DE4111441A1 - Leistungsregler fuer installationsfernschaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsregler für Installa­ tionsfernschaltungen, der anstelle bislang verwendeter In­ stallationsfernschalter ("Stromstoßrelais") einsetzbar ist und eine stufenlose Leistungsregelung der angeschlossenen Verbraucher gestattet, ohne daß zusätzliche Installationen von Leitungen und weiteren Betätigungselementen als die ur­ sprünglich verwendeten erforderlich werden, und ist vorzugs­ weise in den Beleuchtungsfernschaltungen des industriellen Wohnungsbaues einsetzbar.

Der Einsatz von Istallationsfernschaltungen insbesondere in den Beleuchtungsanlagen ist im industriellen Wohnungsbau allgemein verbreitet. Als Installationsvariante haben sie sich unter den speziellen Bedingungen der Plattenbauweise als kostengünstig erwiesen.

Kennzeichnend für die Installationsfernschaltungen ist die galvanische Trennung eines Niederspannungs-Steuerstromkreises mit Tastern als Betätigungselementen und eines Netzspannungs- Laststromkreises mit den Verbrauchern, üblicherweise Leuch­ ten, durch einen Installationsfernschalter, ein sogenanntes Stromstoßrelais.

Dabei gestatten diese Relais die einfache Realisierung von Aus-, Wechsel- und Kreuzschaltungen durch ggf. parallelge­ schaltete Taster. Spezielle Relais gestatten auch Serien­ schaltungen zweier Verbraucher, wobei durch die Anzahl der Tasterbetätigungen der gewünschte Schaltzustand (Aus, nur Verbraucher 1 ein, Verbraucher 1 und 2 ein, nur Verbraucher 2 ein) eingestellt wird.

Bedingt durch die mechanische Anfälligkeit der Relais ist die Funktionssicherheit dieser Anlagen jedoch recht gering.

Zum Zwecke der Energieeinsparung sowie der gewollten Anpas­ sung der Leistung der Verbraucher an individuelle Wünsche der Betreiber - insbesondere die Anpassung der Lichtstärke der Beleuchtungsanlagen zur Einstellung der Beleuchtungsstärke - haben sich als Leistungsregler sogenannte Dimmer nach dem Prinzip der Phasenanschnittsteuerung steuerbarer Gleichrich­ ter bzw. Leistungsschalter wie Thyristoren oder Triacs allge­ mein durchgesetzt.

Es sind derzeit jedoch keine Lösungen bekannt, welche die Realisierung der Dimmer-Regelungen in Installationsfernschal­ tungen gestatten, ohne daß die grundsätzlichen Merkmale die­ ser Schaltungen verloren gehen bzw. die keine Veränderung der Installationsanlage - Leitungsführung mit Betätigungselemen­ ten - erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsreg­ ler für Installationsfernschaltungen anzugeben, der unter Beibehaltung aller Schaltungsmöglichkeiten herkömmlicher Fernschaltungen die Regelung der Leistung angeschlossener Verbraucher gestattet und anstelle herkömmlicher Installa­ tionsfernschalter einsetzbar ist, ohne daß zusätzliche In­ stallationen von Leitungen und Betätigungselementen erforder­ lich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Leistungsreg­ ler für Installationsfernschaltungen mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Das Steuersignal des Bedieners - die Betätigung des Betäti­ gungselementes - wird nach seiner Dauer als Sollwertvorgabe ausgewertet.

Mit der Betätigung des Betätigungselementes aktiviert die Eingangsschaltung das Statussignal, welches über die gesamte Zeitdauer der Betätigung aktiv bleibt und am Zählfreigabeein­ gang des Zählers anliegt, sowie über einen Stellimpuls die Freigabelogik. Die Freigabelogik gibt die Zündschaltung des Leistungsschalters frei.

Gesteuert von einem internen Takt, beginnt der Zähler vor­ wärts zu zählen, so daß sich ein Zählerstand entsprechend der Betätigungsdauer einstellt. Dieser Zählerstand wird vom Digi­ tal-Analog-Wandler in eine Spannung, welche den Sollwert repräsentiert, umgesetzt.

Diese Spannung liegt am ersten Eingang des Komparators an. An seinen zweiten Eingang ist die vom Sägezahngenerator erzeugte Sägezahnspannung, die netzsynchron mit doppelter Frequenz erzeugt wird, als Istwert gelegt. Die Spannung vom Digital- Analog-Wandler und die Sägezahnspannung werden verglichen. Bei Erreichen der Spannungsgleichheit wird ein Zündimpuls für den Leistungsschalter im Laststromkreis generiert. Über den sich ergebenden Phasenanschnitt wird die Leistung des Ver­ brauchers geregelt.

Bei erneuter Betätigung des Betätigungselementes wird die Freigabelogik durch den Stellimpuls inaktiv gesetzt und damit der Leistungsschalter abgeschaltet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 12.

Dabei wird in der Ausgestaltungsvariante nach Patentanspruch 2 zu Beginn der Betätigung des Betätigungselementes von der Freigabelogik ein Rücksetzimpuls an den Rücksetzeingang des Zählers ausgegeben und dieser auf einen Minimalwert als Startzustand des Leistungsreglers zurückgesetzt.

In der Ausgestaltungsvariante gemäß den Patentansprüchen 4 und 7 wird nach Überschreitung eines Schwellwertes der Dauer der Betätigung des Betätigungselementes die Zählrichtung des bis zu diesem Zeitpunkt auf den maximalen Zählerstand hochge­ zählten Zählers umgekehrt, der Zähler also im weiteren herun­ tergezählt. Bei Erreichen eines minimalen Zählerstandes, der nach Patentanspruch 6 von Null verschieden sein kann, um eine minimale Leistung festzulegen, erfolgt eine erneute Umkehrung der Zählrichtung usw.

Als besonders günstig erscheint die Ausgestaltung nach Pa­ tentanspruch 8, wo durch einen Teiler die Taktfrequenz, mit der der Zähler betrieben wird, nach jeder Zählrichtungsumkehr abgeteilt wird, so daß der Zählerstand und damit die Leistung immer feiner einstellbar werden.

Den Serienschaltungsmöglichkeiten herkömmlicher Installa­ tionsfernschalter folgend und diese in den technischen Mög­ lichkeiten erweiternd, erfolgt in der Ausgestaltungsvariante nach Patentanspruch 10 über die Eingangsschaltung 3 die Zu­ schaltung der einzelnen Verbraucher, einzeln oder in Kombina­ tionen, wobei durch die Kaskadierung der einzelnen, jeweils einem Laststromkreis zugeordneten Leistungsregler für jeden zusätzlich eingeschalteten Laststromkreis die Leistung neu einstellbar ist.

Die Erfindung sei nunmehr in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt den erfindungs­ gemäßen Leistungsregler für Installationsfernschaltungen als Blockschaltbild.

Wie dargestellt, verbindet der Leistungsregler über einen Koppler 4 einen Niederspannungs-Steuerstromkreis 1 mit einem Netzspannungs-Laststromkreis 2.

Im Steuerstromkreis 1 ist ein Taster als Betätigungselement 3 angeordnet, der über den Koppler 4 eine Eingangsschaltung 5 ansteuert. An einem Ausgang derselben ist ein Statussignal generiert, das solange aktiviert ist, wie der Taster 3 betä­ tigt wird. An einem zweiten Ausgang wird ein Stellimpuls ausgegeben, wenn der Taster 3 betätigt wurde.

Der Stellimpulse ausgebende Ausgang ist auf einen Steuerein­ gang einer Freigabelogik 6 geführt, die mit dem ersten ein­ treffenden Stellimpuls aktiviert und mit dem nächsten inakti­ viert wird usw.

Die Freigabelogik 6 besitzt einen bei Eintreffen eines Setz­ impulses einen Rücksetzimpuls ausgebenden Ausgang, der mit dem Rücksetzeingang eines Zählers 7 verbunden ist, und einen ein Freigabesignal führenden Ausgang, der mit Freigabeeingän­ gen eines Taktgenerators 8, einer Zündschaltung 13, eines Digital-Analog-Wandlers 10 und eines Sägezahngenerators 11 verbunden ist. Die genannten Elemente 8; 10; 11; 13 sind jeweils bei aktiver Freigabelogik 6 auch aktiviert.

Das Statussignal ist auf einen Zählfreigabeeingang des Zäh­ lers 7 geführt, der vom Taktgenerator 8 getaktet wird. Der Zähler 7 ist mit einem Ausgang zur Ausgabe eines Überlaufsig­ nales vorwärts bei Erreichen eines maximalen Zählerstandes und mit einem Ausgang zur Ausgabe eines Überlaufsignales rückwärts bei Erreichen eines minimalen Zählerstandes verse­ hen, welche jeweils auf einen die Zählrichtung umschaltenden Eingang des Zählers 7 gelegt sind.

Dabei ist der minimale Zählerstand als von Null verschieden festgelegt, um eine minimale Leistung des Verbrauchers als Startzustand vorzugeben.

Zwischen dem Taktgenerator 8 und dem Takteingang des Zählers 7 ist noch ein die Taktfrequenz nach jeder Zählrichtungsum­ kehr halbierender Teiler 9 angeordnet.

Ein Ausgang des Zählers 7, an dem der aktuelle Zählerstand ausgegeben wird, ist auf denn Digital-Analog-Wandler 10 ge­ führt, der den abgegriffenen Zählerstand in eine proportiona­ le Spannung U_soll umsetzt.

Diese Spannung U_soll liegt am ersten Eingang eines Kompara­ tors 12 an. Auf den zweiten Eingang ist eine netzsynchrone, die doppelte Netzfrequenz aufweisende Sägezahnspannung U_ist vom Sägezahngenerator 11 geführt.

Die Spannungspegelbereiche von U_soll und U_ist sind entspre­ chend aufeinander abgestimmt.

Der Ausgang des Komparators 12 steuert die Zündschaltung 13 an, deren Ausgang mit dem Steuereingang des als Triac ausge­ führten Leistungsschalters 14 verbunden ist, welcher als Stellglied in den Laststromkreis 2 geschaltet ist.

Die Stromversorung des Leistungsreglers erfolgt über einen nicht dargestellten kapazitiven Teiler, der die im nicht gezündeten Zustand über dem Leistungsschalter 14 anliegende Spannung der Schaltung zuführt. Über eine spezielle Ansteuer­ schaltung, die vorausgesetzt wird, wird garantiert, daß eine Zündlücke zum Betriebsspannungsaufbau auch bei einem gefor­ derten Zündwinkel von 0 Grad in jeder Halbwelle vorhanden ist.

Nachstehend sei die Funktion des angegebenen Leistungsreglers beschrieben:

Bei Betätigung des Tasters 3 gelangt ein den Sollwert vorge­ bendes Eingangssignal über den Koppler 4 an die Eingangs­ schaltung 5. Durch die Eingangsschaltung 5 wird ein Stellim­ puls generiert und an die Freigabelogik 6 ausgegeben, der diese aktiviert. Gleichzeitig aktiviert die Eingangsschaltung das Statussignal, welches am Zählfreigabeeingang des Zählers 7 liegt. Dieses Signal bleibt aktiv, solange der Taster 3 gedrückt bleibt.

Über die entsprechenden Ausgänge der Freigabelogik 6 wird der Zähler 7 auf einen minimalen Zählerstand zurückgesetzt und es werden der Taktgenerator 8, der Digital-Analog-Wandler 10, der Sägezahngenerator 11 und die Zündschaltung 13 aktiviert. Die nächstfolgende Betätigung des Tasters 3 führt zu einem erneuten Stellimpuls, der die Freigabelogik 6 inaktiviert und damit die Abschaltung der genannten Elemente 8; 10; 11; 13 bewirkt.

Gesteuert vom internen Takt, beginnt der Zähler 7 vorwärts zu zählen, solange sein Zählfreigabeeingang aktiviert ist. Der aktuelle Zählerstand wird ständig vom Digital-Analog-Wandler 10 abgegriffen und in die Spannung U_soll umgesetzt. Diese wird vom Komparator 12 mit der vom Sägezahngenerator 11 be­ reitgestellten Sägezahnspannung U_ist verglichen und dabei der Zeitpunkt ermittelt, bei dem Spannungsgleichheit erreicht wird. Aus diesem Ergebnis wird mit der nächsten Taktflanke des Systemtaktes in der Zündschaltung 13 der Zündimpuls für den Leistungsschalter 14 erzeugt, getimt und verstärkt und an den Steuereingang des Leistungsschalters 14 ausgegeben.

Über den realisierten Phasenanschnitt ergibt sich im Last­ stromkreis eine bestimmte Leistung des Verbrauchers, die durch die Dauer der Betätigung des Tasters 3 eingestellt wird.

Wird der Taster 3 solange betätigt, daß der Zähler 7 auf seinen Maximalwert hochgezählt wurde, wird das Überlaufsignal vorwärts ausgegeben, das eine Programmierung des in der Takt­ steuerung des Zählers 7 angeordneten Teilers 9 bewirkt, der die Taktfrequenz achtelt. Gleichzeitig wird die Zählrichtung umgeschaltet, so daß der Zähler 7 mit der verringerten Takt­ frequenz heruntergezählt wird.

Bei Erreichen des minimalen Zählerstandes wird das Teilerver­ hältnis des Teilers 9 nun halbiert und die Zählrichtung auf Vorwärts umgeschaltet. Dieser Ablauf Hochzählen - Herunter­ zählen wiederholt sich solange, wie das Statussignal aktiv, d. h. der Taster 3 gedrückt bleibt. Somit wird ein immer langsamerer Durchlauf erreicht, was ein immer feineres Ein­ stellen der gewünschten Leistung ermöglicht.

Je nach Auslegung des Teilers 9 ist ein minimales Teilerver­ hältnis festgelegt.

Claims (12)

1. Leistungsregler für Installationsfernschaltungen mit einem Steuerstromkreis und einem von diesem getrennten Laststrom­ kreis, auf Basis der Phasenanschnittsteuerung eines im Last­ stromkreis geschalteten steuerbaren Leistungsschalters, wobei im Steuerstromkreis mindestens ein sollwertgebendes Betäti­ gungselement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (3) mit einer Eingangsschaltung (5) ver­ bunden ist, welche mit Stellimpulse und mit ein Statussignal ausgebenden Ausgängen versehen ist, daß die Stellimpulse auf einen Steuereingang einer die Anzahl der Betätigungszyklen des Betätigungselementes (3) auswertenden Freigabelogik (6) geführt sind, daß Ausgänge der Freigabelogik (6) zumindest mit einem Freigabeeingang einer Zündschaltung (13) der Pha­ senanschnittsteuerung verbunden sind, daß das Statussignal an einen Zählfreigabeeingang eines intern getakteten Zählers (7) gelegt ist, daß ein Ausgang des Zählers (7) über einen Digital-Analog-Wandler (10) auf den ersten Eingang eines Komparators (12) geführt ist, daß an dessem zweiten Eingang der Ausgang eines zum Laststromkreis (2) netzsynchron arbei­ tenden Sägezahngenerators (11) angeschlossen und daß der Ausgang des Komparators (12) mit der Zündschaltung (13) ver­ bunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Ausgang der Freigabelogik (6) mit einem Rück­ setzeingang des Zählers (7) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zähler (7) mit einem Ausgang zur Ausga­ be eines Überlaufsignales vorwärts bei Erreichen eines maxi­ malen Zählerstandes versehen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Überlaufsignal vorwärts auf einen die Zählrich­ tung umschaltenden Eingang des Zählers (7) gelegt ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zähler (7) mit einem Ausgang zur Ausga­ be eines Überlaufsignales rückwärts bei Erreichen eines mini­ malen Zählerstandes versehen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der minimale Zählerstand als von Null verschieden gesetzt ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Überlaufsignal rückwärts auf einen die Zählrichtung umschaltenden Eingang des Zählers (7) gelegt ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Takteingang des Zählers (7) ein die Zählgeschwindigkeit nach jeder Zählrichtungsumschaltung ver­ ringernder Teiler (9) vorgeschaltet ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei, jeweils einem Verbraucher zugeordnete Leistungsregler kaskadiert und von nur einem Betätigungselement (3) angesteuert sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Eingangsschaltung (5) mit von der Anzahl der Betätigungszyklen des Betätigungselementes (3) abhängig akti­ vierten Ausgängen zur Ausgabe von Statussignalen und Stellim­ pulsen versehen ist, die jeweils den Freigabelogiken (6) und Zählern (7) der einzelnen Leistungsregler zugeordnet sind.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Stromversorgung ein dem Leistungsregler eine im nicht gezündeten Zustand über dem Leistungsschalter (14) anliegende Spannung zuführender kapa­ zitiver Teiler vorgesehen ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Stromversorgung ein dem Leistungsregler eine im nicht gezündeten Zustand über dem Leistungsschalter (14) anliegende Spannung zuführendes trans­ formatorloses Netzteil vorgesehen ist.