DE1565774C3 - Regelschaltung zum Betrieb einer an Gleichrichter angeschlossenen Heizeinrichtung - Google Patents

Description

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Löschung des Thyristors, die sonst bei einem in der verleiht dem Doppelbasistransistor 50 eine größere Gleichstromdiagonale einer Gleichrichterbrücke lie- Temperaturstabilität im Betriebszustand,
genden Thyristor problematisch ist, weil in diesem Die Gleichstromquelle für den Oszillator und an-FaIl kein eindeutiger Nulldurchgang der Klemmen- dere Teile der Schaltung ist dadurch gebildet, daß an spannung des Thyristors vorliegt, sondern die pulsie- 5 den Ausgang der Gleichrichterbrücke 40 eine herrende Gleichspannung nur kurz auf Null geht. Der kömmliche Siebschaltung angeschlossen ist, die Spannungsabfall am ungesteuerten Siliziumgleich- Längswiderstände 75, 76 und 78 und Querkondensarichter ergibt eine sichere Löschung auch bei Ver- toren 80 und 82 enthält. Eine spannungsregelnde wendung von Thyristoren mit größerem Reststrom. Z-Diode 84 ist parallel zum Ausgang der Siebschal-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der io tung gelegt. Die Transistoren und andere Schaltele-Zeichnung dargestellt, deren einzige Figur das mente sind durch eine 0,5 A-Sicherung 86 geschützt. Schaltbild einer Regelschaltung nach der Erfindung Außerdem können sie durch einen Schalter 88 abgezeigt, trennt werden. Die erste Basiselektrode 54 des Dop-

Die Zeichnung zeigt einen Heizkörper 1, der sym- pelbasistransistors 50 ist über die Leitung 90 mit der bolisch als Widerstand 12 dargestellt ist. Der Heiz- 15 Steuerelektrode 48 des Thyristors 44 verbunden. Dakörper 12 wird mit Gleichstrom von einer Gleich- mit eine Beeinflußung der Steuerung des Thyristors richterbrücke 40 versorgt, die über ein Netzanschluß- 44 durch Störimpulse verhindert wird, ist ein Widerkabel 33 an das Wechselstromnetz angeschlossen stand 92 in die Leitung 90 eingeschaltet, und ein werden kann. Im Wechselstromkreis liegen Sicherun- Siebkondensator 94 bildet einen Nebenschluß zwigen 36 und ein Hauptschalter 39. Die Gleichrichter- 20 sehen den Leitungen 90 und 68. Der Widerstand und brücke 40 ist in üblicher Weise aus vier Dioden 42 der Kondensator bilden dabei eine Differenzierschalgebildet. Der Heizkörper 12 liegt in der einen Brük- tung.

kendiagonale so daß ihm ein mit der doppelten Netz- Eine Änderung der Betriebsfrequenz der Oszilla-

frequenz pulsierender Gleichstrom zugeführt wird. torschaltung wird durch Verändern des effektiven

Die Dauer eines jeden Impulses wird durch einen 25 Widerstandes des Transistors 60, d. h. durch Än-

Thyristor 44 in Starkstromausführung gesteuert, der dem des an die Basis des Transistors gelegten Poten-

mit dem Heizkörper 12 in Serie geschaltet ist. tials mit einer damit verbundenen Änderung der

In Serie mit dem Heizkörper 12 und dem Thyri- Strombelastbarkeit erzielt. Dieses Basispotential wird

stör 44 liegt auch ein Siliziumgleichrichter 46 in durch einen von Hand betätigbaren Schalter 96

Starkstromausführung, der dazu beiträgt, die Ab- 3° durch einen auf die Raumtemperatur ansprechenden

schaltung des durch den Thyristor 44 fließenden Wärmefühler 32 und durch einen auf die Temperatur

Stroms sicherzustellen, wenn die pulsierende Span- der den Heizkörper 12 enthaltenden Heizeinrichtung

nung den Nullpunkt erreicht. Dies erfolgt dadurch, ansprechenden Wärmefühler 30 gesteuert. Der Schal-

daß der Siliziumgleichrichter 46, die Steuerelektrode ter 96 dient zur Einstellung einer höheren oder einer

des Thyristors negativ gegen dessen Katode macht, 35 niedrigeren Temperatur der Heizeinrichtung,

wenn kein Steuerelektrodensignal vorliegt. Dadurch An die Basis des Doppelbasistransistors wird wie

ist die Verwendung eines Thyristors möglich, der folgt Spannung gelegt: Wenn sich der Schalter 96 in

einen über dem Durchschnitt liegenden Reststrom der in F i g. 1 dargestellten Stellung für die höhere

aufweist, wodurch sich die Notwendigkeit einer Aus- Temperatur befindet, fließt der gesiebte Gleichstrom

wahl bei der Herstellung erübrigt. 4° von der Leitung 74 zur Leitung 68 über eine Span-

Der Thyristor 44 erlaubt einen Stromfluß durch nungsteilerschaltung aus dem Wärmefühler 32, den Heizkörper 12 nur während eines Teils der Im- einem von Hand einstellbaren Potentiometer 98, pulsperiode, der mit der doppelten Netzfrequenz zu- einem Widerstand 100, dessen Wert empirisch so gegeführten Gleichstromimpulse. Dies wird durch die wählt ist, daß das Potentiometer 98 bei einer vorbe-Impulsfolgefrequenz der Steuerspannung bestimmt, 45 stimmten Raumtemperatur eine Mittelstellung eindie von einem Oszillator an die Steuerelektrode 48 nimmt, einem Belastungswiderstand 102 und einem des Thyristors 44 angelegt wird. Diese Impulsfolge- Spannungsteilerwiderstand 104. Die Basis eines Verfrequenz ist vom Wert Null bis zu mehr als dem Stärkungstransistors 106 ist an den Verbindungszehnfachen Wert der Netzfrequenz veränderlich. Die punkt zwischen den Widerständen 102 und 104 ge-Schaltung zur Erzielung dieser'Impulsfolgefrequenz 50 legt, so daß die Basisspannung vom Verhalten des wird nun beschrieben. Wärmefühlers 32 abhängt, der vorzugsweise aus

Ein Doppelbasistransistor 50 in Siliziumausfüh- einem Widerstand mit einem positiven Widerstands-

rung mit einem Emitter 52, einer ersten Basiselek- koeffizienten besteht, dessen Empfindlichkeit viel ge-

trode 54 und einer zweiten Basiselektrode 56 ist ein ringer ist als die eines Thermistors, so daß er für

Teil einer Kipposzillatorschaltung, die außerdem 55 Messung von Außentemperaturen, die sich stark und

einen Transistor 60 und einen in Serie zu der Paral- schnell ändern können, besser geeignet ist. An Stelle

lelschaltung aus einem Kondensator 64 und einem des angegebenen Wärmefühlers kann auch ein Wär-

Widerstand 66 liegenden Schutzwiderstand 62 ent- mefühler in Serie mit dem Widerstand 104 unterhalb

hält. Der Emitter 52 des Doppelbasistransistors 50 des Verbindungspunktes mit der Basis des Transi-

ist an den Verbindungspunkt zwischen dem Schutz- 60 stors eingeschaltet werden. Der Wärmefühler müßte

widerstand 62 und der Parallelschaltung aus dem aber dann aus einem nichtlinearen Widerstand, wie

Widerstand 66 und dem Kondensator 64 angeschlos- etwa einem Thermistor, mit negativem Temperatur-

sen. Die erste Basiselektrode 54 des Doppelbasis- koeffizienten bestehen.

transistors liegt über einen Schutzwiderstand 70 an Wenn der Schalter 96 die andere Stellung ein-

der negativen Ausgangsleitung 68 einer Gleichstrom- 65 nimmt, die der niedrigeren Temperatur entspricht, ist

quelle, und die zweite Basiselektrode 56 liegt über ein zusätzlicher Widerstand 108 in die Spannungs-

einen Widerstand 72 an der positiven Ausgangslei- teilerserienschaltung eingeschaltet, wodurch sich die

tung 74 der Gleichstromquelle. Der Widerstand 72 Spannung an der Basis des Verstärkungstransistors

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106 erniedrigt. Der Transistor ist dann in einen weni- kungstransistor 106 sind so ausgewählt, daß der aus ger leitenden Zustand vorgespannt, so daß die zum einem Thermistor bestehende Wärmefühler 30 Tem-Verbraucher gelieferte Leistung verringert wird, wie peraturänderungen stark überkompensiert, damit danoch klarer erläutert wird. Durch den Schalter 96 er- durch die zur Regelung notwendige Temperaturempgibt sich eine vorgegebene Leistungsrückschaltung, 5 findlichkeit erzeugt wird. Die Verstärkungstransistowie sie bei Nacht oder dann erwünscht sein könnte, ren 116 und 60 sind durch die Verwendung der bewenn der umschlossene Raum eine gegebene Zeit schriebenen Emitterwiderstände temperaturkompennicht besetzt sein sollte. Der Wert dieser Rückschal- siert. Diese Stabilität wird auf Kosten eines gewissen tung wird dabei vom Widerstandsverhältnis des Verstärkungsverlustes erzielt, der jedoch durch die Widerstands 108 zur übrigen Spannungsteilerserien- io Verwendung von vier in Kaskade geschalteten Transchaltung bestimmt. sistoren ausgeglichen wird. Dadurch wird eine große

Der an der Heizeinrichtung angebrachte Wärme- Wärmestabilität und Wärmeempfindlichkeit der

fühler 30 ist ein Thermistor, der zwischen die Lei- Schaltung erhalten.

tung 74 und den Emitter des Verstärkungstransistors Im Emitterkreis des Transistors 122 liegt kein

106 geschaltet ist; er steuert ebenfalls den Verstär- 15 Kompensationswiderstand, da er entgegengesetzt wie

kungstransistor 106. Ein Widerstand 110 zur Vor- die Verstärkungstransistoren 116 und 60 wirkt,

spannungserzeugung verbindet den Emitter mit der Durch die Kombination der leicht überkompensier-

Leitung 68. Durch einen Widerstand 112 läßt sich ten Verstärkungstransistoren 116 und 60 und des un-

am Kollektor eine veränderliche Spannung erzielen, kompensierten Transistors 122, der eine Zwischen-

die einerseits von der Spannung an der Basis ab- 20 Verstärkungsstufe darstellt, wird eine Gesamtkom-

hängt, die von dem außen angebrachten Wärmefüh- pensation ohne teure Auswählvorgänge erzeugt. Der

ler 32 bestimmt wird, und die andererseits von der Doppelbasistransistor 50 in Siliziumausführung ist

Spannung am Emitter abhängt, die von dem an der von sich aus temperaturstabil. Seine Stabilität wird

Heizeinrichtung angebrachten Wärmefühler abhängt. durch die Verwendung des Widerstandes 72 im Kreis

Der Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des 25 der zweiten Basis weiter vergrößert.

Verstärkungstransistors 106 und dem Widerstand Der Thyristor 44 ist immer dann gesperrt, wenn

112 ist über die Leitung 114 mit der Basis eines der ungesiebte pulsierende Gleichstrom den Wert

zweiten Verstärkungstransistors 116 verbunden, des- Null erreicht. Zusätzlich zum Widerstand 75 ist auch

sen Emitter seinerseits über einen Widerstand 118 eine Diode 132 angebracht, die verhindert, daß eine

mit der Leitung 74 in Verbindung steht. Der Kollek- 30 im Querkondensator 80 gespeicherte Ladung den

tor des Verstärkungstransistors 116 ist über einen Thyristor 44 sperrt.

Vorspannungswiderstand 120 mit der Leitung 68 Die Frequenz des Doppelbasistransistors ist wegen

verbunden. seiner gesiebten Speisung völlig unabhängig von der

Der Emitter eines dritten Transistors 122 liegt di- Netzfrequenz, und die zum Thyristor im Heizkörper-

rekt an der Leitung 74, und sein Kollektor liegt über 35 kreis übertragenen Impulse sind ebenfalls unabhän-

einen Vorspannungswiderstand 124 an der Leitung gig von der Netzfrequenz. In der Praxis kann die Os-

68. Die Basis des Transistors 122 ist über eine Len zillatorfrequenz zwischen dem Wert Null und einem

tung 126 am Verbindungspunkt zwischen dem KoI- Wert liegen, der um mehr als zehnmal größer als die

lektor des Verstärkungstransistors 116 und dem Frequenz der Wechselstromquelle ist. Auf diese

Widerstand 120 angeschlossen. 40 Weise besteht in Fällen, in denen eine große Anzahl

Der Emitter des vierten Transistors 60 liegt über von Heizkörpern an eine einzige Versorgungsquelle den Widerstand 128 an der Leitung 74, und sein angeschlossen sind, eine sehr geringe Wahrschein-Kollektor ist über den Widerstand 62 an die Leitung lichkeit dafür, daß alle Heizkörper gleichzeitig Lei-68 gelegt, wie oben beschrieben wurde. Die Basis des stung aus der Versorgungsleitung entnehmen. Da-Transistors 60 ist über eine Leitung 130 am Verbin- 45 durch werden die Kurvenform der Spannung und der dungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors Leistungsfaktor gegenüber Systemen verbessert, in 122 und dem Widerstand 124 angeschlossen. denen die Impulstastung des Thyristors mit der Netz-

Die Werte der Schaltelemente um den Verstär- frequenz synchronisiert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Regelschaltung zum Betrieb einer an Gleichrichter angeschlossenen Heizeinrichtung, der von einer Wechselstromquelle die Energie impulsweise über einen Thyristor zugeführt wird, dessen Steuerelektrode mit einem Oszillator verbunden ist, mit einer Temperaturfühlanordnung, die die Temperatur der Heizeinrichtung abfühlt, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (50, 60, 64, 66) an einer stabilisierten Gleichspannung angeschlossen ist und in seiner Frequenz abhängig von der von einem als Temperaturfühlanordnung dienenden Thermistor (30) gemessenen Temperatur schwingt, wobei die Stromversorgung für die gesamte Schaltung über eine Gleichrichterbrücke (40) erfolgt, in deren Diagonale Heizkörper (12), Siliziumgleichrichter (46) und Thyristor (44) in Serienschaltung liegen.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelschaltung zum Betrieb einer an Gleichrichter angeschlossenen Heizeinrichtung, der von einer Wechselstromquelle die Energie impulsweise über einen Thyristor zugeführt wird, dessen Steuerelektrode mit einem Oszillator verbunden ist, mit einer Temperaturfühlanordnung, die die Temperatur der Heizeinrichtung abfühlt.

   Bei einer aus der USA.-Patentschrift 3 149 224 bekannten Regelschaltung dieser Art liegt das von einem Thyristor gebildete Torschaltelement in der" einen Diagonale einer Gleichrichterbrücke, deren andere Diagonale über den Heizkörper an das Wechselstromnetz angeschlossen ist. Durch den Heizkörper fließen daher abwechselnd entgegengesetzt gerichtete Stromimpulse, deren Dauer durch den einzigen Thyristor bestimmt wird. Die Gleichrichterbrücke dient auch zur Stromversorgung der Regelschaltung; zu diesem Zweck ist an die eine Brückendiagonale parallel zu dem Thyristor eine Spannungsbegrenzerschaltung angeschlossen, die aus einer Z-Diode in Serie mit einem Widerstand besteht. Die Temperaturfühlanordnung ist durch einen Thermistor gebildet, der in einem Zweig einer Widerstandsbrücke liegt, deren eine Diagonale mit den Klemmen der Z-Diode verbunden ist, und in deren anderer Diagonale der Steuerkreis eines Transistors liegt. Der Oszillator enthält einen Doppelbasistransistor, dessen beide Basen jeweils über einen Widerstand mit den Klemmen der Z-Diode verbunden sind, und deren Steuerelektrode mit einem RC-Glied verbunden ist, das an den Ausgang des in der Brückendiagonale liegenden Transistors angeschlossen ist. An der einen Basis des Doppelbasistransistors wird das Steüersignal für die Steuerelektrode des Thyristors abgegriffen. Bei dieser bekannten Schaltung erfolgt die Stromversorgung der Regelschaltung durch eine mit der doppelten Netzfrequenz pulsierende Gleichspannung, die synchron mit den vom Thyristor gesteuerten Stromimpulsen ist. Dies hat zur Folge, daß die vom Doppelbasistransistor zum Thyristor gelieferten Steuersignale ebenfalls mit der doppelten Netzfrequenz auftreten, wobei lediglich der Zeitpunkt ihres Erscheinens in jeder Halbperiode durch die Geschwindigkeit der Aufladung des RC-Glieds bestimmt ist, die wiederum von der durch den Thermistor verursachten Verstimmung der Widerstands-. brücke abhängt. Die Dauer der Stromführung des Thyristors in jeder Halbperiode und als Folge davon die Heizleistung wird somit in Abhängigkeit von der vom Thermistor gemessenen Temperatur geregelt.

   Diese bekannte Schaltung ergibt, ebenso wie alle Schaltungen, bei denen die Steuerimpulse für den Thyristor oder die Thyristoren mit der Netzfrequenz oder der doppelten Netzfrequenz und mit von der Temperatur abhängiger Phasenlage in jeder Periode bzw. Halbperiode erzeugt werden, die Wirkung, daß die Thyristoren von mehreren an das gleiche Netz angeschlossenen Heizeinrichtungen im wesentlichen synchron gezündet werden. Bei einer größeren Anzahl von Heizeinrichtungen entstehen dadurch beträchtliche periodische Leistungsspitzen, welche eine sehr oberwellenhaltige Stromkurve und einen schlechten Leistungsfaktor zur Folge haben.

   Aus der. Veröffentlichung »SCR Manual« der General Electric Company, 3. Auflage, S. 104/105 ist es grundsätzlich bekannt, eine mit Hilfe einer Gleichrichterbrücke unter Steuerung durch einen Thyristor gespeiste Last in Reihe mit dem Thyristor in die gleichstromseitige Brückendiagonale anstatt in die Wechselstromzuleitung zu legen, so daß durch die Last nur Gleichstromimpulse fließen. Hinsichtlich des Problems der periodischen Leistungsspitzen bei Anschaltung mehrerer solcher Anordnungen an das gleiche Wechselstromnetz ändert sich aber dadurch nichts, wenn dem Thyristor weiterhin Zündimpulse mit der doppelten Netzfrequenz zugeführt werden.

   Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Regelschaltung der eingangs angegebenen Art, die beim Anschluß einer größeren Anzahl von Heizeinrichtungen, eine gleichmäßigere Belastung der Wechselstromquelle und dadurch eine bessere Stromkurve und einen günstigeren Leistungsfaktor ergibt.

   Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Oszillator an einer stabilisierten Gleichspannung angeschlossen ist und in seiner Frequenz abhängig von der von einem als Temperaturfühlanordnung dienenden Thermistor gemessenen Temperatur schwingt, wobei die Stromversorgung für die gesamte Schaltung über eine Gleichrichterbrücke erfolgt, in deren Diagonale Heizkörper, Siliziumgleichrichter und Thyristor in Serienschaltung liegen.

   Bei der Regelschaltung nach der Erfindung arbeitet der Oszillator völlig unabhängig von der Netzfrequenz, und die Temperaturfühlanordnuhg beeinflußt nicht die Phasenlage, sondern die Frequenz der dem Thyristor zugeführten Steuerimpulse. Dabei kann' sich die Oszillatorfrequenz in der Praxis zwischen dem Wert Null und etwa der zehnfachen Frequenz der Wechselstromquelle ändern. Die Zündung des Thyristors erfolgt daher in zufälligen Zeitpunkten innerhalb jeder Halbperiode, und beim Anschluß mehrerer Heizeinrichtungen an die gleiche Wechselstromquelle ist die Wahrscheinlichkeit, daß zwei Thyristoren gleichzeitig gezündet werden, sehr gering. Die Belastung der Wechselstromquelle ist daher umso gleichmäßiger, je mehr Heizeinrichtungen angeschlossen sind.

   Der in Serie mit dem Thyristor liegende ungesteuerte Siliziumgleichrichter gewährleistet eine sichere