DD253535A1

DD253535A1 - Schaltungsanordnung zur regelung der temperatur elektrischer widerstandsheizungen

Info

Publication number: DD253535A1
Application number: DD29554686A
Authority: DD
Inventors: Lutz Grossek; Rainer Wohlfahrt
Original assignee: Wernigerode Elektromotoren
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1988-01-20

Abstract

Die Erfindung beinhaltet eine Temperaturregelung fuer elektrische Widerstandsheizungen, wobei zur Messung der Temperatur der Widerstand des Heizelementes selbst genutzt wird und dadurch kein Messfuehler notwendig ist. Die Schaltungsanordnung ist universell fuer ohmsche Heizgeraete verschiedener Leistungen anwendbar; handelsuebliche Geraete koennen ohne Veraenderungen angeschlossen werden, es muss lediglich an der Temperaturregelung die Leistung des verwendeten Geraetes eingestellt werden. Die Schaltung ist mit Halbleiterbauelementen bestueckt, die Regeleinrichtung selbst ist potentialgetrennt. Das Schalten des Heizstromes ist mit dem Spannungsnulldurchgang des Netzes synchronisiert, um hochfrequente Stoerspannungen zu vermeiden. Der Heizwiderstand wird mit einer festen Taktfrequenz an die Messschaltung gelegt. Liegt die Temperatur unterhalb des Grenzwertes, so wird der Heizstrom wieder eingeschaltet, andernfalls verharrt die Schaltung im Zustand ,Messen. Es ergibt sich ein pulsbreitenmodulierter Heizstrom. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist bei elektrischen Heizanordnungen anwendbar, die als Heizelement ohmsche Widerstände benutzen. Durch die Regelung wird die Temperatur des Heizwiderstandes selbst konstant gehalten, deshalb ist sie vor allem dort vorteilhaft einzusetzen, wo eine enge thermische Kopplung zwischen dem Heizelement und dem Objekt vorhanden ist, dessen Temperatur geregelt werden soll. Da kein Temperaturfühler notwendig ist, kann die beschriebene Regelung auch dort eingesetzt werden, wo die Anwendung eines solchen Temperaturfühlers aus konstruktiven oder anderen Gründen schwierig bzw. nicht möglich ist. Die Regelung ist mit relativ geringem Aufwand für beliebige Heizleistungen anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt ist nach DE-PS 308321 und DE-PS 315346 eine Temperaturregelung, die keinen Meßfühler benötigt, da sie die Abhängigkeit des Heizwiderstandes von seiner Temperatur zu deren Messung ausnutzt.

Das Messen der Temperatur erfolgt während des Heizens mit Hilfe des Heizstromes, bei dem es sich um Gleichstrom handelt. Die gesamte Regeleinrichtung ist mit elektromechanischen Geräten aufgebaut und besitzt deren bekannte Nachteile, die Verschleiß der Mechanik und der Kontakte, geringer Empfindlichkeit und damit größere Regelabweichung, relativ große Verlustleistung der Regeleinrichtung.

Eine ähnliche Schaltungsanordnung ist in der DE-AS 2309104 beschrieben. Die Temperaturmessung erfolgt ebenfalls über den Wert des Heizwiderstandes, jedoch wird dazu das Heizelement vom Netztransformator getrennt und an eine spezielle Meßschaltung gelegt. Es wird ein kontaktbehafteter Umschalter benutzt, der durch das Schalten der Heizleistung relativ großen Verschleiß unterliegt und mit seinem Übergangswiderstand zu falschen Werten im Meßkreis führen kann. Der Zeitschalter gibt eine feste Heizperiode vor und erzeugt so einen pulsfrequenzmodulierten Heizstrom.

Es ist eine große Zahl von Temperaturregeleinrichtungen bekannt, die mit kontaktlosen Bauelementen arbeiten, so z. B. eine einfache Temperaturregelelektronik nach DD-WP 210591, Regeleinrichtungen für Heiz-und Kochgeräte nach DE-OS 1 440510 sowie DE-AS 1 565587, Temperaturregelungen für Lötwerkzeuge nach DE-OS 2809089 und DE-OS 2921 062. Alle diese Regelungen benötigen aber für die Messung der Temperatur einen Meßfühler und sind damit an das entsprechende Heizgerät gebunden. Eine Temperaturregelung für Lötkolben ohne Meßfühler ist in der DE-OS 3228202 beschrieben. Diese Schaltung benötigt aber einen speziellen Heizwiderstand mit sehr hohem Temperaturkoeffizienten und einen Netztransformator, der für die gesamte Heizleistung ausgelegt sein muß.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Regelung der Temperatur elektrischer Widerstandsheizungen. Die Schaltungsanordnung soll universell für ohmsche Heizgeräte kleiner bis mittlerer Leistung anwendbar sein. Die vielseitige Verwendung soll dadurch ermöglicht werden, daß auf einen Temperaturmeßfühler verzichtet wird. Die Temperatur soll über die Widerstandsänderung des Heizelementes ermittelt werden.

Für das Schalten der Heizleistung sind kontaktlose Bauelemente zu verwenden, wobei eine hohe Zuverlässigkeit zu erreichen ist.

Hochfrequente Störspannungen sind durch netzsynchrones Schalten zu vermeiden.

Die Regeleinrichtung soll digital arbeiten und ist vom Leistungsteil potentialgetrennt zu gestalten.

— Δ — ^.JO

Die gesamte Schaltung ist mit relativ geringem Aufwand zu realisieren und ist konstruktiv in einem kleinen und tragbaren Gerät unterzubringen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vielseitig verwendbare Temperaturregelung für ohmsche Heizgeräte, vorzugsweise für handelsübliche Lötkolben verschiedener Leistung unter Verzicht auf Temperaturmeßfühler zu entwickeln, die sich durch geringen materiellen Aufwand, hohe Zuverlässigkeit sowie einfache Handhabung auszeichnet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit zwei Halbleiterschaltern gelöst, die den Heizwiderstand abwechselnd an die Heizspannung (Netz) und an eine Widerstandsmeßschaltung legen, die zur Bestimmung der Temperatur dient. Die Meßschaltung ist durch ein verstellbares Bauelement an die Leistung des angeschlossenen Heizgerätes anpaßbar. Die gemessene Temperatur wird potentialgetrennt an die Regeleinrichtung weitergeleitet, die digital arbeitet und mit einem festen Takt den Halbleiterschalter der Meßschaltung einschaltet. Ist der einstellbare Grenzwert der Temperatur noch nicht erreicht, wird der Heizstrom sofort wieder eingeschaltet, andernfalls verharrt die Schaltung im Zustand ,Messen", bis die Grenztemperatur unterschritten wird. Es ergibt sich ein pulsbreitenmodulierter Heizstrom.

Der Halbleiterschalter für den Heizstrom wird über eine Synchronisationsschaltung stets im Nulldurchgang der Netzspannung geschaltet, so daß keine hochfrequenten Störspannungen verursacht werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel, dessen Schaltung Fig. 1 zeigt, erläutert werden.

Der Heizwiderstand 3 kann über einen Halbleiterschalter 1 zum Heizen an das Netz oder mit dem zweiten Halbleiterschalter 2 zur Widerstandsmessung in eine Meßbrücke, die aus dem Heizwiderstand 3 sowie den Widerständen 4,22 und 23 gebildet wird, geschaltet werden. Die Meßbrücke wird mit Gleichspannung gespeist, die von einem Netzteil 21 erzeugt wird, der auch die Betriebsspannung für die Regelelektronik liefert.

Die Diagonalspannung der Meßbrücke als Maß für die Temperatur des Heizwiderstandes 3 wird über einen Verstärker 5 und einen Optokoppler 6 auf einen Schaltverstärker 7 übertragen, derein Einstellelement für den Grenzwert der Temperatur besitzt. Ein RS-Flipflop 9 wird von einem Taktgenerator 14 periodisch rückgesetzt, dadurch wird der Halbleiterschalter 1 gesperrt, über ein Verzögerungsglied 12 und eine Ansteuerschaltung 13 wird der Halbleiterschalter 2 gezündet und damit der Heizwiderstand 3 in die Meßbrücke geschaltet. Gleichzeitig wird über ein Verzögerungsglied 15 durch ein NAND-Gatter 8 das Ausgangssignal der Meßschaltung freigegeben. Liegt die Temperatur oberhalb des Grenzwertes, verharrt die Schaltung in diesem Zustand, andernfalls wird das RS-Flip-Flop 9 gesetzt und über das Gatter 10 und die Impulsformerschaltung 11 der Halbleiterschalter 1 gezündet. Das Nulldurchgangssignal der Netzspannung wird über einen Widerstand 16, einen Kondensator 17, eine Graetz-Brücke 18, einen Optokoppler 19 und einen Schaltverstärker 20 bereitgestellt. Der Kondensator 17 bewirkt die notwendige Phasenverschiebung des Stromes durch die Lichtemitterdiode des Optokopplers gegenüber der Netzspannung, die genaue Synchronisation wird am Schaltverstärker 20 eingestellt.

Claims

T. Schaltungsanordnung zur Regelung der Temperatur elektrischer Widerstandsheizungen, gekennzeichnet dadurch, daß zwei Halbleiterschalter (1, 2) den Heizwiderstand (3) abwechselnd an die Heizspannung oder an eine Widerstandsmeßschaltung legen, der Taktgenerator (14) ein Flipflop (9) periodisch rücksetzt und damit über dessen negierten Ausgang, über ein Verzögerungsglied (12) und über einen Impulsformer (13) den Halbleiterschalter (2) der Meßschaltung ansteuert und über ein weiteres Verzögerungsglied (15) mit Hilfe eines Gatters f8) das potentialgetrennte Ausgangssingal der Widerstandsmeßschaltung auf den Setzeingang des Flipflop (9) weiterleitet, dessen nichtnegierter Ausgang über ein Gatter (10) zur Netzsynchronisation und über eine Impulsformerstufe (11) den heizstromschaltenden Halbleiterschalter (1) ansteuert.
2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein verstellbares Bauelement (4) zur Anpassung an Heizwiderstände verschiedener Leistungen in der Widerstandsmeßschaltung angeordnet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Schalten des Heizstromes synchron zum Nulldurchgang der Heizspannung mit Hilfe eines über einen Optokoppler (19) gewonnenen Signals erfolgt und die Lichtemitterdiode des Optokopplers (19) im Gleichspannungszweig einer Graetz-Brücke (18) und diese Gleichrichterbrücke wechselspannungsseitig mittels eines Widerstandes (16) und eines Kondensators (17) an der Heizspannung angeordnet ist.