DE2735736C3 - Wechselstromschalteinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wechselstromschalteinrichtung.

Wechselstromschalteinrichtungen werden unter anderem in Schaltungen zum kontaktlosen Schalten ohmscher-induktiver Lastkreise, die ein ferromagnetisches Material enthalten, verwendet

Bei häufigem Schalten einer ohmschen-induktiven Last, die ein ferromagnensches Materia! enthält, entstehen Schaltstörungen wegen der einseitig gerichteten Magnetisierung des ferromagnetischen Materials. Diese Erscheinung wird beispielsweise beim Schalten von Schweißtransformatoren oder schnellwirkenden elektromagnetischen Ventilen beobachtet Sie wird dadurch erklärt, daß in eingeschaltetem Zustand über die Last eine ungleiche Zahl von positiven und negativen Halbwellen der Speisewechselspannung durchgeht. Hierbei entsteht eine Gleichstromkomponente irgendeiner Richtung, die eine Vormagnetisierung des ferromagnetischen Materials in dieser Richtung hervorruft. Die einseitig gerichtete Vormagnetisierung vermindert den induktiven Widerstand der Last für den Strom der gleichen Richtung, in der das Material magnetisiert ist, was zu einer Zunahme des mittleren Stromes über die Last führt Bei mehrfachen häuf'gen Schaltungen der Last wird der Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskurve stets in einer richtung verschoben und der induktive Widerstand der Wicklung nimmt dermaßen ab. daß es zu einem Kurzschluß und einem Ausfall sowohl der Schalteinrichtung als auch der Last kommen kann.

Außerdem erreicht die Zahl der Stellorgane in der technologischen Ausrüstung einige Dutzende. Bei Anwendung einer Einkanalschalteinrichtung wird die Steuerschaltung sehr kompliziert, da in jede Einrichtung eine Schaltung zur Synchronisierung der Arbeit der Schalteinrichtung mit der Wechselstromspeisequelle eingeführt werden muß. Dies bedingt die Anwendung von Wechselstromschalteinrichtungen zum unabhängigen Schalten mehrerer ohmscher-induktiver Belastungen, die f errornganetische Materialien enthalten.

R ist eine Wechselstrom-Schalteinrichtung bekannt

(s. zum Beispiel, Urheberschein der UdSSR 4 13 623 vom 27.4.71), die ein Schaltelement enthält, bei welchem der eine Ausgang an die Wechselstromspeisequelle angelegt ist, während der andere Ausgang an die Last gelegt ist. die auch an die Wechselstromquelle angeschlossen ist. Die Steuerelektrode des Schaltelementes wird mittels eines Schalters an einen Steuerst gnalformer angelegt. Der Schalter ist als elektromagnetisches Relais ausgeführt Parallel zur Steuerelektrode des Schaltelementes ist ein Schwellenwertelement

es geschaltet Das Schwellenwertelement ist mit einem Transistor ausgeführt, dessen Emitter und Kollektor über einem Schalter an eine Gleichstrom-Speisequelle, die zum Steuefsignalfofmer gehört, angelegt und

parallel zum Steuerkreis des Schaltelementes geschaltet sind. Die Basis des Transistors ist über einen Widerstandsteiler an die Diagonalen einer zum Schaltelement gehörenden Gleichrichterbrücke angelegt

Beim Anlegen der Spannung von der Wechselstromquelle ist die Wechselstrom-Schalteinrichtung gesperrt, da kein Steuersignal anliegt. Beim Schließen der Kontakte des Schalters, an dessen Eingang von außen ein Steuersignal von der Wechselstrom-Schalteinrichtung angelegt ist, erscheint am Emitter-Kollektor-Übergang des Transistors des Schwellenwertelementes eine Spannung. Der Transistor ist über einen größeren Teil der Halbperiode der gleichgerichteten Speisespannung leitend, da die Spannung an der Basis des Transistors zum einschalten desselben ausreicht, wobei der Transistor zum Steuerkreis des Schaltelementes parallel liegt Beim Anliegen an der Transistorbasis einer nahezu Null gleichen Spannung wird der Transistor am Anfang und am Ende der Halbperiode der gleichgerichteten Speisespannung gesperrt und überbrückt in diesem Augenblick nicht den Steuerkreis des Schaltelemente«, an der Steuerelektrode erscheint ein Steuersignal, das mit dem Anfang bzw. dem Ende der Halbpenode der gleichgerichteten Speisespannung synchronisiert ist Das Einschalten des Schaltelementes erfolgt synchron mit dem Nulldurchgang dei Speisespannung. Das Abschalten des Schaltelementes erfolgt beim Nulldurchgang des Belastungsstromes in der positiven bzw. negativen Halbperiode.

Die genannte Schalteinrichtung beseitigt nicht das Auftreten von Schaltstörungen, die mit der Entstehung einer Gleichstromkomponente im Lastkreis, der ein ferromagnetisches Material enthält, bei großer Schalthäufigkeit verbunden ist da die Zahl der durch die Last gegangenen positiven Halbwellen der Zahl der negativen Halbwellen oft nicht gleich ist Außerdem ist die Einrichtung nicht befähigt mehrere ohmsche-induktive Belastungen zu schalten und ein Fehlansprechen zu verhindern.

Bekannt ist auch eine Wechselstromschalteinrichtung, die einen an eine Wechselstromquelle angelegten Wechselstromgleichrichter enthält wobei dieser an ein Schwellenwertelement angeschlossen ist, dessen Ausgang elektrisch mit einem Former zur Erzeugung eines Signals zum Einschalten eines Sc'ialtelementes in Verbindung steht während der Ausgang des Formers an den Steuereingang des Schaltelementes, dessen anderer Eingang an die Wechselstromquelle und der Ausgang, der als Ausgang der W"chselstromschalteinrichtung dient an die Last angeschlossen sind, angelegt ist (s. zum Beispiel US^Datentschrift 37 02 941).

Als Schaltelement wird ein symmetrischer Thyristor mit zweiseitig gerichteter Kennlinie benutzt. Der Einschaltsignalformtr ist in Form einer Transformatorverstärkerschaltung mit einem Transistor ausgeführt. Die Einrichtung enthält auch einen rnonostabilen Multivibrator und ein Differenzier glied. Der Former ist an den Ausgang des monoswbilen Multivibrators angelegt. Der monostabile Multivibrator ist mit zwei Transistoren ausgeführt, wobei ills Ausgang ein im Emitterkreis eines der Transistofen liegender Wideritand dient Die Kapazität des in einer der Rückkopplungen des monostabilen Multivibrators liegenden Kondensators bestimmt zusammen mit dem Widerstand die Dauer des Ausgangssignais. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators steht mit dem Ausgang des Differenziergliedes, das den Multivibrator auslöst, in Verbindung. Das Differenzierglied ist mit dem Ausgang eines Schalters verbunden, an dessen Eingang ein Fremdsteucrsignal durch die Wechselstromschalteinheit gegeben wird. Der Eingang des Differenziergliedes steht mit dem Ausgang des Schwellenwertelementes, dessen Eingang an die Gleichrichterbrücke angelegt ist in Verbindung. Die Transistorbasis ist über einen Widerstand an den Ausgang der Gleichrichterbrücke und die Gleichstromspeisequelle zur Gewinnung einer Vorspannung an der Transistorbasis angelegt

Der Transistor des Schwellenwertelementes ist den größeren Teil der Halbperiode der gleichgerichteten Spannung leitend und am Ende der einen und am Anfang der nächsten Halbperiode gesperrt Am Ausgang des Schwellenwertelementes wird ein Rechteckimpuls formiert dessen Dauer durch die Ansprechschwelle dieses Elementes bestimmt und durch die Vorspannung vorgegeben wird. Vom Ausgang des monostabilen Multivibrators wird der Impuls auf den Eingang des Einschaltsignalformers gegeben. Der Steuerimpuls steuert das Schaltelement in den offenen Zustand um und schaltet die Belastung ein. Das Ansprechen des Schaltelementes erfolgt synchron mit dem Nulldurchgang der Speisespannung. Beim Ab^cchalten des Fremdsteuersignals durch die Wechselstromschalteii.richtung zu einem gewissen Zeitpunkt wird das Schaltelement beim Nulldurchgang des Laststromes eingeschaltet. Dies kann sowohl in der positiven als auch in der negativen Halbwelle der Speisespannung geschehen.

Die erwähnte Wechselstromschalteinrichtung beseitigt nicht die Schaltstörungen, die mit der Entstehung einer Gleichstromkomponente im Belastungskreis, der ein ferromagnetisches Material enthält, verbunden sind, da die Zahl der positiven Halbwellen, die die Belastung passiert haben, im allgemeinen Falle nicht der Zahl der negativen Halbwellen gleich ist. Diese Einrichtung sichert auch nicht die Schaltung mehrere Belastungen und ist nicht vor Fehlansprechen geschützt.

Die vorstehend beschriebenen Nachteile treten nicht auf in einer aus der US-PS 37 45 378 bekannten Wechselstromschalteinrichtung mit einem an die Wechselstromquelle angeschlossenen Gleichrichter, der über ein Schwellenwertelement und eine Steuerschaltung auf einen Former zur Erzeugung eines Eins^haltsignals für das Lastschaltelement wirkt, das seinerseits den Strom von der Wechselstromquelle durch die Belastung so steuert, daß das Einschalten des Schaltelements beim Nulldurchgang der Spannung und das Abschalten desselben nach dem Durchgang einer ganzen Zahl von Wellen durch die Belastung erfolgt.

Nachteilig ist bei dieser bekannten Einrichtung jedoch, daß eine Reihe von Elementen für bestimmte BLtrießsparameter berechnet oder abgestimmt werden müssen. Es handelt sich dabei insbesondere um als Phasenschieber wirkende RC-Glieder. Dies bedeutet, daß das Betriebsverhalten dieser Schalteinrichtung nicht die erwünschte Zuverlässigkeit und Unabhängigkeit von den Speise^uelle- und Lastparametern erreicht

Bei der bekannten Einrichtung wird durch das Zusammenwirken zwischen einem Widerstand, einem Kondensator, einem Gleichrichter und einem weiteren Widerstand eine phasenverschobene Sperrspannung erzeugt, die an sich nur über den Nulldurchgang in die negative Halbwelle hinein wirksam sein soll.

Wenn diese jedoch noch über den nächsten Nulldurchgang in die anschließende positive Halbwelle anhält, kommt es zu einem ungewollten Durchlassen

einer weiteren Periode.

Ähnliches gilt für eine aus US-PS 39 56 644 bekannte Einrichtung, wobei aus dieser Druckschrift jedoch weniger deutlich wird, wie die Einrichtung im einzelnen aufgebaut ist. Hier sind nur schematisch angedeutete komplexe Baugruppen vorhanden, die jedenfalls einen erhöhten Kostenaufwand bedingen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Wechselstromsehalteinrichtung, die bei einfachem Aufbau eine zuverlässige und durch wechselnde Lastoder Speisequellenparameter sowie Temperatureinflüsse und dergl. nicht beeinflußte Laststromsteuerung gewährleistet. Insbesondere soll sichergestellt sein, daß bei Verschwinden des Steuersignals der Laststrom bei dem nächsten Nulldurchgang, der eine volle Periode beendet, abgeschaltet wird.

Ausgehend von der zuletzt beschriebenen bekannten Ausbildung wird zur Lösung dieser Aufgabe die Schalteinrichtung erfindungsgemäB ausgerüstet mit zusätzlichen Steuereingang unmittelbar bzw. über einen zusätzlichen Inverter beaufschlagt sind.

Schließlich enthält in einer zweckmäßigen Weiterbildung des vorliegenden Vorschlags das Integrierelement in Reihe geschaltet einen Widerstand und einen Kondensator, deren Mittelpunkt an einen Widerstand des Schwellenwertelementes gelegt ist, welcher mit dem Eingang eines logischen UND-NlCHT^EIements in Verbindung steht, dessen Ausgang auf ein weiteres logisches UND-NICHT-Element wirkt, dessen Ausgang über einen mit einer Diode in Reihe geschalteten Widerstand auf den Eingang des ersten logischen UND-NICHT-Elements zurückgeführt isL

Im folgenden wird die Erfindung durch ein konkretes Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 — Blockschema einer Wechselstromschalteinrichtung zum Schalten einer einzigen Belastung, gemäß der Erfindung;

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rungsschaltung, deren Eingang an den Ausgang des Schwellenwertelementes angeschlossen ist, aus zwei Koinzidenzschaltungen, deren jeweils erster Eingang an den Ausgang der logischen Verhinderungsschaltung angelegt ist, wobei der Steuereingang der Schalteinrichtung den anderen Eingang der ersten Koinzidenzschaltung unmittelbar und den anderen Eingang der zweiten Koinzidenzschaltung über einen Inverter beaufschlagt, und wobei die Ausgänge der Koinzidenzschaltungen auf den Einereingang bzw. den Nulleingang eines Triggers wirken, dessen Ausgang den Einschaltsignalformer beaufschlagt, wobei dieser einen zweiten Eingang aufweist, auf den eine Reihenschaltung aus einem von einer Gleichstromquelle gespeisten Integrierelement und einem Schwellenwertelement wirkt.

Bei einer solchen Ausbildung wird nicht nur die gestellte Aufgabe gelöst, sondern es werden auch die bei der vorausgesetzten bekannten Ausbildung notwendigen Elemente wie eine Gleichrichterbrückenschaltung zur Erzeugung von Synchronisierimpulsen, Differentialverstärker, negative Rückkopplungsschaltungen und Phasenschieberschaltungen entbehrlich.

Zweckmäßig ist es. wenn die Koinzidenzschaltuneen logische UND-NICHT-Schaltungen darstellen und der Trigger aus zwei logischen UND-NICHT-Schaltungen besteht, deren jeweils einer Eingang von einer der Koinzidenzschaltungen beaufschlagt ist und deren jeweils anderer Eingang vom Ausgang der anderen UND-NICHT-Schaltung beaufschlagt ist, wobei einer dieser Ausgänge auch zur Steuerung des Einschaltsignalformers dient.

Förderlich und **orteilhaft zur präzisen Formung des die Verhinderungsschaltung beaufschlagenden Signals ist es, wenn zwischen dem Gleichrichter und der logischen Verhinderungsschaltung parallel zum Schwelienwertelement eine Spannungsbegrenzungsschaltung geschaltet ist, die auf einen zweiten Eingang der logischen Verhinderungsschaltung wirkt

Wenn mehrere Lasten unabhängig voneinander gesteuert werden sollen, wozu sich die vorgeschlagene Einrichtung besonders gut einrichten läßt, so ist es zweckmäßig, wenn für jede weitere Last ein zusätzliches Lastschaltelement vorgesehen wird, dem ein zusätzlicher Einschaltsignalformer und diesem über einen zusätzlichen Trigger zwei zusätzliche Koinzidenzschaltungen vorgeschaltet sind, deren Eingänge an den Ausgang der logischen Verhinderungsschaltung angeschlossen sind und deren andere Eingänge von dem mit logischen UND-NICHT-Elementen, gemäß der Erfindung;

F i g. 3 — Blockschema einer Einrichtung zum Schalten mehrerer Belastungen, gemäß der Erfindung;

Fig.4a, b, c, d, e, f, g, h, i, k, I — Kurven der Spannungen an den Ausgängen der Elemente der Schalteinrichtung, gemäß der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Wechselstromschalteinrichtung er'.hält einen an eine Wechselstromquelle 1 angeschlossenen Gleichrichter 2. Der Ausgang 3 des Gleichrichters 2 ist an ein Schwellenwertelement 4 angeschlossen, dessen Ausgang 5 elektrisch mit einem Former 6 für die Erzeugung eines Schaltelementeinschaltsignals verbunden ist. Der Ausgang 7 des Formers 6 ist mit dem Steuereingang 8 eines Schaltelementes 9 verbunden, dessen anderer Eingang 10 an die Wechselstromspeisequelle 1 angeschlossen isL Der Ausgang 11 des Sehaltelementes 9 dient als Ausgang der Wechselstromschalteinrichtung und ist an eine Last 12 angeschlossen, die auch mit der Wechselstromquelle 1 in Verbindung steht

Die elektrische Kopplung des Schwellenwertelementes 4 mit dem Einschaltsignalformerö wird mittels eines Kreises, bestehend aus einer logischen Verhinderungsschaltung 13, deren erster Eingang 14 als Verbotseingang gilt und an den Ausgang 5 des Schwellenwertelementes 4 angelegt ist.

Die Einrichtung enthält auch eine logische Koinzidenzschaltung 15, deren erster Eingang 16 mit dem Ausgang 17 der logischen Verhinderungsschaltung 13 verbunden ist während der zweite Eingang 18 als Steuereingang der Wechselstromschalteinric. rtung dient.

Die Einrichtung enthält eine zweite logische Koinzidenzschaltung 19, deren erster Eingang 20 mit dem erwähnten Ausgang 17 der logischen Verhinderungsschaltung 13 in Verbindung steht, und einen Inverter 21, dessen Eingang 22 an den Steuereingang der Wechselstromschalteinrichtung angelegt ist Der Ausgang 23 des Inverters 21 steht mit dem zweiten Eingang 24 der zweiten logischen Koinzidenzschaltung 19 in Verbindung.

Die Einrichtung enthält auch einen Trigger 25, dessen Einereingang 26 mit dem Ausgang der logischen

es Koinzidenzschaltung 15 verbunden ist, während an den Nulleingang 27 der Ausgang der zweiten logischen Koinzidenzschaltung 19 angelegt ist Hierbei ist der Ausgang des Triggers 25 an den Eingang 28 des

Einschaltsignalformers 6 angelegt. An den Ausgang 3 des Wechselstfomgleichrichters 2 ist mit ihrem Eingang 30 eine Spannungsbegrenzungsschaltung 29 angelegt, während sie mit ihrem Ausgang 31 an den zweiten Eingang 32 der logischen Verhinderungsschaltung angeschlossen ist

Fi g, 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindüngsgemäßei; Wechselstromschalteinrichtung mit logischen UND-NfCHT-Schaltungen. Bei dieser Ausführung ist der Ausgang 23 des Inverters 21 an den zweiten Eingang 33 der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 angelegt, während der zweite Eingang 35 der logischen UND-NICHT-Schaltung 36 als Eingang der Wechselstromschalteinrichtung dient.

Der Ausgang 17 der logischen Verhinderungsschaltung 13 steht mit dem Eingang 37 der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 und dem Eingang 38 der logischen UND-NICHT-Schaltung36 in Verbindung.

Sei dieser Ausführungsfcrrr. ist der Trigger 25 mit zwei logischen UND-NICHT-Schaltungen 39, 40 ausgeführt. Der Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung 39 des Triggers 25 ist mit dem ersten Eingang

41 der logischen UND-NICHT-Schaltung 40 des Triggers 25, der Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 mit dem zweiten Eingang der logischen UND-NICHT-Schaltung 39, der Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung 36 — mit dem zweiten Eingang der logischen UND-NICHT-Schaltung 40, der Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung 40, der als Ausgang des Triggers 25 dient — mit dem ersten Eingang der logischen UND-NICHT-Schaltung 39 verbunden.

An den geerdeten Ausgang der Wechselstromquelle 1 ist die Last 12, die einen gemischten ohmschen-induktiven Widerstand darstellt, angeschlossen.

Bei der beschriebenen Ausführungsvariante ist das Schaltelement 9 mit zwei gegenparallel geschalteten Thyristoren 42 ausgeführt. Es ist auch eine Variante möglich, bei der als Schaltelement 9 symmetrische Thyristoren bzw. Transistoren benutzt sind. Die ίο Anodenkreise der Thyristoren 42 sind durch die Widerstände 43 und die Kondensatoren 44. die Steuerkreise — durch die Widerstände 45 zur Erhöhung der Funktionssicherheit bei Impulsstörungen im Stromnetz und zur Erleichterung der Ausschaltbedingungen überbrückt

Die Eingänge der Steuerelektroden der Thyristoren

42 sind an den Ausgang 7 des Einschaltsignalformers 6 angelegt

Der Einschaltsignalfo-mer 6 enthält zwei Optothyri- so stören 46, bei welchen als Eingänge Photodioden, die über Widerstände 47 ar die Gleichspannungsquelle (in F i g. 2 nicht gezeigt) angeschlossen sind, dienen. An die Photodioden sind jeweils die Ausgänge zweier Inverter 48 angelegt Die Eingänge der Inverter 48 sind miteinander verbunden und dienen als Eingang 28 des Formers 6.

Es ist auch eine andere Ausführungsform des Formers 6 möglich, bei welcher in seiner Schaltung ein Verstärker mit einem Transistor und einem Trennkon- eo densator als Kollektorbelastung benutzt sind In diesem Falle werden -die Sekundärwicklungen des Transformators direkt bzw. über Zwischenelemente an den Steuereingang 8 des Schdtelementes 9 angeschlossen.

Der Inverter 21 ist als UND-NICHT-Schaltung ausgeführt, bei der nur ein Eingang benutzt ist

Die logische Verhindeningsschaltung 13 ist mit einem Inverter 49. einem Transistor 50 und Widerständen 51, 52, 53) 54 ausgeführt Der Widerstand 51 ist an den Eingang 32 der logischen Verhinderungsschaltung 13 angelegt Der Verbotseingang 14 der logischen Verhinderungsschaitung 13 ist über den Widerstand 52 an die Basis des Transistors 50 angelegt Die Anode eines Dynistors 55 ist über einen Widerstand 56 an den Eingang 30 der Spannungsbegrenzungsschalters 29, die mit einem Widerstand 57 und einer Zerierdiode 58 ausgeführt ist, angelegt.

Der Gleichrichter 2 stellt einen Einweggleichrichter mit einer Diode59 dar.

Soll der gemeinsame Mittelpunkt der Schaltung (bei der beschriebenen Ausführungsform ist der gemeinsame Mittelpunkt geerdet) vom Wechselstromnetz entkoppelt sein, so wird der Gleichrichter 2 mit einem Trenntransformator (in Fig.2 nicht gezeigt), der mit der Primärwicklung an die Wechselstromquelle 1, mit einem Ende der Sekundärwicklung an die Diode 59 des Gleichrichters 2 gngpiegt ist. während das andere Ende derTransformctorsekundärwicklung geerdet ist.

Zum unabhängigen Schalten mehrerer Lastkreise ist eine Wechselstromschalteinrichtung gemäß Fig.3 vorgeschlagen. Die Einrichtung enthält zusätzlich zwei Schaltelemente 60 und 61 zum Schalten der Belastungen 62 und 63. An die Eingänge der Schaltelemente 60 sind zusätzliche Former 64 und 65 zur Erzeugung von Einschaltsignalen für die Schaltelemente angeschlossen. An die Eingänge jedes Formers ist ein elektrischer Kreis, bestehend aus Triggern 66 und 67, angeschlossen. An die Einereingänge und Nulleingänge der Trigger 66 und 67 sind jeweils die logischen Koinzidenzschaltungen

68 und 69, 70 und 71 angeschlossen. Die zweiten Eingänge 72, 73 der logischen Koinzidenzschaltungen

69 und 71 sind zusätzliche Steuereingänge der Wechselstromschalteinrichtung und sichern eine unabhängige Zuschaltung der Belastungen 62 und 63 an das Speisenetzt.

Die zweiten Eingänge der logischen Koinzidenzschal· tungen 68 und 70 sind an die Ausgänge der entsprechenden Inverter 74 und 75, deren Eingänge mit den entsprechenden Eingängen 72, 73 der logischen Koinzidenzschaltungeti 69, 71 in Verbindung stehen, angelegt.

F i g. 3 zeigt auch das Blockschema einer Einheit zum Schutz der Schalteinrichtung vor Fehlansprechen, die ein Integrierelement 76, an dessen Eingang 77 die Gleichstromspeisequelle (in Fig. 3 nicht gezeigt) angelegt ist, und ein Schwellenwertelement 78, das mit dem Integrierelement 76 in Verbindung steht, enthält. Der Ausgang 79 des Schwellenwertelementes 78 ist an die zweiten Eingänge 80 der Einschaltsignalformer 6,64, 6i angelegt

Das Integrierelement 76 (Fig. 2) ist ein RC-GWea mit einem Widerstand El, der in Reihe mit einem Kondensator 82, dessen anderer Anschluß geerdet ist, geschaltet ist

Der Ausgang des Integrierelementes 76 ist mit einem am Eingang des Schwellenwertelementes 78 liegenden Widerstand 83 verbunden. Das Schwellenwertelement ist mit zwei in Reihe geschalteten Invertem 84 und 85 ausgeführt Der Ausgang des Inverters 85 ist über einen Widerstand 86 an die Anode einer Diode 87 gelegt deren Kathode mit dem Eingang des Inverters 84 in Verbindung steht Der Ausgang des Schweilenwertelementes 78 ist an den zweiten Eingang 80 des hinschaltsignaiformsrs 6 angeschlossen.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der Wechselstromschalteinrichtung sind in Fig. 4 die

Kurven der Spannungen und die Pegel der logischen Signale an den Eingängen und Ausgängen der Elemente der Einrichtung gezeigt, wobei in der Abszissenachse der Zeit und in der Ordirtatenachse die Spannung abgetragen sind. Fig.4a zeigt die Spannung am Ausgang der Wechselstromquelle Ij Fig.4b die Spannung am Ausgang 3 des Gleichrichters 2, Fig.4c die Impulse am Ausgangs des Schwellenwertelementes 4, F i g. 4d die Impulse am Ausgang31 der Begrenzungsschaltung 29; Fig.4e Impulse am Ausgang 17 der logischen Verhinderungsschaltung 13, Fig.4f die Spannung an dem Steuereingang der Schalteinrichtung, die an dem Steuereingang während der Zeit U — h anliegt, Fig.4g die Impulse am Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung 36. Fig.4h die Spannung am Ausgang 23 des Inverters 21, Fig.4i die Spannung am Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung 34, Fig.4k die Spannung am Ausgang des Triggers 25; F i g. 41 die Spannung an der Last 12.

Dip Wprhuelstromsrhalteinrirhliinir funktioniert wie folgt.

Die Spannung (Fig.4a) der Wechselstromquelle 1 (F i g. 2) wird durch den Einwegglcichrichter 2 gleichgerichtet und die gleichgerichtete Spannung (F i g. 4b) dem F.ingang 30 (F i g. 2) der Begrenzungsschallung und dem Eingang des .Schwellenwertelementes 4 zugeführt. Am Ausgang 31 der Schaltung 29 ergibt sich eine Spannung (F i g. 4d), die bis auf die Höhe, bei der die logische Verhinderungsschaltung 13 (Fig. 2) funktioniert, begrenzt ist.

Vom Ausgang 31 der Begrenzungsschaltung 29 gelangt die begrenzte Spannung (Fig.4d) über die Widerstände 51 und 52 zur Basis des Transistors 50 (F i g. 2) der logischen Verhinderungsschaltung 13. Beim Ausbleiben eines Verbotssignals, das von dem Ausgang 5 des Schwellenw ertelementes 4 auf den Eingang 14 der logischen Verhinderungsschaltung 13 gegeben wird, wird der Transistor 50 am Anfang der positiven Halbwelle der Sinusspannung eingeschaltet und bleibt bis zum Zeitpunkt leitend, wo die Sinusspannung gleich Null wird bzw. bis zum Erscheinen eines Verbotssignals am Eingang 14 der Verhinderungsschaltung 13. Das vom Kollektor des Transistors 50 abgegriffene Signal wird durch den Inverter 49 invertiert, wonach es zum Ausgang 17 der logischen Verhinderungsschaltung 13 gelangt

Bei einer Spannung an der Anode des Dynistors 55, die gleich der Ansprechschwelle ist, wird der letztere geöffnet und die Spannung an seiner Anode fällt auf einen nahezu Null gleichen Wert ab. Das niedrige Spannungsniveau (F i g. 4c) am Ausgang 5 (F i g. 2) des Schwellenwertelementes 4 gilt als Verbotssignal für die logische Verhinderungsschaltung 13. Beim Erscheinen dieses Signals wird der Transistor 50 gesperrt und an seinem Ausgang tritt eine Spannung (F i g. 4e) auf, deren Niveau einer logischen Null entspricht.

Somit gestatten es die Spannungsbegrenzungsschaltung 29 (Fig.2), das Schwellenwertelement 4 und die logische Verhinderungsschaltung 13 Synchronisierimpulse (Fig.4e) von erforderlicher Dauer, die einer logischen Eins entsprechen, zu Beginn jeder positiven Halbwelle der Spannung der Wechselstromquelle 1 zu erhalten.

Soll das Schaltelement 9 eingeschaltet werden, so wird auf den Eingang der Schalteinrichtung zum Zeitpunkt t\ (Fig.4f) ein Einschaltsignal, das einer logischen Eins entspricht, gegeben. Hierbei erscheint am Eingang 35 (Fi g. 2) der logischen UND-NICHT-Schaltung 36 eine logische Eins und am Eingang 33 der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 eine logische Null. Auf die zwekyn Eingänge 38 und 37 der logischen Schaltungen 36 und 34 werden über die gesamte Arbeitszeit der Schalteinrichtung Synchronisierimpulse (Fig.4e) gegeben. Am Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 (Fig.2) erscheint, solange am Eingang 37 eine logische Null liegt, eine logische Eins, die auf den Eingang 26 des Triggers 25 gegeben wird. Im

ίο Laufe der Zeit t\ — h liegen am Ausgang der UND-NICHT-Schaltung 36 einer logischen Null entsprechende lmpulsie an, die auf den Eingang 27 (Fig.2) des Triggers 25 gegeben werden und diesen zum Zeitpunkt U (F i g 4k) in einen Zustand umsteuern, bei welchem an seinem Ausgang eine logische Eins anliegt. Hierbei werden die Photodioden der Optothyristoren 46 (Fig. 2) eingeschaltet, welche die Optothyristoren einschalten, wobei die letzteren die Thyristoren 42 des Schaltelement 9 einschalten. Die Gegenparallelschal-

jo tung der Thyristoren 42 sichert den Durchgane des Sinusstromes (Fig.41) durch das Schaltelement 9 (Fig. 2) und die Last 12.

Soll das Schaltelement 9 abgeschaltet werden, so wird auf den Eingang zum Zeitpunkt h (Fig.4f) ein Abschaltsignal, das einer logischen Null entspricht, gegeben. Hierbei erscheint am Eingang 35 (Fig. 2) der logischen UND-NICHT-Schaltung 36 eine logische Null und am Eingang 33 der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 eine logische Eins. Auf die zweiten Eingänge 38 und 37 der logischen UND-NICHT-Schaltungen werden weiterhin Synchronisierimpulse gegeben. Am Ausgang der logischen UND NICHT-Schaltung 36 erscheint eine logische Eins, die zum Eingang 27 des Triggers 25 gelangt. Zum Zeitpunkt t$ (Fig.4k) erscheint am Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 (F i g. 2) ein der logischen Eins entsprechender Impuls, der auf den Eingang 26 des Triggers 25 gegeben wird und diesen in einen Zustand umgesteuert, bei welchem an seinem Ausgang eine logische Null anliegt.

Hierbei werden die Photodioden der Optothyristoren 46 und die Optotyristoren 46 selbst abgeschaltet, was zum Abschalten der Thyristoren 42 des Schallelementes 9 nach dem Durchgang der negativen Halbwelle des Stromes von der Wechselstromquelle 1 führt

Beim Einschalten der Gleichstromquelle (in Fig.2 nicht gezeigt) kann infolge der in den verschiedenen Elementen der Schaltung entstehenden Übergangsvorgänge und bei willkürlichem Anfangszustand des

so Triggers 25, der sich in einem solchen Zustand befinden kann, bei welchem am Eingang 28 des Einschaltsignalformers eine logische Eins anliegt, ein Fehlansprechen geschehen, beispielsweise ein Einschalten des Schaltelementes 9 für die Dauer des Übergangsvorganges. Die

Dauer des Übergangsvorganges wird durch die Zeitkonstante des Filters der Gleichstromquelle beeinflußt

Zum Ausschließen eines Fehlansprechens wird die Spannung der Gleichstromspeisequelle an den Eingang 77 des Integriereiementes 76 angelegt Beim Einschalten der Gleichspannungsquelle steigt die Spannung am Kondensator 82 und somit am Ausgang des Integriereiementes 76 mit einer größeren Zeitkonstante als an seinem Eingang an. Demzufolge erreicht die Spannung am Eingang des Schwellenwertelementes 78 den ■Schwellenwert nur nach Ablauf des Übergangsvorganges in der Wechselstromschalteinrichtung.
Während des Übergangsvorganges ist die Spannung

am Ko^densaicii 82 nahezu gleich Null. Hierbei entspricht am Ausgang des Inverters 84 das Spannungsniveau einer logischen Eins und am Ausgang des Inverters 85 - einer logischen Null. Dies führt dazu. da3 Jjer Einschaltsignalformer 6 über die gesamte Dauer des Übefgangsvorganges unabhängig von dem Nivenu des Eingangssignals am Eingang 28 des Formers 6 gesperrt ist.

Sobald die Spannung am Kondensator 82 eine zum Umsteuern des Schwellenwertelementes 78 ausreichende Höhe erreicht hat, erscheint am Ausgang 79 des Schwellenwertelementes 78 eine logische Eins. Dank der Rückkopplung, die über den Widerstand 86 und die Diode 87 realisiert wird, findet eine schnelle Umsteuerung des Schwelienwertelenientes 78 ohne Verzögerung des Üiiefgangsvorgahges statt. Das Auftreten einer logischen Eins am Eingang 80 des Formers 6

ermöglicht die Steuerung desselben über dün Eingang 28 in Abhängigkeit von dem Signal am Steuereingang der Wechselstromschalteinrichtung.

Beim unabhängigen Schalten mehrerer Lastkreise 12 (F i g. 3) 62,63 wird der Ausgang 79 des Schwellenwertelementes 78 an die Eingänge 80 der Former 6, 64, 65 angelegt.

Somit ermöglicht die Wechselslromsehalteinrichtu.ng das unabhängige Einschalten mehrerer ohrrrscher-induktiver Lastkreise beim Nulldurchgang der Halbwelle einer Richtung der Sinusspannung und das Abschalten der Last nach dem Durchgang der Stromhalbwelle von umgekehrter Richtung durch die Thyristoren des Schalteiementes, was eine einseitig gerichtete Vormagnetisierung des ferfornagnetischen Materials der Last völlig ausschließt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche: 27

1. Wechselstromschalteinrichtung mit einem an die Wechselstromquelle angeschlossenen Gleichrichter, der über ein Schwellenwerteiement und eine Steuerschaltung auf einen Fonner zur Erzeugung eines Einschaltsignals für das Lastschaltelement wirkt, das seinerseits den Strom von der Wechselstromquelle durch die Last so steuert, daß das Einschalten des Schaltelements beim Nulldurchgang der Spannung und das Abschalten desselben nach dem Durchgang der Spannung und das Abschalten desselben nach dem Durchgang einer ganzen Zahl von Wellen durch die Last erfolgt, gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung aus einer logischen Verhinderungsschaltung (13), deren Eingang (14) an den Ausgang (5) des Schwellenwertelementes (4) angeschlossen ist, aus zwei Koinuidenzschaltungen (36, 34), deren jeweils erster Eingang (38, 37) an den Ausgang (17) der logischen Yerhinderungsschaltung (13) angelegt ist, wobei der Steuereingang der Schalteinrichtung den anderen Eingang (35) der ersten Koinzidenzschaltung (36) unmittelbar und den anderen Eingang (33) der zweiten Koinzidenzschaltung (34) über einen Inverter (21) beaufschlagt, und wobei die Ausgänge der Koinzidenzschaltungen auf den Einereingang (26) bzw. den Nulleingang (27) eines Triggers (25) wirken, dessen Ausgang den Einschaltsignalformer (6) beaufschlagt, wobei dieser einen zweiten Eingang (80) aufweist, ^uf den eine Reihenschaltung aus einem von einer Gleichstromquelle gespeisten Integrierelemtnt (76) unti einem Schwellenwertelement (78) wirkt

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzschaltungen (36, 34) logische UND-NICHT-Schaltungen darstellen und der Trigger (25) aus zwei logischen UND-NICHT-Schaltungen (39, 40) besteht, deren jeweils einer Eingang von einer der Koinzidenzschaltungen (36, 34) beaufschlagt ist und deren jeweils anderer Eingang vom Ausgang der anderen UND-NICHT-Schaltung beaufschlagt ist, wobei einer dieser Ausgänge auch zur Steuerung des Einschaltsignalformers (6) dient

3. Schalteinrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gleichrichter (2) und der logischen Verhinderungsschaltung (13) parallel zum Schwellenwertelemenl (4) eine Spannungsbegrenzungsschaltung geschaltet ist, die auf einen zweiten Eingang (32) der logischen Verhinderungsschaltung (13) wirkt.

4. Einrichtung nach Anspruch I. gekennzeichnet durch wenigstens ein zusätzliches Lastschaltelement (60) zum unabhängigen Schalten einer weiteren Last (62), dem ein zusätzlicher Einschaltsignalformer (64) und diesem über einen zusätzlichen Trigger (66) zwei zusätzliche Koinzidenzschaltungen (68, 69) vorgeschaltet sind, deren eine Eingänge an den Ausgang (17) der logischen Verhinderungsschaltung (13) angeschlossen sind und deren andere Eingänge von dem zusätzlichen Steuereingang unmittelbar bzw. über einen zusätzlichen Inverter (74) beaufschlagt sind,

5. Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Integrierelement (76) in Reihe geschaltet einen Widersland (81) und einen Kondensator (82) enthält, deren Mittelpunkt an einen Widerstand (83) des Schwellenwertelementes (78) gelegt ist, welcher mit dem Eingang eines logischen UND-NICHT-Elements (84) in Verbindung steht, dessen Ausgang auf ein weiteres logisches UND-NICHT-EIement (85) wirkt, dessen Ausgang über einen mit einer Diode (87) in Reihe geschalteten Widerstand (86) auf den Eingang des ersten logischen UND-NICHT-EIements (84) zurückgeführt ist