DE2855331C2 - Schaltungsanordnung zum Steuern oder Regeln von mehreren Verbrauchern nach dem Verfahren der Schwingungspaketsteuerung - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Steuern oder Regeln von mehreren Verbrauchern nach dem Verfahren der SchwingungspaketsteuerungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Steuern oder Regeln von mehreren Verbrauchern gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Insbesondere Elektroheizgeräte werden mittels statischer Wechselstrom-Stellglieder nach dem Verfahren
der Schwingungspaketsteuerung gesteuert oder geregelt. Hierzu wird auf die Druckschrift »Elektrizitätswirtschaft«
Jg. 72, 1973, H. 3, S. 55—58, verwiesen. In der
Regel werden mehrere Geräte gleichzeitig an einem Ortsnetz betrieben, wobei Laststöße im Netz verursacht
werden, die zu Netzspannungseinbrüchen führen. Bei an dem Ortsnetz ebenfalls angeschlossenen Beleuchtungseinrichtungen
treten dann unerwünschte Lichtstärkeschwankungen, das sogenannte Flickern, auf. In diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, daß eine
Störwirkung von mit hoher Taktfrequenz schaltenden Geräten nicht wesentlich von der eingestellten Leistung
abhängt; mit wachsender Anzahl der Geräte nimmt die Flickerdosis weniger zu. Beim Taktbetrieb mit niedriger
Frequenz hingegen bricht die Netzspannung etwa mit der Frequenz der einzelnen Geräte deutlich zusammen,
soweit diese mit der gleichen Taktfrequenz betrieben werden.
Mit dem gleichen Problemkreis befaßt sich auch die Druckschrift »ETZ-A 98, 1977," H. 5, Seiten 353-358«.
Es wird die Abhängigkeit der Flickerdosis von Anzahl, Typ und Leistung der Geräte sowie von einer mittleren
Taktfrequenz untersucht, wobei ebenfalls zwischen Taktbetrieb bei hohen und bei niedrigen Taktfrequenzen
unterschieden wird. Die Untersuchungen führen zu dem Ergebnis, daß bei Geräten eines bestimmten Typs
eine möglichst niedrige mittlere Taktfrequenz anzuwenden ist. Damit wird die Schwingungspaketsteuerung,
auch wenn die Anzahl der beteiligten Geräte nicht groß ist, auf einen bestimmten Taktfrequenzbereich beschränkt.
Die eingangs genannte Schaltungsanordnung ist aus »Funkschau (1968), H. 19, Seiten 589—590, bekannt.
Diese Literaturstelle befaßt sich allgemein mit der Schwingungspaketsteuerung von Thyristoren üjd Triacs.
In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, als Zeiteinheit oder Zeitbasis eine Sägezahnspannung dem
eigentlichen Gleichspannungs-Steuersignal zu überlagern. Im übrigen beschäftigt sich diese Literaturstelle
nicht mit Problemen, die auftreten, wenn mehrere Verf*raucher
im Parallelbetrieb getaktet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zum
Steuern oder Regeln von mehreren Verbrauchern verfügbar zu machen, um die Störwirkung (Flickerdosis)
auf die Verbraucher möglichst gering zu halten, ohne auf niedrige Taktfrequenzen beschränkt zu sein.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten
Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Mit einer derartigen Einrichtung können die Arbeitsströme der einzelnes Stromkreise mittels der Wechselstrom-Stellglieder
zeitlich jeweils so eingeschaltet werden, daß der Gesamtstrom, der einem gemeinsamen
Netz entnommen wird, vorher bestimmt oder festgelegt werden kann. Dieses Arbeitsverfahren ist von Bedeutung
für Geräte mit unterlagerter Leistungsregelung bei stark veränderlichen Verbraucherlasten, wo hohe Ströme während kurzer Einschaltzeiten auftreten. Ein
gleichzeitiges Einschalten der Geräte wird verhindert. Ferner ergibt sich ein geringerer Effektivwert des Gesamtstroms
der Verbraucher und damit eine geringere Anschlußleistung als bei gleichphasiger oder nichtsynchroner
phasenverschobener Schwingungspaketsteuerung.
Das Wesen der Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung einer Einrichtung gemäß der Erfindung und
F i g. 2 Diagramme von Spannungen und Strömen zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Schaltungsanordnung
nach F i g. 1 für drei Verbraucher.
Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 sind mehrere Verbraucherstromkreise 1, 2, ... η an einem gemeinsamen
Wechselstromnetz N angeschlossen. Jeder Stromkreis enthält einen Wechselstrom-Steller 7TV, der
jeweils einen Triac oder eine Gegenparallelschaltung zweier Thyirstoren mit einem zugeordneten Steuerungsteil
S, die beide in einer als Geräte G bezeichneten Einheit zusammengefaßt sind. Die Verbrauchr sind mit
^bezeichnet. Den Steuerungsteilen S1,5 2,... Sn ist ein
Impulsgenerator IG mit π Ausgängen gemeinsam zugeordnet.
Ein Taktgenerator TG liefert über η Ausgänge Taktimpulse
mit einer Periodendauer T, die größer als eine Periode des Weehselstromnetzes Nist. Die Steuerungsteile
S und der Impulsgenerator IG bilden eine Steuerungseinrichtung
zur Schwingungspaketsteuerung mittels der statischen Wechselstrom-Stellglieder TW der
Geräte G in den einzelnen Verbraucherstromkreisen 1, 2,... n.
In F i g. 1 sind die Bestandteile des Sieuerungsieiis S
und des statischen Wechselstrom-Stellgliedes 7"W(Tri-
ac) des Geräts G1 ausführlich dargestellt Die Geräte
G 2... Gn der übrigen Verbraucherstromkreise 2,... η
sind durch Blöcke (gestrichelt) dargestellt und enthalten die gleichen Bestandteile in gleicher Anordnung wie das
Gerät G 1. Das Steuerungsteil S1 enthält ein Netzwerk
11 mit zwei ohmschen Widerständen Ru, R'u und einen
Zweig mit einem Kondensator Cu und einem Verstärker
Vu als aktiver Integrator. Das Netzwerk 11 dient als
Vergleicher für die Regelung der Leistung L 1 im Verbraucher
Vl. Einem ersten Eingang El ist über den
Widerstand R 11 eine Steuergröße Us,\ als Sollgröße,
einem zweiten Eingang ET. über den Widerstand R'u
eine vom Verbraucher V1 rückgeführte Größe Ü1 als
Istgröße zum Vergleich zugeführt, die mittels Gleichrichtung und Integration z. B. als Leistungs- oder als
Effektivwertgröße bewertet sein kann. Am Ausgang des Netzwerks 11 nach dem Verstärker Kn liegt die Kondensatorspannung
Uctu Die Steuergröße Us,i und die
Größe Ui sind Gleichspannungen und den Eingängen
des Netzwerks gegenpolar zugeführt. Die eigentliche Steuergröße bzw. rückgeführte Größe sind entsprechend
gegenpolare Gleichströme, nämlich der Ladsstrom und der Entladestrom des Kondensators Cn.
Werden die Verbraucherstromkreise lediglich gesteuert, so entfallen die beschriebenen Bestandteile des
Netzwerks 11,21, , und es wird im Steuerungsteil S1
die Steuergröße Usit aus einer von der Verbraucherspannung
u 1 unabhängigen Quelle (gestrichelt) vorgegeben. Das Steuerungsteil Sl enthält ferner einen
Komparator 12 mit zwei Eingängen und einem Ausgang. Dem Komparator 12 ist über einen der zwei Eingänge
eine mit Taktfrequenz kippende Sägezahnspannung Us und über den zweiten Eingang ist die Kondensatorspannung
Uc u des Netzwerks 11 bzw. die Steuergröße Ust ι bei reiner Steuerung zugeführt. Der Komparator
12 erzeugt am Ausgang einen rechteckförmigen Spannungsimpuls Uk ι mit Taktfrequenz. Dieser ist einem
von zwei UND-Eingängen einer Synchronsteuerlogik 13 zugeführt, deren zweitem UND-Eingang Synchronimpulse
jeweils bei einem Nulldurchgang der Wechselspannung u des Wechselstromnetzes N zugeführt
sind. Die Synchronsteuerlogik 13 erzeugt am Ausgang wiederum rechteckförmige Steuerimpulse St 1,
deren Vorderflanken mit den Nulldurchgängen des Wechselstromnetze? N zeitlich zusammenfallen. Diese
Steuerimpulse sind über einen Impulsgeber 14 oder einen
Impulsverstärker der Steuerelektrode des Triacs 7Wl zugeführt
Das Verhältnis (Taktverhältnis) der Einschaltzeit (Schließzeit) zur Taktzeit {Taktperiode) des Triacs TW1
ergibt sich im Steuerungsteil 51 durch die Überlagerung
der Säfsezahnspannunn U, t und der dreieckförmigen
Kondensatorspannung Uc u am Eingang des Komparators
12 (vgl. F J g. 2, Diagramme a). Bei reiner Steuerung
der Verbrauchirstromkreise ergibt sich das Taktverhältnis
des Triacs 7Wl bzw. weiterer Triacs TW2,
TW3 durch Überlagerung der Sägezahnspannungen Ust, Us2, Us3 und der konstanten Steuergrößen Usit,
Us,2, Ust3, die in Fig.2 gestrichelt angegeben sind.
Durch die Sägezahnspannung U5 1 ist die Taktfrequenz
und Taktperiode der Taktzeit T vorgegeben, Die Einschaltzeit
Um entspricht der Entladezeit des Kondensators
CIl, und die Ausschaltzeit taus entspricht seiner
Ladezeit. Es läßt sich zeigen, daß die z. B. aus Gleichrichterwert t/1 bewertete rückgeführte Verbraucherspannung
ο, sowie aUi„h die Steuergröße Us, \ proportional
der Wirkleitung dec Tiit Sinusschwingungspaketen
der Netzspannung ü im Tastverhältnis <e,„/Tgetakteten
Verbrauchers V1 ist
Damit ist eine Leistungsregelung des Verbrauchers Vl durch Veränderung des Taktverhältnisses durchführbar.
Entsprechend den Diagrammen b) und c) in Fig.2 ist bei drei Verbraucherstromkreisen mit Hilfe
der Netzwerke 21, 31, eine Leistungsregelung auch in den Verbraucherstromkreisen 2, 3 mit den Verbrauchern
VI, V3 durchzuführen. Werden die aus Verbraucherspannungen u 1,... u3 rückgeführten Größen Ul,
ίο ... 03 als Strom- oder als Effektivwerte bewerten, so
wird damit eine Verbraucherstrom- bzw. eine Effektivwerteregelung durch Veränderung des Taktverhältnisses
bewirkt
Das Taktverhältnis wird mit der Schließzeit (Einschaltzeit der Verbraucherströme) verändert, da die
Taktzeit Γ durch die Sägezahnspannungen Ust, Usi,
Usi an den Eingängen der Komperatoren 12,22,32 fest
vorgegeben wird. Taktverhältnis und Einschaltzeit f«n
sind in den Diagrammen der F i g. 2, am zeitlichen Verlauf
der rechteckförmigen Spannungsimpulse Uk ι des
Komparators 12 zu erkennen. In de. Zeitpunkten h
erreicht die zuvor ansteigende Kondensrtorspannung Ucu den Wert der kippenden Sägezahnspannung Ust,
wodurch am Ausgang des Komperators 12 der rechteckförmige Spannungsimpuls Uk ι »eingeschaltet« wird.
Der reebiackförmige Spannungsimpuls Uk ι ist eingeschaltet,
bis in den Zeitpunkten t' die abfallende Kondensatorspannung Uc u die ansteigende Sägezahnspannung
Ust erreicht. Dann wird der rechteckförmige Spannungsimpuls Uki »ausgeschaltet« und die Einschaltzeit
ist beendet. Die Einschaltzeit fe,v, ist durch den
Verlauf der Kondensatorspannung Ucu bestimmt und die Einschaltzeitpunkte r* sind durch die Sägezahnspannung
Us ι festgelegt, durch die die Taktfrequenz der Ein-Ausschaltfolge
vorgegeben wird.
Bei den Komparatoren 22,32 der Steuerungsteile 52,
S3 für die Geräte G 2, G 3 sind die Einschaltzsitpunkte tk
der rechteckförmigen Ausgangsspannungen Uk 2, Uk 3
gegeneinander sowie auch gegenüber den Einschalyieitpunkten
tk von Uk 1 um gleichlange Zeitabstände verschoben.
Die Zeitabstände sind eine Taktperiode T geteilt durch die Anzahl der Geräte, im vorliegenden Fall
drei, als 773.
Wie in F i g. 2 dargestellt, folgen die Kippzeitpunkte tk der Sägezahnspannungen ί/52 und Usi nacheinander in gleich langen Zeitabständen 773. Alle Sägezahnspannungen Us 1... haben eine gleiche Taktfrequenz 1 / T, die klein ist gegenüber der Frequenz der Wechselstromquelle N, während die Höhe der Sägezahnspannungen Ust,..· aber unterschiedlich sein darf. In Fig. 2 sind die Zeitunterschiede zwischen Beginn der rechteckförmigen Spannungsimpulse Uk 1, Uki und Beginn der Steuerimpulse St 1,... St 3 an den Ausgängen der Synchronsteuerlj-gik 13, 23,33 jeweils bei einem Netznulldurchgang so klein, daß sie nicht aufscheinen. Die Einschaltzeiten tem der Triacs TWl, TW3 beginnen mit dem Beginn der Steuerimpulse Si I1Sf 3.
Wie in F i g. 2 dargestellt, folgen die Kippzeitpunkte tk der Sägezahnspannungen ί/52 und Usi nacheinander in gleich langen Zeitabständen 773. Alle Sägezahnspannungen Us 1... haben eine gleiche Taktfrequenz 1 / T, die klein ist gegenüber der Frequenz der Wechselstromquelle N, während die Höhe der Sägezahnspannungen Ust,..· aber unterschiedlich sein darf. In Fig. 2 sind die Zeitunterschiede zwischen Beginn der rechteckförmigen Spannungsimpulse Uk 1, Uki und Beginn der Steuerimpulse St 1,... St 3 an den Ausgängen der Synchronsteuerlj-gik 13, 23,33 jeweils bei einem Netznulldurchgang so klein, daß sie nicht aufscheinen. Die Einschaltzeiten tem der Triacs TWl, TW3 beginnen mit dem Beginn der Steuerimpulse Si I1Sf 3.
Nach Fig. 1 werden die Sägezahnspannungen Ust,
... Us,, allgemein mit Hilfe von Reihen-ßC-Gliedern
ACl1... RCn erzeugt, in welchen die Ladeströme der
Kondensatoren Cl, ,,,Cn mit Konstantstromstufen
Rl,... Rn konstantgehalten sind und die Kondensatoren
Cl ...Cn durch je eine Schaltstufe s)t... Sn jeweils
kurzzeitig entladen werden. Die Sägezahnspannungen Ust, ■■:Usn sind den zweiten Eingängen der Komparatoren
12,22,32 zugeführt. Es wird jede Schaltstufe s von
einem der Ausgänge des Impulsgenerators IG periodisch mit der Taktfrequenz 1/7" in den Schließzus'.and
gesteuert. Mit dem Taktgenerator TC wird die Taktfrequenz vorgegeben, dessen Taktinipulse Ui dem Eingang
des Impulsgenerators IC zugeführt sind. Der Impulsgenerator
IG hat soviel Ausgange, wie Geräte G
betrieben werden. Über Ausgänge werden nacheinan- -> der die Schaltstufen s der η Sägezahngeneratoren durch
Taktimpulse Ujt, Uri. ... Ui,, in Zeitabstand von T/n
kurzzeitig in den Schließzusüind gesteuert und damit
die Kippzeitpunkte f* der η Sägezahnspannungen Us \,
... Usn an den zweiten Eingängen der Komparatorcn 12,
22, 32 festgelegt. Dadurch werden die Einschaltzeiten te, der η Geräte G\ Gn zeitlich über eine jede Taktperiode
Γ der Schwingungspaketsieuerung gleich verteilt.
In F i g. 2 ist dies in den unteren Diagrammen Usi i.
Us,;, Usn am Beispiel mit drei Geräten G\ bis G\ ge- ι>
zeigt.
Der Verlauf des gesamten Netzstroms /^ ist in F i g. 2c
unten dargestellt, wodurch nur ein bestimmter Betriebspunkt oder Zustand wiedergegeben wird. Die sogenannten
Lastsprünge im Wechselstromnetz N können niemals größer als durch ein Gerät G verursacht werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
25
35
40
60
65
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zum Steuern oder Regeln von mehreren Verbrauchern nach dem Verfahren
der Schwingungspaketsteuerung mittels statischer Wechselstrom-Stellglieder, mit jeweils einem das zugeordnete
Wechselstrom-Stellglied ansteuernden Steuerimpulsgenerator, dem Ausgangssignale einer
mit einer Sägezahnspannung fester Frequenz und mit einer variablen Steuerspannung beaufschlagten
Komparatorschaltung über eine Synchronisierlogik zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die an den einzelnen Komparatoren (12,22,...)
anliegenden Sägezahnspannungen (Us u Usi, ---)
gleiche Frequenzen aufweisen und untereinander phasenverschoben sind, wobei die Phasenverschiebung
gleich der durch die Anzahl (n) der Verbraucher (VX, V2,...)dividierten Periodendauer(T);st
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sägezahnspannungen (Usι, i/52,- - -) gleiche Höhe aufweisen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem jeweüs zweiten
Eingang (+) jedes (Comparators (12,22,...) die Sägezahnspannungen
(Usι, Usι .--) vom Ausgang je
eines Reihen-ÄC-Gliedes (RCi, RC2,...) zugeführt
sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer
Taktgenerator (TC) über einen Impulsgenerator (IG) die Phasenverschiebung der einzelnen Sägezahnspannungen
(Usι, Usi,.-.)steuert.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2855331A DE2855331C2 (de) | 1978-12-21 | 1978-12-21 | Schaltungsanordnung zum Steuern oder Regeln von mehreren Verbrauchern nach dem Verfahren der Schwingungspaketsteuerung |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2855331A DE2855331C2 (de) | 1978-12-21 | 1978-12-21 | Schaltungsanordnung zum Steuern oder Regeln von mehreren Verbrauchern nach dem Verfahren der Schwingungspaketsteuerung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE2855331C2 true DE2855331C2 (de) | 1985-04-25 |
Family
ID=6057928
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2855331A Expired DE2855331C2 (de) | 1978-12-21 | 1978-12-21 | Schaltungsanordnung zum Steuern oder Regeln von mehreren Verbrauchern nach dem Verfahren der Schwingungspaketsteuerung |
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FR2551298B1 (fr) * | 1983-08-23 | 1985-11-29 | Valade Rene | Alimentation electrique a commutation variable |
DE3430786C2 (de) * | 1984-08-17 | 1986-07-31 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Schwingungspaketsteuerung von Leistungsstellgliedern mit variabler Taktfrequenz |
FR2574227B1 (fr) * | 1984-12-04 | 1989-02-24 | Duhennois Pascal | Procede et dispositif de distribution cyclique de l'energie electrique a grandeur controlee, pour l'utilisation rationnelle du chauffage electrique notamment |
FR2583229B1 (fr) * | 1985-06-11 | 1988-11-25 | Hager Electro | Appareil de repartition de puissance automatique pour intallations electriques domestiques et installations analogues |
Family Cites Families (2)
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---|---|---|---|---|
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1978
- 1978-12-21 DE DE2855331A patent/DE2855331C2/de not_active Expired
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1979
- 1979-12-20 FR FR7931334A patent/FR2444969A1/fr active Granted
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Publication number | Publication date |
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