DE19705907C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Leistungs­ steuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. von einer Vorrichtung zur Leistungssteuerung von elektrischen Verbrauchern zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Vorrichtungen zur Leistungssteuerung von elektrischen Verbrauchern, die an eine Wechselspannung, üblicherweise die Netzspannung angeschlossen sind, sind in vielfältiger Form bekannt und umfassen zumeist eine Phasenanschnitt­ schaltung, durch welche sich der Zündwinkel bei der dem Verbraucher zugeführten elektrischen Wechselgröße in gewünschter Weise verstellen läßt, wodurch die zugeführte Leistung geregelt werden kann.

Bekannt sind solche Phasenanschnittsteuerungen beispiels­ weise aus der DE 33 03 126 C2, die eine Vorrichtung zur Einschaltstrombegrenzung bei einer mit einer Phasenan­ schnittsteuerschaltung versehenen Motorsteuerung für den Antriebsmotor eines Staubsaugers betrifft, sowie bei­ spielsweise aus der DE 43 27 070 C1, in welcher eine Vorrichtung zur Regelung der Leistungsaufnahme eines Staubsaugers beschrieben ist, bei welcher über eine Phasenanschnittschaltung die dem den Staubsauger an­ treibenden Elektromotor zugeführte Wechselspannung auf einen solchen Wert geregelt wird, daß dieser dem Effek­ tivwert der Motorspannung entspricht. Die dabei jeweils verwendeten Phasenanschnitt-Steuerschaltungen enthalten üblicherweise einen Triac, der in Reihe mit dem elek­ trischen Verbraucher, in diesem Falle also Elektromotor, ans Netz geschaltet ist und den Elektromotor mit einer lückenden (Sinus)Spannung versorgt, je nach gewünschter Leistung.

Geht man von einer aus diskreten Bauelementen aufgebauten Schaltung für den Phasenanschnitt aus, wobei hier al­ lerdings beliebig hoch integrierte Realisierungsmöglich­ keiten bis zur reinen Mikroprozessorsteuerung denkbar und möglich sind, dann umfaßt die Phasenanschnittsteuerung im Ansteuerkreis für den Triac einen üblicherweise als Potentiometer oder Trimmer einstellbaren Widerstand sowie einen Ladekondensator zur Zündung des Triacs je nach eingestellten Widerstand, so daß durch entsprechende Verschiebung des Zündwinkels praktisch beliebige Zwi­ schenleistungen bis zum Vollwinkel auf Wunsch abrufbar sind.

Bei einer bekannten Motorsteuerschaltung (DE 27 02 142 A1) sind zwei jeweils für eine Stromrichtung gepolte Thyristoren vorgesehen, zueinander parallel mit dem zu steuernden Motor in Reihe geschaltet, wobei der eine Thyristor einer normalen Phasenanschnittsteuerschaltung zugeordnet ist, während der andere Transistor im Sinne einer Drehzahlregelung lastabhängig gesteuert wird. Da­ her ergibt sich für die Halbwelle einer Stromrichtung ein gewollter (manuell vorgegebener) Halbwellenanschnitt zur Drehzahleinstellung entsprechend der Stellung eines Potentiometers, während der für die andere Halbwelle, also Stromrichtung zuständige Thyristor einen lastbe­ dingten Drehzahlabfall ausgleicht, indem er stromabhän­ gig gesteuert wird. Hierdurch ergeben sich jeweils in­ nerhalb einer Vollwelle unterschiedliche Phasenan­ schnittwinkel, die aber nicht um einen vorgegebenen Zündwinkel bei aufeinanderfolgenden Vollwellen zeitlich nach vorn oder hinten verlagert variieren. Eine Oberwel­ lenreduktion ist durch ein solches Vorgehen nicht ge­ währleistet, weil eine Veränderung im Rhythmus unmittel­ bar aufeinanderfolgender positiver und negativer Halb­ wellen einer gegebenen Welle erfolgt und weil eine Lang­ zeitvariation im Zündwinkel lediglich bei der einen Halbwelle lastabhängig erfolgt, also in einem um Größen­ ordnungen unterschiedlichen Zeitmuster.

In vergleichbarer Weise wird bei einer Vorrichtung zur Einstellung eines Antriebdrehmomentes oder einer Dreh­ zahl eines Elektromotors (DE 195 36 148 A1) eine Kombi­ nation aus einer Phasenanschnittsteuerung und einer Halbwellensteuerung eingesetzt, wobei zunächst lastab­ hängig mit größer werdendem Zündwinkel ausschließlich die Phasenanschnittsteuerung über einen vorgegebenen Zündwinkelbereich, anschließend ausschließlich die Halb­ wellensteuerung eingesetzt wird, bei der je nach erfor­ derlicher Leistung eine oder mehrere Halbwellen der Speisespannung vollständig ausgeblendet werden.

Steigt der Zündwinkel über einen vorgegebenen Wert an oder ergeben sich bei bestimmten Zündwinkeln zu große Motorvibrationen, die von einem Vibrationsfühler erfaßt werden, dann wird der Motor so angesteuert, daß in einer Kombination aus Phasenanschnittsteuerung und Halbwellen­ steuerung der Motor mit einer vorgegebenen Anzahl von Vollwellen gespeist wird, die sich abwechseln mit einer vorgegebenen Anzahl von im Sinne einer Phasenanschnitt­ steuerung angeschnittenen Vollwellen. Eine Variation der Zündwinkel zeitlich nach vorn und rückwärts verlegt um einen vorgegebenen Sollwinkel ist nicht angesprochen. Das Ganze verläuft so, daß anfänglich, ausgehend vom Stillstand, der Motor ausschließlich mittels der Phasen­ anschnittsteuerung in seiner Drehzahl hochgesteuert wird; anschließend wird automatisch zunächst ausschließ­ lich auf eine geräuschärmere Halbwellensteuerung umge­ schaltet, wobei das Halbwellenmuster, welches ganzzahli­ ge Züge von Halbwellen aufweist, unterbrochen von voll­ ständig gesperrter Stromzufuhr, dieselbe Drehzahl wie der Phasenanschnitt erbringt.

Erst bei einer weiteren Erhöhung der Drehzahl wird dann unter kontinuierlicher Änderung des Zündwinkels eine An­ zahl von Halbwellen mit der Phasenanschnittsteuerung ad­ ditiv zu dem Halbwellenmuster an die Wicklung des Motors geschaltet. Erreicht der Zündwinkel einen Grenzwinkel, dann wird die Zahl der Halbwellen im Halbwellenmuster entsprechend der gewünschten Drehzahl erhöht, während die Zahl der angeschnittenen Halbwellen nach der Phasen­ anschnittsteuerung zurückgesetzt wird. Hinweise auf das Oberwellenverhalten bzw. die Möglichkeit einer Reduzie­ rung von Oberwellen ergeben sich nicht.

Gerade im Zusammenhang mit Oberwellen ist es jedoch ein derzeit stärker in den Vordergrund rückendes Problem, daß die solchen Steuerschaltungen innewohnende Erzeugung von Oberwellen zu einer erheblichen Oberwellenverseu­ chung des Netzes führt, die bisher auch nicht durch ein­ fache Mittel überwunden werden konnte. Zurückzuführen ist dies auf immer höher ausgelegte mögliche Maximallei­ stungen elektrischer Verbraucher, die dann durch gleich­ zeitig eingesetzte Phasenanschnittschaltungen wieder herabgeregelt werden, wobei im folgenden zum besseren Verständnis von der Leistung eines Staubsaugermotors beispielhaft ausgegangen werden soll, obwohl es sich versteht, daß die Erfindung auf jeden beliebigen elek­ trischen Verbraucher anwendbar ist.

Allgemein entstehen Oberwellen, wenn keine sinusförmige Stromaufnahme vorliegt, deren Frequenz identisch ist mit der Netzfrequenz. Im Falle des elektrischen Universalmo­ tors entstehen zunächst Oberwellen hauptsächlich als un­ geradzahlige Harmonische, die in erster Näherung auf die quadratische Abhängigkeit zwischen Strom und Spannung zurückzuführen sind. Zusätzliche Oberwellen entstehen durch die Phasenanschnittsteuerung selbst, die im übri­ gen besonders dann stark ausgeprägt sind, wenn sich der Zündwinkel bei etwa 90° befindet, wenn also durch ent­ sprechende Zündung die Stromdurchlässigkeit des Reihen­ triacs in etwa in der Mitte der jeweiligen Halbwelle er­ folgt.

Die erwähnte Grenze des zulässigen Oberwellengehalts wird durch staatlich regulierte Vorschriften festgelegt und wird für den europäischen Bereich durch die soge­ nannte EMV-Norm repräsentiert und die insofern auch eine Leistungsgrenze der zulässigen Motorleistung, die in nu­ merischen Werten ausdrückt bei etwa 1200 bis 1400 W liegt, vorgibt, wenn man allgemein übliche elektrische Motoren mit den bekannten Phasenanschnittsteuerungen zu­ grunde legt.

Die sich durch diese Grenze ergebenden Probleme sind nur unter Einsatz hoher Kosten zu umgehen oder zu bekämpfen, wobei die Messungen üblicherweise bei einem Phasenwinkel von 90° und bezogen auf 16 aufeinanderfolgende Vollwel­ len durchgeführt werden, während welcher Zeit der Ober­ wellengehalt einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten darf.

Es ist daher auch bekannt, dieses Problem dadurch zu um­ gehen, daß man auf der Hardwareseite, nämlich auf Seiten des Elektromotors, einen Motor mit zwei Feldwicklungen verwendet, dessen eine Feldwicklung für eine Leistungs­ abgabe bis beispielsweise maximal 1400 W zur Verfügung steht, die über eine Phasenanschnittsteuerung bei gerade noch zulässigem Oberwellengehalt betrieben werden kann, während bei einer stärkeren Leistungsanforderung dann über geeignete Schaltungsmittel (Mikroschalter) auf die andere Feldwicklung übergegangen wird bei vollständigem Herausschalten der Phasenanschnittsteuerung, wodurch dann die volle Leistung mit der zweiten Feldwicklung, die beispielsweise bei 1800 W liegen kann, im durchge­ henden Vollwellenbetrieb, also ohne Phasenanschnitt­ steuerung, erreicht werden kann. Hierdurch entfällt dann natürlich der auf den Phasenanschnitt zurückgehende Oberwellengehalt gänzlich.

Solche bauaufwendigen Maßnahmen erfordern erhebliches zusätzliches Material mit entsprechenden hohen Kosten, nicht zuletzt auch Montagekosten, und machen gerade dann einen Verzicht auf die Phasenanschnittsteuerung erfor­ derlich, wenn diese im Bereich der Abgabe der Höchstlei­ stung unter Umständen zur feinfühligen Anpassung beson­ ders erwünscht wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, hier Ab­ hilfe zu schaffen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs- Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrau­ chern zu schaffen, um mit nur geringen schaltungstechni­ schen Änderungen der die Spannungsversorgung des Ver­ brauchers steuernden Phasenanschnittschaltung eine dra­ stische Reduzierung des Oberwellengehaltes zu erreichen, so daß es möglich ist, auch höhere abzugebende Leistun­ gen, beispielsweise bis 1800 W, um hier eine numerische Zahl zu nennen, innerhalb des vorgegebenen Oberwellen­ grenzwertes sicher zu beherrschen.

In einem anderen Zusammenhang sind ferner Spielarten von Direktumrichtern bekannt (DE 27 02 142 A1 und DE 195 36 148 A1), bei denen Wechsel- oder Drehstromsteller so an­ gesteuert werden, daß der Phasenanschnittwinkel im Rhythmus einer Frequenz unterhalb der Netzfrequenz vari­ iert wird. Ziel der Variation ist allerdings die Erzeu­ gung einer Subharmonischen, mit der der gespeiste Dreh­ feldmotor dann mit einem Bruchteil der Nenndrehzahl lau­ fen soll.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß durch die bewußte Herbeiführung einer Unsymmetrie im Zündwinkel zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden, aber nicht notwendigerweise unmittelbar aufeinanderfolgender Vollwellen geradzahlige Harmonische nur langsam an­ wachsen, ungeradzahlig Harmonische jedoch stark redu­ ziert werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung lösen daher die genannte Aufgabe jeweils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4.

Durch diese Variation oder Einführung einer Unsymmetrie, was mit anderen Worten bedeutet, daß angewandt auf das spezifische Ausführungsbeispiel der Leistungsschalter (Triac) bevorzugt auf kontrollierte Art unregelmäßig gezündet wird, ergibt sich der Vorteil, daß sich ent­ stehende Harmonische zum Teil selbst wieder aufheben und es daher trotz Beibehaltung der Phasenanschnittsteuerung bis zur maximalen Leistung hin möglich ist, innerhalb des vorgegebenen Grenzwertes beispielsweise der EMV-Norm zu verbleiben, obwohl, worauf auch hingewiesen werden soll, der auf den Universalmotor selbst zurückgehende Anteil an Oberwellen hierdurch nicht beeinflußbar ist und im Grunde auch niemals beeinflußt werden kann, da er auf die Bauart eines Elektromotors schlechthin (Eisengehalt) zurückzuführen ist.

Es ist daher möglich und besonders vorteilhaft, daß durch im Grunde nur geringfügige weitere Maßnahmen, die im Schaltungsbereich der Phasenanschnittsteuerung liegen, und daher vergleichsweise kostengünstig zu realisieren sind, gerade z. B. auch für im Haushaltsbereich liegende übliche elektrische Antriebsmotoren ein erheblicher zusätzlicher Leistungs­ zuwachs ermöglicht wird, innerhalb des vorgeschriebenen Oberwellengehalts der EMV-Norm und ohne daß es größerer Änderungen der Gesamtkonsumtion bedarf, so daß durch die Erfindung ein entscheidender Vorteil durch den Einsatz nur geringer Mittel erreicht wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Lösung möglich.

Besonders vorteilhaft ist die Anordnung eines zusätzli­ chen parallelen Widerstandes im Ansteuerkreis für den Triac, wodurch dessen potentiometrischer Widerstand eine (periodische) Änderung erfährt, und wobei dieser zusätz­ liche Widerstand so im Rhythmus der aufeinanderfolgenden Vollwellen gesteuert wird, daß sich in einer ersten Vollwelle ein um einen vorgegebenen Zündwinkelwert nach vorn, also in Richtung größerer Leistungsabgabe, ver­ legter Zündwinkel und in einer darauffolgenden Vollwelle ein zeitlich nach hinten verlegter Zündwinkelwert, also in Richtung auf geringere Leistungsabgabe ergibt, je nachdem, ob der parallele Widerstand in dieser Voll­ wellenperiode zugeschaltet oder abgeschaltet ist.

Allerdings sei hier nochmals darauf hingewiesen, daß dies lediglich eine besonders vorteilhafte Realisierung einer Phasenanschnittschaltung betrifft und die angesprochene Möglichkeit der Zündwinkelvariierung durch eine Vielzahl anderer Maßnahmen in hochintegrierter, teilhybrider und diskreter Schaltungstechnik erreichen läßt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung nach Aufbau und Wirkungsweise im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den zeitlichen Verlauf einer Verbraucher- Speisewechselspannung, wobei bei lückendem Betrieb durch die Phasenanschnittschaltung erkennbar ist, daß, wie in durchgezogener Linienführung gezeigt, der tatsächliche Zünd­ winkel in einer Vollwelle zu früh und in der nachfolgenden Vollwelle zu spät liegt, ver­ glichen mit dem Sollwert des Zündwinkels α;

Fig. 2 den Verlauf des Differenzwinkels 6 über dem Sollwert des Zündwinkels α und

Fig. 3 ein mögliches und auch bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel einer Phasenanschnittschaltung in diskreten Bauelementen, zur Reduzierung des Oberwellenanteils bei elektrischen Verbrau­ chern.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Betrachtet man zunächst den im Grundsatz sinusförmig im Verlauf beispielsweise einer Speisewechselspannung für einen elektrischen Verbraucher, dann läßt sich dem Diagramm der Fig. 1 entnehmen, daß an der ersten Voll­ welle (siehe jeweils die dick durchgezogene Linienfüh­ rung) ein kleinerer tatsächlicher Zündwinkel α' vorhanden ist, verglichen mit dem Zündwinkel α" in der zweiten Vollwelle, die sich daher um den Differenzwinkel δ unterscheiden.

Mit anderen Worten bedeutet dies, daß in der ersten Vollwelle bei kleinerem α' mit eher großer, eigentlich mit zu großer Leistung gefahren wird, während in der zweiten Vollwelle mit dem zu großen Zündwinkel α" mit kleiner, und zwar zu kleiner Leistung gefahren wird, immer bezogen auf den tatsächlichen Leistungsanspruch, der durch den Sollwert-Zündwinkel α gegeben ist, der bei diesem Ausführungsbeispiel der Einfachheit halber bei 90° liegen soll und der natürlich selbst, z. B. durch äußeren Eingriff, wieder verstellbar ist.

Daher liegt bei diesem Ausführungsbeispiel der erste Zündwinkel α' bei 60° und der zweite Zündwinkel α" bei 120°; der Differenzwinkel δ beträgt somit 60°.

Diese Variation oder Unsymmetrie des Zündwinkels in nacheinander ablaufenden Vollwellen (nicht notwendiger­ weise unmittelbar aufeinanderfolgender Vollwellen) der den Verbraucher speisenden Wechselspannungsgröße beruht auf der weiter vorn schon erwähnten Erkenntnis, daß dann, wenn eine solche Unsymmetrie des Zündwinkels nicht zwischen positiver und negativer Halbwelle einer Voll­ welle, sondern zeitlich zwischen zwei aufeinanderfolgen­ den Wellen erzeugt wird, die geradzahligen Harmonischen langsam anwachsen und die ungeradezahligen stark redu­ ziert werden. Dies kommt gerade der Leistungssteuerung bei einem Elektromotor entgegen, der von sich aus schon eher ungeradezahlige Harmonische erzeugt, die sich durch Schaltungen, wie eben schon erwähnt, natürlich nicht beeinflussen lassen. Insgesamt wird hierdurch aber durch die aufeinanderfolgenden Unsymmetrien der Zündwinkelver­ teilung in Abweichung vom Sollwert des Zündwinkels α der Gesamtoberwellengehalt soweit herabgesetzt, daß den Grenzwertbedingungen der erwähnten Vorschriften Genüge getan werden kann.

Dabei ergibt sich natürlich keine Abweichung von dem gewünschten Leistungsollwert des Verbrauchers, da die tatsächlichen Zündwinkel α', α" um den Sollwert des Zündwinkels herum variieren, nämlich einmal nach der einen und zum anderen nach der anderen Seite, also sozusagen mit Vorzündung und mit Nachzündung arbeiten, wobei der Zündwinkelversatz, also der Differenzwinkel δ bevorzugt, z. B. bei einem angenommenen Sollwert des Zündwinkels α von 90° maximal, beispielsweise 60° betragen sollte, wie der Diagrammverlauf der Fig. 2 zeigt. Bei Annäherung an die maximale Leistung, d. h. je kleiner der Sollwert des Zündwinkels α selbst wird und im äußersten Fall bei einem Zündwinkel α von 0°, wenn gar kein Phasenanschnitt mehr erfolgt, ist natürlich auch der Differenzwinkel δ = 0. In diesem Fall wird die Zündwin­ kelvariation aber auch nicht mehr benötigt, da durch die Phasenanschnittschaltung im wesentlichen keine Oberwellen mehr erzeugt werden. Gleiches trifft auf die Leistungs­ abgabe 0, also maximalen Sollwert des Zündwinkels α zu. Auch in diesem Falle, wenn also der Reihentriac bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Phasenanschnitt­ schaltung gar nicht mehr öffnet, ist der Differenzwinkel δ ebenfalls gleich Null (siehe hierzu den Kurvenverlauf der Fig. 2).

Anschaulich läßt sich das durch die Erfindung gefundene Prinzip so verstehen, daß in der Vollwelle mit großem Zündwinkel (entsprechend kleiner Leistung) die dritte Harmonische klein und in der Phase zum Nulldurchgang hin verschoben ist. In der Vollwelle mit kleinem Zündwinkel (entsprechend großer Leistung) ist die dritte Harmonische zwar kräftig, jedoch in der Phase in umgekehrter Richtung verschoben, so daß sich die zwei dritten Harmonischen, die aus den beiden Vollwellen mit unterschiedlichem Zündwinkel von jeweils α' und α" resultieren, zum Teil selbst aufheben können. Für die anderen Harmonischen können ähnliche Betrachtungen angestellt werden, die aber im Vergleich zur dritten Harmonischen weniger bis unbedeutend sind.

Meßbeispiel

An einem Versuchsaufbau mit einem Motor mit einer Leistung von 1200 W ergab sich bei einem Sollwert- Zündwinkel α von 90° eine ursprüngliche dritte Harmoni­ sche von 2,3 A. Durch einen Zündwinkelversatz von 45° jeweils nach vorn und nach hinten, d. h. beispielsweise von einem α' von 45° und einem α" von 135° ergab sich eine Reduzierung dieser dritten Harmonischen von den erwähnten 2,3 A auf 1,5 A, wobei der Motor selbst unter voller Last eine dritte Harmonische von 1,3 A verursach­ te. Gleichzeitig wuchs die vierte Harmonische von ca. 50 mA auf 300 mA an, verblieb also selbst schon in diesem Bereich eher unbedeutend.

Diese Messungen verifizieren eine durchaus drastische Abnahme des Oberwellen-Gesamtgehalts allein durch die durch die Erfindung gewährleistete Zündwinkelvariation, die sich in einfacher Weise wie im folgenden beschrieben realisieren läßt.

Schaltungsaufbau mit Zündwinkel-Unsymmetrie

Entsprechend Fig. 3 sind als übliche Bestandteile einer Phasenanschnittsteuerung der Verbraucher M als Elek­ tromotor und der in beiden Halbwellen leitend schaltbare Reihentriac zum Motor M mit T angegeben.

Im Ansteuerkreis des Motors befindet sich neben dem üblichen Kondensator C ein entsprechendes Reihenpotentio­ meter P, wobei vom Verbindungspunkt des Kondensators C und des Reihenpotentiometers P über einen Diac D und einen Reihenwiderstand R die Ansteuerung des Triac-Gates erfolgt.

Parallel zum Widerstand des Potentiometers P ist ein weiterer Widerstand R1 geschaltet, der in Reihe mit einem Schalter S liegt, der im geschlossenen Zustand den parallelen Widerstand R1 zum Widerstandswert des Poten­ tiometers P wirksam werden läßt bzw. im geöffneten Zustand herausschaltet.

Angesteuert wird der Schalter S. der ein beliebiger elektronischer, vorzugsweise transistorisierter schneller Schalter sein kann, in diesem Falle von einem Flipflop FF, welches an seinem Eingang E über einen Widerstand R3 mit der halben Netzfrequenz periodisch umgeschaltet wird; die Speisung des Flipflops FF erfolgt über die Reihen­ schaltung eines Widerstandes R2 mit einer Diode D1.

Wie bekannt erfolgt bei einer normalen Phasenanschnitt­ steuerung unabhängig von der Polarität und der Zeit bei einem bestimmten Winkel die Zündung des Triacs, wobei sich der Zündwinkel durch die Einstellung des Potentiome­ ters verändern läßt. Durch die zusätzliche periodische Veränderung dieses Widerstands des Potentiometers P mit der halben Netzfrequenz (beim Ausführungsbeispiel also 25 Hz, wenn eine deutsche oder europäische Netzfrequenz von 50 Hz zugrunde gelegt wird) läßt sich erreichen, daß der Parallelwiderstand R1 in der einen Vollwelle bei ge­ schlossenem Schalter dem leistungsstellenden Potentiome­ ter P parallel liegt und in der nächsten Vollwelle bei geöffnetem Schalter wieder herausgeschaltet ist. Dies führt zu einer entsprechenden periodischen Änderung des Widerstandswerts des Potentiometers P und einer ent­ sprechenden Verlagerung des Zündwinkels α zeitlich nach vorn oder hinten auf die Werte α' bzw. α" wie in Fig. 1 gezeigt, wodurch der gewünschte Zweck erreicht ist. Dabei wird das Flipflop FF durch die halbe Netzfrequenz im positiven Nulldurchgang getriggert.

Es wird nochmals darauf aufmerksam gemacht, daß die Erfindung durch dieses anhand der Zusammenstellung von diskreten Bauelementen erläuterte Ausführungsbeispiel einer Phasenanschnittschaltung nicht eingeschränkt oder der erfinderische Rahmen vorgegeben wird, sondern die Erfindung kann durch beliebige schaltungstechnische Maßnahmen realisiert werden und auch in hochintegrierter Form etwa anhand eines schnellen Mikroprozessors reali­ siert werden. Es ist auch möglich, jeweils auf den Anwendungszweck bezogen, eine größere Anzahl von Voll­ wellen mit einem vorgegebenen ersten Wert eines Zündwin­ kels α' zu steuern und erst nach Ablauf von einigen Vollwellen auf den zweiten, in der entgegengesetzten Richtung zum Sollwert des Zündwinkels versetzten Zündwin­ kel überzugehen, wobei empirische Versuche gut geeignet sind um festzustellen, ob und in welcher Weise der jeweils angesteuerte Verbraucher hierdurch beeinflußt wird, beispielsweise durch Änderung der von ihm abgegebe­ nen Geräuschentwicklung, Flackern bei Lichtbänken u. dgl.. Es versteht sich auch, daß keine Beschränkung auf die jeweiligen vorhandenen oder von den Versorgungswerken zur Verfügung gestellten Netzfrequenzen erforderlich ist; nötigenfalls kann mit anderen Frequenzen, mit Frequenz­ verdoppelung u. dgl. gearbeitet werden, soweit sich dies als sinnvoll erweist, auch ein Bereich der Ansteuerung der Zeitkonstantenansteuerung für die Triac-Zündung. Hier könnte im übrigen auch mit jedem beliebigen, technisch noch sinnvollen zeitlichen Verteilungsmuster, gegebenen­ falls auch stochastischer Natur, gearbeitet werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern, insbesondere Elektromotoren, elektrische Universalmotoren zum Betrieb von Elektrogeräten, Küchengeräten, Staubsaugern u. dgl., von ohmschen Verbrauchern wie Elektroheizungen o. dgl., durch Änderung des Phasenanschnitts der dem Verbraucher zugeführten elektrischen Wechselgröße, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung des Oberwellengehalts der das Ausmaß des Phasenanschnitts bestimmende Zündwinkel (α', α ") bei aufeinanderfolgenden Vollwellen um den vorgegebenen, der gewünschten Leistungsaufnahme entsprechenden Sollwert (α) des Zündwinkels herum abwechselnd nach größeren und nach kleineren Werten variiert wird, derart, daß bei gleichzeitigem langsamen Anwachsen geradzahliger Harmonischer ungeradzahlige Harmonische stark reduziert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer ersten Vollwelle der tatsächliche Zündwinkel (α1) gegenüber dem Sollwert des Zündwinkels (α) in beiden Halbwellen kleiner und bei einer unmittelbar darauffolgenden Vollwelle der tatsächliche Zündwinkel (α") gegenüber dem Sollwert-Zündwinkel (α) um annähernd den gleichen Betrag größer ist, wodurch sich die durch die Phasenanschnittsteuerung selbst erzeugten dritten Harmonischen mindestens teilweise selbst aufheben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächliche Zündwinkelva­ riation in zeitlich aufeinanderfolgenden Vollwellen auch stochastisch mit hoher Wahrscheinlichkeit gegenläufiger Entwicklungen innerhalb weniger Vollwellen durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern, insbesondere Elektromotoren oder elektrischen Universalmotoren zum Betrieb von Elektrogeräten, Küchengeräten, Staubsaugern, von ohm'schen Verbrauchern wie Elektroheizungen u. dgl., wobei durch die Leistungssteuerung eine Änderung des Phasenanschnittwinkels der dem Verbraucher zugeführten elektrischen Größe vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine den tatsächlichen Zündwinkel (α', α ") um den Sollwert (α) des Zündwinkels der gewünschten Leistungsaufnahme variierende Steuerschaltung vorgesehen und so ausgebildet ist, daß innerhalb weniger Vollwellen der Zündwinkel (α', α ") abwechselnd nach größeren und nach kleineren Werten verändert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 6, mit einem in Reihe zum Verbraucher geschalteten Triac, dem pro (direkt) aufeinanderfolgender Vollwellen der zum Verbraucher zu schaltenden Versorgungsspannung unterschiedliche Zündwinkelsignale zugeführt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Triac (T) ein Zündwinkel- Steuergerät zugeordnet ist, welches bei unmittelbar oder zeitlich im nahen Abstand aufeinanderfolgenden Vollwellen der den Verbraucher speisenden elek­ trischen Wechselgröße dem Triac tatsächliche Zünd­ winkelsignale (α', α ") zuführt, die gegenüber dem Sollwert des Zündwinkels (α) bei einer vorgegebenen Leistungsabgabe zeitlich nach vorn oder hinten um vorzugsweise gleiche Winkeldifferenzbeträge versetzt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem einstellbaren Widerstand (Potentiometer P) im Ansteuerkreis (Potentiometer P und Kondensator C) des Triacs (T) ein mit der halben Netzfrequenz schaltendes Kippglied (Flipflop FF) zugeordnet ist, welches mittels eines Schalters (S) dem leistungsstellenden Potentiometer (P) einen Widerstand (R1) vorgegebener Größe in der einen Vollwelle parallelschaltet und in der nächsten oder in einer der nächstfolgenden Vollwellen durch Öffnung des Schalters wegschaltet.