DE1918662A1

DE1918662A1 - Schaltgeraet

Info

Publication number: DE1918662A1
Application number: DE19691918662
Authority: DE
Inventors: Nuckolls Joe Allen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-04-16
Filing date: 1969-04-12
Publication date: 1970-08-27
Also published as: FR2009822A6; US3633036A

Description

Schaltgerät

Zusatzanmeldung zu Patent (AZ P 17 63 251.8)

In dem Patent .... (AZ P17 63 251.8) wird ein Schaltgerät zum Ein- und Ausschalten eines Verbrauchers beschrieben, das folgende miteinander kombinierte Bestandteile aufweist:

Ein steuerbares Halbleiterelement, das an eine elektrische Stromversorgung angeschlossen ist und eine Steuerelektrode besitzt, mit deren Hilfe es für den Strom von der Stromversorgung leitend gemacht werden kann; eine Mihlervorrichtung, welche an die elektrische Stromversorgung und an die Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterbauelementes angeschlossen ist und die, wenn in ihrer Umgebung vorgegebene Bedingungen herrschen, leitend wird und dadurch die Steuerelektrode ansteuert, und eine integrierende Schaltvorrichtung, die mit dem steuerbaren Halbleiter und der Stromversorgung in Reihe geschaltet ist, die Ausgangsleistung des steuerbaren Halbleiters integriert und dementsprechend den Verbraucher ein- und ausschaltet.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeisiiel ist in dem Patent (AZ P 17 63 251.8) die Plihlervorrichtung eine Fotozelle und die

009835/1116

integrierende Schaltvorrichtung weist einen Heizwiderästand, der mit dem steuerbaren Halbleiter in Reihe geschaltet ist, sowie einen Thermoschalter auf, der auf die von dem Heizwiderstand erzeugte Wärme anspricht. Der Thermoschalter schaltet den Verbraucher ein oder aus entsprechend vorbestimmten Werten dieser Wärme.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt dieser Heizwiderstand einen temperaturempfindlichen variablen Widerstand, der einen positiven Temperaturkoeffizienten hat, wodurch sich sein Widerstand mit einer Erhöhung der Temperatur erhöht und bei einer Temperaturerniedrigung erniedrigt, so daß die von ihm erzeugte Wärme begrenzt wird und die Wärmeerzeugung unter Bedingungen niedriger Umgebungstemperatur beschleunigt wird.

Die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit der Abbildung ergibt ein besseres Verständnis der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine modifizierte Schaltung, die eine andere Art der Vorrichtung zur Temperaturbegrenzung einschließt.

Die Figur 1 zeigt eine modifizierte Schaltanordnung, die anstelle des Heizwiderstandes 5 der Figuren 1,2,3 und 4 des Patentes .....(AZ P 17 β 3 251.8) ein Heizelement 25 mit selbsttätiger Temperaturbegrenzung enthält. Das Element 25 besteht aus einem temperaturempfindlichen Widerstand (Thermistor), der einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) hat, wodurch er seinen Widerstand mit einer Temperaturerhöhung erhöht. Als Folge davon wirkt das Element 25 als Heizwiderstand und als Schutzvorrichtung mit selbsttätiger Tamperaturbegrenzung und erfüllt daher die Aufgaben sowohl des Heizwiderstandes 5 als auch des Thermistors 17 in den Schaltungen der Figuren 3 und 4 des Patentes ... (AZ P 17 63 251.8). Thermistoren mit positivem Temperaturkoeffizienten sind handelsmäßig leicht erhältlich und ein besonderer Typ, welcher für die Zwecke der Erfindung als geeignet befunden wurde, besteht aus einer Scheibe, die hauptsächlich Bariumtitanat enthält. In einer praktischen

009835/1116

BAD ORIGINAL

Ausführungsform der Erfindung wird die Scheibe mit positivem Temperaturkoeffizienten, welche das Heizelement 25 bildet, in direktem Wärmekontakt mit dem Gehäuse oder dem Deckel des Thermoschaiters 6 der 'Abbildung verlötet oder anderweitig befestigt und in Reihe zwischen die Diode 9 und die Leitung 1 geschaltet. Beim Betrieb dieser Anordnung fließt der Halbwellenstrom durch da β Element 25 mit positivem Temperaturkoeffizienten,wenn der Siliziumgleichrichter (CSR) 3 durch die fotoelektrisch Zelle 4 eingeschaltet wird. Wenn der Thermoβehalter 6 sich bei Umgebungstemperatur befindet, beispielsweise bei 25° C, dann ist der Widerstand des Elementes 25 mit positivem Temperaturkoeffizienten relativ niedrig, d.h. 60 Ohm, und der Stromdurchgang heizt das Element 25 schnell auf. Die Aufheizung des Elementes 25 mit positivem Temperaturkoeffizienten erfolgt daher umso schneller, je niedriger die Umgebungstemperatur ist. Wenn der Thermoschalter 6 eine Temperatur von angenommen 100° C erreicht hat, wird er betätigt und schaltet den Verbraucher 7 in der zuvor beschriebenen Weise ab. Bei stärkerer Erwärmung erhöht das Element 25 mit positivem Temperaturkoeffizienten seinen Widerstand und begrenzt dadurch den durchfließenden Strom und damit die Betriebstemperatur des Thermoschalters 6 und der zugehörigen Teile. In einem typischen Fall wird ein Wärmegleichgewicht bei einer Temperatur von angenommen 120° C erreicht, die oberhalb der für die Auslösung des Thermoschalters 6 erforderlichen Temperatur liegt. Das Element 25 mit positivem Temperaturkoeffizienten zusammen mit dem Thermoschalter 6 ergibt daher ein Sysifem zur Selbstkorrektur auf eine konstante Temperatur, welches die entgegengesetzten Extreme in den Verhältnissen der Umgebungstemperatur kompensiert. Wenn beispielsweise die Schaltung in einer heißen Straßenbeleuchtung verwendet wird, dann wird die von dem Element 25 erzeugte Wärmeleistung automatisch verringert und umgekehrt, wenn sich die Straßenleuchte in einer sehr kalten Umgebungstemperatur befindet, wird die von dem Element 25 erzeugte Wärmeleistung automatisch erhöht und infolge dieser Charakteristik ergibt sich ein schnelles

009835/1116

BAD ORIGINAL

Einschalten des Thermoschalters 6 sogar unter Bedingungen strenger Kälte. Ein weiterer Vorteil dieses Systems ist es, daß die Schaltung aus Stromversorgungen mit verschiedenen Spannungen "betrieben werden kann, da bei hohen Spannungen, die sonst übermäßige Temperaturen in den Teilen der Schaltung erzeugen könnten, das Element 25 mit positivem Temperaturkoeffizienten durch Erhöhung seines Widerstandes dazu neigt, den Strom und damit die in dem Wärmesystem erzeugte Wärme zu verringern. Daher kann die beschriebene Schaltung in einem System mit zwei Spannungen von 120 und 240 Volt oder in einem System mit veränderlicher Spannung Anwendung finden.

Die Größe des Widerstandes 15 in der Schaltung der Abbildung wird so gewählt, daß man eine geeignete Unterdrückung von Spannungsstößen und vorübergehenden Spannungsänderungen erhält und den Anfangsspitzenstrom durch den steuerbaren Halbleiter 3 bei dem niedrigsten (kalten) Widerstand des Elementes 25 mit positivem Temperaturkoelfizienten begrenzt.

Wie in dem Falle der zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird die Steuerschaltung bei der Verwendung für Straßenleuchten vorzugsweise so eingestellt, daß das temperaturempfindliche Element 25 während des Tages Wärme erzeugt, sich jedoch während der Nacht nicht erwärmt und man erhält daher den zusätzlichen Vorteil, daß das Element 25 niit positivem Temperaturkoeffizienten und der dazugehörige Thermoschalter Wärme erzeugen, wenn die Straßenleuchte ausgeschaltet ist und keine Wärme erzeugen, wenn die Straßenleuchte eingeschaltet ist.

Obwohl das Element mit positivem Temperaturkoeffizienten hier als Widerstand beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, daß andere Formen von Vorrichtungen, einschließlich Halbleitern, eine äquivalente Wirkungsweise ergeben können, d.h. sie erzeugen Wärme durch den Durchgang von Strom und haben einen positiven Temperaturkoeffizienten und die Erfindung umfaßt daher alle solche Vorrichtungen. Obwohl die Erfindung insbesondere bezug—

0 0 9 8 3 5/1116

BAD

lieh ihrer Anwendung auf Straßenleuchten beschrieben worden ist unter Verwendung einer fotoelektrischen Fühlervorrichtung, ist es selbstverständlich, daß sie auch für andere Zwecke angewendet werden kann, und daß auch andere Fühleranordnungen außer fotoelektrischen Zellen angewendet werden können, welche für die besondere Anwendung geeignet sind. So kann ein Thermistor anstelle der fotoelektrischen Zelle in einer Anordnung zur Steuerung solcher Torrichtungen wie Brenner, Öfen, Motoren oder anderer Geräte verwendet werden, der auf die Arbeitstemperatur dieser Geräte anspricht. Ähnlich könnte die beschriebene Schaltung für die Steuerung anderer ümgebungsbedingungen, beispielsweise die Feuchtigkeit, angepaßt werden und für diesen Zweck würde man eine feuchtigkeitsempfindliche elektrisch leitende Vorrichtung als Fühler verwenden.

003*35/111$

Claims

A. η s ρ r ü c h e

(T)) Schaltgerät nach Patent (AZ P 1? 63 251.8) zum Ein-

und Ausschalten eines Verbrauchers, das eine Kombination eines steuerbaren Halbleiterbauelementes (3) mit einer Steuerelektrode (3a), das an die Stromversorgung angeschlossen ist.und durch Ansteuern an seiner Steuerelektrode für den Strom aus der Stromversorgung zu öffnen ist, mit einer Fahrvorrichtung (4), die zwischen die Stromversorgung und die Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterelementes geschaltet ist, uriivon der das steuerbare Halbleiterbauelement bei Auftreten bestimmter Umweltsbedingungen angesteuert wird, und mit einer integrierenden Schaltvorrichtung (8), die zum Integrieren der Ausgangsgröße des steuerbaren Halbleiterbauelementes und zum Ein- und Ausschalten des Verbrauchers in Reihe mit dem steuerbaren Halbleiterbauelement an die Stromversorgung geschaltet ist, darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierende Schaltvorrichtung (8) einen temperaturempfind liehen veränderlichen Widerstand (25) aufweist, der einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt, wodurch sein Widerstand sich mit einer Temperaturerhöhung erhöht und mit einer Temperaturerniedrigung verringert, so daß die durch den Widerstand erzeugte Wärme begrenzt wird, und die Wärmeerzeugung bei niedrigen Umgebungstemperaturen beschleunigt wird, und daß es einen Thermoschalter (6) zum Ein— und Ausschalten des Verbrauchers (7) aufweist.
2) Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der veränderliche Widerstand (25) in Reihe mit dem gesteuerten Halbleiterbauelement (3} und der , Stromversorgung geschaltet ist und im Wärmekontakt mit ü.em Thermoschalter (6} steht, und daß es eine vorrietitttiag zar bindung des Thermosehalters (6) in Eei&e mit leia Ifertesaeher (7) und der Stromversorgung besitzt»

BAD

1918562
3) Schaltgerät nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoschalter (6) ein Kontaktpaar aufweist, die normalerweise geschlossen sind, wenn sich der veränderliche Widerstand (25) im ausgeschalteten kalten Zustand befindet und die normalerweise offen sind, wenn sich der verä nderliche Widerstand (25) in eingeschaltetem Zustand zur Wärmeerzeugung befindet.

009835/1116

Leerseite