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Impulspaket - Steuerschaltung
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Die Erfindung betrifft eine Impulspaket - Steuerschaltung gemäß dem
Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
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Bei einer bekannten Impulspaket - Steuerschaltung (Elektronik 1968
Seite 111) sind zwei antiparallel in Serie mit einem Verbraucher geschaltete Thyristoren
an ein Wechselstromnetz angeschlossen. Über eine elektronische Schalteranordnung
wird bei vorhandenem Steuersignal bei der negativen Halbwelle des Wechselstromnetzes
ein Elektrolytkondensator aufgeladen, dessen Ladung bei der nachfolgenden positiven
Halbwelle über die Zündelektrode des einen Thyristors abgeleitet wird und diesen
Thyristor zündet. Dabei wird ein weiterer Elektrolytkondensator aufgeladen, der
in analoger Weise zu Beginn der folgenden negativen Halbwelle den zweiten Thyristor
zündet. Dieses Spiel wiederholt sich so lange wie das Steuersignal an der Schalteranordnung
anliegt. Wird bei dieser Anordnung im Verlaufe der positiven Halbwelle das Steuersignal
angelegt, dann erfolgt eine Zündung der Gleichrichteranordnung erst bei der nachfolgenden
positiven Halbwelle, weil dazwischen in der negativen Halbwelle der Zündkondensator
aufgeladen werden muß. Auch tritt eine Zündung des zweiten Thyristors zwangsläufig
ein. Es kann dadurch nach dem Anlegen des Steuersignals ein annähernd voller Wel-
lenzug
verlorengehen, während nach dem Abschalten des Steuersignals auf jeden Fall der
zweite Thyristor gezündet wird.
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Hierdurch kann besonders bei kurzen Impulspaketen ein erheblicher
Fehler auftreten. Außerdem enthält der Zündkreis Elektrolytkondensatoren, die aufwendige
Bauteile darstellen Außerdem können sich Kondensatoren über Rest ströme der angeschlossenen
Bauteile aufladen, so daß unbeabsichtigte Zündvorgänge nicht ausgeschlossen sind.
Schließlich erfolgt bei dieser Anordnung in jeder Halbwelle eine erneute Zündung
der Thyristoren, wodurch ein erhöhter Oberwellenanteil im Wechsel stromnetz entsteht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Impulspaket -Steuerschaltung
zu schaffen, bei welcher mit einfachen Schaltungsmitteln die Gleichrichteranordnung
nach dem Einschaltzeitpunkt der Steuerspannung beim nächstfolgenden Nulldurchgang
der Wechselspannung durchgeschaltet und nach dem Abschaltzeitpunkt beim nachfolgenden
Nulldurchgang gesperrt wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden
Merkmale des ersten Patentanspruchs.
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Bei einer Ausgestaltung gemäß der Erfindung wird vom Nulldurchgang
der Wechselspannung an auf den Steuereingang eines Triacs eine Gleichspannung geschaltet,
die mit dem Abschalten des Steuersignals ebenfalls abgeschaltet wird. Durch diese
statische Zündung wird der früheste und qünstigste Durchschaltpunkt für den Triac
und damit ein günstiges Verhalten bezüglich Oberwellen erreicht. Hierfür sind die
Zündung beeinflussende Kondensatoren nicht erforderlich. Auch ist dadurch sichergestellt,
daß das erforderliche Schaltsignal am Steuereingang des Triac nach dem Anlegen des
Steuersignals vom nachfolgenden Nulldurchgang der Wechselspannung an bis zum Ende
des Steuersignals vorhanden ist. Das Durchschalten
und Sperren des
Tiacs am jeweils der Einschalt- und Ausschaltflanke des Steuersignals folgenden
Nulldurchgang der Wechselspannung ist damit sichergestellt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen
angegeben.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand der -Schaltungsskizzen von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 eine Impulspaket - Steuerschaltung mit einem logischen
UND - Gatter und Figur 2 eine Ausführung einer Impulspaket - Steuerschal tung mit
konkreten Schaltelementen.
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Zwischen einem Mittelpunktsleiter MP und einem Phasenleiter Ph eines
Wechselstromnetzes ist eine Serienschaltung aus einem Triac 1 und einem Verbraucher
2 geschaltet.
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Gemäß Figur 1 ist die Steuerelektrode 3 des Triacs 1 an den Ausgang
eines logischen«UND - Gatter 4 angeschlossen, das zwei Eingänge aufweist. An einem
Eingang des UND - Gatters wird ein Steuersignal in Form eines Gleichstromimpulses
angelegt, dessen Dauer die Länge des aus abwechselnd positiven und negativen Halbwellen
gebildeten Impulspaketes am Verbraucher 2 bestimmt. Um dabei jedoch den Triac 1
nur im Nulldurchgang der anstehenden Wechselspannung zu schalten, ist zwischen die
Leiter MP und Ph ein Spannungsteiler aus Widerständen 6,7 geschaltet, dessen Abgriff-auf
den Eingang eines Inverters 8 geschaltet ist, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang
9 des UND - Gatters verbunden ist. Bei an-
liegender Steuerspannung
am Eingang 5 und beim Nulldurchgang der Wechselspannung wird über den Inverter 8
auch ein Signal auf den zweiten Eingang 9 des UND - Gatters 4 geschaltet. Dadurch
wird die Steuerelektrode des Triacs 1 an Spannung gelegt und bewirkt ein Durchzünden
des Triacs 1.
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Damit nach dem ersten Nulldurchgang der Wechselspannung das Signal
am Eingang 9 des UND - Gatters 4 nicht verschwindet, wird über einen Rückkopplungswiderstand
das Signal von der Steuerelektrode 3 des Triacs 1 auf den Eingang 9 des UND- Gatters
4 rückgekoppelt. Der Rückkoppelwiderstand 10 ist dabei so bemessen, daß beim Anliegen
eines Signals am Eingang 9 keine Durchsteuerung des Triacs 1 erfolgt, wozu auch
in Serie mit dem Rückkoppelwiderstand 10 eine entsprechend gepolte Diode geschaltet
sein kann.
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Am Ausgang des Inverters 8 steht so lange kein Ausgangssignal an,
wie an seinem Eingang ein seine Umschaltspannung überschreitender Wert anliegt.
Sofern der Inverter 8 hierbei nicht auf positive und negative Eingangsspannungen
reagiert, wird ihm eine Brückengleichrichterschaltung vorgeschaltet. So lange hierbei
über den Spannungsteiler 6,7, bei welchem der Widerstand 6 zur Flankenversteilerung
als Diac ausgebildet sein kann, am Eingang des Inverters 8 während der einzelnen
Halbwellen der Wechselspannung ein die Schaltspannung des Inverters 8 bberschreitensdes
Eingangssignal anliegt, steht am Eingang 9 des UND - Gatters 4 kein Signal an. Selbst
bei Anliegen eines Steuersignals am Eingang 5 des UND Gatters 4 wird somit während
des Ablaufs der einzelnen Halbwellen kein Ausgangssignal am UND - Gatter 4 und damit
kein Zündsignal an der Steueelektrode 3 des Triac 1 erzeugt. Ein Phasenanschnitt
ist dadurch ausgeschlossen. Erst wenn die Spannung am Eingang des Inverters 8 beim
Ubergang von einer Halbwelle in die andere Halbwelle der Netzspannung den Wert Null
durchläuft, wird ein kurzer Impuls auf den Eingang 9 des UND - Gatters 4 gegeben.
Liegt dabei gleichzeitig das Steuersignal,
über das die gewünschte
Länge des Impulspaketes bestimmbar ist, am Eingang 5 des UND-Gatters 4 an, dann
wird ein Zündsignal auf die Steuerelektrode 3 des Triac 1 gegeben-Dieses Zündsignal
wird über den Rückkopplungswiderstand 10-auf den Eingang 9 des UND-Gatters 4 rückgekoppelt
und bewirkt eine Selbsthaltung. Hierdurch wird ein dauernd anstehendes Zündsignal
an der Steuerelektrode 3 des Triacs 1 erzeugt, bis das Steuersignal am Eingang 5
des UND - Gatters 4 abgeschaltet wird.
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Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 2 ist an den Mittelpunktsleiter
MP der positive Pol einer Gleichstromquelle UB angeschaltet, deren Minuspol an Masse
gelegt ist. Über einen Transformator 12 und eine sekundärseitig daran angeschaltete
Brückengleichrichterschaltung 13, deren negativer Ausgang ebenfalls an Masse gelegt
ist, wird über den positiven Ausgang ein positives Impulssignal mit der doppelten
Netzfrequenz über einen Widerstand 14 auf die Basis eines NPN - Transistors 15 geschaltet.
Der Emitter dieses Transistors liegt an Masse während der Kollektor über einen Vorwiderstand
16 auf die Basis eines als Schalter vorgesehenen Sperrtransistors 17 und den Kollektor
eines Abschalttransistors 18 angeschaltet ist. Die Emitter der Transistoren 17,18
liegen am Mittelpunktsleiter NP. Der Kollektor des Sperrtransistors 17 liegt an
der Basis eines Schalttransistors 19, dessen Kollektor gegen Masse, dessen Emitters
über einen Schutzwiderstandltan die Steuerelektrode 3 des Triacs 1 sowie über einen
Begrenzerwiderstand 20 auf die Basis des Abschalttransistors 18 geschaltet ist.
An die Basis des Schalttransistors 19 ist gleichzeitig über einen Vorwiderstand
21 das Steuersignal zur Bestimmung der Impulspaketlänge anschaltbar, also die Anschaltdauer
des Verbrauchers 2 an volle Netzspannungswellen bestimmt.
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Die Transistoren 17, 18, 19 sind PNP - Transistoren. Das an der Basis
des Impulstransistors 15 anstehende Impulssignal, das aus aneinandergereihten, von
der Wechselspan-
nung abgeleiteten Halbwellen besteht, steuert die
Kollektor -Emitterstrecke des Impulstransistors 15 bereits bei sehr geringer Impuishöhe
in den leitenden Zustand. Dadurch gelangt ein Signal auf die Basis des Sperrtransistors
17, der dadurch in den leitenden Zustand gesteuert wird und die Basis des Schalttransistors
19 kurzschließt. Ein an den Vorwiderstand 21 gelegtes Steuersignal bewirkt somit
kein Duchschalten des Schalttransistors 19 während des Ablaufs der einzelnen Halbwellen,
so daß auch kein Zündsignal auf die Steuerelektrode 3 des Triac 1 gelangt. Erreicht
dagegen das Impulssignal an der Basis des Impulstransistors 15 beim Übergang von
einer Halbwelle zur anderen, also beim Nulldurchgang den Wert null, dann sperrt
der Impulstransistor 15 ebenso wie der Sperrtransistor 17. Durch diese kurzzeitige
Sperrung wird beim Anliegen eines Steuersignals der Schalttransistor 19 durchgesteuert
und gibt über den Schutzwiderstand 22 ein Gleichstromsignal auf die Steuerelektrode
3 des Triac 1. Gleichzeitig wird die Basis des Abschalttransistors 18 angesteuert,
so daß seine Emitter -Kollektorstrecke leitend wird und das beim folgenden Halbwellenzug
über den Impulstransistor 15 erzeugte Signal kurzschließt. Der Sperrtransistor 17
kann dadurch nicht mehr angesteuert werden, so daß der Schalttransistor 19 über
die Dauer des angeschalteten Steuersignals im leitenden Zustand verbleibt. An der
Steuerelektrode des Triac 1 steht somit ein Gleichstromsignal an, das eine wesentliche
Verminderung der Oberwellen im Wechselstromnetz mit sich bringt. Wird das Steuersignal
abgeschaltet, dann wird der Schalttransistor 19 ebenso wie der Abschalttransistor
18 gesperrt und die Steuerelektrode 3 des Triac 1 stromlos, so daß der Triac 1 beim
nächsten Nulldurchgang abschaltet. Der Triac 1 bleibt dann so lange gesperrt, bis
erneut ein Steuersignal angeschaltet ist und über den Impulstransistor 15 der danach
folgende
Nulldurchgang der Wechselspannung signalisiert wird. Die Transistoren 17, 18, 19
bilden dabei ein auf einen Eingang rückkoppeltes UND - Gatter mit zwei Eingängen,
während der Impulstransistor 15 als Inverter arbeitet.
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Außerdem kann der Impulstransistor 15 weggelassen werden, wenn der
Ausgang des Brückengleichrichters 13 mit umgekehrter Polung an den Vorwiderstand
16 angeschlossen wird.
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