DE2004463C3 - Steuerschaltung für ein Elektroheizgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieh! sich auf eine Steuerschaltung für ein Elekiroheizgerät mit einer das Heizgerät und eine Temperatureinstellvorrichtung enthaltenden Briickensehaltung zur Festsellung einer Temperaturänderung des Heizgeräts, einem steuerbaren Schallelement, das mit dem Heizgerät zu dessen Verbindung mit einer Wechselspannungsquclle derart in Reihe geschaltet ist. daß im leitenden Zustand des Schaltelements die Wechselspannung nur während einer Halbperiode an das Heizgerät gelangt, einer mit der Druckölschaltung verbundenen Steuerschaltung zur Zuführung einer das Schaltelement in den leitenden Zustand versetzenden Steuerspannung zum Schaltelement in Abhängigkeil von der Hei/gerätetemperatur und einer in der Steuerschaltung enthaltenen Schaltungsvorrichtung/ur Voi-verschiebungder Phase der Steuerspannung gegenüber der Phase der Wechselspannung.

Aus der USA.-Patentschrift 3 215X18 ist bereits eine Steuerschaltung für ein Elcktroheizgeräl bekannt, bei der die Energiezufuhr zu einem Heizwiderstand über einen gesteuerten Siliziumgleichrichter erfolgt. An der Steuerelektrcn^ Jc^ Sü'/iumgleichrichters liegt eine Steuerspannung an, die bewirkt, daß der Siliziumgleichrichter bei zunehmender Iemperatur des Heizwiderstandes zu immer spateren Zeitpunkten während der positiven Phase des Wcchselstromzyklus zündet. Wenn der Heizwiderstand seine Solltemperatur erreicht hai, erreicht die an der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters anlegende Spannung einen solchen Wert, daß der Gleichrichter ,licht mehr zünden kann. Demgemäß ist die Stromzufuhr zum Heizwidersland so lange unterbrochen, bis seine Temperatur wieder unter den Sollwert so wen abgesunken ist, daß die in Abhängigkeit von diesem Absinken der Temperatur erzeugte Steuerspannung wieder ein Zünden des Siliziumgleichrichters zur

Folge hat.

Der entscheidende Nachteil dieser bekannten Steuerschaltung besteht darin, daß mit ihr nur ein Temperaturabstand zwischen der Umgebungstemperatur und dei Heizwidcrslandtemperatur eingestellt und konstant gehalten werden kann. Dieser Nachteii ist zwar bei Heizgeräten wie einer Kochplatte nicht von Bedeutung, doch spielt er bei einer Heizdecke eine große Rolle, da hier ein Unterschied von beispielsweise 10° C zur Umgebungstemperatur, der die in einer von der Heizdecke getrennt untergebrachten Steuerschaltung ausgesetzt ist, bereits sehr groß is,t

Aus der belgischen Patentschrift 62H 620 ist es aucl· bereits bekannt, in einer Steuerschaltung für ein Elektroheizgerät als Schutzschaltung eine Sicherung über einen spannungsabhängig schaltenden Kreis vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung der eingangs angegebenen Art derart auszugestalten, daß Änderungen der Umgebungstemperatur keinen Einfluß auf die absolute Höhe des eingestellten und von der Steuerschaltung konstant gehaltenen Temperaturbereichs haben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in die Brückenschaltung zwei in Serie geschaltete Dioden derart eingefi'g* «ind, daß die erste Diode auf einer Seite der Temperatureinstellvorrichtung liegt und /ur Verhinderung einer Rückwirkung •>n eine Klemme des Schaltclements angeschlossen ist und daß die zweite Diode zur Kompensation der Temperaturabhängigkcit der ersten Diode auf der anderen Seite der Temperatureinstellvorrichtung liegt.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit bei Ausfall des steuerbaren Heizelements ist eine Weiterbildung der Erfindung derart ausgebildet, daß in Reihe zu dem Heizgerät und zu der Wcehsclspannungsquclle eine Stromhcgrenzungsvorrichlung geschaltet ist und daß parallel zu dem Heizgerät eine Schutzdiode liegt.

In der Zeichnung ist das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuerschaltung dargestellt.

Die in der Zeichnung dargestellte Steuerschaltung kann über Eingangsklemmen 10 und 11, an eine Wechselstromquelle, beispielsweise eine 110-Volt (iO-Hz-Quelle, angeschlossen werden. Ein Schalter S₁ ist mit det Eingangsklemme 10 und eine Sicherung F₁ wiederum mit dem Schaller S₁ verbunden. Die Anode eines steuerbaren Siliziumgleichrichters SCR_t ist mit der Sicherung F₁ verbunden, und die Katode des Siliziumgleichrichters SCR, ist mit der einen Seile eines Heizgerätes R_L, beispielsweise einer Heizdecke, verbunden. Die andere Seile des Heizgerätes R₁ ist an die andere Eingangsklemme 11 angeschlossen. Eine Schutzdiode CR. ist parallel zu dem Heizgerät R₁ geschallet, und ihre Anode ist mit der Einßanus-

in Das Heizgerät R_L erwärmt sich, bis eine gewünschte Temperatur erreicht ist, die durch die Ste»ung der Schleifkontakte 14 und 17 eingestellt ist. Wenn das Heizgerät R_L heißer wird, erhöht sich seine Impedanz, und die Brückenschaltung, von der es einen Teil bi.-dct, schaltet den Transistor Q₁ ein, der seinerseits den Transistor Q₁ einschaltet, so daß die Spannung an der Steuerelektrode 13 des Siliziumgleichrichters SCK₁ so verringert wird, daß dieser nicht mehr zündet und der Strom für das Heizgerät R_L abgeschaltet wird. Dieser Zustand dauert an. bis das Heizgerät R,. sich soweit abgekühlt hat, daß die Brücke, die Transistoren Q₁ und Q, ausschaltet, um auf diese Weise zu ermöglichen, daß der SCR₁ wieder gezündet wird und elektrische Energie zum Heizgerät R_L geleitet werden kann Die Schutzdiode CR, verhindert, daß das Heizgerat R, zu heiß wird, falls der Siliziumgleichrichter ACK₁ seine Sperrwirkung verliert. In diesem Fall wurden beide Halbwellen durch den Siliziumgleichrichter

««.-schaltet, und ihr Verbindungspunkt ist an die Basis ^ao SCR, an die Schutzdiode CR_S und das Heizgerat K_L ⁸ - · - ■· geliefert, und die Schutziode CR₅ schließt die negati

ven Halbwellen des Stromes kurz, was bewirkt, dab die Sicherung F, sehr schnell durchbrennt und die Stromzufuhr zum Heizgerät R_L abschaltet.

Die Steuerschaltung liefert entweder keine elektrische Energie oder den Halbwellengleichstrom zum Verbraucher. Der Verbraucherstrom wird durch Veränderungen des Verbraucherwiderstandes ein- oder

«an« ^ «ν— .».. — ο,, _u„ „.„.-,Μα..*.» ausgeschaltet. Diese Veränderungen werden durch R ist mit der Anode der Diode CR, verbunden, deren 3o den Transistor Q₁ abgetastet und durch die iransisu

rcn Q, und Q₂ verstärkt, um den Siliziumgleichrichter SCR, zu steuern. Der Kondensator C₁ liefert einen Strom, dessen Phasenwinkel um umgefähr 80° gegenüber der Netzspannung voreilt. (C, wirkt als Stromquelle für einen konstanten Wechselstrom). Ungefähr 15'* dieses Stromes sind zum Einschalten des Silizigleichrichters SCR, bei jeder positiven Halbwelle

klemme Il verbunden, während ihre Katode an die Katode des Siliziumglcichrichlers 5CR, angeschlossen ist. Ein Phasenschieberkondensator C₁ zwischen eine Stromzuleitung 12 und einen Widerstand R_K eingefügt, der mit der Anode einer Steuerdiode CA₄ Verbindung steht, deren Katode mit der irode 13 des Siliziumglcichrichtcrs SCR, verbunden ist. damit an diese eine Steuerspannung angebgt wird. Ein Transistor Q₂ ist mit seinem Emitter an die Eingangsklemme 11 angeschlossen. Ein Widerstand R₁ verbindet die Stromzuleitung 12 über eine Diode CR, mit dem Emitter eines Transistors Q₁. Der Kollektor des Transistors Qj ist mit der Basis des Transistors Q₂ verbunden. Ein Widerstand R₁ ist mit einer Seite an einen Punkt zwischen der Kapazität C₁ und dem Widerstand R₈ und mit der anderen Seite an die Kalode der Diode CR₁ angeschlossen. Die Anode der Diode CR₁ ist mit der Eingangsklemme 11 verbunden. Widerstände R₂ und R₃ sind zu der Diode CR₁ parallel ih Vb

g gp

ties Transistors Q₁ angeschlossen.

Die Anode einer Diode CR_h ist an einen Punkt zwischen den Widerständen R₁ und R₂ angeschlossen, und ihre Katode mit einem Widerstand R₄ verbunden. Die andere Seite des Widerstandes R₄ ist an einen Widerstand R₅ angeschlossen, dessen andere Seite mit einem Schleifkontakt 14 verbunden ist, der mit einem als Temperatureinstellvorrichtung wirkenden Widerstand R₆ Kontakt hat. Eine Seite des Widerstandes

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Katode an die Katode des Sili/iumgleichrichters SCR, angeschlossen ist. Ein Knopf 16 ist mit dem Schleifkontakt 14 zu dessen Verstellung mechanisch verbunden, damit die Temperatur des Heizgerätes eingestellt werden kann. Ein Schleifkontakt 17 gleitet auf dem Widerstand R₅ und er ist mittels des Knopfes 18 verstellbar, damit so daß Heizgerät abgeglichen werden kann.

Alle in der Zeichnung gezeigten Bauelemente, mit Ausnahme des Heizgerätes R,, sind in einer von dem Elektroheizgerät entfernten Steuereinheit zusammengefaßt. Dies stellt sicher, daß die Bauelemente der Steuerschaltung weniger durch die Änderung der Umgebungstemperatur in dem Heizgerät R, beeinflußt werden, das Heizgerät bewirkt allein das Ansprechen auf Temperaturänderungen.

Beim Betrieb wird elektrische Energie an die Eingangsklemmen 10 und 11 angelegt, und der Schalter .V₁ wird geschlossen, um das Heizgerät einzuschalten. Die Widerstände R₂, R„ R₄, R₅, R„ und R, bilden eine Bruckenschaltung; wenn der Widerstand des Heizgerätes R₁ relativ niedrig ist, was dann der Fall ist, wenn das Heizgerät relativ kalt ist, sperrt die Brücke die 1 ransistoren Q₁ und Q₇. Unter dieser Bedingung wird ein Signal über die Kapazität C₁, den Widerstand R₈ und die Diode CR_A zu der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters SCR₁ geleitet, so daß positive Halbwellen der angelegten Spannung von dem SCR, durchgelassen werden, durch das Heizgerät R, gehen und dieses erhitzen.

Der Kondensator C, bewirkt eine Phasenvoreilung der Zündspannung für den Siliziumgleichrichter SCR ,.so daß dieser beim Nulldurchgang der positiven Kalbwellen des zugeiührten Stromes leitend wird. Dies verhindert Hochfrequenzstörungen, die auftreten würden, falls der Siliziumgleichrichier SCR, bei einer anderen Spannung als beim Nulldurchgang gezündet würde.

um

umgleichrichters SCR, bei jed p verfügbar. Falls der Transistor Q_? nicht leitet, sondern gesperrt ist, leitet der Siliziumgleichrichter 5CR, wahrend der vollständigen positiven Halbwellcn, und er schallet ab, wenn am Ende jeder positiven Halbwelle die Netzspannung negativ zu werden beginnt und der Verbraucherstrom Null wird.

Der Verbraucher kann allein durch Einschalten des Transistors Q, abgeschaltet gehalten werden. Uie Bruckenschaltung steuert hierzu den Transistor y_?. Die Diode CR₁ liefert /u der Brücke eine HalbweHengleichspannung Die Widerstände R, und R, bilden eine Seite und die Widerstände R₄, R, sowie R_L die andere Se.te der Brücke. Der Widerstand R₅ ist ein Eichpotentiometer zum Abgleichen der Brücke in dem gewünschten Bereich durch eine Verstellung seines Schleifkontakts 17. Der Widerstand R, ist ein Potentiometer zum Einstellen der Temperatur, das /u dem abzutastenden Verbraiichcrwiderstand einen Widerstand hinzufügt.

Die Dioden CR₁ und CR, hindern die am Verbrauche; ;-iftretende Spannung daran, den Abtastkrcis zu beeinflussen, wenn der Siliziumgleichrichter .SCR, .'.o leitend ist. Die Diode CR, ist in einem gewissen Maße temperaturempfindlich, und deswegen ist die Diode CR₁ für einen Temperaturausgleich zu schaffen. Die Diode CR₁ und der Widerstand R₇ liefern in Phase mit der Netzspannung ein Signal. Dieses Signal hall den Transistor Q, eingeschaltet, wenn die Netzspannung positiv ist. Dieser Umstand verhindert ein /unden des Siliziumgleichrichters SCR_r wenn die Netzspannung größer als ungefähr 10 Volt ist.

Die dem Verbraucher zugeführle mittlere elektrische Energie wird durch Änderungen des Prozentsatzes der Einschaltzeit verändert. Wenn das Heizgerät R₁ aufheizt, vergrößert sich seine Impedanz, und die elektrische Energie wird an einem Ausschaltpunkt ausgeschaltet. Nachdem das Heizgerät sich bis zu einem Einschallpunkt abgekühlt hat, wird wieder elektrische Energie zugeführt. Je hölier die Temperatur des Heizelements über der Umgebungstemperatur liegt, desto schneller erfolgt die Abkühlung, und desto größer ist dementsprechend der Prozentsatz der Einschaltzeit.

Auf dieso Weise wird dem Verbraucher für höhere Temperaturen mehr durchschnittliche elektrisch! Energie zugeführt, was erwünscht ist.

Zum Abgleichen der Steuerschaltung wird dei Schleifkontakt 14 durch den Knopf 16 für die vorhan dene Umgebungstemperatur der Heizdecke eingestellt. Wenn beispielsweise die RaumtcmpcraUii 24" C beträgt, kann, der Widerstand R_h in eine mittler«. Stellung gebracht werden. Dann wird der Schleifkon takt 17 durch einen Knopf 18 so eingestellt, daß dei Sili/iumglcichrichter SCR, gelegentlich zündet. Die Temperatur des Heizgeräts kann dann durch Vcrstel lung des Schleifkontakts 14 durch den Knopf 16 aiii die gewünschte Temperatur eingestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Steuerschaltung für ein Elcklroheizgcrät mit einer das Heizgerät und eine Temperatureinstellvorrichtung enthaltenden Brückcnschaltung zur Feststellung einer Temperaturänderung des Heizgerätes, einem steuerbaren Schaltelement, das mit dem Heizgerät zu dessen Verbindung mit einer Wcchselspannungsquclle derart in Reihe gcschaltet ist, daß im leitenden Zustand des Schaltelements die Wechselspannung nur während einer Halbperiode an das Heizgerät gelangt, einer mit der Brückenschaltung verbundenen Steuerschaltungzur Zuführung einer dasSchaltelf ment inucn ¹S leitenden Zustand versetzenden Steuerspannung zum Schaltelement in Abhängigkeit von der Heizgerätetemperatur und einer in der Steuerschaltung enthaltenen Schaltungsvorrichtung zur Vorverschiebung der Phase der Steuerspannung gegen- ^ao über der Phase der Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, daß in die Brückenschaltung (R₂, R₃, R₄, R₅, R_b, R_L) zwei in Serie geschaltete Dioden (CR₂, CR₆) derart eingefügt sind, daß die erste Diode (.CR₂) auf einer Seite der Tempe- »5 ratureinstellvorrichtung (R₆) liegt und zur Verhinderungeiner Rückwirkung an eine Klemme des Schaltelements (5CR₁) angeschlossen ist und daß die zweite Diode (CR₁,) zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der ersten Diode ( CR₂) auf der anderen Seite der Temperatureinstellvorrichtung (R₆) liegt.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu dem Heizgerät (R₂) und zu der Wechselspannungsquelle eine Strombegrenzungsvoi richtung (F,) geschaltet ist und daß paraliel zu dem Heizgerät (R₁) eine Schutzdiode (CR_S) liegt