DE1615211A1

DE1615211A1 - Steueranlage fuer eine elektrische Heizanlage

Info

Publication number: DE1615211A1
Application number: DE19671615211
Authority: DE
Inventors: Charles Davies; Donald Portas
Original assignee: Dunlop Co Ltd
Current assignee: Dunlop Co Ltd
Priority date: 1966-04-23
Filing date: 1967-04-22
Publication date: 1970-05-27
Also published as: US3496339A

Description

PATENTANWÄLTE

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEAAANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

TELEFON: 395314 * 2000 HAMBURG 50, 21. April

TELEGRAMME: KARPATENT KDNIGSTRASSE

W.22806/67 12/Me

The Dunlop Company Limited London (England)

Steueranlage für eine elektrische Heizanlage.

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Heizanlagen und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Steueranlagen für elektrische Heizanlagen zum Enteisen von Luftfahrzeugen.

Beim Betrieb einer Enteisungsanlage für ein Luftfahrzeug ist es für maximale Enteisungswirksamkeit erwünscht, die Heizelemente auf eine Temperatur zu erhitzen, die so hoch wie möglich ist, ohne die Heizelemente und ihre Abstützausführung zu beschädigen.

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, eine Steueranlage für eine elektrische Heizanlage zur Verwendung beim Enteisen von Luftfahrzeugen zu schaffen.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Steueranlage für eine elektrische Heizanlage, die ein Heizelement mit einem Wider-

009822/066 5

stand, der sich mit der Temperatur ändert, aufweist, eine Einrichtung mit wenigstens einem gesteuerten Siliziumgleichrichter zum Zuführen elektrischer Energie zu dem Heizelement von einer Wechselstromzufuhr, eine Einrichtung zum Abfühlen einer Änderung des Widerstandes des Elementes und eine Steuereinrichtung, welche auf die Widerstandsänderung anspricht und angeordnet ist, um die dem Heizelement zugeführte elektrische Energie zu verringern, um zu verhindern, daß die Temperatur des Heizelementes sich über einen vorbestimmten Wert erhöht.

Die Erfindung schafft weiterhin eine elektrische Heizanlage, die ein Heizelement mit einem sich mit der Temperatur ändernden Widerstand und eine Steueranlage aufweist, und die eine Einrichtung mit wenigstens einem gesteuerten Siliziumgleichrichter zum Zuführen elektrischer Energie zu dem Heizelement von einer Wechselstromzufuhr, eine Einrichtung zum Abfühlen einer Änderung des Widerstandes des Elementes und eine Steuereinrichtung umfaßt, die auf die Abfühleinrichtung anspricht und angeordnet ist, um die dem Heizelement zugeführte elektrische Energie zu verringern, um zu verhindern, daß die Temperatur des Heizelementes sich über einen vorbestimmten Wert erhöht.

Die Einrichtung zum kontinuierlichen Zuführen elektrischer Energie zu dem Heizelement, die wenigstens einen gesteuerten Siliziumgleichrichter (nachstehend als "SCR" bezeichnet) aufweist, der an eine Wechselstromzufuhrphase geschaltet

009822/0665

ist, kann so angeordnet sein, daß sie von einem Steuerverstärker ausgelöst bzw. getriggert wird, welcher den SCR während wenigstens eines Teiles einer Halbperiode der Wechselstromzufuhr leitend macht. Eine abgewandelte Art und Weise, auf welche die dem Heizelement zugeführte Energie gesteuert werden kann, besteht darin, zu verhindern, daß die SCR während eines Zeitintervalls getriggert werden, nachdem das Heizelement eine vorbestimmte Temperatur erreicht,

In einer Anlage gemäß der Erfindung weist die Einrichtung zum Abfühlen einer Änderung des Widerstandes des Elemertes einen Transformator auf, der einen Kern und zwei Primärwicklungen, die so angeschlossen sind, daß sie entgegenwirkende bzw. entgegengesetzte magnetische Wirkungen in dem Kern zu erzeugen, und eine Sekundärwicklung umfaßt,, die angeschlossen ist, um den Steuerverstärker zu betätigen. Eine Primärwicklung ist mit dem Heizelement in Reihe geschältet, um eine "Stromwicklung" zu bilden, und die andere Primärwicklung ist zu dem Heizelement parallelgeschaltet, um eine "Spannungswicklung" zu bilden. Die in die Sekundärwicklung induzierte Spannung ist dem Unterschied zwischen den Produkten der betreffenden Ströme und Anzahlen von Windungen in den beiden Primärwicklungen proportional, und die Windungszahlen in diesen.Wicklungen sind so gewählt,

' daß, wenn der Heizelementwiderstand einen vorbestimmten Wert hat, welcher einem gewünschten Wert der Temperatur des Heizeieruentes entspricht, die magnetischen Wirkungen der

009822/0665

Primärwicklungen einander aufheben. Wenn die Temperatur des Heizelementes sich von dem gewünschten Wert unterscheidet, hat sein Widerstand einen verschiedenen Wert und es wird ein Signal in der Sekundärwicklung erzeugt, welches der Widerstandsänderung proportional ist. Die Phase des Sekundärausgangs ändert sich, wenn der Widerstand sich über den Wert erhöht, bei welchem die magnetischen Wirkungen der Primärwicklungen einander aufheben.

Bei einer abgewandelten auf Temperatur ansprechenden Heizanlage weist das Heizelement einen Steuerwiderstandabschnitt auf, der mit dem verbleibenden Abschnitt oder den verbleibenden Abschnitten des Heizelementes in Reihe geschaltet ist und einen unterschiedlichen Koeffizienten der Änderung des Widerstandes mit der Temperatur relativ zu dem verbleibenden Abschnitt oder den verbleibenden Abschnitten aufweist.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist ein* schematisches Blockdiagramm, in welchem ein elektrischer Stromkreis für eine Luftfahrzeugenteisungsanlage dargestellt ist.

Fig. 2 ist ein Einzelheiten enthaltendes Stromkreisdiagramm ißür die Anlage gemäß Fig. 1.

Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, in welchem ein Stromkreis zum Schutz gegen Überhitzung dargestellt 'ist.

009822/0665

Fig. H- ist ein Stromkreisdiagramm für eine weitere abgeänderte Luftfahrzeugenteisungsanlage.

Fig. 5 ist ein sohematisches Blockdiagramm, in welchem

eine weitere abgewandelte Luftfahrzeugenteisungsanlage dargestellt ist.

Fig. 6 ist ein Stromkreisdiagramm fir die Anlage gemäß

Fig. 5.
Fig. 7 ist ein schematisches Blockdiagramm, in welchem

eine weitere abgewandelte Luftfahrzeugenteisungsanlage dargestellt ist.
Fig. 8 und 9 sind Stromkreisdiagramme für Teile der Anlage gemäßFig. 7.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Anlage weist ein elektrisches Heizelement H auf., das von einer Wechselstromzufuhr mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Die Zufuhr zu dem Heizelement verläuft über zwei gesteuerte Siliziumgleichrichter SCRl und SCR2, die von einem Steuerverstärker A (Fig. 1) ausgelöst bzw. getriggert werden können, welcher den Zündwinkel der gesteuerten Siliziumgleichrichter einstellt, so daß jeder SCR lediglich für einen Teil jeder Halbperiode der Wechselstromzufuhr Strom leitet, während welcher die angelegte Zufuhrspannung für den Durchgang von Strom durch den SCR in da¹ richtigen Richtung verläuft.

Der Steuerverstärker A ist seinerseits durch einen Steuertransformator Tl gesteuert, der irgendeine Änderung des Widerstandes des Heizelementes H relativ zu einem vorbe-

009822/0665

stimmten Wert abfühlt, welcher einem gewünschten Wert der Temperatur des Heizelementes H entspricht.

Der Steuertransformator Tl weist einen Kern auf, auf dem zwei Primärwicklungen Iw und Vw sowie eine Sekundärwicklung Sw gewickelt sind* Die "Spannungswicklung¹¹ Vw ist zu dem Heizelement H parallelgeschaltet und mit einem Eichwiderstand R1J5 versehen, und die "Stromwicklung" Iw ist mit dem Heizelement H in Reihe geschaltet. Die Anzahlen der Windungen der Wicklungen Vw und Iw und des Widerstandes Rl^ sind so angeordnet, daß, wenn Wechselstrom durch das Heizelement H geführt wird und dieses sich auf einer gewünschten Temperatur befindet, die magnetischen Wirkungen der beiden Wicklungen Vw und Iw einander aufheben und in der Sekundärwicklung Sw keine Spannung aufgebaut wird..

Wenn die Temperatur des Heizelementes H sich unter dem gewünschten Wert befindet, ist die in der Sekundärwicklung Sw aufgebaute Spannung unwirksam, um den Steuerverstärker A zu betätigen, wenn jedoch die Temperatur des Heizelementes H sich über den gewünschten. Wert erhöht, wird die in der Sekundärwicklung Sw aufgebaute Spannung in der Phase umgekehrt und sie schafft ein Signal, welches dem Temperaturüberschuß proportional ist und den Steuerverstärker A wirksam macht, so daß die dem Heizelement H zugeführte Energie verringert wird»

Der Steuerverstärker A ist wie folgt angeordnet (Fig. 2): Die beiden Enden der Wicklung Sw sind mit den Eingangs-

00902-3/066*

stufen zweier getrennter Steuerverstärkerstromkreisteile Al und A2 verbunden, die die Zündwinkel der Gleichrichter SCRl bzw. SCR2 steuern. Die den Gleichrichtern SCRl und SCR2 zugeordneten Stromkreisteile sind ißdentisch und es wird lediglich der dem Gleichrichter SCRl zugeordnete ' Teil beschrieben.

Der Gleichrichter SCRl ist mit dem Heizelement H und der Wechselstromzufuhr S in Reihe geschaltet und er wird durch einen Stromkreis getriggert, der einen unijunction-Transistor Q3 aufweist, der über einen Gleichrichter CRl mit Energie versorgt wird, wobei das an den Transistor Q3 angelegte Potential durch eine Zenerdiode CR^ begrenzt ist.

Der Emitter des Transistors Q3 ist aneten Kondensator Cl geschaltet, der während jeder Halbperiode der Zufuhr, die richtige Polarität hat, so daß sie durch den Gleichrichter CRl hindurchgeht, über einen variablen Widerstand R3 in einer Geschwindigkeit bzw. in einem Ausmaß aufgeladen wird, das durch.die Impedanz bestimmt ist, die von einem mit dem Kondensator Cl parallelgeschalteten Transistor Q2 dargeboten ist. Der Kondensator Cl ist über den Emitter des Transistors Q5 an die Primärwicklung eines Transformators T2'geschaltet, dessen Sekundärteil mit der Auslöseelektrode bzw. Triggerelektrode oder dem Tor des Gleichrichters SCRl verbunden ist. Die Anordnung der Transistoren Q2 und QJ, des Transformators T2 und des Kondensators Cl ist derart, daß das Potential an dem Kondensator Cl bei jeder Halbperiode der Zufuhr richtiger

009822/0665

Polarität den Wert erreicht, bei welchem der Transistor zündet zu einem Zeitpunkt in der Halbperiode, der durch die Geschwindigkeit bzw. das Ausmaß bestimmt ist, in welchem der Kondensator Cl über den Transistor Q2 aufgeladen werden kann. Wenn der Transistor Q3 zündet bzw. feuert, triggert er den Gleichrichter SCRl, um zu ermöglichen, daß voller Strom während des verbleibenden Teiles der Halbperiode zu dem Heizelement H fließt.

Die Impedanz des franesistors Q2 hängt von seinem Basisstrom ab, der von einem Kondensator C2 abgeleitet ist, welcher Stromimpulse von einem Verstärkungstransistor Ql empfängt, der einen Teil eines phasenempfindlichen Torstromkreises bildet. Der Emitter des Transistors Ql ist über einen Widerstand R5 an die Zufuhr und über einen Gleichrichter CRjJ an ein Ende der Sekundärwicklung Sw des Steuertransformators derart geschaltet, daß der Strom durch den Transistor Ql durch die in der Sekundärwicklung Sw induzierte und an einem Widerstand R6 aufgebaute Spannung gesteuert wird, um Strom durch den Emitter-Basis-Stromkreis des Transistors Ql zu führen. Die Wicklungen Iw und Vw des Steuertransformators Tl sind so angeordnet, daß die in der Sekundärwicklung Sw aufgebaute Spannung, wenn die Temperatur und damit der Widerstand des Heizelementes H sich unter dem vorbestimmten geforderten Wert befindet, sich mit Bezug auf die Zufuhrspannung um l8o° außer Phase befindet. Diese Spannung hat keine Wirkung auf den Transistor Ql, da zu dem Augenblick, zu welchem die

009822/0665

Zufuhrspannung an dem Emitter vorhanden jst, kein Emitter-Basis-Strom vorhanden ist. Wenn die Temperatur des Heizelementes sich über den vorbestimmten Wert erhöht, wird die in der Sekundärwicklung Sw aufgebaute Spannung in der Phase umgekehrt und sie erhöht sich proportional zu dem Ausmaß, in welchem die Temperatur des Heizelementes H den vorbestimmten geforderten Wert" überschreitet. Hierdurch wird ein Strom in dem Emitter-Basis-Stromkreis des Transistors Ql erzeugt, welcher bewirkt, daß ein starker Stromimpuls bzw. ein Impuls stärkeren Stromes in jeder Halbperiode richtiger Polarität durch den Transistor Ql geführt wird, um den Kondensator C2 aufzuladen. Ein Widerstand R4, der an den Kondensator C 2 geschaltet ist·, ist genügend groß, um zu gewährleisten, daß ein genügender Anteil der an dem Kondensator C2 während einer Halbperiode aufgebauten Spannung zu Beginn der nächsten Halbperiode richtiger Polarität noch vorhanden ist, so daß der Kondensator Cl veranlaßt wird, die Aufladung mit annähernd richtiger Geschwindigkeit bzw. richtigem Ausmaß zu beginnen.

Im Betrieb werden, wenn die Temperatur des Heizelementes H sich unter dem gewünschten Wert befindet, die Gleichrichter SCRl und SCR2 beim Beginn ihrer richtigen Halbperiode im wesentlichen augenblicklich getrlggert. In den dem Gleichrichter SCRl zugeordneten Stromkreis fließt beim Beginn der Halbperiode schwacher Strom von einer Seite der Zufuhr über CRl, Rl, R3, um den Kondensator Cl aufzuladen, wobei der

009822/0665

Stromkreis durch den Transformator T2 und den Gleichrichter CR2 zu der anderen Seite der Zufuhr vervollständigt wird, bis das Potential an dem Kondensator Cl den Punkt erreicht, an welchem der Transistor Q3 zündet. Der Zeitpunkt, zu welchem der Transistor Q3 zündet, ist durch die Aufladungsgeschwindigkeit bzw. durch das Ausmaß der Aufladung des Kondensators Cl bestimmt, daä durch die Impedanz des Transistors Q2 bestimmt ist, die einen hohen Wert hat, wenn die Temperatur des Heizelementes H niedrig ist, und der Kondensator Cl entladet daher über den Transistor Q3 im wesentlichen augenblicklich, um den Gleichrichter SCRl zu triggern und demgemäß zu ermöglichen, daß der volle Strom für den wesentlichen Teil der Halbperiode durch das Heizelement H fließt. In ähnlicher Weise fließt während der nächsten Halbperiode Strom durch den dem Gleichrichter SCR2 zugeordneten Stromkreis, um den Gleichrichter SCR2 im wesentlichen augenblicklich zu triggern.

Wenn die Temperatur des Heizelementes H sich über den vorbestimmten geforderten Wert erhöht, befindet sich der in den Verstärkertransistor Ql geführte Strom mit dem Zufuhrstrom in Bhase und er bewirkt, daß Strom .Üurch den Transistor Ql fließt, so daß die Ladung an dem Kondensator C2 aufgebaut und damit die wirksame Impedanz des Transistors Q2 verringert wird und bewirkt wird, daß das Ausmaß der Entladung des Kondensators Cl verringert wird. Dadurch wird das Zünden des Transistors 03 und des Gleichrichters SCRl verzögert,

009822/0686

und zwar bis zu einem späteren Zeitpunkt in der Halbperiode, so daß die dem Heizelement H zugeführte Energie wirksam verringert wird. Ein ähnliches Verfahren findet während abwechselnder Halbperiode in dem dem Gleichrichter SCR2 zugeordneten Stromkreis statt.

Der Stromkreis OPl zum Schutz gegen Überhitzung, der in Fig. 3 dargestellt ist, kann in einer Anlage der allgemeinen Form, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, vorgesehen sein, um einen unangemessenen Temperaturanstieg im Fall eines Vorsagens der Temperatursteueranlage zu verhindern. Er weist ein Relais Ry mit gewöhnlich geschlossenen Kontakten NCl in Reihe mit der Energiezufuhr zu dem Temperatursteuerverstärker A auf.·

Das Solenoid des Relais Ry ist mit dem Kollektor eines Transistors Q9 in Reihe geschaltet, der einen Teil eines phasenempfindlichen Torstromkreises bildet, welcher einen Transistor Q8, einen Gleichrichter CR15, einen Kondensator C 5 und einen Widerstand Rl¹I- enthält.

Der phasenempfindliche Torstromkreis ist von ähnlicher Form "und wirkt ähnlich wie der entsprechende Stromkreis, . welcher'die Transistoren Ql und Q2 des in Fig. Z dargestellten Stromkreises enthält, und er ist angeordnet, um ein Signal von der Ausgangswicklung Sw eines Steuertransformators zu empfangen, beispielsweise des Transformators Tl, und zwar über einen Gleichrichter CRIl immer dann, wenn die Temperatur des Heizelementes H sich von dem geforderten

0 0 9 8 2 2/0665-

Wert unterscheidet. Wenn die Phesenänderung bei Erhöhung der Temperatur Über den geforderten Wert auftritt und einen vorbestimmten maximalen Wert erreicht, betätigt der Überhitzungssteuerstromkreis das Relais Ry, um die Energiezufuhr von dem Temperatursteuerverstärker A zu trennen bzw. abzuschalten. Das Relais Ry wird dann durch zwei Haltekontakte NOl geschlossen gehalten, selbst wenn die Temperatur des Heizelementes H unter dem maximalen Wert fällt, und zwar, bis das Relais Ry über einen Schalter RS von Hand rückgestellt wird, der dessen elektrische Zufuhr unterbricht. Ein Warnlicht bzw. eine Warnlampe L, die von Kontakten N02 betätigt wird, ist vorgesehen, um anzuzeigen, wenn das Relais Ry betätigt worden ist,um die Heizenergie abzuschalten.

Bei der in Fig. 4· wiedergegebenen abgeänderten Anlage sind drei Heizelemente in Sternform in einem Dreiphasen-Energiezufuhrstromkreis S. angeordnet. Die Zufuhren zu den drei Elementen sind durch drei gesteuerte Siliziumgleichrichter SCRl, SCR2, SCR3 gesteuert, die jeweils mit ihrem betreffenden Heizelement Hl, H2 bzw. Hj5 in Reihe geschaltet sind, um den Stromfluß durch die betreffenden Elemente in lediglich einer Richtung zu steuern. Um einen umgekehrten Stromfluß an jedem gesteuerten Siliziumgleichrichter vorbei zu ermöglichen, wenn die Phasenbeziehung der Zufuhren zu den zugeordneten Elementen und einem oder beiden der anderen Elemente derart ist, daß ein solcher umgekehrter Fluß erforderlichJLst, ist für jeden Gleichrichter ein Nebenschluß

009822/0665

durch zwei Gleichrichter CR20, CR21,· CR22, CR23; CR24, CR25 vorgesehen, von denen jedes mit jedem der anderen Gleichrichter verbunden ist. Wie in Fig. 4 dargestellt, wird der Gleichrichter SCRl für umgekehrten Fluß durch die Gleichrichter CR20 und CR21 umgangen, die mit der Kathode des Gleichrichters SCR3 bzw. SCR2 verbunden sind. Ströme können daher von den betreffenden Phasenanschlüssen durch den Gleichrichtern SCRJ und SCR2 zugeordneten Elemente, dann durch die Gleichrichter SCR3 und SCR2 und dann durch die Gleichrichter CR20 und CR21 zu dem Heizelement und dem dem Gleichrichter SCRl zugeordneten Phasenanschluß fließen.

Der STeuerstromkreis des Gleichrichters SCRl ist dem in Fig. 2 dargestellten Stromkreis ähnlich, er ist jedoch ebenfalls angeadnet, um ein Steuerpotential zum Einstellen der Zündwinkel, in ihren betreffenden Phasen, der Steuerstromkreise der Gleichrichter SCR2 und SCR3 zuzuführen. Das Steuerpotential wird von der Verbindungsstelle des Kondensators C21 und des Widerstandes R 21 (Fig. 4) abgenommen und an die Basisanschlüsse von Transistoren Q21, Q22 und Q 23 angelegt, welche das Ausmaß der Aufladung von Kondensatoren C 22, C 24·, C25 steuern, um die Zündwinkel der Gleichrichter SCRl, SCR2 und SCR3 zu bestimmen, wobei die Arbeitsweise der drei Steuerstromkreise in Fig. 4 der Arbeitsweise der in Fig. 2 dargestellten Stromkreise ähnlich ist. Die Zeitkonstante C21 R 21 ist genügend lang, um im wesentlichen gleiche Potentiale zum Einstellen der Zündwinkel in jeder Phase zu schaffen, und

009822/0665

zwar trotz der Zeitintervalle, die zwischen den Stromflüssen in den betreffenden Phasen vergehen.

Es kann erwünscht sein, die Steueranlagen gemäß Fig. 2 oder Pig. 4 zu verwenden, um die Zufuhr von Energie zu einem oder mehr als einem andasn Heizelement oder Gruppen von Heizelementen zu steuern, die von der gleichen Wechselstromquelle versorgt werden. Dies kann, wie in Fig. 4 dargestellt, durch Verwendung von Transformatoren T 20, T21, T22 erreicht werden, deren jeder eine Triggerzufuhr zum richtigen Augenblick zu einem einem anderen Heizelement zugeordneten Gleichrichter SCR führt und die den Gleichrichtern CR20 bis CR25 entsprechende Gleichrichter aufweisen.

In Fig. 4 ist weiterhin ein Stromkreis 0P2 zum Schutz gegen Überhitzung dargestellt, der im wesentlichen so ausgebildet ist, wie es oben mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben ist.

In den Fig. 5 und 6 ist eine Anlage dargestellt, die eine andere Temperaturabfühlanlage aufweist als die, die bei den oben beschriebenen Anlagen vorhanden ist.

Bei dieser Anlage ist das Heizelement H5 in zwei in Reihe geschaltete Abschnitte H6 und H7 unterteilt, deren jeder einen anderen Koeffizienten der Änderung des Widerstandes mit der Temperatur aufweist, nämlich einen Steuerwiderstandabschnitt Ho, der einen verhältnismäßig hohen Temperaturkoeffizienten hat, und einen verbleibenden Abschnitt H7, der einen bei Temperaturänderungen verhältnismäßig konstanten Widerstand hat.

009822/0665

Ein Steuertransformator T^O weist zwei Primärwicklungen Vw, Iw und eine Sekundärwicklung Sw auf. Die Primärwicklung Vw stellt eine eine Zufuhrspannung abfühlende Spule dar und sie ist an das ganze Heizelement H5 geschaltet. Die Wicklung Iw stellt eine eine Steuerspannung abfühlende Spule dar und sie ist an den Steuerwiderstandabschnitt h6 geschaltet. Die Wicklungen sind derart geschaltet, daß in dem Kern entgegengesetzte magnetische Wirkungen erzeugt werden, und zwei Steuerpunkteinstellwiderstande R40 und R4l sind derart eingestellt, daß die Wirkungen der Spulen Iw und Vw einander aufheben, wenn die Spannung an dem Steuerwiderstandabschnitt Ho einen Wert entsprechend der geforderten Temperatur des Heizelementes hat.

Die Arbeitsweise der Anlage gemäß den Fig. 5 und 6 ist der Arbeitsweise der Anlage gemäß den Pig. I und 2 ähnlich.

Bei einer nicht dargestellten abgewandelten Aus-

führungsform, bei welcher ein unterteiltes Heizelement, wie es in Fig. $ dargestellt ist, verwendet wird, können die beiden Abschnitte des Heizelementes in einem Brückenstromkreis üblicher Gestaltung angeordnet sein, um ein Signal zum Betätigen des TempEratursteuerverstärkers zu schaffen.

In Fig. 7 ist eine abgewandelte Luftfahrzeugenteisungsanlage dargestellt, die zu den Merkmalen der oben bezeichneten Anlagen zusätzlich eine Anzahl weiterer Merkmale aufweist.

Die Anlage gemäß Fig. 7 wird durch eine Dreiphasen-

009822/0605

- 1β -

zufuhr S3 erregt, die an drei Heizelemente HlO, Hll^und H12 geschaltet ist. Die mit den Elementen HlO und H12 verbundenen Phasen sind durch zwei Paare SCR20 und SCR21 gesteuerter Siliziumgleichrichter gesteuert, die ihrerseits durch einen nachstehend zu beschreibenden Temperatursteuerstromkreis gesteuert sind, jedoch braucht die mit dem Heizelement HIl verbundene Phase nicht über einen zusätzlichen gesteuerten Siliziumgleichrichter zu verlaufen, da sie wirksam durch die Gleichrichter SCR20 und SCR21 gesteuert ist, durch welche die Stromzufuhr verlaufen muß.

Die Wirkung der gesteuerten Siliziumgleichrichter ist durch einen Satz von Steuerstromkreisen P gesteuert, die durch Steuertransformatoren T50 und T5I und durch Stromtransformatoren T52, T55, T54 betätigt werden, die angeordnet sind, um Signale in Phase mit den in den Dreiphasenzufuhrleitungen S^ fließenden Strömen zuzuführen.

Die Signale von den Steuertransformatoren T50 und T5I werden in der gleichen Weise wie in den Stromkreisen gemäß den Fig. 1 und 2 erzeugt und sie werden in die Steuerstromkreise P über zwei Tore Gl und G2 geführt, die weiterhin mit Wechselstromsignalen von den Stromtransformatoren T52 bzw. T54 versorgt werden. Wie bei den oben beschriebenen Stromkreisen wird, wenn die Temperatur der Heizelemente sich über einen vorbestimmten Wert erhöht, die Phase der Signale von den Transformatoren T50, T51 die gleiche wie die der Signale von den Transformatoren T52 bzw. T54, und ein Signal

009822/0665

wird dann zu dem gewöhnlichen Temperatursteuerstromkreis Dl geführt, der einen Teil eines Temperaturfühlstromkreises bildet.

Ein zweiter Temperaturstromkreis D2 weist zwei den Toren Gl und G2 ähnliche Tore auf, mit der Ausnahme, daß eine Vorspannspannung an die Tore angelegt wird, um zu gewährleisten, daß der eine überhöhte Temperatur abfühlende Detektor D2 lediglich dann in Wirkung kommt, wenn die Temperatur der Heizanlage den gewünschten Wert um mehr als einen vorbestimmten Betrag überschreitet. Die Arbeitsweise dieses Stromkreises wird später beschrieben.

Der gewöhnliche Temperatursteuerdetektor Dl erzeugt eine Reihe von einseitig gerichteten Impulsen, die einem Zeitgeberkondensator C^O zugeführt werden, der in einem Zeitgeberstromkreis VT mit änderbarem Verhältnis enthalten ist. Die Amplitude der aus dem Temperatureteuerdetektor Dl. austretenden Impulse ist dem Überschuß der Temperatur der Heizanlage über den geforderten Wert proportional, so daß die Zeit, die genommen wird, um den Kondensator CJO (Fig. 8) in dem Zeitgeberstromkreis VT mit -«riablem Verhältnis auf einen vorbestimmten Spannungswert aufzuladen, von dieser überhöhten Temperatur abhängt. Wenn ein vorbestimmter Spannungs wert erreicht ist, entladet der Kondensator CJ50 über einen Triggerstromkreis QJl, Q52, Q33 ^und erzeugt einen Ausgangsimpuls der dann zu einer Tranaistorschaltereinrichtung TS geführt wird. Die "Transistargohaltereinrlclifeung TS weist

009822/0885

Paare von Schalttransistoren Q^4, Q55; Q36, Qj57 auf, die durch einen Steuerschalttransistor Qjß betätigt sind, .und sie wird durch den Impuls während einer Periode betätigt, die durch das Ausmaß der Entladung des Kondensators G30 über Widerstände R50, R51 eingestellt ist, so daß sie wirksam ist, um die Versorgungen der Heizanlage für einen vorbestimmten Zeitraum in folgender Weise abzuschalten.

Die Transistorschaltereinrichtung TS ist angeordnet,

en
um Strom über eine Transformatotfanlage TlO, TIl und Tl2, TI? zu dem den gesteuerten Siliziumgleichrichtern zugeordneten Steuerelementen zuzuführen, und wenn der Ausgangsimpuls des Zeitgeberstromkreises VT mit variablem Verhältnis empfangen ist, ist die Transistorschaltereinrichtung TS wirksam, um die Spannungszufuhr zu den Steuerstromkreisen der gesteuerten Siliziumgleichrichter abzuschalten und somit zu verhindern, daß Strom zu den Heizelementen fließt. Wenn der Ausgangsimpuls des Zeitgeberstromkreises VT mit variablem Verhältnis endigt, und zwar nach dem oben genannten vorbestimmten Zeitintervall, wird die Transistorschaltereinrichtung TS wirksam, um die Spannungszufuhr wiederum an die Qleichrichtersteuerelemente anzuschließen und somit denEnergiefluß zu den Heizelementen wiederherzustellen»

line Wirkung der oben beschriebenen Anordnung besteht darin, daß, wenn ein Heizelement HlO oder H12 in einem offenen Stromkreis liegt, die falschen Signale, die sonst zu dem TemperatursteuerstsOmkreis Dl tibertragen werden würden,

000322/0665

durch das entsprechen* Tor Gl oder G2 blockiert sind, da keine Phasenentsprechung zwischen den Signalen von dem Transformator T52 oder Τ5^ bzw. dem Transformator T50 und T5I vorhanden ist.

Der die überhöhte Temperatur abfühlende Detektor D2 speist einen Verstärker, der angeschlossen ist, um ein Relais zu betätigen, welches derart arbeitet, <&ß die Hauptenergiezufuhr zur Anlage immer dann abgeschaltet wird,wenn ein übermäßiger Temperaturanstieg auftritt. Dieser Verstärker und das Abschaltrelais sind mit dem Bezugszeichen Ry2 bezeichnet. Das Abschaltrelais Ry2 ist mit einem Hauptstromkreisunterbrecher CB und einer Rückstellsteuerung SW20 in Reihe geschaltet. Die gewöhnlich geschlossenen Kontakte des Relais Ry2 können durch Betätigen des Rückstellschalters SW20 wieder geschlossen werden, der die Energiezufuhr von den Steuerstromkreisen P abschaltet und somit bewirkt, daß die Kontakte des AbsclaLtrelais Ry2 wiederum schließen.

Ausgangssignale der Transformatoren T52, T54 werden weiterhin einem eine niedrige Temperatur abfühlenfen Stromkreis DJ zugeführt, welcher ein Signal zu dem Zeitgeber VT mit variablem Verhältnis immer dann zuführt, wenn die Temperatur der Heizelemente sich unterhalb eines vorbestimmten Wertes befindet, wie es durch die Größe des in der Verbindung zu dem Heizelement fließenden Stromes angezeigt ist. Der die niedrige Temperatur abfühlende Stromkreis DJ wirkt in nachstehend zu beschreibender Weise, um die Heizanlage abwechselnd

009822/0665

einzuschalten und abzuschalten, um dioden Heizelementen zugeführte Energie zu verringern, wenn der Widerstand der Heizelemente niedrig ist, und zwar beim anfänglichen Aufwärmen der Heizelemente.

Der Stromkreis DJ weist Gleichrichter CRJl und CR J2 auf, die mit den Stromtransformatoren T54 bzw. T52 und mit einer gemeinsamen Verbindung JJ verbunden sind, welche über einen Transistor QJO einen einseitig gerichteten Strom zuführt, welcher einen Kondensator CJl schnell auf den Spitzenwert der Spannung der Stromtransformatoren aufladet. Die Spannung an dem Kondensator CJl bewirkt dann, daß der Kondensator CJO sich über den Widerstand R50 aufladet, bis er den vorbestimmten Wert erreicht, bei welchem er über den Triggerstromkreis QJl, QJ2, QJJ entladet, um die Transistorschaltereinrichtung TS zu betätigen. Dies bewirkt, daß die Heizelemente abgeschaltet werden, wobei die Spannung an der Verbindung JJ abgenommen wird, und der Kondensator CJO entladet dann gemäß vorstehender Beschreibung über die Widerstände R50 und R51 für eine vorbestimmte Zeit, während welcher die Heizelemente abgeschaltet bleiben. Wenn der Kondensator CJO genügend entladen hat, betätigt der Triggerstromkreis den Transistorschalter, um die Heizenergie wiederherzustellen, und der Kreislauf wird wiederholt.

Die Steuerstromkreise P weisen weiterhin einen Schutzstromkreis d4 für die gesteuerten Siliziumgleichrichter auf, welcher eine überhitzung der gesteuerten Siliziumgleichrichter

009822/0665

abfühlt und die Transistorschaltereinrichtung TS betätigt, um die Energiezufuhr in einem solchen Fall abzuschalten. Der Stromkreis wird durch Thermistoren THl und TH2 mit positivem Temperaturkoeffizienten betätigt, die den gesteuerten Siliziumgleichrichtern benachbart liegen und in einen Brückenstromkreis mit Widerständen R53, R54, R55 geschaltet sind, um einen Transistor Q39 zu betätigen, welcher Strom zu dem Kondensator Cj5O immer dann führt, wenn der Ausgleich des Brückenstromkreises durch irgendeinen übermäßigen Temperaturanstieg der gesteuerten Siliziumgleichrichter gestört ist, so daß bewirkt wird, daß die Energie abgeschaltet wird.

Fig. 9 ist ein Einzelheiten zeigendes Stromkreisdiagramm eines eine Bogenbildung abfühlenden Stromkreises D5, der in Fig. 7 schematisch dargestellt ist. Der Stromkreis D5 arbeitet durch Vergleichen der drei Signale von den Stromtransformatoren T52, T53, T54 und durch Abfühlen irgendeiner Ungleichheit dieser Signale, welche einen Abfall des Widerstandes eines oder mehrerer Heizelemente zufolge von Bogenbildung anzeigen würde, die sich aus schadhafter Isolierung ergibt.

Die Eing^änge 52, 53, 54 der Transformatoren T52, T53, T54 werden den Basen der Transformatoren Q52* Q53 bzw. Q54 über Gleichrichter CR52, CR52 bzw. CR54 und Widerstände R62, R63 bzw. R64 zugeführt. Dies bewirkt, daß Kondensatoren C52, C52, C54 auf die Spitzenspannungen an den Eingängen 52, 53

009822/0665

bzw. 54 aufgeladen werden.

Die Kondensatoren C52, C53, 05²I- sind alle über Gleichrichter CR62, CR63, CR64 und einen Widerstand R65 an die Basis eines Transistors Q65 geschaltet, dessen Emitter über Oleichrichter C72, C73, C74 an die Kondensatoren C52, C53, C54 geschaltet ist, und die Gleichrichter CR72, CR73, CR74 sind in entgegengesetzten Sinn zu den Gleichrichtern CR62, CRÖ3 und CR64 angeschlossen. Irgendein merkbarer Unterschied der Eingangsspannungen bewirkt daher einen Stromfluß in dem Basis-Emitter-Stromkreis des Transistors Q65 und ein verstärkter Strom durch den Kollektor ladet einen Kondensator C55 auf,welcher einen Transistor Q66 antreibt, der seinerseits einen Transistor Q67 antreibt, um das Abschaltrelais zu betätigen.

Um das Arbeiten des eine Bogenbildung abfühlenden Stromkreises D5 zu verhindern, wenn eine Ungleichheit zufolge der Tatsache auftritt, daß eines der Heizelemente in einem offenen Stromkreis liegt, ist eine Kette von Transistoren Q68, Q69, Q70 vorgesehen, um in einem solchen Fall den Kondensator C55 zu entladen. Der Transistor QjSQ wird in ähnlicher Weise wie der Transistor Q65 über Gleichrichter CR82, CR8j5, CR84 versorgt, und wenn ein Heizelement in einem offenen Stromkreis liegt, bewirkt der sich ergebende groß.e SpannungsabfaiJ an einer der Stellen 52, 53* 5^* daß der gewöhnlichtLeitende Transistor Q68 für eine Periode in jedem Stromkreislauf aufhört zu leiten. Der Transistor Q69

009822/Q66S

wird für eine entsprechende Periode eingeschaltet und der Transistor Q70 wird ebenfalls eingeschaltet, um den Kondensator C55 während dieser Periode zu entladen, so daß verhindert ist, daß der Stromkreis das Abschaltrelais betätigt,

Die oben beschriebenen Anlagen haben den Vorteil,· daß sie eine Steuerung großer Empfindlichkeit schaffen, durch welche ermöglicht ist, die Temperatur eines Luftfahrzeugenteisungselementes auf einen Wert zu erhöhen, bei welchem der wirksamste Enteisungseffekt,der möglich ist, erhalten wird, ohne daß eine Beschädigung des Heizelementes hervorgerufen wird. Dies ist insbesondere in dem Fall eines Elementes wichtig,- welches mit einer Hülle elastomeren Materials wie Polychloropren (Poly-2-Chlorbutadien) überzogen ist.

009822/0665

Claims

Patentansprüche.

1. Steueranlage für eine elektrische Heizanlage, die ein Heizelement aufweist, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert, gekennzeichnet durch eine Einrichtung die wenigstens einen gesteuerten Siliziumgleichrichter (z.B.SCRl) aufweist, um dem Heizelement (H) von einer Wechselstromzufuhr (S) elektrische Energie zuzuführen, eine Einrichtung zum Abfühlen einer Änderung des Widerstandes des Heizelementes, und durch eine Steuereinrichtung, die auf die Widerstandsänderung anspricht und die dem Heizelement zugeführte elektrische Energie verringert, um zu verhindern, daß die Temperatur des Heizelementes sich über einen vorbestimmten Wert erhöht.

2. Steueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abfühlen einer Widerstandsänderung des Heizelementes einen Transformator (Tl) aufweist, der einen Kern und zwei Primärwicklungen (Vw, Iw), dielso angeschlossen sind, daß sie an dem Kern entgegengesetzte magnetische Wirkungen erzeugen, und eine Sekundärwicklung (Sw) aufweist, die so angeschlossen ist, daß sie die Steuereinrichtung betätigt, wobei eine Primärwicklung mit dem Heizelement in Reihe, und die andere Primärwicklung mit dem Heizelement parallel geschaltet ist.

5. Steueranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Einrichtung (A) zum Triggern des gesteuerten Siliziumgleichrichters aufweist derart, daß sein Zündwinkel eingestellt wird und er dadurch während

009822/0665

eines gesteuerten Anteiles jeder Halbperiode der Wechselstromzufuhr leitend gemacht ist.

4. Steueranlage nach Anspruch J5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Triggern des gesteuerten Siliziumgleichrichters einen phasenempfindlichen Torstromkreis aufweist, welchem der Ausgang der Sekundärwicklung (Sw) des Transformators (Tl) zusammen mit einem Signal zugeführt wird und welcher ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Eingangssignale sich in der Phase unterscheiden.

5· Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (Sw) an die Basis eines Transistors (Ql) und über einen Gleichrichter (CRjJ) an den Emitter des Transistors geschaltet ist, die Wechselstromzufuhr (S) über einen Gleichrichter (CR2) an den Kollektor des Transistors geschaltet ist und der Kollektorstrom einen Kondensator (C2) aufladet, der in einen Triggerstromkreis für gesteuerte Siliziumgleichrichter derart geschaltet ist, daß duah das Ausmaß bzw. die Geschwindigkeit der Aufladung des Kondensators der Zündwinkel des gesteuerten Siliziumgleichrichters gesteuert ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gesteuerte Siliziumgleichrichter (SCRl, SCR2) angeordnet sind, um eine gesteuerte Vollwegwechsel stromzufuhr zu dem Heizelement (H) zu schaffen, und daß die gegenüberliegenden Enden der Sekundärwicklung (Sw) des Transformators (Tl) an zwei ähnliche Steuereinrichtungen

009822/0665

geschaltet sind, und zwar eine für jeden gesteuerten Siliziumgleichrichter.

7· Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß drei gesteuerte Siliziumgleichrichter (SCRl, SCR2, SCR3) zum Zuführen elektrischer Energie zu drei Heizelementen (HlO, HIl, H12) von einer Dreiphasenweehselstromzufuhr (S3) vorgesehen sind, von denen einer mit seiner zugeordneten Steuereinrichtung für jedes Heizelement vorgesehen ist und ein Heizelement mit einer Einrichtung zum Abfühlen einer Änderung des Widerstandes des Elementes versehen und mit der Steuereinrichtung für alle drei gesteuerten Siliziumgleichrichter verbunden ist, und daß wenigstens ein Gleichrichter parallel zu jedem der gesteuerten Siliziumgleichrichter vorgesehen ist, um einen Rückkehrweg für Strom von den anderen gesteuerten Siliziumgleichrichtern zu schaffen.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7» gekennzeichnet durch einen Uberhitzungsschutzstromkreis mit einem zweiten phasenempfindlichen Tor Stromkreis, welchem zusammen mit einem Signal von der Zufuhr der Ausgang der Sekundärwicklung des Transformators zugeführt wird, und welcher ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Eingangssignale sich In der Phase unterscheiden, um ein Relais zu betätigen, welches bewirkt, daß die Energiezufuhr von dem Heizelement abgeschaltet wird, wenn das genannte Ausgangssignal einen vorbestimmten Wert überschreitet.

009822/0665

9« Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das die Steuereinrichtung eine Einrichtung aufweist, zum Abschalten der Zufuhr von Energie zu dem Heizelement während eines vorbestimmten Zeitraumes immer dann, wenn die 'Temperatur des Heizelementes sich über einen vorbestimmten Wert erhöht.

10. Anlage nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abschalten der Energiezufuhr zu dem Heizelement eine Zeitgebereinrichtung (VT) mit variablem Verhältnis aufweist, die von einem Temperaturabfühlstromkreis eine Reihe von einseitig gerichteten Stromimpulsen empfängt, deren Amplitude dem Übermaß der Temperatur des Heizelementes über den geforderten Wert proportional ist, die Zeitgebereinrichtung mit variablem Verhältnis einen Zeitgeberkondensator aufweist, der von den genannten Stromimpulse*» aufgeladen wird und über einen Triggerstromkreis entladet _M wenn er auf einen vorbestimmten Wert aufgeladen ist, wobei der Triggerstromkreis während der Periode, während welcher der Kondensator entladet, eine Transistorschaltereinrieiitung (TS) betätigt, um die Zufuhr zu einem Steuerstromkreis des gesteuerten Siliziumgleichrichters abzuschalten und dadurch zu verhindern, daß Strom zu dem Heizelement fließt und wobei das Ausmaß der Entladung des Kondensators über in dem TFiggerstromkreis enthaltene Widerstände derart vorbestimrat ist, daß bewirkt .wird, daß die Heizelementzufuhren für eine vorbestimmte Zeit abgeschaltet werden.

009822/0665

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine niedrige Temperatur abfühlender Stromkreis vorgesehen ist, um der Zeitgebereinrichtung (VT) mit variablem Verhältnis immer dann ein Signal zuzuführen, wenn die Temperatur des Heizelementes sich unter einem vorbestimmten Wert befindet, der die niedrige Temperatur abfühlende Stromkreis einen Kondensator aufweist, der auf eine Spannung aufgeladen wird, welche dem Spitzenwert des dem Heizelement zugeführten Stromes proportional ist und der den Zeitgeberkondensator in vorbestimmtem Ausmaß aufladet, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß bei Entladung des Zeitgeberkondensators er die Energie zu dem Heizelement abschaltet und weiterhin bewirkt, daß der dem die niedrige Temperatur abfühlenden Stromkreis zugeordnete Kondensator entladen wird' und weiterhin unterbrochene Heizkreisläufe folgen, bis das Heizelement eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat.

12. Anlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß drei Heizelemente angeordnet sind, die mit Energie von einer Dreiphasenzufuhr versorgt werden, und daß ein eine Bogenbildung abfühlender Stromkreis vorgesehen ist, in reichem Signale entsprechend den in den drei Heizelementen fließenden Strömen miteinander verglichen werden, und welcher auf irgendeine Ungleichheit zwischen den drei Signalen derart anspricht, daß die Energiezufuhr zu den Heizelementen abgeschaltet wird.

15. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

009822/0665

der eine Bogenbildung abfühlende Stromkreis drei Kondensatoren aufweist, die über Gleichrichter auf Spannungen entsprechend derjbetreffenden Spitzenwerten des Stromes in den drei Heizelementen aufgeladen und jeweils über zwei Gleichrichter entgegengesetzter Polarität an die betreffenden Eingangsanschlüsse eines Verstärkers geschaltet sind, der ein Abschaltrelais immer dann betätigt, wenn irgendein merkbarer Unterschied in den drei Signalen sich ergibt.

14. Anlage nach Anspruch Ij3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum "Verhindern des Arbeitens des eine Bogenbildung abfühlenden Stromkreises als Ergebnis einer Ungleichheit in den drei Signalen, die sich daraus ergibt, daß eines der Heizelemente in einem offenen Stromkreis liegt, wobei diese Einrichtung einen Verstärker aufweist, welchem die gleichgerichteten Signale, die den in den Heizelementen fließenden Strömen entsprechen, zugeführt werden und welcher während irgendeiner Periode wirksam wird, wenn ein Signal erscheint, um das Arbeiten des Abschaltrelais zu verhindern.

15. Elektrische Heizanlage mit einem Heizelement,

das einen Widerstand hat, der sich mit der Temperatur ändert, und mit einer Steueranlage, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die wenigstens einen gesteuerten Siliziumgleichrichter zum Zuführen von Energie zu dem Heizelement von einer Stromquelle, eine Einrichtung zum Abfühlen einer Änderung des Widerstandes des Elementes und durch eine Steuereinrichtung, die auf die Fühleinrichtung anspricht und die

009822/0665

dem Heizelement zugeführte elektrische Energie verringert, um zu verhindern, daß die Temperatur des Heizelementes über einen vorbestimmten Wert ansteigt.

16. Heizanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement einen Steuerwiderstandabschnitt.
(Ho) in Reihe mit dem verbleibenden Abschnitt (H7) oder den verbleibenden Abschnitten des Heizelementes, der relativ zu dem verbleibenden Abschnitt oder den verbleibenden Abschnitten einen anderen Koeffizienten der Änderung des Widerstandes mit der Temperatur aufweist.

009822/0665