DE29707902U1 - Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern - Google Patents
Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen VerbrauchernInfo
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Description
Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an
ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz
angeschlossenen elektrischen Verbrauchern
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Leistungssteuerung von elektrischen Verbrauchern nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vorrichtungen zur Leistungssteuerung von elektrischen Verbrauchern, die an eine Wechselspannung, üblicherweise
die Netzspannung angeschlossen sind, sind in vielfältiger Form bekannt und umfassen zumeist eine
Phasenanschnittschaltung, durch welche sich der Zündwinkel der dem Verbraucher zugeführten elektrischen
Wechselgröße in gewünschter Weise verstellen läßt, wodurch die zugeführte Leistung geregelt werden kann.
Bekannt sind solche Phasenanschnittsteuerungen beispielsweise aus der DE 33 03 126 C2, die eine Vor-
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richtung zur Einschaltstrombegrenzung bei einer mit einer Phasenanschnittsteuerschaltung versehenen
Motorsteuerung für den Antriebsmotor eines Staubsaugers betrifft, sowie beispielsweise aus der DE 43 27 070 Cl,
in welcher eine Vorrichtung zur Regelung der Leistungsaufnahme eines Staubsaugers beschrieben ist, bei
welcher über eine Phasenanschnittschaltung die dem den Staubsauger antreibenden Elektromotor zugeführte
Wechselspannung auf einen solchen Wert geregelt wird, daß dieser dem Effektivwert der Motorspannung entspricht.
Die dabei jeweils verwendeten Phasenanschnitt-Steuerschaltungen enthalten üblicherweise einen Triac,
der in Reihe mit dem elektrischen 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
allerdings beliebig hoch integrierte Realisierungsmöglichkeiten 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 eingestelltem Widerstand, so daß durch entsprechende Verschiebung des Zündwinkels
praktisch beliebige Zwischenleistungen bis zum Vollwinkel auf Wunsch abrufbar sind.
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Ein sich stets ergebendes und seit kurzem verstärkt in den Blickwinkel gelangtes Problem bei solchen Phasenanschnittschaltungen
besteht aber darin, daß auch bei vergleichsweise geringen Lasten dann, wenn diese im
wesentlichen ohm'sch reagieren, aber auch allgemein bei immer höher ausgelegten möglichen Maximalleistungen des
elektrischen Verbrauchers - wobei im folgenden zum besseren Verständnis auf die Leistung eines elektrischen
Heizgerätes beispielsweise abgestellt werden soll, obwohl es sich versteht, daß die Erfindung auf
jeden beliebigen elektrischen Verbraucher anwendbar ist - eine Grenze mit Bezug auf die vom Verbraucher einschließlich
seiner Steuerschaltung insgesamt erzeugten Oberwellen vorgegeben oder als nicht mehr akzeptabel
angesehen wird. Diese Grenze läßt sich durch einfache Mittel nicht überwinden.
Allgemein entstehen Oberwellen immer dann,. wenn zwischen Strom und Spannung keine Proportionalität
besteht, wobei bei der Leistungssteuerung eines elektrischen Universalmotors zunächst Oberwellen
hauptsächlich als ungeradzahlige Harmonische entstehen, die in erster Näherung auf die quadratische Abhängigkeit
zwischen Strom und Spannung zurückzuführen sind. Oberwellen entstehen aber auch und insbesondere durch
die Phasenanschnittsteuerung selbst, die im übrigen besonders dann stark ausgeprägt sind, wenn sich der
Zündwinkel bei etwa 90° befindet, wenn also durch entsprechende Zündung die Stromdurchlässigkeit des
Reihentriacs in etwa in der Mitte der jeweiligen Halbwelle erfolgt.
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Insbesondere beim Schalten von ohraschen Lasten mit Triacs an Wechselspannungsnetzen entstehen durch die
kurzen Schaltzeiten der heute gebräuchlichen und im übrigen auch nur noch erhältlichen Triacs sehr steile
Stromanstiege, was zu erheblichen Oberwellenanteilen führt, wie eine Fourier-Analyse erkennen läßt. Als
beispielhaft kann hierbei etwa von folgenden numerischen Werten ausgegangen werden, wobei es sich versteht,
daß die Erfindung durch diese Angaben nicht eingeschränkt wird. Bei typischen Triac-Schaltzeiten
von 5 ^sec und Lastströmen von beispielsweise schon
zwischen 10 und 15 Ampere ergeben sich Stromanstiege von mehr als 2,5 Ampere/^sec. Dies verursacht gerade im
Bereich von 100 bis 300 kHz hohe Störpegel, die selbst bei Lasten von nur ca. 500 Watt schon über erlaubten
Grenzen liegen.
Üblicherweise sind solche erwähnten Grenzen des zulässigen Oberwellengehalts durch staatlich regulierte
Vorschriften festgelegt oder werden demnächst in entsprechende Vorschriften eingebracht. So ist der
Oberwellenbereich für den europäischen Bereich durch die sogenannte EMV-Norm repräsentiert, die insofern
insbesondere auch den Betrieb ohmscher Lasten in Verbindung mit Phasenanschnittsteuerungen einengt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, durch eine Verlangsamung des Stromanstiegs bei üblichen Phasenanschnittsteuerungen
die Oberwellen-Strompegel entscheidend zu reduzieren.
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An sich können sich hier folgende, auch für sich gesehen bekannte Möglichkeiten anbieten, indem man
beispielsweise entsprechend langsame Triacs verwendet, die jedoch aus der Halbleiter-technologischen Sicht
schwieriger herzustellen und zur Zeit auch nicht verfügbar sind.
Auch der Einbau einer Induktivität, die entsprechende Stomanstiege deutlich verlangsamen könnte, verbietet
sich aufgrund der hier erforderlichen hohen Kosten nicht alleine wegen der erheblichen Masse der erforderlichen
Spulen, sondern auch mit Bezug auf den erforderlichen Platz und das Gewicht der Induktivitäten, da bei
Strömen bis zu ca. 16 Ampere, ohne daß die Induktivität in die Sättigung gelangt, Spulengrößen von mehr als
>1 mH erforderlich sind. Schließlich könnte man anstelle einer einzigen zu schaltenden ohmschen Last
eine größere Anzahl sukzessive nacheinander einzuschaltender Teillasten zugrunde legen, was aber ebenfalls
viel Kosten und Platz benötigt, da für ,jede Last ein Triac erforderlich ist, mit entsprechend hohem Montageaufwand.
Auch der Einsatz von Filtern und sonstigen Abschirmmaßnahmen, um die entstandenen Oberwellen nicht
ins Netz gelangen zu lassen, stellt sich als teuer und aufwendig und nur für Kleinlasten als sinnvoll heraus.
Ausgehend von der eingangs genannten Erkenntnis liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer
Phasenanschnittsteuerung für elektrische Verbraucher, insbesondere wenn diese bei geringerer Leistung als
ohmsche Last reagieren, dafür zu sorgen, daß sich die
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bei der Phasenanschnittsteuerung entwickelnden Oberwellen sich innerhalb noch akzeptierbarer bzw. zugelassener
Grenzen halten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst die genannte Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hat den
Vorteil, daß bei nur sehr geringem zusätzlichen Schaltungsaufwand eine zuverlässige Möglichkeit an die
Hand gegeben wird, bei elektrischen Verbrauchern, insbesondere ohmsche Verbraucher Leistung den Oberwellengehalt,
der durch zugeordnete Phasenanschnittsteuerungen erzeugt wird, erheblich zu reduzieren und
sicher innerhalb vorgegebener oder vorgeschriebener Grenzwerte zu halten.
Dabei ergeben sich trotz des verlangsamten Stromanstiegs zur Reduzierung des Oberwellengehalts im
praktischen Gebrauch, also bei der Verwendung einer solchen Phasenanschnittsteuerung keine funktionellen
Nachteile, denn bei üblichen Netzfreguenzen von beispielsweise 50 oder 60 Hz beträgt, wenn man auch
hier numerische Werte zugrunde legen will, die Dauer einer Halbwelle 10 msec, während der kontrolliert
langsame Einschaltstromanstieg entsprechend vorliegender
Erfindung im Bereich zwischen ca. 100 bis 200 //see
üblicherweise gehalten wird. Dies ist zwar, verglichen mit den ansonsten sehr steilen Flanken bei der Triac-Anschaltung
von ca. 5 ^sec deutlich, nämlich um mehr
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als eine Größenordnung langer, ist aber, verglichen mit
der gesamten Halbwellendauer ohne größere Bedeutung, insbesondere auch deshalb nicht, weil es ja möglich
ist, den langsameren Einschaltstromanstieg in die Zeitsteuerungsparameter der Phasenanschnittsteuerung
einzubeziehen.
Im Normalfall benötigt daher eine gemäß erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestaltete Phasenanschnittsteuerschaltung
lediglich einen zusätzlichen Transistor, der in seinem eigenen Steuerkreis so ausgebildet ist, daß
er bei Triggerung durch die Gerätesteuerung bei zunächst noch gesperrtem Triac mit kontrollierter
Einschaltflanke hoch fährt, bis ein Maximalwert oder der Endwert des zu diesem Einschaltwinkel möglichen
Laststroms erreicht ist, woraufhin auf den Triac umgeschaltet wird, der dann den Laststrom in der
jeweiligen Halbwelle übernimmt, und zwar allein schon aufgrund seiner niedrigeren Sättigungsspannung,
verglichen mit dem parallel geschalteten Transistor.
Es empfiehlt sich, sofort an dieser Stelle darauf hinzuweisen, daß das in der Zeichnung dargestellte, die
Erfindung anhand diskreter Schaltstufen oder in ihrer Wirkungsweise angegebene Blockschaltbild sowie das die
Erfindung anhand diskreter Schaltungselemente im größeren Detail beschreibende Ausführungsbeispiel die
Erfindung nicht beschränkt, sondern insbesondere dazu dient, die funktionellen Grundwirkungen der Erfindung
zu veranschaulichen und spezielle Funktionsabläufe in einer möglichen Realisierungsform anzugeben. Es
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versteht sich, daß die einzelnen Bausteine, Blöcke und diskreten Schaltungselemente in analoger, digitaler
oder auch hybrider Technik aufgebaut sein können, oder auch, ganz oder teilweise zusammengefaßt, entsprechende
Bereiche von programmgesteuerten digitalen Systemen, beispielsweise also Mikroprozessoren, Einzweckrechnern,
digitalen oder analogen Logikschaltungen u.dgl. umfassen und bilden können. Die im folgenden angegebene
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist daher lediglich bezüglich des funktioneilen
Gesamt- und Zeitablaufs, der durch die jeweiligen Blöcke und Schaltungselemente erzielten Wirkungsweise
und bezüglich des jeweiligen Zusammenwirkens der durch die einzelnen Komponenten dargestellten Teilfunktionen
zu verstehen, wobei Hinweise auf die einzelnen Schaltungselemente lediglich aus Gründen eines besseren
Verständnisses erfolgen und nicht einschränkend zu verstehen sind.
Dabei stellen die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung dar. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des parallelen
Transistors zum Triac als Darlington-Transistor, der über eine Diodenbrücke, und daher in beide Richtungen
schaltend, zum Triac-Element parallel liegt.
Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in Form eines Blockschaltbilds vereinfacht den grundsätzlichen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Phasenanschnittsteuerschaltung für eine wirksame oberwellenreduzierte Leistungssteuerung einer an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen Last;
Fig. 2 in Form eines Diagramms den zeitlichen Verlauf des durch die Phasenanschnittsteuerung gesteuerten und vom Verbraucher gezogenen Stroms, wobei die unterschiedlichen Einschaltflanken des Stromanstiegs erkennbar sind, und
Fig. 1 in Form eines Blockschaltbilds vereinfacht den grundsätzlichen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Phasenanschnittsteuerschaltung für eine wirksame oberwellenreduzierte Leistungssteuerung einer an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen Last;
Fig. 2 in Form eines Diagramms den zeitlichen Verlauf des durch die Phasenanschnittsteuerung gesteuerten und vom Verbraucher gezogenen Stroms, wobei die unterschiedlichen Einschaltflanken des Stromanstiegs erkennbar sind, und
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in detaillierterer Darstellung.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, mittels eines zum üblichen Triac parallel liegenden, üblicherweise
elektronischen Schaltungselements mit langsamerer Anstiegsflanke bei Ansteuerung oder mit gezielt
gesteuertem Stromanstiegsverhalten den Einschaltstromverlauf
durch die Last zunächst (kontrolliert) gesteuert langsam auszuführen, und zwar mit einer solchen
Anstiegsflanke, daß sich, selbstverständlich bezogen
auf den jeweiligen Anwendungsf all, ein noch akzeptabler
Wert des erzeugten Oberwellengehalts ergibt. Anschlie-
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Send, also unter Vermeidung des steilen Stromanstiegs
durch den ansonsten sofort aufgesteuerten Triac, übernimmt der Triac den Laststrom ganz oder zumindest
zum überwiegenden Teil, wobei auch eine vollständige Abschaltung des in seiner Funktion zeitlich vorlaufenden
parallelen Schaltungselements vorgenommen werden kann. Bei diesem handelt es sich zweckmäßigerweise um
einen entsprechend bemessenen Leistungstransistor, der zwar mit seiner weiteren Beschaltung und einigen
Steuermitteln einen zusätzlichen Platz benötigt, jedoch im Vergleich zu sonstigen Lösungen deutlich günstiger
liegt bei entscheidend reduziertem Oberwellenanteil.
Entsprechend Fig. 1 ist eine übliche Grundsteuerung für die Gerätefunktion GS vorgesehen, die, üblicherweise
aufgrund externer Vorgaben, feststellt, daß die Last zu einem vorgegebenen Winkel der Versorgungsspannung
eingeschaltet werden muß und daraufhin ein entsprechendes Triggersignal ausgibt. Dieses Triggersignal wird
für jede Halbwelle erzeugt und liegt über den Halbwellenverlauf bezogen an beliebiger Stelle, kann also
früher oder später erfolgen, je nach dem Strom, der der Last RL zugeführt werden soll.
Anders als bei üblichen Phasenanschnittsteuerschaltungen startet das von der Grundsteuerung erzeugte
Triggersignal eine Rampensteuerung RS, wobei die erzeugte Rampe einen nachgeschalteten Transistor TD
kontrolliert langsam einschaltet, so daß sich eine Anstiegstlanke zum Triggerzeitpunkt von gewünscht
beispielsweise zwischen 100 bis 200 &mgr;&bgr;&bgr;&sgr; ergibt als
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Zeitverzögerung t, bis der durch den Verlauf der jeweiligen Halbwelle vorgegebene Maximalstrom durch die
Last RS erreicht ist. Der Laststrom fließt dabei über einen dem Leistungstransistor TD nachgeschalteten
Brückengleichrichter D, wobei der Leistungstransistor TD im Brückenquerzweig liegt. Man erkennt, daß der
Brückengleichrichter D zum Reihentriac TC für die Last RL parallel liegt. Anstelle des Brückengleichrichters
ist es auch möglich, zwei Transistoren jeweils mit einer Diode in Reihe zu verwenden.
Wie eingangs schon erwähnt, kann der Steuerungsverlauf, jeweils abgestimmt auf die verwendeten Schaltungselemente,
in an sich beliebiger Weise erfolgen; so ist es möglich, nach Starten der Rampe eine vorgegebene
Zeit abzuwarten, beispielsweise durch Ablauf einer Zählschaltung, bis auf den Reihentriac TC umgeschaltet
wird, d.h. bis dieser mit seiner steilen Anstiegsflanke getriggert wird - es ist aber auch möglich, das
Erreichen des Stromendwertes mittels einer weiteren Logikschaltung festzustellen, wozu dann eine Spannungssensorschaltung
SS vorgesehen ist. Diese erfaßt den Spannungsabfall am Triac TC, und sobald an diesem
aufgrund des Durchschaltens des Leistungstransistors TD ein vorgegebener unterer Spannungsgrenzwert erreicht
ist, reagiert die Spannungssensorschaltung SS, die im Sinne einer UND-Verknüpfung auch das Triggersignal
zugeführt erhält mit der Zündung des Triacs TC über die Triac-Steuerung TS. Anschließend trägt der Triac den
Laststrom für die restliche Zeit, d.h. bis zur nächsten Halbwelle der Netzwechselspannung.
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Eine solche Grundsteuerung, die darauf abstellt, daß
die beiden zueinander parallel und mit der Last in Reihe liegenden elektrischen bzw. elektronischen
Schaltungselemente, beim Ausführungsbeispiel der Triac TC einerseits und der parallele Leistungstransistor TD
andererseits, in zeitlicher Abfolge auf die Last geschaltet werden, um so dem in seiner Anstiegstlanke
langsameren Schaltungselement im Zeitpunkt der Triggerung den Vortritt zu geben, ist einer Vielzahl von
Modifikationen und vorteilhaften Ausgestaltungen zugänglich, wie das Ausführungsbeispiel der Darstellung
der Fig. 3 im einzelnen zeigt. Gleiche Elemente wie in Fig. 1 sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet;
vergleichbare Schaltungsblöcke gestrichelt umrandet und ebenfalls mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
Die bevorzugt ohmsche Last RL liegt in Reihe mit dem
Triac TC an den Netzeingangsklemmen Nl, N2, wobei die Triac-Steuerung TS einen bipolaren Schmitt-Trigger STl
mit einer vorgegebenen Schaltspannungsquelle von beispielsweise ±10 Volt umfaßt. Der am Verbindungspunkt
zwischen der Last RL und dem Triac erfaßte Schaltspannungswert gelangt über den Widerstand R5 auf den
Schmitt-Trigger. Über den Widerstnd R6 wird der Triac vom Schmitt-Trigger geschaltet, worauf weiter unten
noch eingegangen wird.
Parallel zu den Triac-Anschlußklemmen liegt die Diodengleichrichterschaltung D, bestehend aus der
Diodenbrücke Dl, D2, D3 und D4, mit einer Leistungs-
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transistorschaltung im Brückenquerzweig, die aus einem
Vortransistor TV als Kollektorstufe und einem nachgeschalteten Darlington-Transistor TD' besteht, mit
einem Widerstand Rl im Emitterkreis. Die Grundsteuerung GS für die Gerätefunktion besteht ferner aus einer
Triggerschaltung TSl mit zugeordneten Stromversorgungselementen
aus R4, &Oacgr;6, Cl und Zenerdiode Z3 parallel zur
Triggerschaltung TSl, die auch gleich den Schmitt-Trigger STl mit Strom versorgen.
Es ergibt sich dann die folgende Funktion. Die Triggerschaltung TSl erzeugt zum vorgegebenen Zeitpunkt das
Triggersignal und führt dieses einem Optokoppler OK zu, bestehend aus der Fotodiode PD und dem Fototransistor
PT. Aufgrund des Triggersignals wird der Fototransistor in seinen Sperrzustand geschaltet, so daß sich ein
Ladekreis für den Kondensator C im Ansteuerkreis für den Fototransistor TV in Verbindung mit dem Widerstand
R in Form eines RC-Gliedes ergibt, wobei die Spannungsversorgung über die Diode D5 in Reihe mit dem Widerstand
R3 und parallel über die Zenerdiode ZDl mit Kondensator C2 zur Stabilisierung aus dem Netz vorgenommen
wird.
Hierdurch kommt es zu einem gesteuerten Stromanstieg im Bereich des Leistungstransistors TD, nämlich an der
Basis des Vortransistors TV, wobei vom exponentiellen
Spannungsanstieg am Ladekondensator C lediglich ein linearer Anfangsbereich (beispielsweise das erste
Viertel des Kurvenverlaufs des Spannungsanstiegs am RC-Glied)
ausgenützt wird. Dies bewiurkt das Durchschalten
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des Darlington-Transistors TD', wobei die ganze Schaltung als gesteuerte Stromquelle wirkt und einen
kontinuierlichen Stromanstieg über die Diodenbrücke D gewährleistet, was mit anderen Worten bedeutet, daß
sich entsprechend dem Kurvenverlauf der Fig. 2 eine Anstiegsflanke B des Stroms durch die Last RL als
Spiegelbild des Spannungsanstiegs über dem Kondensator C ergibt.
Dabei sind die Stromverlaufskurven entsprechend Fig. 2
wie folgt zu verstehen:
Stromverlauf A entspricht wie üblich der Formel
I = Uo. sino)t und
R
R
folgt der Netzspannung,
Stromanstieg B entspricht der gesteuerten Rampe wie soeben erläutert mit beispielsweise At =100 ßsec, und
Stromanstieg C ergibt sich bei Ansteuerung des Triacs allein zu At' =5
Der kontinuierliche Stromanstieg so, wie er sich durch Vorabtriggerung des Leistungstransistors TD entsprechend
Fig. 2 ergibt - die Darstellung der Fig. 2 zeigt die Verhältnisse natürlich dennoch stark verzerrt im
eitlichen Verhältnis zur Netzhalbwelle zum besseren Verständnis -, führt zu einem entsprechenden Spannungsabfall
über dem Triac TC, der über dem Widerstand R5 vom bipolaren Schmitt-Trigger STl erfaßt' wird, der
daher dann sein (nachfolgendes) Triggersignal über R6 dem Gate des Triacs TC zuleitet, wenn seine Schalt schwelle
von beispielsweise ±10 Volt unterschritten
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wird. In diesem Moment schaltet der Triac TC durch und
übernimmt aufgrund seiner wesentlich geringeren Sättigungsspannung {oder geringerem innerem Widerstand)
den Laststrom vollständig, wobei es im übrigen aber auch (sinnvollerweise) zu einer Abschaltung des nunmehr
lediglich noch parallel mit geringem Strom beaufschlagten Leistungstransistors TD kommt, indem, was in
der Zeichnung nicht dargestellt ist, entweder das Triggersignal vom Schmitt-Trigger STl zum Triac
gleichzeitig zur "Wiedereinschaltung" des Optokopplers OK ausgenutzt wird oder indem nach Ablauf einer
vorgegebenen Zeit der Leistungstransistor in geeigneter Weise abgeschaltet wird, was sich aus dem Energieintegral
über dem Transistor ergibt, damit dieser nicht überlastet wird.
Claims (10)
- 3074/ot/wi 1630.04.1997Herr Gerhard Kurz,Industriestraße, 75382 AlthenqstettSchutzansprücheVorrichtung zur Leistungssteuerung von an eine Wechselspannung angeschlossenen elektrischen Verbrauchern, insbesondere ohmschen Lasten wie Heizplatten, Gebläse, Heißluftgebläse, Elektroheizungen u.dgl., wobei in Reihe mit dem Verbraucher ein für Wechselspannung in beiden Richtungen leitendes elektrisches oder elektronisches Schaltungselement, vorzugsweise Triac, geschaltet ist und durch den vorgegebenen Winkel des Phasenanschnitts die Leistungssteuerung am Verbraucher erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum ersten Reihenschaltelement (Triac TC) ein weiteres elektrisches oder elektronisches Schaltungselement (TD) angeordnet ist, welches jedoch als erstes zum durch die Gerätesteuerung (GS) bestimmten Triggerzeitpunkt kontrolliert leitend gesteuert ist und wobei das erste Schaltungselement dessen Stromfluß spätestens bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellenstroms durch die Last (RL) oder einer3074/ot/wi 1730.04.1997Schwellenspannung an Last oder Triac im wesentlichen übernimmt.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von einer Grundsteuerung (GS) für die Gerätefunktion erzeugte Triggersignal einen mit vorgegebener Flanke kontrolliert hochlaufenden Stromanstieg durch das weitere Schaltungselement (TD) bewirkt, wobei zum Zeitpunkt des Erreichens des zum jeweiligen Kurvenverlauf der speisenden Netzspannung möglichen Maximalwerts des Laststroms auf das parallele erste Schaltungselement (Triac TC) umgeschaltet ist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstiegsflankensteilheit des im PhasenanschnittZeitpunkt eingeschalteten Verbraucherstroms so bemessen ist, daß, abgestimmt auf Ausmaß der Last und Triggerzeitpunkt, jeweils minimale Oberwellenstörspannungen entstehen.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Flankensteilheit eine Funktion des Triggerzeitpunkts ist.
- 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß erstes und weiteres Schaltungselement zeitlich versetzt aufeinanderfolgend so angesteuert sind, daß der Stromeinschalt -Anstiegsflankenbereich bis zu einem vorgegebenen Schwellenwert des Stroms durch die Last3074/ot/wi 1830.04.1997von dem weiteren Schaltungselement geführt ist, während der restliche Stromfluß bis zum Abklingen der jeweiligen Halbwelle über das erste Schaltungselement (Triac TC) fließt.
- 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rampensteuerung (RS) vorgesehen ist, die bei Eingang des Triggersignals von der Grunds teue rung für die Gerätefunktion eine Zeitschaltung ansteuert, die den Stromfluß durch das weitere Schaltungselement unter Bildung einer gesteuerten Stromquelle kontrolliert hochlaufen läßt mit vorgegebener Anstiegsflanke bis zur Übernahme des Laststroms durch das parallele erste Schaltungselement (Triac TC).
- 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampensteuerung (RS) ein Zeitglied (RC-Glied) umfaßt im Steuerkreis eines Vortransistors (TV) zu einem nachgeschalteten Darlington-Leistungstransistor (TD'), dessen Ausgänge im Querzweig einer Gleichrichter-Diodenbrücke (Dl, D2, D3, D4) liegen, deren andere Anschlußpunkte mit den beiden Anschlüssen des Triacs verbunden sind.
- 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungssensorschaltung zur nachfolgenden Triggerung des als erstes Schaltungselement ausgebildeten Triacs (TC) vorgesehen ist, die den Spannungsabfall über dem• *3074/ot/wi 1930.04.1997Triac (TC) erfaßt und bei Unterschreiten vorgegebener Grenzwerte in beiden Richtungen den Triac (TC) zur Stromübernahme durch die Last triggert.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Stromentnahme durch den Triac der zum Triac (TC) parallele Leistungstransistor (TV, TD' ) abgeschaltet oder spätestens nach Zeitablauf in Abhängigkeit zum Energieintegral über dem Leistungstransistor gesperrt wird.
- 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Triac-Steuerung (TS) einen bipolaren Schmitt-Trigger (STl) umfaßt, der im Sinne eines UND-Glieds nach Eingang des Triggersignals für die Ansteuerung des Leistungstransistors das nachfolgende Unterschreiten des Spannungsschwellwerts am Triac (TC) in beiden Schaltrichtungen erfaßt und daraufhin das nachfolgende Triggersignal für den Triac erzeugt.
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| DE29707902U DE29707902U1 (de) | 1997-05-05 | 1997-05-05 | Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern |
| US08/963,098 US5949158A (en) | 1997-05-05 | 1997-11-03 | Method and arrangement for controlling the output of electrical consumers connected to an AC line voltage |
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| EP19980107788 EP0877470A3 (de) | 1997-05-05 | 1998-04-29 | Verfahren und Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern |
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| TR1998/00795A TR199800795A3 (tr) | 1997-05-05 | 1998-05-05 | Elektrik kullanicilarinin çikislarini kontrol için yöntem/düzenleme. |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2178201B1 (de) * | 2008-10-17 | 2016-08-10 | ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG | Verfahren und Steuersystem zum Umformen einer Speisewechselspannung in eine Verbraucher-Betriebsspannung mit einstellbarem Effektivwert |
| DE102018127452B3 (de) | 2018-11-05 | 2019-09-26 | Albrecht Jung Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Betrieb einer Dimmer-Leuchtmittel-Kombination sowie Dimmer für eine Dimmer-Leuchtmittel-Kombination |
| CN112015093A (zh) * | 2019-05-31 | 2020-12-01 | 广东美的制冷设备有限公司 | 驱动控制方法、装置、家电设备和计算机可读存储介质 |
-
1997
- 1997-05-05 DE DE29707902U patent/DE29707902U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2178201B1 (de) * | 2008-10-17 | 2016-08-10 | ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG | Verfahren und Steuersystem zum Umformen einer Speisewechselspannung in eine Verbraucher-Betriebsspannung mit einstellbarem Effektivwert |
| DE102018127452B3 (de) | 2018-11-05 | 2019-09-26 | Albrecht Jung Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Betrieb einer Dimmer-Leuchtmittel-Kombination sowie Dimmer für eine Dimmer-Leuchtmittel-Kombination |
| CN112015093A (zh) * | 2019-05-31 | 2020-12-01 | 广东美的制冷设备有限公司 | 驱动控制方法、装置、家电设备和计算机可读存储介质 |
| CN112015093B (zh) * | 2019-05-31 | 2022-02-11 | 广东美的制冷设备有限公司 | 驱动控制方法、装置、家电设备和计算机可读存储介质 |
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