DE3240099A1 - Verfahren zum steuern oder regeln nach dem schwingungspaketsteuerungsprinzip und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zum Steuern oder Regeln nach dem
• Schwingungspaketsteuerungsprinzip und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Einrichtung zum Steuern oder Regeln elektrischer Größen nach dem Verfahren der Schwingungspaketsteuerung mittels eines oder mehrerer Halbleiter-Wechselstromsteller, die einzeln in aus einer gemeinsamen Versorgungsstromquelle eingespeisten Verbraucherstromkreisen liegen, und betrifft ein Verfahren zum Steuern oder Regeln nach dem Schwingungspaketsteuerungsprinzip mittels Halbleiter-Wechselstromsteller sowie auch eine Einrichtung zum Steuern oder Regeln, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
• Eine Einrichtung der eingangs angegebenen Art mit mehreren Wechselstromstellern ist beispielsweise durch die DE-OS 28 55 331 bekannt, bei der die Schließzeiten der einzelnen Wechselstromsteller, unabhängig voneinander veränderbar und ihre Einschaltzeitpunkte unverändert voneinander beabstandet sind. Dafür sind den einzelnen Wechselstromstellern je eine Steuer- oder eine Reglereinrichtung als deren Steuerungsteil zugeordnet mit einem Komparator, -welcher durch eine Steuergröße bzw. einen Regler mit einem als Soll-Istwert-Vergleicher ausgebildeten RE-Netzwerk über einen ersten Eingang und durch eine sägezahnförmige Spannung von einem Generator über einen zweiten Eingang, den Vergleichseingang, beeinflußt wird, und mit einem Steuerimpulsgeber oder Signalverstärker, welchem die Ausgangssignale des Komparators über eine mit der Spannung der er-.wähnten Versorgungsstromquelle synchronisierte Schaltlogik zugeführt sind.
• Die die Komparatoren der einzelnen Steuerungsteile beeinflussenden sägezahnförmigen Spannungen haben Eine gleiche feste Frequenz, jedoch unterschiedliche bestimmte Phasenlagen, die über einer Periodenlänge einer Sagezahnspannung gleichverteilt sind.
• Mit der beschriebenen Einrichtung ist ein gleichzeitiger Betrieb mehrerer Schwingungspaketsteuerungen mittels Halbleiter-Wechselstromsteller für eine entsprechende Anzahl Verbraucherstromkreise mit leistungssteuernden Verbrauchergeräten und mehrerer Leuchtbänderstromkreise an einem gemeinsamen Wechselstromnetz durchführbar, wobei ein sogenanntes Flickern in den Leuchtbändern (schnelle Leuchtstärkeänderungen infolge von Spannungsschwankungen des Netzes) bereits -weitgehend vermieden wird, ohne die Durchführung auf Schwingungspaketsteuerungen mit niederen Taktfrequenzen beschränken zu müssen (siehe DE-OS 28 55 331, Seite 4, Abs. 2 ff).
• Durch die Erfindung, wie in den Patentansprüchen gekennzeichnet, ist mit einer Einrichtung der eingangs angegebenen Art ein gleichzeitiger Betrieb zum Steuern oder zum Regeln mehrerer Verbraucher stromkreise nach dem Schwingungspaketsteuerungsprinzip moglich, ohne daß die durch Eln- und Ausschalten der Verbraucherströme verursachten Schwankungen und Einbrüche im zeitlichen Verlauf der Spannung der Uersorgungsstromquelle ein störendes Flickern in dgn Leuchtbändern hervorrufen, die aus der gleichen Stromquelle gespeist werden.
• Die Erfindung besteht aus einem Arbeitsverfahren mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen, wonach die als SchwiNgungSpakete des (der) Verbraucherströme (i) jeweils beim Einschalten durch Phasenanschnittsteuerung zeitlich stufenweise auf Vollwert der Stromhalbschwingungen hochgesteuert werden und auch jedesmal beim Ausschalten durch Phasenanschnittsteuerung von dem Vollwert zeitlich stufenweise abfallend, wieder auf Null abgesteuert werden.
• Um die Entstehung von Gleichstromanteilen in den Schwingungspaketen der Verbraucherströme zu verhindern, werden erfindungsgemäß beim zeitlich stufenweisen Hoch- und Absteuern durch Phasenanschnittsteuerung jeweils zwei nacheinander folgende Halb schwingungen der Wechselspannung (UN) der Stromquelle (N) unter gleichgroßen Steuerwinkeln («) angeschnitten.
• Angewandt zum Steuern oder Regeln von Verbraucherströmen, wobei an der Stromquelle sichtbares Licht erzeugende.Lampen, Leuchtbänder und dergleichen angeschlossen sind, werden entsprechend einer weiteren Ausbildung der Erfindungdie Verbraucherströme jeweils mit A"nerungsgeschwlnd-igkeiten ein- und ausgeschaltet, die geringer als der Grenzwert der Stromänderungsgeschwindigkeit sind, bei welchen eine mit den Lampen bewirkte entsprechende Änderung der Leuchtstärke durch die Akkomodation des menschlichen Auges ohne störende Lichtreize wahrnehmbar ist.
• Die Erfindung besteht des weiteren aus einer Anordnung von Steuerungsbestandteilen mit den im Anspruch 4 gekennzeichneten Merkmalen bei einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, und darin, daß den Wechselstiomstellern zusätzlich je eine Signalverzögerungsstufe zugeordnet ist, bestehend aus einem.eine Verzögerung der Steuersignale um einen Steuerwinkel (oel) bewirkenden Teil (Ph) und einem Zeitglied (Z), mit dem die Änderungsgeschwindigkeit der Signalverzögerung für das Hoch- und Ab- steuern der Schwingungspakete einstellbar ist, die einen mit dem Ausgang der Schaltlogik (L) verbundenen Eingang 1 sowie einen Eingang.2, dem halbperiodische -Synchronisiersignale zugeführt sind, und einen (mehrere) Ausgänge 3, 4 für eine zeitlich (und räumlich) getrennte Zuführung von Steuersignalen zu den Halbleitern (Th) des Wechselstromstellers (St) über die Steuerimpulsgeber (IG) aufweisen, mit einer eine Halbperiode der Spannung der Stromquelle (N) lang eingestellten Signalverzögerung, die abwechselnd durch am Ausgang der Schaltlogik bei Nulldurchgängen der Spannung (uN) erzeugte Signale mit wählbarer Geschwindigkeit auf Null verringert wird und durch bei Nulidurchgängen ausbleibende Signale des Komparators (K) ebenfalls mit wählbarer Geschwindigkeit wieder auf die eingestellte Signalverzögerung erhöht wird.
• Entsprechend einer weiteren Ausbildung der Erfindung hat die Signalverzögerungsstufe, je nachdem aus wieviel steuerbaren Halbleitern ein Wechselatromsteller besteht und wieviel Wechselstromsteller bei mehrphasigen Verbraucherstromkreisen verwendet sind, einen Ausgang oder zwei oder mehr Ausgänge für jedenfalls eine zeitlich getrennte Zuführung der Steuersignale zu einem bzw. mehreren Halbleitern und für außerdem eine räumlich getrennte Zuführung zu zwei oder mehr Halbleitern (Ansprüche 5 und 6).
• Die bekannten günstigen Auswirkungen auf ein Betriebsnetz, die sich durch Steuern und Regeln von Verbraucherstromkreisen nach dem Schwingungspaketsteuerungsprinzip (sog. Taktprinzip) ergeben und in einer geringen Belastung des Netzes mit Oberwellen und einem- vorhersehend von den Verbrauchern abhängigen Leistungsfaktor cosf gesehen wer-den, werden mit dem durch die Erfindung erzielten Erfolg bereichert.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung nachstehend beschrieben.
• Es zeigen Fig. 1 eine Einrichtung zum Regeln eines Einphasen-Wèchselstromes für einen oder mehrere Veröraucher eines Verbraucherstromkreises mittels eines Wechselstromstellers mit Thyristoren, Fig. 2 ein Zeitdiagramm als Ausschnitt aus einer Zeitfolge von Schwingungspaket-en eines mittels des Wechselstromstellers nach Fig. 1 geregelten Wechselstromes.
• Der in der Fig. 1 rechts dargestellte Verbraucherstromkreis ist eine an ein Wechselstromnetz N einphasig angeschlossene Reihenschaltung mit einem Verbraucher V und einem Einphasen-Wechselstromsteller St, eine Gegenparallelschaltung zweier Thyristoren Th1, Th2. Dem Verbraucherstromkreis ist nach Fig. 1 eine unter dem Bezugszeichen E zusammengefaßte Einrichtung zum Regeln des Verbraucherstromes i mit dem Wechselstromsteller St als Stellglied zugeordnet. Sie enthält beispielsweise einen Meßumformer UR, mit dem der Strom i in eine Gleichstromgröße umgeformt wird. Nach Fig. 1 ist E für eine quasistetige Regelung ausgeführt, wobei die mit einem Meßumformer UR gewonnene Gleichstromgröße einem dem Temperaturregler R unterlagerten Regelkreis, bestehend aus einem RC-Netzwerk NW und einem Komparator K, zugeführt wird.
• Dem Temperaturregler ist hierbei die Temperatur Q eines Elektrosärme spendenden Verbrauchers V als Istwert zugeführt.
• Dem Komparator K ist im wesentlichen eine netzsynchron betätigte Schaltlogik L mit einer zwischengeschalteten Verknüpfung Vg und ein Signalverstärker und zugleich Steuerimpulsgeber IG für getrennte Ansteuerung der Thyristoren Thl, Th2 des Wechselstromstellers St nachgeschultet.
• Der Komparator K -ist über einen- ersten Eingang k1 durch die -Regler R und Meßumformer UR über das Netzwerk NW be- einflußt. An einem zweiten Eingang k2, welcher als Vergleichseingang des Komparators benutzt wird, sind zwei P-otentialpegel P, davon einer extern durch eine Impulsfolge von Rechteckimpulsen, vorgegeben. Ein Signalausgang k3 des Komparators ist mit einem Eingang 11 der Schaltlogik L verbunden. Einem zweiten Eingang 12 sind Synchronisierimpulse von einer an der Spannung u des Versorgungsnetzes N ge.führten Synchronisierstufe S1 zugeführt, und zwar bei jedem zweiten Netzspannungs-Nulldurchgang ein Impuls, wodurch die Schaltlogik ganz periodisch synchronisiert ist. Am Ausgang k3 des Komparators werden in Abhängigkeit vom Regelungsvorgang Signale mit der Zeitlänge eines Schwingungspaketes erzeugt. Durch die synchronisierte Schaltlogik L werden, solange ein Komparatot signal andauert, an zwei Ausgängen 13 und 14 Steuersignale erzeugt.
• Durch die zeitlich und räumlich getrennt zugeführten Steuerimpulse werden die Thyristoren des Wechselstromstellers abwechselnd jeweils zu Beginn der für sie in der Vorwärtsrichtung gepol.ten Netzspannungshalbperioden gezündet und dadurch -jeweils eine Halb schwingung des Verbraucherstromes i eingeschaltet. Die mit wechselnder Polarität nacheinander eingeschalteten Stromhalbschwingungen setzen sich zu einem Schwingungspaket mit der Zeitlänge gleich der Schließzeit T5 des Wechselstromstellers St zusammen.
• Die Wiederholungsfrequenz 1/TB (Taktfrequenz) der von Strompausen unterbrochenen Stromschwingungspakete ist durch Wahl der Bemessung der Elemente des Netzwerks NW sowie der für den Komparator K vorgegebenen Pegel P ein stellbar. Bei der Regelung des Verbraucher stromes, der Temperatur ffi und/oder des Stromeffektivwertes oder der Verbraucherleistung hingegen wird die Zeitlänge T der 5 Schwingungspakete und der Schließzeit des Wechselstromstellers als Stellgröße verändert.
• Um mit der beschriebenen Reglereinrichtung zu verhindern, daß die Stromhalb schwingungen- der Schwingungspakete mit dem Voliwert, d. h. mit voller Strom-Zeit-Flähe eingeschaltet werden und von diesem ausgeschaltet werden, so daß hierdurch verursachte Netzstörungen, die vorher erläutert sind, nicht zu Flickern in Beleuchtungen führt, enthält die Reglereinrichtung eine Signalverzögerungsstufe SV. Sie besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Phasenschieber Ph, der mit einer zugeführten Gleichspannung U (OL) auf eine Verzögerung der Signale der Schaltlogik L entsprechend einem Steuerwinkel « für Phasenanschnittsteuerung der Netzspannung u einstellbar ist und einen Eingang 2 zur Synchronisation mit jedem Nulldurchgang der Netzspannung aufweist (halbperiodische Synchronisation S2), sowie einem Zeitglied Z, mit welchem die Änderungsgeschwindigkeit der eingestellten Signalverzögerung für ein Hoch- und Ansteuern der Schwingungspakete einstellbar ist. Die Signalverzögerungsstufe hat einen mit einem Ausgang 15 der Schaltlogik L verbundenen Eingang 1 und einen Ausgang 9, welcher den Absteuerbetrieb aufrechterhält. Sie hat in Fig. 1 ferner zwei Ausgänge 3 und 4 für eine zeitlich und räumlich getrennte Zuführung der verzögerten Steuersignale zu den Thyristoren des Stellers St über Impulsverstärker IG in den Zuführungskanälen.
• Mit dem Phasenschieber Ph ist eine Signalverzögerung gleich einer Halbperiode der Netzspannung (10 ms bei 50 Hz Netzfrequenz) fest eingestellt. Durch die über den Eingang 1 eintreffenden Steuersignale der Schaltlogik, die jeweils zu Beginn einer ganzen Netzperiode abgegeben werden, und durch die Speicherwirkung des Zeitgliedes Z wird die eingestellte Signalverzögerung fortlaufend stufenweise verringert. Durch die über den Eingang 2 eintreffenden Synchroniaierimpulae, die von S2 jeweils zu Beginn einer Netzhalbperiode abgegeben werden, treten an den Ausgängen 3 und 4 jeweils zu Beginn der ersten und der zweiten Halbperiode einer Netzperiode Steuersignale mit gleichen Verzögerungen auf, die Netzperiode nach Netzperiode geringer werden. Den Stellerthyristoren werden die Steuerimpulse zeitlich entsprechend durch Phasenanschnittsteuerung bei von 180 es bis Nuil stufenweise abnehmendem Steuerwinkel cm zugeführt.
• Das gleiche Verfahren mit umgekehrtem Steuerungagang, wobei Steuerwinkel und Signalverzögerung von Netzperiode zu Netzperiode-stufenweise auf 1800el erhöht werden, ist jeweils beim Ausschalten der Schwingungspakete durchführbar.
• Die Ab steuerung dauert solange wie die Hochsteuerung.
• Beide können kurzzeitlich im Verhältnis zur Schließzeit des Stellers-St, und bei kleinem Taktverhältnis, unter Erhaltung der vorteilhaften Wirkung der erfindungsgemäß erzielbaren Iweichen Ein- und Ausschaltung der Schwingungspakete eingestellt werden.
• Beispielsweise werden die in der Fig. 2 dargestellten Schwingungspakete des Verbraucher stromes i innerhalb von jeweils zwei Voll schwingungen zwei Perioden TN der Netzspannung uN nach dem Einschaltzeitpunkt t eingeschaltet 0 und innerhalb von jeweils zwei Voll schwingungen nach dem Abachaltbefehl des Komparators K (Ausgang k3) ausgeschaltet.
• Die Phasenanschnittsteuerung beim Hoch- und Ansteuern geschieht unter Steuerwinkeln CC innerhalb der Grenzen Null und 1800es (bezogen auf eine Netzperiode TN), die für die beiden Halb schwingungen der Netzspannung jeweils gleichgroß sind. Damit wird vermieden, daß die Stromschwingungspakete eine Gleichstromkomponente enthalten.
• Leerseite

Claims (6)

1. Verfahren zum Steuern oder Regeln nach dem Schwingungspaketsteuerungsprinzip und Einrichtung zur Durchführun des Verfahrens Patentansprüche Steuer- oder Regelungsverfahren nach dem Schwingungspaketsteuerungsprinzip mittels eines (mehrerer) Halbleiterwechselstromsteller, die einzeln in Verbraucherstromkreisen mit gemeinsamer Stromquelle liegen, deren Steuer- oder Reglereinrichtungen gleich sind und einzeln den Wechselstromstellern zugeordnet sind, wobei die Schließzeiten der Wechseistromsteller unabhängig von einander veränderbar sind, ihre Einschaltzeitpunkte aber unterschiedlich sind und unverändert voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungspakete des (der) Verbraucherströme (i) jeweils beim Einschalten durch Phasenanschnittsteue--rung zeitlich stufenweise auf Uollwert der Stromhalbschwingungen hochgesteuert werden und auch jedesmal beim Ausschalten durch Phasenanschnittsteuerung von dem Vollwert zeitlich stufenweise abfallend, wieder auf Null abgesteuert werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim zeitlich stufenweisen Hoch- und Absteuern durch Phasenanschnittsteuerung jeweils zwei nacheinander folgende Halb schwingungen der Bechselspannung (UN) der.

   strmquei1e (N) unter gleichgroßen Steuerwinkeln C) angeschnitten werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, zum Steuern oder Regeln von Verbraucherstromen, wobei an der Stromquelle Licht bares Licht erzeugende Lampen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucherströme (i) jeweils mit .Rnderungsgeschwindigkeiten ein- und ausgeschaltet werden, die geringer als der Grenzwert der Stromänderungsgeschwindigkeit sind, bei welchen eine mit den Lampen bewirkte entsprechende Änderung der Leuchtstärke durch die Akkomodation des menschlichen Auges ohne störende Lichtreize wahrnehmbar ist.
4. 4. Einrichtung zum Steuern oder Regeln elektrischer Großen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, bei der jedem Wechselstromsteller ein über einen ersten Eingang durch eine Steuergröße bzw. durch einen Regler mit einem als Soll-Istwert-Vergleicher ausgebildeten Netzwerk und über einen zweiten iVergleichs)eingang wahlweise zwei vorgegebene Pegel oder durch eine periodische, linear veränderliche Spannung beeinflußter Komparator zugeordnet ist, daß diese Spannung bei jedem Komparator eine gleiche Frequenz, jedoch eine unterschiedliche bestimmte Phasenlage hat, und daß ferner Steuerimpulsgeber zugeordnet sind, welchen die Ausgangssignale des Komparators über eine mit der Stromquelle ganzperiodisch synchronisierte Schaltlogik zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Halbleiter-Wechselstromstellern (St) zusätzlich je eine Signalverzogerungsstufe (SV), bestehend aus einem eine Verzögerung der Steuersignale um einen Steuerwinkel (o() bewirkenden Teil (Ph) und einem Zeit- glied (Z), mit dem Anderungsgeschwindigkeit der Signalverzögerung für das Hoch- und Steuern der Schwingungspakete einstellbar ist, zugeordnet ist, die einen mit dem Ausgang der Schaltlogik (L) verbundenen Eingang (1) sowie-einen Eingang (2), dem halbperiodische Synchronisiersignale zugeführt sind, und einen (mehrere) Ausgänge (3, 4 usw.) für eine zeitlich (und räumlich) getrennte Zuführung von Steuer signalen zu den Halbleitern (Th) des Wechselstromstellers (St) über die Steuerimpulageber (IG) aufweisen, mit einer eine Halbperiode der Spannung der Stromquelle (N) lang eingestellten Signalverzögerung, die abwechselnd- durch am Ausgang der Schaltlogik bei Nu1ldurchgängen der Spannung (UN.) erzeugte Signale mit wählbarer Geschwindigkeit auf Null verringert wird und durch bei Nulldurchgängen ausbleibende Signale des Komparatore (K) ehenfalls mit wählbarer Geschwindigkeit wieder auf die eingestellte Signalverzögerung erhöht wird.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei Ausgänge (3, 4) der Signalverzögerungsstufe (SV) für eine räumlich und zeitlich getrennte Zuführung von Steuersignalen zu zwei gegenparallelen Thyristoren (Thl, Th2) eines Wechselstromstellers (St).
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Ausgang (3) der Signalverzögerungsstufe (SV) für eine zeitlich getrennte Zuführung von Steuersignalen zu einem Triac als Wechselstromsteller.