DE2308319A1 - ELECTRONIC MAINS VOLTAGE CONSTANT - Google Patents
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Description
Elektronischer Netzspannungskonstantha].ter Die Erfindg betrifft einen elektronischen Netzspannungskonstanthalter, bei dem von der Netzspannung ein Stromtor-Stufenschalter, insbesondere Triac-Stufenschalter angesteuert ist, welcher in Abhängigkeit von der Größe der Netzspannung an einem ifetztransformator in verschiedener Höhe Abgriffe schaltet. Electronic mains voltage constant. The invention relates to an electronic mains voltage stabilizer, in which the mains voltage is a Stromtor step switch, in particular triac step switch, which depending on the size of the line voltage at a power transformer in different Height taps switches.
Bei derartigen Netzspannungskonstanthaltern wird bisher in einem Meßteil eine der Netzspannung proportionale Größe als Meßspannung an die Eingänge von (n-l) Differenzverstärkeren gelegt, wobei n die Anzahl der Stromtore ist. Dabei sind die Ansprechwerte der Differenzverstärker so gestaffelt, daß von ihnen je nach Netzspannungshöhe bei Freigabe der Messung mehr oder weniger ansprechen. Dann wertet ein Speicher die vom Meßteil abgegebenen Signale aus und bereitet aufgrund der gemessenen Spannung die Zündstuie für ein bestimmtes Stromtor vor. In einem Steuerteil schließlich wird das ausgewählte Stromtor gezündet, jedoch erst, wenn von einer Impulserzeugerschaltung ein Steuerimpuls kommt. Eine solcherart vorgenommene elektronische Netzregelung hat gegenüber sonst üblichen Konstanthaltern stets Vorteile: im Vergleich zu ansonst allgemein verwendeten magnetischen Konstanthaltiern sind sie frequenzunabhängig und sehr raumsparend, während Regler mit Stelltransformatoren langsam, kostspielig und nicht wartungsfrei sind. Allerdings verlangt der geschilderte Typ eines elektronischen Sonstanthalwers immer noch- eine verhältnismäßig aufwendige Ausstattung und Bestückung mit elektronischen Bauelementen samt deren Nachfolge- bzw. Begieitelektronik.In the case of mains voltage stabilizers of this type, up to now a measuring part a quantity proportional to the mains voltage as a measuring voltage at the inputs of (n-l) Differential amplifiers placed, where n is the number of current gates. There are those Response values of the differential amplifiers are staggered so that they depend on the level of the mains voltage respond more or less when the measurement is released. Then a memory evaluates the signals emitted by the measuring part and prepares them on the basis of the measured voltage the ignition stage for a specific power gate. Finally, in a control section the selected current gate is ignited, but only if by a pulse generator circuit a control impulse comes. An electronic network control made in this way always has advantages over the usual stabilizers: compared to otherwise Generally used magnetic stabilizers, they are independent of frequency and very space-saving, while regulators with variable transformers are slow, expensive and are not maintenance-free. However, the described type requires an electronic Otherwise anthalwers still have a relatively complex equipment and equipment with electronic components including their successor or accompanying electronics.
Um nun bei einem elektronischen Netzspannungskonstanthalter der eingangs genannten Art den Elektronik-Aufwand, insbesondere die Anzahl an Stromtoren, zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Stufen des trmtor-Stufenschalters in grobe undin feine, die groben unterteilende Stufen aufgeteilt sind und daß der Stromtor-Stufenschalter sein Ansteuersignal aus den Ausgangen eines Analog-Digital-Wandlers erhält, der aus der Netzspannung ein digitales Signal eines Kodes bildet, welcher mit der Einteilung des Systems in grobe und feine Stufen verträglich ist.In order to now use an electronic mains voltage stabilizer of the initially mentioned type the electronics effort, in particular the number of power ports reduce, it is proposed according to the invention that the steps of the trmtor tap changer are divided into coarse and fine, the coarse subdividing stages and that the Stromtor step switch its control signal from the outputs of an analog-digital converter receives, which forms a digital signal of a code from the mains voltage, which is compatible with the division of the system into coarse and fine levels.
Die Erfindung geht von der ganz allgemeinen Überlegung aus, daß man zur Aufteilung einer vorgegebenen Einheit in Abschnitte einer gewünschten Feinheit mit weniger Untereinheiten auskommt, wenn man statt äquidistant einzuteilen grobe und feine Untereinheiten wählt, derart, daß die feinen wiederum die groben unterteilen. Beispielsweise erzielt eine gleichzahlige aufteilung in n grobe und n feine Untereinheiten eine Aufteilfeinheit, wie sie nur mit n2 gleichgroßen Untereinheiten hergestellt werden kann.The invention is based on the very general idea that one for dividing a given unit into sections of a desired fineness gets by with fewer subunits if, instead of dividing them equidistantly, roughly and selects fine subunits such that the fine in turn subdivide the coarse. For example, an equal division into n coarse and n fine subunits is achieved a fineness of division that is only produced with n2 subunits of the same size can be.
Der genannte Einspareffekt an Untereinheiten kann an folgendem Beispiel verdeutlicht werden. Sollen etwa 40; Retzspannungsschwankungen auf eine Restschwankung von 2% heruntergeregelt werden, so benötigt man bei dem herkömmlichen Einsatz des Stromtor-Stufenschalters zwanzig Stromtore. In einer erfindungsgemäßen Verwendung des Stufenschalters würden dagegen zenn Stromtore ausreichen, um - aufgeteilt in funf grobe und fünf feine Stufen - die Schwankungen auf nur 1,6% zu senken.The mentioned savings effect on subunits can be seen in the following example be clarified. Should be about 40; Reset voltage fluctuations to a residual fluctuation be regulated down by 2%, so you need with the conventional use of the Electricity gate step switch twenty electric gates. In a use according to the invention of the tap changer, on the other hand, would be sufficient for zenn power gates to - divided into five coarse and five fine levels - reduce the fluctuations to only 1.6%.
Die Verringerung von Untereinheiten bei gleich hoher Stabilisierung ist auf die wechselseitige Vertnupfbarkeit der groben mit den kleinen Untereinheiten zurckufuhren.The reduction of subunits with the same level of stabilization is due to the mutual compatibility of the coarse with the small subunits return.
Diese Tatsache gestattet es andererseits auch, mit einer gleichen Anzahl an Untereinheiten die Stabilisierung zu erhöhen. So würden im genannten Beispiel bei einer erfindungsgemäSen Anordnung zwanzig Stromtore, aufgeteilt in zehn grobe und zehn feine Einheiten, die Spannungsschwankungen auf nur 0,4% drücken. Um nun ein derartiges System aus Untereinheiten mit der Netzspannung ansteuern zu können, wird die Netzspannung in ein Signal eines mit diesem System kompatiblen Kodes umgewandelt. Kompatibel sind dabei nicht nur identische Korden, sondern auch Zahlensysteme, die beispielsweise durch Vervielfachung auseinander hervorgehen, so etwa ein Dezimalsystem und ein Kode mit jeweils nur fünf statt zehn Untereinheiten.This fact, on the other hand, also allows for the same Number of subunits to stabilize raise. So would in the example mentioned, with an arrangement according to the invention, twenty power gates, divided in ten coarse and ten fine units that reduce voltage fluctuations to just 0.4%. In order to control such a system of sub-units with the mains voltage can, the mains voltage is converted into a signal of a compatible with this system Codes converted. Not only are identical cords compatible, but also Number systems that emerge from one another, for example through multiplication, for example a decimal system and a code with only five instead of ten subunits each.
Anhand eines Ausführungsbeispiels, für das ein Schaltplan jn der Figur der Zeichnung gegeben ist, soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden.Using an exemplary embodiment for which a circuit diagram in the figure Given the drawing, the invention is to be described below with further features are explained in more detail.
Als Ausführungsbeispiel soll ein Netzspannungskonstanthalter für ein dreiphasiges Stromversorgungsgerät dienen, der 40% Netzspannungsschwankungen - Schwankungen zwischen +10 und -30% sind nach Pflichtenheft der Deutschen Bundespost zugelassen - auf unter 2% herunterregeln soll. Derartige Konstanzanforderungen werden beispielsweise an handelsübliche Stromversorgungsgeräte für Fernsehumsetzer gestellt. Aus Gründen der Darstellungsübersicht ist dabei der Schaltplan im wesentlichen nur für eine Phase aufgezeichnet.As an exemplary embodiment, a mains voltage stabilizer for a three-phase power supply are used for 40% line voltage fluctuations - fluctuations between +10 and -30% are permitted according to the specifications of the Deutsche Bundespost - should be reduced to below 2%. Such constancy requirements are for example placed on standard power supply devices for television converters. For reasons of the overview, the circuit diagram is essentially only for one Phase recorded.
Pro Phase besteht der dargestellte Netzspannungskonstanthalter im wesentlichen aus einem Stromversorgungsteil 2, einem Wandler 3, der aus einem Analog/Digital-Konverter 4 mit nachfolgendem BCD-Dekoder 6 gebildet ist, einem zwischengeordneten Steuerteil 8, einem Stromtor-Stufenschalter 10 und einem Netztransformator 12. Der Stromtor-Stufenschalter 10 enthält in diesem Fall je fünf Triacs 14, deren zugeordnete Abgriffe 16 am Netztransformator 12 eine Grob-Unterteilung zu jeweils 8% Spannungsänderung bilden1 und aus je fünf Triacs 18, die über Abgriffe 19 eine Feinunterteilung zu jeweils 1,6 Spannungsänderung bilden. Mit diesem tfnterteilungssystem ist das Dezimalsystem kompatibel. Je zwei nebeneinanderliegende Zehnerausgänge des Dekoders 6 sind parallel geschaltet und steuern über Leitungen 20 den entsprechenden Triac 14 der Grobunterteilung an; entsprechena sind je zwei nebeneinanderliegende Einerausgänge des Dekoders 6 parallel geschaltet und steuern über Leitungen 22 den entsprechenden Triac 18 der Feinunterteilung.The mains voltage stabilizer shown in the is for each phase essentially from a power supply part 2, a converter 3, which consists of an analog / digital converter 4 is formed with a subsequent BCD decoder 6, an intermediate control part 8, a Stromtor tap changer 10 and a mains transformer 12. The Stromtor tap changer In this case, 10 each contains five triacs 14, their associated taps 16 on the network transformer 12 form a rough subdivision of 8% voltage change each1 and five each Triacs 18, which have a fine subdivision of 1.6 each via taps 19 Voltage change form. The decimal system is compatible with this division system. Two each Adjacent ten outputs of the decoder 6 are connected in parallel and control the corresponding triac 14 of the coarse subdivision via lines 20; correspond to a two adjacent single outputs of the decoder 6 are connected in parallel and control the corresponding triac 18 of the fine subdivision via lines 22.
Das Gerät wird über einen Schalter 24 eingeschaltet, die R-Phase der Netzspannung gelangt über eine Leitung 26 an das Stromversorgungsteil 2. Ein Schütz 32 wird erregt und auch die Stromversorgung der Phase S und T wird eingeschaltet.The device is switched on via a switch 24, the R phase of the Mains voltage reaches the power supply part 2 via a line 26. A contactor 32 is energized and the phase S and T power supply is also switched on.
Dann wird eine zu der Netzspannung proportionale Meßspannung von dem Stromversorgungsteil 2 abgeleitet und an den Analog-Digital-Konverter 4 gegeben, der in dieser Vorphase mittels einer nicht eingezeichneten Einschaltverzögerung gesperrt ist.Then a measurement voltage proportional to the mains voltage is used by the Power supply part 2 derived and given to the analog-digital converter 4, in this preliminary phase by means of a switch-on delay that is not shown Is blocked.
ueber eine in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte, im Stromversorgungsteil 2 untergebrachte Steuerungslogik ist gesorgt, daß im gesperrten Zustand nur diejenigen Stromtore des stromtorstufenschalters 10 durchgeschaltet sind, die die höchste Windungszahl des Netztransformators 12 öffnen.About one in the drawing, also not shown, in the power supply part 2 housed control logic ensures that only those in the locked state Current gates of the current gate step switch 10 are switched through, which has the highest number of turns of the mains transformer 12 open.
Zugleich ist der Zeitpunkt so gewählt, daß etwa beim Netzspannungsmaximum durchgeschaltet wird; die hierzu erforderlIche Stromdurchgang-Überwachung ist mit einem Block 33 angedeutet.At the same time, the point in time is chosen so that approximately at the mains voltage maximum is switched through; the continuity monitoring required for this is included a block 33 indicated.
Diese Maßnahme verringert den Einschaltstrom (Magnetisierungs-und Laststrom). Eine hierfür geeignete Zusatzmaßnahme besteht darin, einen Widerstand 34 in den Kreis .jeder Netzspannnngsphase zu legen, der nach Ablauf der V zögerungszeit (2 - 5 sec.) mit einem Schütz 36 überbrückt wird. Die Regelung über den Wandler ist dann freigegeben.This measure reduces the inrush current (magnetization and Load current). A suitable additional measure for this is to add a resistor 34 in the circle of each mains voltage phase that occurs after the delay time has elapsed (2 - 5 sec.) Is bridged with a contactor 36. The regulation via the converter is then released.
Der Wandler steuert nun je nach der Höhe der Netzspannung über den entsprechenden Ausgang des Dekoders 6 ein Leistungsgatter 38 an. Durch die Freigabe des Leistungsgatters 38 ist der Weg frei für Steuerimpulse, die von einem Taktgeber 40 erzeugt werden und über einen Pulstransformator 42 an den Steuereingang (Gatter) des entsprechenden Triacs 14 bzw. 18 gelangen. Somit ist die gewählte Anzapfung des Netztransformators 12 durchgeschaltet. Leitung 43 führt dann die stabilisierte R-Phase.The converter now controls depending on the level of the mains voltage via the a power gate 38 corresponding to the output of the decoder 6 at. By releasing the power gate 38, the path is clear for control pulses that are generated by a clock generator 40 and via a pulse transformer 42 to the Control input (gate) of the corresponding triac 14 or 18 arrive. So is the selected tap of the network transformer 12 is switched through. Line 43 leads then the stabilized R phase.
Alle Triacs sind deshalb über Puls transformatoren angesteuert, da so die Steuerung galvanisch von den Netzspannungen getrennt werden kann und damit eine Verringerung des Störpegels und eine direkte Verbindung des Mp-Leiters bei Dreiphasen-Sternschaltung ermöglicht ist. Statt Pulstransformatoren könnten auch optische Koppler verwendet werden. Eine weitere Verknüpfung der Meßspannung für den Analog/Digit21 Konverter zur Netzspannungsregelung erfolgt über die MS-.Vicklungen 44, 46 am Netztransformator 12. Diese Verknüpfung ermöglicht eine Korrektur der Ausgangsspannung des Reglers bei IJastsch:ankunFen.All triacs are therefore controlled via pulse transformers, there so that the control can be galvanically separated from the mains voltage and thus a reduction in the noise level and a direct connection of the Mp conductor Three-phase star connection is enabled. Instead of pulse transformers, you could also use optical couplers can be used. Another link of the measuring voltage for The analog / digit21 converter for mains voltage regulation is done via the MS windings 44, 46 at the mains transformer 12. This link enables the Output voltage of the controller at IJastsch: ankunFen.
Die in dem geschilderten Ausführungsbeispiel zur Verringerung von Spannungsschwankungen von 40% auf höchstens 2% getroffene Wahl, zehn Stromtore zu verwenden und sie in je fünf Grob-Stufen und je fünf Fein-Stufen aufzuteilen, ist besonders günstig. Denn zunächst gilt allgemein, daß man mit einer vorgegebenen geraden Zahl an Stromtoren die feinstmögliche Aufteilung, d.h. die größtmögliche Schwankungsreduzierung dann erzielt, wenn man bei Aufteilung in grobe und feine Stufen jeweils die gleiche Anzahl nimmt. Darüberhinaus ist gerade ein Fünfer-System kompatibel mit dem Dezimalsystem, es können alsn bereits im handel befindtiche Wandler, bestehend aus einem Ach-Bit-Analog-Digital-Konverter samt nachfolgendem BCD-Dekoder verwendet werden. Abweichend von der genannten Auswahl könnte man sich aber auch beispielsweise für ein System aus drei Farben, drei mittelfeinen und drei hochfeinem Stufen entscheiden; mit einem derartigen System konnten mit nur neum Stromtoren die Schwankungsmaxima auf unter 1,5% gedrückt werden.The in the illustrated embodiment to reduce Voltage fluctuations from 40% to a maximum of 2% choice made, ten power gates closed and to divide them into five coarse levels and five fine levels each very cheap. Because first of all it is generally true that one is with a given even number of power gates the finest possible division, i.e. the largest possible Fluctuation reduction is achieved when dividing into coarse and fine The same number of stages. In addition, there is currently a five-person system Compatible with the decimal system, converters that are already on the market can be used Consists of an ach-bit analog-to-digital converter and a subsequent BCD decoder be used. Deviating from the selection mentioned, one could also choose for example for a system of three colors, three medium-fine and three extremely fine Decide stages; With such a system, only neum could power gates the fluctuation maxima are suppressed to below 1.5%.
Neben den Vorteilen, die sich aus der Stromtnreinsparung ergeben, beispielsweise eine Lebensdauererhöhung des gesamten Gerätes sowie eine Platz- und Gewichtsverminderung1 hat ein erfindungsgemäßer Netzspannungskonstanthalter auch den Vorzug, daß bereits vorhandene Dekoderausgänge im Rahmen kompatib1er Systeme je nach Bedarf mit Leistungsgattern und Stromtoren beschaltet werden können. ßo sind relativ einfach größere Spannungs- und Leistungsbereiche regelbar. fisch eine gemischte Regelung wäre möglich, beispielsweise könnten die Grobstufen mit Anzapfungen am Netztransformator und die Feinstufen über Digital/Analeg-Konverter und Vormarnetisierungsdrosseln (Transduktorregelung) geregelt werden. Diese Regel.ungsart wäre der reinen Transduktorregelung überlegen.In addition to the advantages that result from saving electricity, for example, an increase in the service life of the entire device as well as space and A mains voltage stabilizer according to the invention also has a weight reduction1 the advantage that existing decoder outputs in the context of compatible systems can be wired with power gates and current gates as required. ßo larger voltage and power ranges can be controlled relatively easily. fish one Mixed regulation would be possible, for example the coarse stages could be tapped at the mains transformer and the fine stages via digital / analog converter and preamplifying chokes (Transducer control). This type of control would be pure transducer control think.
da der Transduktor-Regelbereich kleiner wurde und ran so mit kleineren Drosseln auskäme.because the transducer control range got smaller and so work with smaller ones Throttling.
5 Patentansprüche 1 Figur5 claims 1 figure
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