunkt, an dem die Wechselspannungskurve die horizontale Zeitachse kreuzt. Aus den beiden Fign. 2a und 2b ist weiter zu erkennen, daß zur Funktion der erfindungsgemäßen Regelschaltung es erforderlich ist, daß die sinusförmige Wechselspannungskurve durch Halbwellengleichrxchtung zu einem Kurvenzug aus aneinander gereihten Halbwellen gewandelt wird, die zueinander um 180° phasen* verschoben sind. Der Grund für die Phasengleichrichtung um 180 deij" Spannungshalbwellen besteht darin, daß bei jeder Spannungshalbwelle ein sägezahnförmiges Steuersignal 23 erzeugt wird, wobei der Beginn der linearen Anstiegsflanke vor der Erscheinung dieser .Halbwelle im Endbereich der vorausgehenden Halbwelle liegt. Sobald

der momentane Spannungswert dieser Spannungshalbwelle auf den Schwellenwert der Offset-Spannung abgesunken ist, wird ein Null-Taktimpuls ZCO erzeugt und das sägezahnförmige Steuersignal 23 gestartet.

Die Fig. 3 zeigt das vereinfachte Schaltbild einer bekannten Steuerschaltung, die jeweils beim Null-Durchgang der Wechselspannung

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einen Spannungsimpuls 30 liefert. In diesem Schaltbild geben die beiden sinusförmigen Symbole am Ausgang des Transformators 28 an, daß an den beiden Transistoren 21 und 22 jeweils zwei gegenphasige Wechselspannungen anliegen. Die Basisanschlüsse der beiden Transistoren 21 und 22 werden von Wechselspannungen beeinflußt, die zueinander um 180° phasenverschoben sind und die über Schutzwiderstände vom Transformator 28 geliefert werden, welcher eine Mittelanzapfung aufweist. Der Transistor 22 befindet sich im Leitzustand solange eine positive Spannung an seinem Basisanschluß anliegt und er schaltet in den Sperrzustand sobald diese positive Spannung auf den Wert Null abgesunken ist. Während der Sperrzeit des Transistors 22 leitet der Transistor 21 ebenfalls solange bis seine positive Spannung auf den Wert Null abgesunken ist. Diese bekannte Schaltungsanordnung liefert an ihrem Ausgang einen positiven kurzen Spannungsimpuls 30 jeweils zu den Zeiten, wo sich die beiden Transistoren 21 und 22 im Sperrzustand befinden. Die zeitliche Länge dieses Ausgangsimpulses 30 ist proportional dem Zeitintervall, bei dem die beiden Transistoren 21 und 22 gleichzeitig gesperrt sind. Eine Verzerrung in der Kurvenform von der sinusförmigen Wechselspannung beeinflußt die Ein/Aus-Schaltzustände der beiden Transistoren 21 und 22 und damit auch die Länge des Ausgangsimpulses 30 dieser Schaltungsanordnung. Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, entspricht dieser Ausgangsimpuls 30 dem bereits erwähnten Null-Taktimpuls ZCO der bekannten Regelschaltung mit Phasenanschnittsteuerung. Es wurde bereits daraufhingewiesen, daß durch die Länge insbesondere das Ende dieser Null-Taktimpulse ZCO der Startzeitpunkt und damit auch der Zündpunkt bzw. der Zünd- und Leitwinkel für die Phasenanschnittssteuerung beeinflußt wird.

Die Fig. 4a zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines synchronisierten Phasenwandlers der erfindungsgemäßen Regelschaltung für eine dreiphasige Wechselspannung, welche auf dem Prinzip der Phasenanschnittsteuerung arbeitet. In diesem Phasenwandler werden die auf drei Strängen gelieferten Wechselspannungen A, B, C, welche zueinander in ihrer Phase um 120° verschoben sind durch HaIbwellengleichrichtung so gewandelt, daß sich drei Kurvenzüge er-

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geben mit unmittelbar aufeinanderfolgenden Halbwellen gleicher Polarität. Diese positiven Spannungshalbwellen VAB₇ VBA, ABC, VCB, VAC und VCA werden einer positiven Offset-Spannung überlagert und dadurch Taktimpulse AB, BA, BC, CB, CA und AC gebildet, die zueinander zeitlich verschoben sind, bzw. eine andere Phasenlage aufweisen. Die drei Wechselspannungen A, B, C gelangen im Phasenwandler zu drei getrennten Transformatoren, deren Sekundärwicklungen 32a, 32b und 32c jeweils eine Mittelanzapfung aufweisen. Diese Sekundärwicklungen 32a bis 32c liefern an ihren Ausgängen bezogen auf das Massepotential der Mittelanzapfung jeweils zwei gegenphasige positive Spannungshalbwellen, die jeweils an dem positiven Spannungseingang einer Vergleichsschaltung 34 bis 36 anliegen. Diese positiven Spannungshalbwellen der drei Spannungsstränge sind im Diagramm der Fig. 4 jeweils über der horizontalen Zeitachse dargestellt, wobei in das Diagramm ebenfalls die Offset-Spannung eingezeichnet ist. Im Phasenwandler sind jedem Strang der speisenden Wechselspannung zwei Vergleichsschaltungen 34, 36 zugeordnet, deren positiven Eingänge über Schutzwiderstände jeweils mit einem Ende der die Spannungshalbwellen liefernden Sekundärwicklungen 32 des Transformators verbunden sind. Diese drei Vergleichsschaltungen 34 bis 36 sind jeweils mit einem zweiten Eingang (-) versehen, an denen die Offset-Spannung anliegt, welche beispielsweise 2,1 V beträgt. Im Phasenwandler erzeugt der Vergleicher 34 an seinem Ausgang einen rechteckförmigen Taktimpuls AB, jeweils zu den Seiten wenn an seinem +-Eingang die positive Spannungshalbwelle den Schwellenwert 2,1 V der Offset-Spannung überschreitet. Diese vom Vergleicher 34 gelieferten Taktimpulse AB sind in der Fig. 4b als Kurvenzug unterhalb von den Spannungshalbwellen VAB abgebildet. Diese Zeittaktimpulse erscheinen synchron zu den Halbwellen und sie sind von der Frequenz der Speisewechselspannung abhängig. Die rechteckförmigen Taktimpulse AB beginnen jeweils wenn die positiven Spannungshalbwellen VAB mit ihren ansteigenden Kurvenzweigen den Schwellenwert der Offset-Spannung erreicht hat, bzw. diesen überschreiten und die Taktimpulse AB enden, wenn der Spannungswert der Halbwellen VAB diesen Schwellenwert kreuzt und unterschreitet.

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Hiermit entspricht die zeitliche Länge der Taktimpulse AB der Zeit oder dem Phasenwinkel in der die Spannung der Spannungshalbwelle VAB kleiner oder größer ist als der Schwellenwert de:.. ■' f fset-Spannung. Die Taktimpulse AB beginnen und enden jeweils an einem Kreuzung^-unkt eier Spannungshalbwelle VAB mit der Offset-Gleichspannung. Auf ähnliche Weise werden im anderen Vergleicher die Taktimpulse BA erzeugt, an dessen +-Eingang die Spannungshalbwelle VBA anliegt/ welche am Ende der Halbwelle VAB mit einer Phasenverschiebung von 180 erscheint. Die zeitliche Länge der Taktimpulse BA wird ebenfalls durch die Kreuzungspunkte bestimmt, bei denen der Spannungswert der Halbwelle VBA gleich oder größer ist als der Schwellenwert der Offset-Gleichspannung.

Vom zweiten Strang der Wechselspannung B liefert die Sekundärwicklung 32b des Transformators zwei Spannungshalbwellen VBC und VCB, (welche zueinander gegenphasig sind) an die -i—Eingänge von zwei Vergleichsschaltungen 34b und 36b, die an ihren Ausgängen die Taktsignale BC und CB abgeben. Auch diese beiden Vergleicher 34b und 36b liefern an ihren Ausgängen die Taktsignale BC und CB, jeweils wenn die positiven Spannungshalbwellen VBC und VCB gleich oder größer sind als der Schwellenwert der Offset-Spannung, die an den anderen Eingängen der Vergleicher 34b und 36b anliegt.

Auf die gleiche Weise werden von der Wechselspannung C die am ' dritten Strang anliegt die Taktimpulse CA und AC gebildet. Die Sekundärwicklung 32c vom Transformator liefert an die +-Eingänge der beiden Vergleicher 34c und 36c nacheinander wieder zwei gegenphasige Spannungshalbwellen VAC und VCA. Sobald die Spannungswerte dieser beiden Spannungshalbwellen VAC und VCA gleich oder größer als der Schwellenwert der Offset-Spannung sind, geben die Ausgänge der beiden Vergleicher 34c und 36c die Taktimpulse CA und AC ab, in einer Folge, wie dies aus dem Diagramm der Fig. 4b zu ersehen ist.

Die im Phasenwandler 10 von den sechs Vergieichern 34 und 36 erzeugten Taktimpulse AB, BA, BC, CD, CA und AC sind die Steuersignale

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eine logische Schaltungsanordnung im Schaltungsblock 12 der Fig. 1, welche den StartZeitpunkt und das Ende der sägezahnförmigen Steu- ' ersignale 23 bestimmt. Diese logische Steuerschaltung ist im Prinzipschaltbild Fig. 5 dargestellt; sie enthält eine Anzahl logi- ; scher Schaltglieder in denen die Taktimpulse in einer systemati- i sehen Folge miteinander kombiniert werden, um die Null-Taktimpulse ' ZCO zu erhalten, welche für den Startzeitpunkt des sägezahnförmigeri Steuersignales 32 maßgebend sind. Gleichzeitig liefert diese logi- ^! sehe Steuerschaltung 12 auch die Kommandoimpulse, welche die sägezahnförmigen Steuersignale 23 beenden. Die logische Steuerschaltung der Fig. 5 hat die Funktion, daß sie die aus den drei Wechsel- ; spannungen abgeleiteten Taktimpulse auf logische Weise so miteinan4er kombiniert, daß sie für jeden Steuerstrang an ihrem Ausgang ein j Kommandosignal zur Steuerung der sägezahnförmigen Steuersignale 23 \ liefert, wobei die Anstiegsflanke des Kommandosignals den Start des; sägezahnförmigen Steuersignals 23 freigibt und die Endflanke des
Kommandosignals das Steuersignal 23 stoppt und auf Null zurückführt. Die logische Steuerschaltung liefert zum Start und Stop des ' sägezahnförmigen Steuersignals 23 nur ein Kommandosignal, dessen
Anstiegs flanke den gleichen Zweck erfüllt wie der bereits Vorsteherin erwähnte Null-Taktimpuls ZCO und dessen Endflanke den Stop des
Steuersignales 22 bewirkt.

'Die logische Steuerschaltung erfüllt noch eine andere Aufgabe, ■ indem sie die von den drei Wechselspannungen abgeleiteten Takt- ' !impulse auf logische Weise so miteinander kombiniert, daß aus den
Taktimpulsen von zwei Phasen oder Steuersträngen der Wechselspannurigen jeweils ein Kommandosignal gebildet wird, daß den sägezahnförmige
Steuersignal in einem anderen Strang der Regelschaltung steuert.
Die Regelschaltung mit Phasenanschnittsteuerung ist durchgehend j dreiphasig vom Eingang der drei Wechselspannungen bis zum Ende der drei Halbleiterschalter - Thyristoren -. Lediglich im logischen
Schaltungsteil sind die drei Phasen miteinander gekoppelt durch
die Taktsignale, die miteinander kombiniert werden, zur Bildung
von drei Kommandosignalen, in den drei Steuersträngen, welche in
ihrer zeitlichen Folge zueinander phasenverschoben sind. So wird
beispielsweise das Kommandosignal zum Start und Stop des sägezahnförmigen Steuersignals 22-X, welches der ersten Phase oder dem I

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Strang 1 zugeordnet ist und aus einer Kombination von Taktimpulsen AB, BA und BC, CB gebildet. Auf ähnliche Weise entstehen nacheinander die Kommandosignale, welche die Start- und StopZeitpunkte der sägezahnförmigen Steuersignale 23-Y-in der zweiten Phase oder dem Strang 2 steuern. Diese dem zweiten Strang zugeordneten Komman-· dosignale werden aus den Taktimpulsen BC, CB und CA, AC gebildet. \ Im dritten Strang bzw. der dritten Phase sind zur Start/Stopsteuerung der sägezahnförmigen Steuersignale 23-Z-Kommandosignale wirksam, die aus den Taktimpulsen CA, AC und AB, BA gebildet wurden.

Aus dem vereinfachten Schaltbild der logischen Steuerschaltung Fig. 5 ist zu ersehen, daß die Taktimpulse AB vom ersten Strang an einem Inverter 42 anliegen, der wenn kein Taktsignal AB anliegt an seinem Ausgang ein Signal AB abgibt, Dieses Signal AB dient als Eingangssignal für ein erstes NAND-Glied 44 an dessen zweiten Eingang die Taktimpulse BC vom zweiten Strang anliegen. Die Ausgangssignale vom NAND-Glied 44 werden mit AB * BC bezeichnet. Dieses vorstehend als Funktion erwähntes Signal dient als Eingangssignal für ein zweites NAND-Glied 46. Auf ähnliche Weise werden die Taktimpulse BA vom ersten Strang zu einem Inverter 43 geführt, welcher an seinem Ausgang die Signale BÄ liefert. Diese Impulse BÄ gelangen zu einem ersten Eingang eines dritten NAND-Gliedes 48, an dessen zweiten Eingang die Taktimpulse CB vom zweiten Strang anliegen. Das NAND-Glied 48 liefert einen resultierenden Ausgangsimpuls der der Funktion BÄ · CD entspricht. Dieser Impuls gelangt zum zweiten Eingang vom bereits erwähnten zweiten NAND- ' Glied 46 das ein Kommandosignal AB » BC + BÄ · CB an den X-Sägezahn-Generator liefert zum start und Stop des sägezahnförmigen Steuersignals 23 X,

Das Impulsdiagramm Fig. 6 zeigt in mehreren untereinander angeordneten Impulsreihen wie aus den Wechselspannungshalbwellen Taktimpulse gebildet werden und wie im logischen Schaltkreis die Kombination der Taktimpulse erfolgt und auch wie die Kommandosignale zum Start- und Stopbetrieb der sägezahnförmigen Steuersignale gebildet werden. Im oberen Teil des Schaubildes sind die drei sinusförmigen Kurven der drei Wechselspannungen A, B, C dargestellt, die zueinander eine Phasenverschiebung von 120 aufweisen.

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In diesem Kurvengang ist über der horizontalen Zeitachse die auch die Phasenwinkel abgibt der Schwellenwert der positiven Offset-Gleichspannung als gestrichelte horizontale Linie eingezeichnet. Die verschiedenen rechteckförmigen Taktimpulse AB, BA und BC/ CB₇ welche zu verschiedenen Zeiten von den Vergleichern 34, 36 in kontinuierlicher Folge erzeugt werden, sind in korrekter Phasenbeziehung unterhalb der Spannungshalbwellen A, B, C dargestellt. Die Kreuzungspunkte der Spannungshalbwellen mit dem Schwellenwert der Offset-Gleichspannung, die entweder den Beginn oder dem Ende der Taktimpulse entsprechen, sind durch Pfeile hervorgehoben, die sich von den Kreuzungspunkten zu den Taktimpulsen erstrecken. In diesem Diagramm sind auch die Ausgangsimpulse AB und BÄ" abgebildet, welche die beiden Inverter 42 und 43 liefern.

Aus dem Impulsdiagramm Fig. 6 ist zu erkennen, daß durch die logische Kombination der vorgenannten Taktimpulse ein rechteckförmiges Kommandosignal BA * CB + AB · BC entsteht, das zur Start/ Stop-Steuerung der sägezahnförmigen Steuersignale im X-Strang dient. Die logische Kombination oder Addition der beiden vorgenannt ten Signalbezeichnungen ergibt das resultierende Ergebnis BA · CB +AB " BC. Diese Signalbezeichnung entspricht einem Kommandosignal zur Erzeugung von sägezahnförmigen Steuersignalen 23, deren Startzeitpunkt einer Kreuzungsstelle des Kurventeils einer abnehmenden Spannungswelle mit dem Schwellenwert der Offset-Spannung entspricht. Diese sägezahnförmigen Steuersignale 23, welche von dem resultierenden Kommandosignalen gesteuert werden, sind in der Fig. 6 unter-halb dem Kurvenzug für die Kommandosignale ebenfalls als letzter Kurvenzug dargestellt. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß die Start- und Stopzeitpunkte für die linearen Anstiegsflanken der sägezahnförmigen Steuersignale 23 nahe den Impulsflanken am Anfang und Ende der rechteckförmigen Kommandosignale entsprechen. Die schräge Anstiegsflanke 1A eines sägezahnförmigen Steuersignals beginnt bei einer Spannung VBA, welche durch einen Pfeil bezeichnet ist. Diese Anstiegsflanke 1A endet bei der ebenfalls durch einen Pfeil bezeichneten Spannung VCB. Diesen Spannungswerten VBA und VCB sind die Anfangs- bzw. Endflanken der Kommandosignale zugeordnet, die bestimmten Kreuzungspunkten der Spannungshalbwellen

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■ΒΑ und CB mit der Offset-Spannung entsprechen. Ähnliches gilt für ' ,die rarapenförmige Anstiegsflanke 1B, die bei dem Kreuzungspunkt der tepannungshalbwelle VAB beginnt. Dieser Kreuzungspunkt liegt etwa 12° vor dem Null-Impuls ZCO, bei dem der abfallende Kurventeil der Spannungshalbwelle AB die Nullinie erreicht. Der Stop oder die Rückstellung des sägezahnförmigen Signals 1B erfolgt in der gleichön Halbwellenzeit bei etwa 108°, wobei dieser Rückstellzeitpunkt einent Kreuzungspunkt des abfallenden Kurventeiles von der Spannungs- ι halbwelle VBC mit dem Schwellenwert der Offset-Spannung entspricht.

Die gleichen logischen Start- und Stopfunktionen zur Steuerung von sägezahnförmigen Steuersignalen werden mit den Taktimpulsen JBC, CB und CA, AC erreicht, die ebenfalls auf die logische Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 einwirken. Aus diesen Taktimpulsen wird in der logischen Schaltungsanordnung das Kommandosignal BC · ι CA + CB · AC gebildet. Desgleichen werden in der logischen Schaltungsanordnung Fig. 5 die Taktimpulse CA, AC und AB, BA so miteinander kombiniert, daß diese Schaltungsanordnung an ihrem Aus- j gang das Kommandosignal CA · AB + AC · BA liefert. Diese zuletzt ' genannten Taktsignale und Kommandosignale sind nicht in das Im- ; pulsdiagramm der Fig. 6 eingezeichnet, jedoch besteht bei ihnen ! der gleiche Zusammenhang zu den Kreuzungspunkten der Spannungshalbwellen B und C mit dem Schwellenwert der Offset-Spannung. Allerdings erscheinen diese genannten Signale phasenverschoben und zu anderen Zeitpunkten.

Die drei Impulsreihen der von der logischen Schaltungsanordnung

ι Fig. 5 erzeugten Kommandosignale zum Start/Stopbetrieb der säge-

zahnförmigen Steuersignale 23,-X,-Y,-Z für die Steuerstränge gelangen als Eingangssignale zu Treiberschaltungen, welche im Schaltblock 16 der Fig. 1 enthalten sind, wie dies aus dem Schaltbild der Fig. 7 ersichtlich ist. Diese dreiphasige Schaltungsan- _; Ordnung gemäß Fig. 7 enthält drei gleiche Generatoren zur Erzeugung der sägezahnförmigen Steuersignale 23,-X,-Y und-Z. Jeder

i Generator besteht aus einem PNP-Transistor 51 und einem

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Operationsverstärker 58, wobei der Ausgang des Verstärkers 58 mit dem Basisanschluß des Transistors 51 verbunden ist. Wenn vom Ausgang der logischen Schaltungsanordnung (Fig. 5) ein rechteckförmiger Kommandoimpuls am Knotenpunkt 54 anliegt, wird eine Verbindung vom Kollektor des Transistors 51 zu einem Kondensator 56 hergestellt und dadurch eine Aufladung des Kondensators 56 eingeleitet. Im Kondensator 56 steigt nun die positive Ladespannung stetig an, solange bis das Kommandosignal endet. Während der Ladezeit des Kondensators 56 steht dessen Ladespannung am Knotenpunkt 54 zur Verfügung.

Am Ende des auf den Sägezahn-Generator einwirkenden Kommandosignal3 wird der Konden-sator 56 über die Eingangsleitung in sehr kurzer Seit entladen. Die linear ansteigende Ladespannung des Kondensators 56, die der rampenförmigen Anstiegsflanlie des sägezahnförmigen ; Steuersignals entspricht, ist mit einer im Schaltbild nicht dargestellten zweiten Vergleichsschaltung verbunden, durch welche der Fehler zwischen dem Sollwert der geforderten Ausgangsspannung und dem Ist-Wert der Ausgangsspannung ermittelt wird. Die dem Fehler entsprechende Offset-Gleichspannung beeinflußt durch ihren Schwellenwert die benötigte Zeit für die Anstiegsflanke des sägezahnförmigen Steuersignals auf den Schwellenwert. Oder in anderen Worten ausgedrückt: Die Zeitdauer, oder der Phasenwinkel bei dem die rampenförmige Anstiegsflanke oberhalb des Schwellenwertes der Offset-Spannung liegt entspricht der Öffnungszeit eines Tores, das durch ! den Halbleiterschalter - Thyristor -dargestellt wird, welcher während dieser Öffnungszeit sich im Leitzustand befindet. Diese Öffnungszeit ist auch unter der Bezeichnung Leitwinkel des steuerbaren Halbleiterschalters bekannt.

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE !

Regelschaltung mit einer Phasenanschnittsteuerung 1

zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung als Sollwert eines von Wechselspannung ein- oder mehrphasig über Halbleiterschalter gespeisten Stromversorgungsgerätes, dessen auf den Sollwert bezogener Spannungsfehler dem ! Schwellenwert einer Offset-Gleichspannung entspricht die zusammen mit den Halbwellen der gleichgerichteten Wechselspannung an wenigstens einer ersten Vergleichs- ; schaltung anliegt, welche jeweils wenn die ansteigenden \ und abfallenden Kurvenzweige der Spannungshalbwellen Ϊ den Schwellenwert der Offset-Spannung kreuzen Kommandoimpulse erzeugt, die in einer zweiten Vergleichsschaltung_; den Beginn und das Ende der rarapenförmigen Anstiegsflanke von in einem Generator erzeugten sägezahnförmigen Steuersignalen bestimmen, deren Anstiegsflanke nach dem Start und einer gewissen dem Zündwinkel zugeordneten Laufzeit den Schwellenwert der Offset-Spannung an einer dem Zünd- j punkt der Halbleiterschalter entsprechenden variablen Stelle kreuzt, wodurch die zweite Vergleichsschaltung ein Signal, erzeugt, das den Halbleiterschalter bis '■ zum Ende der Halbwellenzeit in den Leitzustand schaltet, , dadurch gekennzeichnet, daß eine die Kommandoimpulse \ liefernde logische Schaltungsanordnung (12, 14, 16) vor- ; gesehen ist, die periodisch jeweils am Ende einer ersten j Spannungshalbwelle (VAB, VBC, VCA), wenn deren abfallende^ Kurvenzweig den Schwellenwert der Offset-Spannung kreuzt,· die Anstiegsflanke für das Kommandosignal erzeugt und die das Kommandosignal vor dem Ende der folgenden zweiten Spannungshalbwelle (VBA, VCB, VCA) in einem ausreichend großen Sicherheitsabstand zum nächsten Kommandosignal beendet, und daß der Startzeitpunkt der rampenförmigen Anstiegsflanke vom sägezahnförmigen Steuersignal (23) am Anfang des Kommandosignales im Endbereich der ersten Spannungshalbwelle vor deren Nullpunkt liegt.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, !

i daß diese für ein Drehstrorasystein ausgelegt ist und '' drei gleiche jeweils von der Wechselspannung einer ande- ; ren Phase gespeiste Regelstränge (ΦΙ, Φ2, Φ3) aufweist ^f und daß eine logische Schaltungsanordnung (12) vorgesehen ist, die aus den in den Vergleichsschaltungen (10) \ gebildeten Taktimpulsen (AB_f BA, BC, CB, CA, AC) durch
logische Kombination für jeden der Regelstränge die
Kommandosignale bildet zur Aktivierung der drei Sägezahn-^; Generatoren (14-X, Y und Z).
3. Regelschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die logische Schaltungsanordnung (12) die Taktsignale (AB, CB) wenigstens von jeweils zwei Regelsträngen (Φ1, Φ2, Φ3) so miteinander kombiniert, daß die : daraus entstehenden Kommandoimpulse eine zeitliche Länge \ aufweisen, die einem Phasenwinkel von 120° entspricht, ■ und daß auch die Anstiegsflanke (1A, 1B) der
sägezahnförmigen Steuersignale (23) zu dem Zeitpunkt
oder dem Phasenwinkel endet, bei dem ein abfallender
Kurventeil einer Spannungshalbwelle (VAB, VBC, VCA) · den Schwellenwert der Offset-Spannung kreuzt. \
4. Regelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ; gekennzeichnet, daß eingangsseitig für jeden Regelstrang
eine die Taktimpulse (AB, BA) erzeugende erste Vergleichs-+ schaltung (10) vorgesehen ist, daß diese einen von der ! Wechselspannung einer Phase gespeisten Transformator
enthält, dessen mit einer Mittelanzapfung versehene j Sekundärwicklung (32) an ihren Enden jeweils mit dem , ersten Eingang (+) von zwei Vergleichsschaltungen (34,

36) verbunden ist, an denen ebenfalls eine feste Klemmenspannung anliegt, daß an dem zweiten Eingang (-) der
beiden Vergleichsschaltungen (34, 36) die variable
Offset-Spannung angeschlossen ist, und daß die Vergleichs-

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'3.

schaltungen (34, 36) so ausgelegt sind, daß sie aus den Spannungshalbwellen (VAB, VBA) abgeleitete rechteckförmige Taktimpulse (AB, BA) liefern, die zueinander um 180 phasenverschoben sind und deren Länge der Zeit oder dem Phasenwinkel entspricht, in dem die Spannungshalbwellen den Schwellenwert der Offset-Spannung überschreiten .
5. Regelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der logische Schaltungsblock (12) aus drei gleichen eingangsseitig miteinander verketteten logischen Schaltungsanordnungen besteht, von denen jeweils eine einem Regelstrang zugeordnet ist und über einen ersten und zweiten Inverter (42, 43) jeweils die ; Taktirapulse (AB, BA) vom ersten und zweiten Vergleicher

(34, 36) des gleichen Regelstranges empfängt, daß ausj gangsseitig der erste Inverter (42) mit einem Eingang ; eines ersten NAND-Gliedes (44) verbunden ist, dessen Aus- ; gang an den Eingang eines zweiten NAND-Gliedes (46) angej schlossen ist, daß der zweite Inverter (43) mit einem ! Eingang eines dritten NAND-Gliedes (48) verbunden ist, dessen Ausgang an dem Eingang des zweiten NAND-Gliedes j (46) angeschlossen ist, daß an den zweiten Eingängen des ersten und dritten NAND-Gliedes (44, 48) die Taktsignale (BC, CB) vom Vergleicher (34b, 36b) eines anderen Regelstranges anliegen und daß das dritte NAND-Glied (46) jeweils die Kommandosignale an den zugeordneten Sägezahn-Generator (14) eines Regelstranges liefert (Fig. 5).

j6. Regelschaltung nach Anspruch 1,2 oder 5, dadurch gekenn-' zeichnet, daß in jedem Regelstrang ein Sägezahn-Generator (14) vorgesehen ist, der eine von einer festen Gleichspannung versorgte Reihenschaltung bestehend aus einem Widerstand, einem Transistor (51) und einem Kondensator (56) enthält, daß an die Basis des Transistors (51) der Ausgang eines Operationsverstärkers (58) angeschlossen

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j ist, von dem der eine Eingang mit dem Emitter des Tran-

. sistors (51) verbunden ist und der andere Eingang an

! einer stabilisierten Gleichspannung liegt, daß das von

der logischen Schaltungsanordnung (12) gelieferte Komman-

; dosignal über einen Reihenwiderstand am Knotenpunkt (54)

! anliegt,der den Kondensator (56) mit dem Transistor (51)

\ verbindet und daß an diesem Knotenpunkt (54) das sägezahn-

förmige Steuersignal (23) in die zweite Vergleicheschal-

; tung zum Vergleich mit der Offset-Spannung gelangt.

J7. Regelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine von einem Ein/Aus-Schaltungsblock (22) aktivierte Dämpungsschaltung (20) vorgesehen ist, die bei der Ein-Schaltung der Regelschaltung die Offset-Spannung verzögert an den Schaltblock (14) legt, der die zweite Vergleichsschaltung enthält.

Regelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese so ausgelegt ist, daß der Startpunkt der rampenförmigen Anstiegsflanke (1A, 1B) des sägezahnförmigen Steuersignals (23) etwa 12° vor dem Nullpunkt (ZCO) am Ende einer Spannungshalbwelle (VAB) liegt und daß das sägezahnförmige Steuersignal (23) während der Laufzeit der folgenden Spannungshalbwelle (VCB) etwa bei einem Phasenwinkel von 108 endet.

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