DE2214857A1

DE2214857A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur annähernd stetigen Regelung mittels eines elektrischen Zweipunktreglers

Info

Publication number: DE2214857A1
Application number: DE19722214857
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-El.-Ing. Dr. Jona; Dorsch Dieter Ebnat-Kappel; Dosch (Schweiz)
Original assignee: Heberlein and Co AG
Current assignee: Heberlein and Co AG
Priority date: 1971-04-05
Filing date: 1972-03-27
Publication date: 1972-10-19
Also published as: IT952395B; FR2132048B1; GB1389684A; CH530049A; FR2132048A1

Description

Willy Loren*

8035 Gautlng O 0 1 / Q C 7

Hubertusse 83* Ll UOD/

27.f8arz 1972 Heberlein & Co AG, 9630 WattWil (Schweiz)

Verfahren und schaltungsanordnung zur annähernd stetigen Regelung mittels eines elektrischen Zweipunktreglers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur annähernd stetigen Regelung einer Regelstrecke mittels eines elektrischen Zweipunktreglers, welcher einen Jeweils für eine Halbwelle der als Stellgrösse vorgesehenen Betriebsspannung durch Steuerimpulse mit einer über einem bestimmten Schwellwert liegenden Amplitude aktivierbaren elektrischen Schalter, aufweist, sowie einem Fühler zur Beeinflussung der Amplitude der Steuerimpulse in Abhängigkeit von der Kegelabweichung und eine schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens. Es sind Regelverfahren bekannt, bei welchen ein an Wechselspannung betriebener Thyristor durch Steuerimpulse beaufschlagt wird, deren Amplitude durch den Fühler des Regelkreises derart bestimmt wird, dass lediglich beim Auftreten einer Regelabweichung ein Zünden des Thyristors und •fein Stroinfluss durch da« von diesem versorgte Stellglied eriolgt«. Trotz ues Vorteils, welcher diesem Verfahren insbesondere infolge de-r Ermöglichung einer berührungslose«

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Steuerung des Thyristors durch den Fühler innewohnt, hat es eich als wünschenswert erwiesen, die Ueberschwingneigung und Totzeiten aufweisende Zweipunkt-Regelung (On-Off Betrieb) bei Beibehaltung der Impulsansteuerung des als Schal« ter arbeitenden Thyristors in eine annähernd stetige Regelung umzuwandeln»

Erfindungsgemäsa wird dies auf einfache Weise dadurch gelöst, dass der Schwellwert für die Aktivierung des Schalters periodisch zwischen einem Mindest- und einem Höchstwert schwankend ausgesteuert wird.

Dabei fuhrU bei geringer werdender Regelabweichung perio-

fühler

disch von den vom/beeinflussten Steuerimpulsen eine ebenfalls abnehmende Anzahl von Steuerimpulsen zur Zündung des Thyristors, so dass der Energieinhalt der geschalteten elektrischen Wechselgrössen stetig geregelt wird, ohne dass der schaltungsmässige Aufwand wesentlich erhöht und die . hochfrequenten Störungen einer Anschnittsteuerung auftreten würden.

Erfindungswesentlich ist dabei ganz allgemein der Vergleich der Steuerimpulse mit einem periodisch schwankenden wert, welcher vorteilhaft fUr rfie Schwellwertveränderung des Schalters Verwendung findet. Dabei ist es jedoch nicht wesent?. .Ich, ob im praktischen Ar.wendun9r.fall regelmässig ujjf r dt λ £"hw< .!.iwert oöer inter dom Schwc-llwerl liegende Impulse Luc σ;ί ο Aktivierung des Schaltern he

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werden. Ebenfalls kann es vorgesehen werden, den Schwellwert periodisch vom Mindest- sum Höchstwert ansteigen zu lassen.oder aber diesen jeweils von Höchst- «um Mindestwert au reduzieren.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich besonders einfach mittels einer Schaltungsanordnung dadurch realisieren, dass eine steuerschaltung zur Abgabe von Schaltimpulsen an den Schalter vorgesehen ist» deren einer Eingang mit den fühler verbunden ist und deren anderer Eingang von einem Generator, vorzugsweise einem Sägezahngenerator, mit periodisch alternierender Spannung beaufschlagt wird, und dass die Steuerschaltung derart ausgelegt ist, dass den Schal-'ter aktivierende Impulse ausschliesslich beim Anliegen von Fühler-Impulsen mit einer bestimmten Mindest-Aroplitude, deren Grenzwert von Jeweiligen Augenblickswert der Generator-Spannung bestimmt wird, abgegeben werden, wobei zweckmässigerweise der schalter ein Thyristor ist, dessen Steuerelektrode mit dem Ausgang der Steuerschaltung ver- * bunden ist.

Bei einer derartigen Schaltungsanordnung mit piner Trigger-

t * *· schaltung zur Impulserzeugung, welche derart an die Steuer schaltung gekoppelt ist, dass der Kopplungsgrad durch den Fühler in Abhängigkeit von der Regelabweichung bestimmt wird, lässt »ich die periodische Schwellwertveränderung besonders einfach d&nn erreichen, wenn die steuerschaltung ein Verstärker, vorzugsweise ein Transistorverstärker ist,

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für dessen periodisch schwankende Spannungsversorgung der Sägezahngenerator vorgesehen ist· Eine weitgehende Regelungckonetanz auch bei Spannungeschwankungen lässt sich erfindungsgeraHss dadurch erreichen, dass die Triggerschal-· tungen und der Sägezahngenerator an die gleiche Spannungsquelle angeschlossen sind, so dass beim Absinken der Versorgung sspannung gleichzeitig mit dem Absinken der Triggerimpulse eine derartige Reduzierung der Sägezahnspannung eintritt, dass die Impulsverringerung durch Schwellwerti.nhebung des Transistorverstärker kompensiert wird.

Oer Erfindungsgegenstand gewährleistet damit auf einfachste Weise eine stetige Regelung ohne Ueberschwingen und Totzeiten, wobei insbesondere auch die neue Kombination und Unterkombination der anwendung findenden Merkmale wesentlich ist·

Die Erfindung ist im folgenden in einem AusführungsbeispieX anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemMsaen Schaltungsanordnung, '

Fig· 2 ein Diagramm der wesentlichen Spannungs- und Stromverläufe und

Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild einwr /r.ordnung η? L der. J-ierkmülcr· der Eriindunq.

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Figur 1 ist ein Brückengleichrichter 2 über einen widerstand !,welcher das Stellglied darstellt, an eine nicht dargestellte Spannung«quelle angeschlossen. Der Brückengleichrichter 2 liefert die Betriebsspannung für Sägezahngenerator 3, Impulsgeber 4 sowie Steuerschaltung und ist durch Thyristor* 6 derart überbrückt, dass bei dessen Zünden der widerstand 1 von einem Strom entsprechender Höhe durchflossen wird.

Der Impulsgebor 4 liefert zu Beginn jeder Halbwelle Impuls« an die Steuerschaltung 5, deren Amplitude durch Fühler 7 bestimmt wird. Sofern die3e Impulse Über einem bestimmten ' Schwellv/ert liegen, werden durch die Steuerschaltung 5 jeweils Zündimpulse an den Thyristor 6 abgegeben. Die Höhe des Schwellwertes wird dabei durch die /Oigenblicksspannung des Sägezahngenerator 3 bestimmt, wobei mit zunehmender Generatorspannung der Schwellwert angehoben wird, so dass zum Beispiel Impulse geringer Amplitude zu Beginn des Sägez.öhns noch ein Zünden des Thyristors 6 bewirken, mit ansteigender Generatorspannung jedoch unterdrückt werden. Diese Zusammenhänge sind in Figur 2 zeitabhängig dargestellt, wobei deutlich ersichtlich wird, dass die Anzahl der durch den widerstand 1 fliessenden Stromhalbwellen mit kleiner werdenden Impulsen - also abnehmender Regelabweichung - kontinuierlich sinkt, womit eine annähernd stetige Regelung yewiihcielstet ist.

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Figur 3 zeigt ein schaltbild einer derartigen Anordnung, bei welcher der Impulsgeber 4 durch einen, die komplementären Transietaren 10 und 11 sowie Zenerdiode 12 aufweisenden Schmitt-Trigger gebildet wird, widerstände 2Q, 21,

22 dienen der Vorspannungserzeugung, während Kondensator

23 die Spannungsversorgung während den Nulldurchgängen der Versorgungsspannung Übernimmt· Öle vom Schmitt-Trigger erzeugten Ausgangsimpules werden Über Primärwicklung 13a und Sekundärwicklung 13b eines Transformator8 13 an Ein- , gangswiderotand 25 der Steuerschaltung 5 weitergegeben, wobei der Kopplungsfaktor des'Transformators 13 dutch den nicht dargestellten Fühler des Regelkreises beeinflusst wird. Der sägezahngenerator 3 weist als seitbestimmendes Bauteil einen Kondensator 14 sowie eine Vierschichtdiode 15 auf, welche die Basis von Transistor 16 über Vorwiderstands-Korabination' 24 derart ansteuern, dass ein periodischer Sägezahnimpuls an den Kollektor des Transistors 17 der Steuerschaltung 5 abgegeben wird. Diese periodische ' Anhebung des Kollektorpottntials bewirkt jaw«ils ein Sinken des Ausgangssignals über Widerstand 26 bei gleichem Eingangssignal, so dass die durch den ale Trennstufe geschalteten Transistor 18 über Spannungsteiler 19 an den Thyristor 6 abgegebenen Zündiinpulse mit steigender Sägezahnspannung bis unter den zur Zündung erforderlichen Grenzwert absinken. Kondensator 27 gewährleistet dabei die Spannungsversorgung der Steuerschaltung 5 nach dem Durchschalten des Schmitt-Trigger3.

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Claims

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Patentansprüche

l.J Verfahren zur annähernd stetigen Regelung einer Regelstrecke mittels eines elektrischen Zweipunktreglers, welcher einen jeweils für eine Halbwelle der als Stellgrösse vorgesehenen Betriebsspannung durch Steuerimpulse mit einer über einem bestimmten Schwellwert liegenden Amplitude aktivierbaren elektrischen Schalter aufweist, sowie einen Fühler zur Beeinflussung der Amplitude der Steuerimpulse in Abhängigkeit von der Regelabweichung, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert für.die Aktivierung des Schalters periodisch zwischen einem Mindest— und einem Höchstwert schwankend ausgesteuert wird.
2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerschaltung (5) zur Abgabe von Schaltimpulsen an den Schalter (6) vorgesehen ist, deren einer Eingang mit dem Fühler (7) gekoppelt ist und deren anderer Eingang von einem Generator (3), vorzugsweise einem Sägezahngenerator, mit periodisch alternierender Spannung beaufschlagt wird, und dass die Steuerschaltung derart ausgelegt ist, dass den Schalter aktivierende Impulse ausschliesslich beim Anliegen von Fühler-Impulsen mit einer bestimmten Mindest-Amplitude, deren Grenzwert vom jeweiligen Augenblickswert der Generator-

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Spannung bestimmt wird, abgegeben werden.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Schalter ein Thyristor (6) vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode mit dem Ausgang
der Steuerschaltung (5) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 mit einer Triggerschaltung zur Impulserzeugung, welche derart an die Steuerschaltung gekoppelt ist, dass der Kopplungsgrad durch den Fühler in Abhängigkeit von der Regelabweichung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (5) ein Verstärker, vorzugsweise ein Transistor, ist, für dessen periodisch schwankende
Spannungsversorgung der Sägezahngenerator (3) vorgesehen ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistorverstärker (5) einen in Kollektorschaltung angeordneten Transistor (17) aufweist, an dessen Basiselektrode die Fühler-Impulse angekoppelt werden und dessen Emitter mit dem Ausgang des Sägezahngenerators (3) verbunden ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggerschaltung (10, 11, 12) und der Sägezahngenerator (3) derart an die
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gleiche Spannungsquelle angeschlossen sind, dass beim Absinken der Versorgungsspannung gleichzeitig mit dem Absinken der Triggerimpulse eine solche Reduzierung der Sägezahnspannung eintritt, dass die Impulsver— ringerung durch Schwellwert—Anhebung des Transistor— Verstärkers kompensiert wird.
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