DE1565587B1 - Electronic heating control - Google Patents
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Description
Es ist bekannt, die Temperatur von elektrischen Kochplatten oder von auf einer elektrischen Kochplatte stehendem Garungsgut dadurch selbsttätig auf eine Solltemperatur einzuregeln, daß in Verbindung mit einem Temperaturfühler eine die Ein- und Ausschaltung des Heizstromes bewirkende temperaturabhängige Spannung gewonnen wird. Es ist weiter bekannt, zur selbsttätigen Regelung des Siedegrades, d. h. zum Ankochen mit vollem Heizstrom und selbsttätigem Übergang auf eine vorbestimmte Kochleistung, eine die Ansprech-(Soll-)Temperatur auf zwei vorbestimmte Temperaturwerte umschaltende, periodisch betätigte Umschaltvorrichtung zu benutzen.It is known to measure the temperature of electric hotplates or of Food to be cooked standing on an electric hotplate thereby automatically switches to a Setpoint temperature to regulate that in connection with a temperature sensor a die On and off switching of the heating current causing temperature-dependent voltage gained will. It is also known to automatically regulate the boiling point, d. H. to the Parboiling with full heating current and automatic transition to a predetermined cooking power, one that switches the response (target) temperature to two predetermined temperature values, to use periodically operated switching device.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Trägheit der bekannten Anordnungen weiter herabzusetzen und in jedem Fall eine Überhitzung zu vermeiden, wodurch billigere Heizdrahtlegierungen verwendet werden können.The object of the invention is to reduce the inertia of the known arrangements further reduce and in any case to avoid overheating, making cheaper Heating wire alloys can be used.
Die Erfindung, welche eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Heizleistung elektrischer Kochgeräte betrifft, bei der die Temperatur der Heizanordnung und des Kochgutes ständig gemessen und einer Regelschaltung zugeführt wird, die nach einem Anheizen mit vollem Heizstrom durch abwechselndes Ein- und Ausschalten des Heizstromes die Temperatur der Heizanordnung allmählich auf einen konstanten Wert erniedrigt, erreicht eine wesentliche Verbesserung und Vereinfachung der bekannten Schaltungen dadurch, daß einem bistabilen Multivibrator über getrennte Eingänge die Spannungen zweier Spannungsteiler und eine der Heizdrahttemperatur proportionale Meßspannung zugeführt werden, welcher auf die Differenz der ihm-zugeführten Meßspannung und der Regelspannung von den Spannungsteilern den Heizstrom steuert. -Dabei ist es vorteilhaft, daß ein Spannungsteiler die max. Heizdrahttemperatur begrenzt, während der andere Spannungsteiler von dem als Heizgutfühler wirkenden Thermistor und einem Sollwerteinsteller gebildet wird.The invention, which is a circuit arrangement for controlling the heating power relates to electrical cooking appliances in which the temperature of the heating assembly and the Food to be cooked is constantly measured and fed to a control circuit which, after a Heating up with full heating current by alternately switching the heating current on and off the temperature of the heating arrangement gradually lowers to a constant value, achieves a substantial improvement and simplification of the known circuits in that a bistable multivibrator has separate inputs for the voltages two voltage dividers and a measuring voltage proportional to the heating wire temperature are supplied, which is based on the difference between the measurement voltage supplied to it and the control voltage from the voltage dividers controls the heating current. -It is there advantageous that a voltage divider limits the maximum heating wire temperature while the other voltage divider from the thermistor acting as a heating material sensor and one Setpoint adjuster is formed.
Weiterhin vorteilhaft ist es, daß ein Widerstand eines Spannungsteilers in an sich bekannter Weise über einen Kontakt programmabhängig überbrückbar ist.It is also advantageous that a resistor of a voltage divider can be bridged in a manner known per se via a contact, depending on the program.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß durch den Vergleich von zwei temperaturabhängigen Variablen mit einer dem Heizelement spezifischen Konstanten, dargestellt durch einen festen Spannungsteiler, auf jeden Fall auch eine kurzzeitige Überhitzung des Heizelementes auszuschließen ist. Dadurch können mit der so erreichten schnellen Regelung und der spezifischen Temperaturbeschränkung des Heizelementes billigere Heizdrahtlegierungen bei höherer Lebenserwartung verwendet werden.The main advantage of the circuit arrangement according to the invention is that by comparing two temperature dependent variables with a constant specific to the heating element, represented by a fixed voltage divider, In any case, to exclude a brief overheating of the heating element is. As a result, with the quick control achieved in this way and the specific Temperature limitation of the heating element, cheaper heating wire alloys at higher Life expectancy to be used.
Da sowohl das Ein- als auch das Abschalten des Heizelementes elektronisch im Nulldurchgang des Stroms erfolgt, sind keine Funkstörungen zu befürchten, so daß auf elektronische Siebglieder verzichtet werden kann.Since both the switching on and switching off of the heating element are electronic occurs in the zero crossing of the current, no radio interference is to be feared, so that electronic filter elements can be dispensed with.
Die Erfindung ist im folgenden mit einigen Schaltungsvarianten an Hand der Zeichnungen erläutert. F i g. 1 zeigt ein Regeldiagramm, wobei der Temperaturverlauf T über der Zeit t dargestellt ist; T 1 ist der obere Sollwert der Heizdrahttemperatur, T 2 der untere Grenzwert; F i g. 2 stellt ein Regeldiagramm für eine abgewandelte Methode dar. Dabei erfolgt das Abschalten bei Erreichen der Temperatur T 1, jedoch wird immer mit einer bestimmten Zeitverzögerung t 1 wieder eingeschaltet; F i g. 3 stellt ein Regeldiagramm ähnlich dem von F i g. 2 dar; F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer derartigen Regelanordnung.The invention is explained below with some circuit variants with reference to the drawings. F i g. 1 shows a control diagram, the temperature profile T being shown over time t ; T 1 is the upper setpoint of the heating wire temperature, T 2 the lower limit value; F i g. 2 shows a control diagram for a modified method. The switch-off takes place when the temperature T 1 is reached, but it is always switched on again with a certain time delay t 1; F i g. 3 represents a rule diagram similar to that of FIG. 2 represents; F i g. 4 shows a block diagram of such a control arrangement.
F i g. 5 zeigt ein derartiges Regeldiagramm; F i g. 6 das dazugehörige Blockschaltbild; F i g. 7 zeigt weitere Einzelheiten einer derartigen Regelanordnung Die F i g. 1 zeigt schematisch die Wellenzüge (1) des Heizstromes für den jeweiligen Schaltzustand bei verschiedenen Belastungen in den Bereichen 2, 3 und 4.F i g. 5 shows such a rule diagram; F i g. 6 the associated Block diagram; F i g. 7 shows further details of such a control arrangement The F i g. 1 shows schematically the wave trains (1) of the heating current for the respective Switching status at different loads in areas 2, 3 and 4.
Die Methode gemäß F i g. 2 hat vor allem den Vorteil, daß nur ein Temperaturwert T 1 gemessen werden muß, und zwar nur während der Einschaltdauer, eine Messung im stromlosen Zustand, wie sie bei einer Anordnung nach F i g. 1 erforderlich ist, kann entfallen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß bei Wahl einer kurzen Zeit t 1 sehr enge Regeltoleranzen erreichbar sind. Überdies ist der Schaltaufwand geringer als für zwei Temperaturmessungen.The method according to FIG. 2 has the main advantage that only one Temperature value T 1 must be measured, and only during the switch-on period, a measurement in the currentless state, as is the case with an arrangement according to FIG. 1 required can be omitted. Another advantage arises from the fact that at Choosing a short time t 1, very tight control tolerances can be achieved. Moreover is the switching effort is less than for two temperature measurements.
Ähnlich arbeitet das Regelverfahren gemäß F i g. 3. Auch hier wird eine temperaturabhängige Abschaltung bei Temperatur T 1 mit einer zeitabhängigen Wiedereinschaltung kombiniert. Jedoch erfolgen die Wiedereinschaltungen in festen Zeitabständen t 2, unabhängig vom Zeitpunkt des Abschaltens.Similarly, the control method works according to F i g. 3. Here, too, a temperature-dependent shutdown at temperature T 1 with a time-dependent restart combined. However, the reclosing takes place at fixed time intervals t 2, regardless of the point in time of switching off.
Diese Methode besitzt den weiteren Vorteil, daß eine Messung und Beobachtung der Schaltvorgänge im Oszillographen über der festen Zeitbasis T 2 sehr einfach ist. Auch abgeleitete Regelfunktionen, z. B. unter Benutzung des Verhältnisses von Einschaltdauer zu Abschaltdauer, sind einfach zu definieren. Eine direkte Anzeige der Einschaltdauer in Prozenten ist möglich.This method has the further advantage that a measurement and observation the switching processes in the oscilloscope using the fixed time base T 2 are very simple is. Derived control functions, e.g. B. using the ratio of Switch-on duration to switch-off duration are easy to define. A direct indication the duty cycle in percent is possible.
Schematisch ist in F i g. 4 das elektronisch gesteuerte Schaltmittel 8, z. B. ein Triac, eingezeichnet. An einem Meßwiderstand 9 wird eine der Heizdrahttemperatur analoge Spannung abgegriffen und der elektronischen Regelung 7 zugeführt, welche als Verstärker-Vergleicherschaltung wirkt.Schematically in FIG. 4 the electronically controlled switching means 8, e.g. B. a triac, shown. At a measuring resistor 9 is one of the heating wire temperature analog voltage tapped and fed to the electronic control 7, which acts as an amplifier comparator circuit.
Die elektronische Regelung führt dem Triac 8 die Sperr- bzw. Öffnungsimpulse zu, abhängig von zwei temperaturabhängigen Variablen U1 und U2: nämlich der Spannung U 1 am Meßwiderstand 9, analog zur Temperatur des Heizelementes 6, der Spannung U 2 des Sollwerteinstellers bzw. Temperaturfühlers 10, analog zur Temperatur des Kochgutes, und von einer dem Heizelement spezifischen konstanten Spannung U3, analog zur max. Temperatur des Heizelementes 6, dargestellt durch den festen Spannungsteiler 11. Dabei gestattet ein Sollwerteinsteller 10 die Veränderung der Sollwerte. Die Regelschaltung 7 wird zweckmäßigerweise in bekannter Art mit der Netzspannung synchronisiert, so daß auch die Einschaltung immer beim Nulldurchgang erfolgt. Bei einer Regelung gemäß F i g. 1 ist noch ein zweiter Meßwiderstand 12 erforderlich, um bei abgeschalteter Heizung den Widerstand des Heizdrahtes zu messen.The electronic control feeds the blocking and opening pulses to the triac 8, depending on two temperature-dependent variables U1 and U2: namely the voltage U 1 at the measuring resistor 9, analogous to the temperature of the heating element 6, the voltage U 2 of the setpoint adjuster or temperature sensor 10 , analogous to the temperature of the food, and from a constant voltage U3 specific to the heating element, analogous to the maximum temperature of the heating element 6, represented by the fixed voltage divider 11. A setpoint adjuster 10 allows the setpoints to be changed. The control circuit 7 is expediently synchronized in a known manner with the mains voltage, so that it is always switched on when it crosses zero. In the case of a regulation according to FIG. 1 a second measuring resistor 12 is required in order to measure the resistance of the heating wire when the heating is switched off.
Der Sollwerteinsteller 10 wird zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß in jedem Fall eine Überlastung des Heizdrahtes vermieden wird, selbst wenn keine Wärme abgeführt wird. Dazu zwei Beispiele: Bei elektrisch beheizten Waschmaschinen besteht die Gefahr des Trockenheizens, falls durch irgendwelche Umstände kein Wasser in der Maschine ist. Übliche Thermostate versagen meistens, da sie zu spät ansprechen. Die Heizelemente werden zerstört. Besonders gefährlich wirkt sich dabei der Umstand aus, daß bei den extrem hohen Temperaturen, die in einem solchen Fall auftreten, der Isolierwiderstand der Heizdrähte abnimmt, so daß eine Gefährdung der Bedienungsperson bei schlecht geerdeten Maschinen durch die erhöhte Berührungsspannung eintreten kann.The setpoint adjuster 10 is expediently designed so that In any case, an overload of the heating wire is avoided, even if none Heat is dissipated. Here are two examples: With electrically heated washing machines there is a risk of drying out if there is no water due to any circumstances is in the machine. Conventional thermostats usually fail because they respond too late. The heating elements are destroyed. The fact is particularly dangerous from the fact that at the extremely high temperatures that occur in such a case, the insulation resistance of the heating wires decreases, so that the operator is endangered occur in poorly earthed machines due to the increased contact voltage can.
Die Regelung gemäß den Ansprüchen schließt eine ; derartige Gefahr vollkommen aus, da auch im Falle einer Trockenheizung die Temperatur des Heizdrahtes nicht ansteigt.The scheme according to the claims includes one; such danger completely off, since the temperature of the heating wire is also in the case of dry heating does not increase.
Das gleiche gilt für Heizplatten von Kochherden, die normalerweise überhitzt werden, wenn kein Kochgut auf der Platte steht.The same applies to the hot plates of cooking stoves that normally overheated if there is no food on the plate.
Da eine Überhitzung ausgeschlossen ist, können billigere Heizdrahtlegierungen verwendet werden, und eine längere Lebensdauer ist zu erwarten.Since overheating is excluded, cheaper heating wire alloys can be used can be used and a longer service life can be expected.
Besondere Vorteile ergeben sich bei einer gesteuerten Regelung der Solltemperaturen des Heizdrahtes z. B. durch Temperaturfühler am beheizten Objekt. Da die Veränderung der Solltemperatur einfach durch die Regelspannung eines temperaturabhängigen Widerstandes (Thermistor) herbeigeführt werden kann, erübrigen sich aufwendige Thermostate. Eine solche Regelung kann mit einer allmählichen Reduzierung der Heizdrahttemperatur bei Annäherung an die gewünschte Temperatur z. B. des Kochgutes kombiniert werden.There are particular advantages in a controlled regulation of the Target temperatures of the heating wire z. B. by temperature sensors on the heated object. Since the change in the setpoint temperature is simply controlled by the control voltage of a temperature-dependent Resistance (thermistor) can be brought about, there is no need for expensive thermostats. Such regulation can be achieved with a gradual reduction of the heating wire temperature when approaching the desired temperature z. B. the food to be combined.
In F i g. 5 zeigt die Kurve 13 den Temperaturverlauf des Heizdrahtes des Heizelementes 6. Nach dem Einschalten steigt diese Temperatur bis auf den Wert T 1. Diese max. Heizdrahttemperatur wird durch den Spannungsteiler der Widerstände 17 und 18 bestimmt. Die Kurve 14 zeigt die z. B. am Kochgut von dem Thermistor 15 gemessene Isttemperatur, deren Sollwert T 2 mit dem Sollwerteinsteller 16 von der Hausfrau eingestellt wird.In Fig. 5 shows the curve 13 the temperature profile of the heating wire of the heating element 6. After switching on, this temperature rises to the value T 1. This maximum heating wire temperature is determined by the voltage divider of the resistors 17 and 18 . The curve 14 shows the z. B. the actual temperature measured by the thermistor 15 on the food, the setpoint T 2 of which is set with the setpoint adjuster 16 by the housewife.
Sobald sich die Isttemperatur 14 dem Wert T 2 nähert, beginnt bei einem Wert T 3 eine allmähliche Reduzierung der Solltemperatur des Heizdrahtes. Der Beginn dieses Vorganges ist dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung am Spannungsteiler 15, 16 die Spannung am Spannungsteiler 17, 18 unterschreitet. Die beiden Spannungen sind durch Dioden 19 entkoppelt.As soon as the actual temperature 14 approaches the value T 2 , a gradual reduction in the setpoint temperature of the heating wire begins at a value T 3. The beginning of this process is characterized in that the control voltage at the voltage divider 15, 16 falls below the voltage at the voltage divider 17, 18. The two voltages are decoupled by diodes 19.
Die Regelung der Heizdrahttemperatur und der Kochguttemperatur erreicht schließlich einen Beharrungszustand bei den Werten T 4 bzw. T 2, wobei naturgemäß die Heizdrahttemperatur entsprechend höher liegt, um die Wärmeverluste zu decken bzw. die Wärmeströmung zum Kochgut aufrechtzuerhalten.The regulation of the heating wire temperature and the food temperature finally reaches a steady state at the values T 4 and T 2, with the heating wire temperature naturally being correspondingly higher in order to cover the heat losses or to maintain the heat flow to the food being cooked.
Da die Regelbereiche z. B. des Thermistors 15 und des Sollwerteinstellers 16 z. B. durch Widerstände 21, 22 leicht den Forderungen in bezug auf Temperatur und Regelverhalten angepaßt werden können, sind die Vorteile einer derartigen Regelung mit Rückwirkung auf die Heizdrahttemperatur offensichtlich.Since the control ranges z. B. the thermistor 15 and the setpoint adjuster 16 z. B. by resistors 21, 22 easily meet the requirements with regard to temperature and control behavior can be adapted, are the advantages of such a control with repercussions on the heating wire temperature obviously.
F i g. 7 zeigt außer den schon erwähnten Teilen wie Meßwiderstand 9, Triac 8 mit der eigentlichen Regelschaltung 7, welche z. B. einen Transistorverstärker mit einem bistabilen Multivibrator enthält, welcher auf die Differenz der ihm zugeführten Meßspannung 26 bzw. U 1 und der Regelspannungen U 3, U 2 von den Spannungteilern 17, 18 bzw. 15, 16 anspricht, und mit einer konstanten Zeitverzögerung zurückschaltet, noch die Möglichkeit einer programmabhängigen Steuerung. Dabei gehen Schaltimpulse über den Synchronisierschalter 23 an den Triac B. Der Synchronisierschalter 23 hat den Zweck, die Einschaltimpulse nur während des Nulldurchganges des Wechselstromes an den Triac 8 weiterzugeben, um leistungslos und störungsfrei einzuschalten.F i g. 7 shows, in addition to the parts already mentioned, such as measuring resistor 9, triac 8 with the actual control circuit 7, which z. B. contains a transistor amplifier with a bistable multivibrator which responds to the difference between the measurement voltage 26 or U 1 supplied to it and the control voltages U 3, U 2 from the voltage dividers 17, 18 or 15, 16, and switches back with a constant time delay , nor the possibility of a program-dependent control. Switching pulses go via the synchronization switch 23 to the triac B. The purpose of the synchronization switch 23 is to pass the switch-on pulses on to the triac 8 only during the zero crossing of the alternating current in order to switch on without power and without interference.
Selbstverständlich ist es möglich, die Solltemperaturen sowohl des Heizdrahtes als des zu beheizenden Objektes in einem Programm zu steuern bzw. zu verändern.Of course, it is possible to set the target temperatures of both the Heating wire to be controlled or closed as the object to be heated in a program change.
F i g. 7 zeigt ein derartiges Beispiel. Der Kontakt 25 überbrückt den Widerstand 24 und ändert damit programmabhängig die max. Heizdrahttemperatur. Der Kontakt 26 überbrückt den Widerstand 27 und ändert damit den Sollwert des beheizten Objektes.F i g. 7 shows such an example. Contact 25 bridged the resistor 24 and thus changes the maximum heating wire temperature depending on the program. The contact 26 bridges the resistor 27 and thus changes the setpoint of the heated Object.
Die angeführten Beispiele und Schaltungsvarianten gelten dabei in keiner Art einschränkend, da bei der Vielzahl von Halbleiterelementen jeweils der zweckmäßigste Schaltungsaufbau zu ermitteln ist. Auch die Ableitung der Meßspannung kann in anderer Art erfolgen, z. B. durch einen Trafo an Stelle des Meßwiderstandes 9.The examples and circuit variants cited apply in not restrictive in any way, since the multitude of semiconductor elements each have the most appropriate circuit structure is to be determined. Also the derivation of the measuring voltage can be done in another way, e.g. B. by a transformer in place of the measuring resistor 9.
Selbstverständlich können, falls erforderlich, die Steuerkreise von den Leistungskreisen galvanisch getrennt ausgeführt werden. Die Trennung kann in herkömmlicher Art vorgenommen werden. Das gleiche gilt für die Stromversorgung der Steuerkreise.Of course, if necessary, the Control circuits are galvanically separated from the power circuits. The separation can be done in a conventional manner. The same goes for the power supply the control circuits.
Die Vergleichsspannungen werden zweckmäßigerweise von der Netzspannung abgeleitet, um eine Kompensation von Netzspannungsschwankungen zu erreichen.The comparison voltages are expediently taken from the mains voltage derived in order to compensate for mains voltage fluctuations.
Ebenso ist bei der Einfachheit der Ist-Temperaturmessung die Anordnung von mehreren Meßstellen möglich, deren Mittelwert oder Extremwert als Regelgröße benutzt wird.The same applies to the simplicity of the actual temperature measurement, the arrangement from several measuring points possible, their mean value or extreme value as controlled variable is used.
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