DE2004463A1

DE2004463A1 - Elektronische Steuerschaltung für elektrische Heizgeräte

Info

Publication number: DE2004463A1
Application number: DE19702004463
Authority: DE
Inventors: Bobby Ross Bay Springs Miss. Fleming (V. St.A.). P HOIb
Original assignee: Northern Electric Company, Chicago, 111. (V.St.A.)
Priority date: 1969-02-12
Filing date: 1970-01-31
Publication date: 1970-08-20
Also published as: US3597590A; DE2004463C3; DE2004463B2; GB1293961A; JPS523078B1

Description

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richter, im nachfolgenden SCR genannt, ist aiit dem Heizgerät in Reihe geschaltet und er wird durch eine Brückenschaltung, zu der auch die Impedanz des H_eizelements gehört, gesteuert, um den SCR einzuschalten, wenn die Temperatur des Heizgeräts unter der gewünschten Temperatur liegt. Eine Diode ist in der Schaltung mit dem Brüeicen-r· kreis so verbunden, dass sie die Temperaturkoeffizienten der Komponenten in der Brückenschaltung zur Schaffung einer Temperaturkompensation ausgleicht. Eine weitere Diode ist parallel zu dem Heizgerät geschaltet, um einen starken Strom zum Durchbrennen einer Sicherung zu leiten, falls der SCR seine Sperrwirkung verliert.

Die Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungskeispiel einer elektronischen Steuerung für eine elektrisch.« Heiz~ Secke gemäss derErfindung.

Gjmäss der Zeichnung sind 10 und 11 ein Paar rnen, die mit einer Wechselstromquelle, beispie.l#w<ei$-e 110 Volt-60 Hz, verbunden werden können. Ein EIo*- ■&&& Ausschalter S₁ ist mit der Eingangsklemme 10 jißd Sicherung P₁ wiederum mit dem Ein- und Ausschalet!· verbunden. Die Anode eines Schaltelemente, •eines gesteuerten Siliziumgleichrichters SOR₁* i#sr ■nachfolgenden als SCR bezeichnet ist, ist mit fi#3? Sicherung F₁ und die Katode des SCR₁ ist cpit der jSeite eines Heizgerätes Rr , beispielsweise einer Ä decke, verbunden. Die andere Seite des Heizgerät© ist an die andere Eingangsklemme 11 angesahloase©,. .Schutzdiode CR^ ist parallel zu dem Heizgerät JL ge·^ schaltet und ihre Anode ist mit der Eingangsklemme 11 unä Ihre Katode mit der Katode des SCR verbunden,. Ei_;n Schaltkreis hat ein Phasenschieberelement C₁ caifc die zwischen einer Stromzuleitung 12

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Widerstand Rg geschaltet ist, der mit der Anode einer Steuerdiode CR, in Verbindung steht, deren Katode auf die Steuerelektrode 13 des SCR geschältet ist, um dahin eine Steuerspannung zu liefern. Ein Steuerschalter oder Transistor Q₂ ist αit seinem Emitter auf die Eingangsklemne 11 geschaltet. Ein Widerstand R« verbindet die Zuleitung 12 über eine Diode CR, mit dem Emitter eines Steuerschalters oder Transistors Q₁. Der Kollektor des Transistors Q₁ ist mit der B«sis des Transistors Q₂ verbunden. Ein Widerstand R₁ ist mit einer Seite an einen Punkt zwischen der Kapazität C₁ und dem Widerstand R_Q und mit der anderen Seite an die Katode der Diode CR

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angeschlossen. Die Anode der Diode CR₁ ist mit der Eingangs klemme 11 verbunden. Widerstünde R₂ und R, sind zu der Diode CR₁ parallel geschaltet und ihr Verbindungspunkt ist an die Basis des Transistors Q^ angeschlossen.

Die Anode einer Diode CRg ist an einen" Punkt zwischen den WiderständenR₁ und R« angeschlossen und ihre Katode mit einem Widerstand R. verbunden. Die andere Seite des Widerstandes R. ist an einen Widerstand R- angeschlossen, dessen andere Seite mit einea Schuf kontakt 14 verbunden ist, der mit einem Widerstand Rg Kontakt hat. Eine Seite des Widerstandes Rg ist mit der Anode der Diode CR₂ verbunden, deren Katode an die Katode von SQR₁ angeschlossen ist. Ein Knopf 16 ist Bit dem Schleifkontakt 14 zu dessen Verstellung mechanisch verbunden, damit die Temperatur'des Heizgerätes eingestellt werden kann. Ein Schleifkontakt 1-7 gleitet auf dec Widerstand R₅ und ist mittels des Knopfes 18 verstellbar, um so das Heizgerät abzugleichen.

Alle in der Zeichnung gezeigten Bauelemente, mit Ausnahme des Heisgerätes R*, sind in einer von dee Heizgerät entfernten Steuereinhjeit zusammengefasst. Dies stellt sicher,

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dass die Bauelenente des Steuersystems weniger durch die Änderung der Umgebungstemperatur in dem Heizgerät IL beeinflusst werden. Das Heizgerät bewirkt allein das Ansprechen auf Temperaturänäerungen.

Beim Betrieb wird elektrische Energie zu den Anschlussklemmen 10 und 11 geleitet und der Schalter S₁ wird geschlossen, um das Heizgerät einzuschalten. Die Wider- ' 3tände R^, R₅, R₄, Rc» Rg und Rr bilden eine Brückenschaltung , und wenn der Widerstand des Heizgeräts Rt " relativ niedrig ist, was sich ergibt, wenn das Heizgerät relativ kalt ist, sperrt die Brücke die Transistoren Q₁ und Qp· Unter dieser Bedingung wird ein Signal über die Kapazität C₁, den Widerstand R_g und die Diode CR, zu der Steuerelektrode des SCR geleitet, so das3 positive Halbwellen der angelegten Spannung von dem SCR durchgelassen werden, durch das Heizgerät TL· gehen und dieses erhitzen.

Die Kapazität C₁ bewirkt eine Phasenvoreilung der Zündspannung für den SCR so dass der SCR beira Nulldurchgang

der positiven Halbwellen des zugeführten Stromes leitfähig wird. Dies verhindert Hochfrequenzstörungen, die auftreten würden, falls der SCR bei einer anderen Spannung als beim Nulldurchgang gezündet würde.

Das Heizgerät Rr erwärmt sich, bis eine gewünschte Tecperatur erreicht ist, die durch die Stellung der Schleifkontakte 14 und 17 eingestellt ist. Wenn der Widerstand R^ heisser wird, erhöht sich seine Impedanz, und die Brückenschaltung, von der er einen Teil bildet, schaltet den Transistor Q₁ ein, der seinerseits den Transistor Q₂ einschaltet, um soEit die Spannung an der Steuerelektrode 13 des SCR zu verringern, so das3 die3ernicnt mehr gezündet wird und der Strom für das Heizgerät R^ abgeschaltet wird.

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Dieser Zustand dauert an, bis das Heizgerät Rr sich soweit abgekühlt hat, dass die Brücke, von der es einen Teil bildet, die Transistoren Q₁ und Q^ ausschaltet, um auf diese Weise zu ermöglichen, dass der SGR wieder gezündet wird' und elektrische Energie zu dem Widerstand R-^ geleitet werden kann.Die Diode CRc verhindert, dass der Widerstand R, zu heiss wird, falls der SCR seine Sperzrwirkung verliert. In diesem Fall würden beide Halbwellen durch den SCR an die Diode CRc und den Widerstand Rr geliefert, und die Diode CRc schliesst die negativen Halbwellen des Stromes kurz, was bewirkt, dass die Sicherung P "sehr schnell durchbrennt und die Stromzufuhr zu dem Heizgerät Rr abschaltet.

Die Steuerung liefert entweder keine elektrische Energie oder denHalbwellengleichstrom zu dem Verbraucher. Der Verbraucherstrom wird durch Veränderungen des Verbraucherwiderstandes ein- oder ausgeschaltet. Diese Veränderungen werden durch den Transistor Q₁ abgetastet und durch die Transistoren Q₁ und Q« verstärkt, um den SCR zu steuern, Die Kapazität C₁ liefert einen Strom dessen Phasenwinkel um ungefähr 80° gegenüber der Netzspannung voreilt. (C₁ ist eine Stromquelle für einen konstanten Wechselstrom). Ungefähr .15$ dieses Stromes ist zum Einschalten des SCR bei jeder positiven Haibwelle verfügbar. Falls der Transistor Qp nicht leitfähig , also gesperrt ist, leitet der SCR während der vollständigen positiven Halbweilen, und er schaltet ab, wenn am Ende jeder positivenHalbwelle die Netzspannung negativ zu werden beginnt und der Verbraucherstrom Null wird.

Der Verbraucher kann allein durch Einschalten des Transistors Qp ausser Betrieb gehalten werden. Die Brückenschaltung steuert hierzu den Transistor Qp. Die Diode CR₁ liefert zu der Brücke eine Halbwellengleichspannung. Die Widerstände Rp und R, bilden

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eine Seite und die Widerstände R., R,- sowie Rr die andere Seite der Brücke. Der Widerstand R_c ist ein Eich potentiometer zum Abgleichen der Brücke in dem gewünschten Bereich durch eine Verstellung seines Schleifkontakts 17. Der Widerstand Rg ist ein Potentiometer zum Einstellen der Temperatur, das zu dem abzutastenden Verbraucherwiderstand einen Widerstand hinzufügt. .

Die Dioden CR₂ und CR. hindern die am Verbraucher auftretende Spannung daran, den Abtastkreis zu beeinflussen, wenn der SCR leitfähig ist.Palis der SCR seine Sperrwirkung verliert und dadurch dem Heizgerät der Strom beider Halbwellen zufliesst, leitet die Schutzdiode CR₅ im Nebenschluss die negativen Halbwellen des Stromes an dem Heizgerät vorbei, wodurch die Sicherung F. den Speisestromkreis unterbricht, um so die Energiezufuhr zu dem Heizgerät und zu der Steuerung abzuschalten. Die Diode CRp ist in einem gewissen Masse temperaturempfindlich, und deswegen ist die Diode CRg für einen Temperaturausgleich vorgesehen, um in der Brücke einen entsprechenden Ausgleich zu schaffen. Die Diode CR, und der Widerstand R^ liefern in Phase mit der Netzspannung ein Signal. Dieses Signal hält den Steuertransistor Qp eingeschaltet, wenn die Netzspannung positiv ist. Dieser Umstand verhindert ein Zünden des SCR, wenn die Netzspannung grosser als ungefähr 10 Volt ist.

Die dem Verbraucher zugeführte mittlere elektrische Energie wird durch Änderungen des Prozentsatzes der Einschaltzeit · verändert. Wenn das Heizgerät Rr- aufheizt, vergrössert sich seine Impedanz, und die elektrische Energie wird an einem , Ausschaltpunkt ausgeschaltet. Nachdem das Heizgerät sich bis zu einem Einschaltpunkt abgekühlt hat, wird wieder

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elektrische Energie zugeführt. Je höher die Temperatur äes"Heizelements über" der Umgebungstemperatur liegt, desto scitineller erfolgt die Abkühlung, und desto, grosser ist dementsprechend der Prozentsatz der. Einschaltzeit.

Auf diese Weise wird demTferbraucher für höhere.Temperatureh mehr' durchschnittliche.elektrische Energie zugeführt, was.erwünscht ist.

Um die Steuerung abzugleichen, wird der Schleifkontakt 14 durch den Knopf 16 für die vorhandene Umgebungstemperatur "der Heizdecke eingestellt. Wen/n beispielsweise die Raumtemperatur 24⁰C beträgt, kann Rg in eine mittlere Stellung gebracht werden. Dann wird der Schleifkontakt 17 durch einen Knopf 18 so eingestellt, dass der SCR gelegentlich zündet. Die Temperatur der Heizdecke kann dann durch Verstellung des Schleifkontakts 14 durch den Knopf 16 auf die gewünschte Temperatur eingestellt werden.

In einer besonderen elektronischen Steuerung gemäss der Erfindung sind die nachfolgenden Schaltungselemente verwendet worden :

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C₁ = 0,47^

CR₁ = E-B-Diode eines EL220

CR₂ = CR₃=CR₄=CR₅=CR₆=TyP IN 4003

Q₁ = Typ MPS 6516

Q₂ = Typ MPS 6512

SCR₁ = Typ MCR 2304-4

R₁ = 820 Ohm

R₂ = 28 tcOhm

R =7,5

R. =· 430 Ohm

Rc . = 100 Ohm Abgleichpotentiometer

R₆ =10 Ohm

R₈ = 8200 Ohm

35 Ohm des Heizelements der Heizdecke

P₁ = GJV-4-Bussman

Patentansprüche

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Claims

2,
3.

Pate η t a η s t> r ü c he

Elektronische Steuersehaltung für ein elektrisches Heizgerät, gekennzeichnet.durch in Reihe mit "dem Heizgerät liegende Schaltmittel zum Anschluss einer Wechselstromspannungsquelle, durch Mittel zur Steuerung· der Schalt-, mittelr um eine stromleitende Verbindung; "durch das Heizgerät zu schaffen, einschliessl'ich eines Schaltkreises zur Zuführung einer Steuerspannung und e^inschliesslich Mitteln zur Vorverschiebung der Phase der Steuerspannung gegenüber der Phase der Wechselspannungsquelle, durch einenSteuer.schaltkreis, der zwischen einen Punkt in dem Schaltkreis und den Schaltmitteln geschaltet ist, durch elektrische Mittel zum Abtasten einer Teraperaturveränderung des Heizgeräts, die mit dem Steuerschalter ,für dessen Betätigung in.rAbhängigkeit von der Temperatur des Heizgeräts verbunden?sind und durch Mittel, die in den Schaltkreis mit den elektrischen Abtastmitteln eingeschaltet sind, um einen Ausgleich für Änderungen der Umgebungstemperatur zu schaffen.

Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltraittel aus einem gesteuerten Siliciumgleichrichter bestehen.

Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebungsmittel· aus einem Kondensator bestehen*
4. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschaltkreis einen ersten Transistor enthält.

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5. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschaltkreis einen zweiten Transistor hat, der mit dem ersten Transistor zusammenarbeitet.
6. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abtasten der Temperatürveränderung des Heizgerätes aus einem Brückenkreis bestehen, von dem

das Heizgerät einen Teil bildet.
7. Steuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmittel ein in dem Brückenkreis liegendes elektrisches Ventil enthalten.
8. Steuerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Ventil aus einer Diode besteht.
9. Steuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Brückenkreis in Reihe mit der ersten Diode eine zweite Diode enthält.
10. Steuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Strombegrenzungsmittel, die in Reihe mit demHeizgerät und der WechselStromspannungsquelle liegen und durch eine zu dem Heizgerät parallele Schutzdiode zur Leitung eines starken Stromes, der durch die Schaltmittel hindurchgeht.

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