DE1929371A1

DE1929371A1 - Wechselstromgespeister Zuendfunkenerzeuger

Info

Publication number: DE1929371A1
Application number: DE19691929371
Authority: DE
Inventors: Lundberg John Elmer
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1968-06-19
Filing date: 1969-06-10
Publication date: 1970-01-02
Also published as: GB1220543A; US3488514A; BE734733A; FR2011176A1

Description

Dipl. Ing. R. Mertens . ■ .

Patentanwalt * ·

Frankfurt/M., Ammelburgstraß· 34 1929371

Prankfurt am Main, den 9,Juni 1969

- H 31 P 152 -

HONEYWELL INC.

27OI Fourth Avenue South

Minneapolis, Minn., USA

'Wechselstromgespeister Zündfünkenerzeuger

Die Erfindung betrifft.einen wechselstromgespeisten Zünfunkenerzeuger mit einem über einen steuerbaren Gleichrichter gespeisten Zündtransformator, Er ist besonders für Brenneranlagen geeignet, bei denen der aus einer Düse oder dgl. austretende Brennstoff durch den zwischen zwei im Abstand voneinander angeordneten Elektroden überspringenden Funken gezündet wird.

Es ist bekannt, diese Elektroden unmittelbar an einen.aus dem Wechselstromnetz gespeisten Transformator anzuschließen. Bei dieser Betriebsweise sind jedoch relativ große und schwere Transformatoren erforderlich. Ferner hat.man Schaltungen vorgeschlagen, bei denen ein Kondensator über einen gesteuerten Gleich richter entladen und der Entladestrom der Primärwicklung eines kleineren Transformators zugeleitet wird, dessen Sekundärwicklung an die Zündelektroden angeschlossen ist. Der Nachteil dieser Anordnung liegt in der verringerten Energie der Zündfunken.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die zuletzt genannte Schaltung derart weiterzubilden, daß an den Zündelektroden eine größere Energie zur Verfügung steht,

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Bei einem w^chselstromgespeisten Zündfunkenerzeuger der eingangs genannten Art besteht die Erfindung darin, daß an eine Wechselspannungsquelle die Reihenschaltung eines nur in einer Stromrichtung durchlässigen Ladestromkreises, der Primärwicklung eines Aufwärts-Zündtransformators und eines während vor- "-gegebener Halbwellen der Wechse!spannung aufgeladenen Konden- ^ε sators angeschlossen ist, daß dem Ladestromkreis ein normaler^-' weise gesperrter und nur bei Zufuhr eines Durchschaltesignals in entgegengesetzter Stromrichtung zum Ladestromkreis leitend werdender Entladestromkreis parallelgeschaltet ist und daß eine Steuerschaltung ein den Entladestromkreis nur während des Anfangsteils der vorgegebenen Halbwelle durchschaltendes Signal liefert. Im Ladestromkreis ist vorzugsweise eine "Diode und im Entladestromkreis ein steuerbarer Gleichrichter mit der Primärwicklung des Zündtransformators und dem Kondensator- in Reihe geschaltet.

Die Steuerschaltung schaltet den Entladestromkreis zu einer Zeit durch, die zwischen 5 und 30 , vorzugsweise etwa bei 11° nach dem Beginn der vorgegebenen Halbwelle liegt.

Die Steuerschaltung enthält vorzugsweise einen sättigbaren Transformator, welcher während der genannten Teile der bestimmten Halbwellen gesättigt und während der restlichen Teile der Halbwellen nicht gesättigt ist. Die Schaltung ist zweckmäßig derart ausgestaltet, daß die Primärwicklung des sättigbaren Transformators über einen Gleichrichter, welcher nur während der bestimmten Halbwellen stromleitend -ist, an die Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, während die Sekundärwicklung an die Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters geführt ist. .

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt die Zündvorrichtung IQ und die Uberwachungs- und Steuereinheit 11 für den Brenner, Die Überwachung- und Steuereinheit 11 ist im USA Patent 3 38Ο 796 beschrieben.

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Die Stromversorgungsklemmen 12 und 13 der Zündvorrichtung 10 sind an eine WechseIstromquelle 14 angeschlossen, deren Spannung beispielsweise 120 V und deren Frequenz beispielsweise 60 Hz betragen kann. £ine dritte Klemme 15 der Zündvorrichtung 10 ist über die Leitung 17 mit dem Brenner l6 verbunden, dessen ,andere Anschlußleitung 18 an der Klemme 12 liegt. Ein auf die Zündung ansprechendes Element 20 nimmt die Flamme im Brenner wahr. Der Flammenfühler 20 ist mit den beiden Klemmen 21 und 22 der Überwachungs- und Steuereinheit 11 verbunden. Das auf die Zündung reagierende Element 20 ist eine lichtempfindliche Zelle, die bei Belichtung ihren Widerstand ändert.

Zwei Zündelektroden 23 und 24, zwischen welchen ein Funke erzeugt werden soll, zünden den aus dem Brenner 16 strömenden Brennstoff. Sie sind an die Sekundärwicklung 26 des Zündtransformators 27 angeschlossen. Die Elektrode 24 liegt an Masse In der Sekundärwicklung 26 wird eine Zündhochspannung erzeugt. Die Primärwicklung 23 ist zwischen einen steuerbaren Gleichrichter 50 und einen Kondensator 31 eingeschaltet. Der steuerbare Gleichrichter 30 ist ein Silizium-Gleichrichter mit einer Anode 32, einer Kathode 33 und einer Steuerelektrode 34. Über die Leitung 35 ist der Kondensator 31 mit dem Arbeitskontakt eines Relais 60 und über die Leitung 37 mit der Klemme 15 verbunden. Der Arbeitskontakt J.6 ist auf der anderen Seite durch die Leitung 33 mit der Klemme I3 verbunden. Beim Schließen des Kontakts 36 wird Strom von der Leitung 3^r3 den Leitungen 35 und 37 und damit dem Brenner 16 und dem Kondensator 3I zugeführt.

Eine Diode 40 mit einer Anode 4l und einer Kathode 42 ist dem steuerbaren Gleichrichter 30 parallelgeschaltet. Die Kathode der Diode 4o ist mit der Anode 32 des steuerbaren'Gleichrichters 30 verbunden, während die Anode 4l der Diode 4o mit seiner Kathode in Verbindung steht. Die Leitungen 43, 44 und 45 verbinden die Anode 41 der Diode und die Kathode 33 des gesteuerten Gleichrichters mit der Klemme 12. Die Leitungen 33 und 45 versorgen die Primärwicklung 46 eines Netztransformatoro 50 mit

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Strom. Die angezapfte Sekundärwicklung 51 des Transformators speist die Überwachungs- und Steuereinheit 11.

Zwischen die Steuerelektrode JA des steuerbaren Gleichrichters 30 und die Leitung 43 ist ein Widerstand 52 eingeschaltet, an dem ein Signal zur Steuerung des steuerbaren Gleichrichters erzeugt wird. Dem Widerstand 52 ist die Reihenschaltung eines Widerstandes 53 mit der Sekundärwicklung 5^ des Transformators

55 parallelgeschaltet. Der Transformator 55 ist ein Impulstransformator, der rasch gesättigt wird, sobald der Primärwicklung Spannung zugeführt wird. Wenn stromführend, liefert der Impulstransformator 55 einen Impuls von einer solchen Spannungshöhe, daß der steuerbare Gleichrichter 30 durchgeschaltet wird. Der Impuls ist von kürzerer Zeltdauer als eine Halbwelle aus der Stromquelle 14.

Mit der Primärwicklung 56 des Impulstransformators 55 ist ein Relais 60 in Reihe geschaltet,. welches die Arbeitskontakte 36 und 61 betätigt. Das Relais 60 liegt zwischen der Primärwicklung

56 und einer Klemme 62. Über einen durch ein Bimetall betätigten Thermostaten 63 oder eine andere Kontrolleinrichtung ist die Klemme 62 an. die Klemme 64 angeschlossen, welche über den Ruhekontakt 65 eines Sicherheitsschalters 63 mit der Sekundärwicklung 51 des Netztransformators 50 in Verbindung steht. Der Kontakt 65 wird über eine mechanische Verbindung vom Heizwiderstand 67 eines herkömmlichen Sicherheitsschalters aus betätigt, welcher anspricht, sobald er über eine bestimmte Zeitspanne (Sicherheitszeit) hinaus von Strom durchflossen wird. Die Sekundärwick-r lung 51 speist somit die Überwachungs- und Steuereinheit 11.

Das Relais βθ ist weiter über die Leitung 70 an den Arbeitskontakt 6l angeschlossen und dieser wiederum über die Leitung an die Mittelanzapfung 72 der Sekundärwicklung 51 des Transformators^ 50. Hierdurch ist ein Haltestromkreis für das Relais 60 gebildet. Ein steuerbarer Gleichrichter 73 ist mit der Primärwicklung 56 des Impulstransformatcrs 55 in Reihe geschal-

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tet und über eine Leitung 74 an den Heizwiderstand 67 des Sicherheitsschalters 68 angeschlossen. Ein Widerstand 75 bildet de'n Rückstromkreis für den steuerbaren Gleichrichter 73.

Zwischen der Klemme 62 und der Leitung 85 liegt ein aus der Leitung 80, den Widerständen 8l, 82 und 83 und dem Potentiometer 84 bestehendes Spannungsteiler- und Stabilisationsnetzwerk. Eine die Spannung stabilisierende Zener-Diode"86 ist zwischen den Verbindungspunkt der beiden Widerstände 8l und und die Leitung 85 eingeschaltet. Die Steuerelektrode des . | steuerbaren Gleichrichters-73 ist an den Verbindungspunkt der beiden Widerstände 33 und 84 angeschlossen, dem der Flammenfühler 20 parallelgeschaltet ist. Ein Kondensator 90 unterdrückt Stromspitzen zwischen Steuerelektrode und Kathode des steuerbaren Gleichrichters 73· Die Klemmen 21 und 22 leiten ein vom Flammenfühler 20 kommendes Signal zum Widerstand 83 und zum Potentiometer 84. Die Transformatoren 50 und 55 sind mit punkten versehen, die die Polung der Primär- und Sekundärwicklungen anzeigen. Die mit den Punkten versehenen Enden der Wicklungen haben dieselbe Polarität. .

Die Schaltung ist im Ruhezustand dargestellt. Der Thermostat- "* kontakt 63 ist offen, das Relais 60 ist stromlos; somit sind ( die Kontakte 36 und 6Γ ebenfalls offen, und die Zündvorrichtung ist stromlos. Wird Wärme benötigt, schließt der Thermostat und führt einer Reihenschaltung Strom zu, die den Ruhekontakt 65 des Sicherheitsschalters, den Thermostaten 63, das Relais 60, die Primärwicklung 56 des Impulstransformators 55, den steuerbaren Gleichrichter 73» den Heizwiderstand 67 und die Leitung 85 umfaßt. Da seiner Steuerelektrode positive Spannung zugeführt wird, ist der gesteuerte Gleichrichter durchgeschaltet, und zwar während jeder Halbwelle, in welcher die obere Klemme der Sekundärwicklung positiv ist und der Flammenfühler von der Flam- ■ me nicht belichtet wird. Ist der steuerbare Gleichrichter 73 durchgeschaltet, fließt Strom zum Relais 60, und dieses schließt die Kontakte 6l und 36. Beim Schließen des Kontaktes 61 ergibt

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sich ein Haltestromkreis von der Anzapfung 72 über die Leitungen 71 und 70 zum Relais 60. Gleichzeitig wird von der Klemme 13 über den Kontakt 36 dem Brenner 1-5 Spannung zugeführt/ wodurch Brennstoff, z.B. Gas, in den Bereich der Zündelektroden 23 und 24 gelangt. Kommt es zur Funkenbildung, so zündet der Brenner l6.

Schließen des Kontakts 36 läßt einen Ladestromkreis für den Kondensator Jl während der positiven Halbwelle aus der Stromquelle 14 entstehen, d.h. während der Halbwelle, in welcher die Klemme 12 positiv gegenüber der Klemme I3 ist. Der Ladestromkreis umfaßt die Leitungen 45, 44 und 4>, die Diode 4l, die Primärwicklung 28 des Zündtransformators, den Kondensator Jl, die Leitung 35, den Kontakt 36 und die Leitung 33. Der Kondensator 31 wird während der ersten positiven Halbwelle aus der Stromquelle 14 aufgeladen; zu diesem Zeitpunkt erfolgt jedoch keine Funkenbildung, weil durch den Ladevorgang keine genügend hohe Spannung an der Sekundärwicklung 26 des Zündtransformators 27 erzeugt wird. Während die negativen Halbwellen keine Wirkung ausüben, kommt es während der nächsten und jeder folgenden positiven Halbwelle zur Funkenbildung, sofern nicht schon eine Flam-, me vorhanden ist. Mit der nächsten positiven Halbwelle fließt Strom durch die Primärwicklung 56 des Impulstransformators 55 und durch den steuerbaren Gleichrichter 73· Der positive Spannungsimpuls an der Sekundärwicklung 54 wird über den Widerstand 53 der Steuerelektrode 3^ des steuerbaren Gleichrichters 30 zugeführt. Da der Transformator 55 ein selbstsättigender Transformator ist, hat der Impuls an der Sekundärwicklung 54 nur eine kurze Dauer. Dieser kurze positive Impuls an der Steuerelektrode 34 des steuerbaren Gleichrichters 30 bewirkt dessen Durchschalten. Der während der vorherigen Halbwelle aufgeladene Kondensa-. tor 31 entlädt sich nun über die Primärwicklung 23 des Zündtransformators 27 und über die Anode 32 zur Kathode 33 des steuerbaren. Gleichrichters 30. Die Entladungsschaltung enthält weiter die Leitungen 43, 44 und 45, die Klemme 12, die Stromquelle 14, die Klemme I3, die Leitung 3S, den Kontakt 36 und die Leitung 35 zurück zum Kondensator 3I. Die. Stromquelle 14 hat eine

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ms.

Impedanz von ungefähr 1 Ohm. Die Entladung des Kondensators erfolgt während einer kurzen Zeitspanne zu Anfang der Halbwelle, wenn die Spannung am Kondensator Jl größer ist als die ' Versorgungsspannung, und erzeugt so einen Hochspannungsimpuls in der Sekundärwicklung 26 des ZUndtransformators und damit einen Zündfunken zwischen den Elektroden 23 und 24.

Die Entladungszeit des. Kondensators 31 ist kürzer als die Dauer der positiven Halbwelle aus der Stromquelle 14. Ist der Kondensator 31 entladen, wird die Diode 40 während der restlichen, selben positiven Halbwelle erneut durchgeschaltet. Von ,. der Anschlußklemme 12 aus wird der Kondensator Jl über die Diode 40 und die Primärwicklung 28 wieder aufgeladen. Er entlädt sich also über die Primärwicklung 23 und den gesteuerten Gleichrichter 50 und wird vor Beendigung der positiven Halbwelle über die Diode 4o und die Wicklung 28 wieder aufgeladen. Zu Beginn, solange der Kondensator 31 sich entlädt und einen ersten Funken zwischen den Elektroden 23 und 24 erzeugt, fließt Strom in einer Richtung durch die Primärwicklung 23. Nach der Entladung hat auch der Impuls an der Steuerelektrode 34 des gesteuerten Gleichrichters 30 aufgehört, und die Spannung an der Klemme 12 ist weiter angestiegen. Hierdurch erhält die Diode 4o Spannung in Durchflußrichtung,und der Kondensator wird wieder aufgeladen. ^H Hierbei fließt Strom in entgegengesetzter Richtung durch die ( Wicklung 28. Dieser Strom reicht aus. um den Funken aufrechtzuerhalten, obwohl er zu schwach ist, obwohl er zu sehwach ist, einen neuen Funken zu zünden. Der Entladung des Kondensators 3I folgt sein V.'iederaufladen während derselben Halbwelle aus der Stromquelle 14. Dadurch erhält der Transformator 27 mehr Energie, als es bei der Entladung des Kondensators 31 allein der Fall wäre. Das Laden und Entladen des Kondensators 3I erreicht man mittels eines der Steuerelektrode 34 des steuerbaren Gleichrichters 30 zugeführten Schaltsignaies, das jedoch nur während kurzer Zeit zu Beginn derjenigen Halbwelle aus der Stromquelle 14 vorhanden ist, in welcher die Klemme 12 positiv ist. Der Schaltimpulp■bewirkt das Durchschalten des steuerbaren Gleichrichters 30. Anschließend sperrt dieser, so daß die Diode 40

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erneut Spannung in Durchlaßrichtung erhält und den Kondensa- _% tor Jl während der gleichen positiven Halbwelle wieder auflädt.

Sobald der Brennstoff im Brenner 16 gezündet ist, nimmt die Photozelle 20 die Flamme wahr, ihre Impedanz ändert sich, und die Vorspannung an der Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters 73 verschwindet. Dadurch wird dieser stromlos. Führt der steuerbare Gleichrichter 73 keinen Strom, so ist der Impulstransformator 55 abgeschaltet und liefert keine Impulse an die Steuerelektrode J4 des steuerbaren Gleichrichters JO. Als Folge hiervon werden keine Zündfunken mehr erzeugt, weil der im- . pulsförmige Stromfluß durch den Zündtransformator 27 unterbrochen wird. Der Zündfunkenerzeuger ist außer Betrieb. Solange der Thermostat 63 geschlossen ist, erhält das Relais 60 welter' Strom über den Selbsthaltekontakt 6l und die Leitungen 70 und 71. Damit bleibt der Kontakt 36 geschlossen und der Brenner 16 am Netz, bis der Thermostat 6j5 den Stromkreis für das Relais 60 unterbricht. Wird nach dem ersten Zündversuch keine Flamme festgestellt, so werden jeweils während der positiven Halbwellen weitere Zündimpulse erzeugt, bis entweder eine Flamme entsteht oder der Sicherheitsschalter 63 durch öffnen des Kontakts 65 weitere Zündversuche unterbindet.

Infolge der Induktanz der Primärwicklung 23 des Zündfunkentransformators 27 wird am Kondensator 31 eine Spannung erzeugt, die größer ist als die Spitzenspannung der Stromquelle 14. Ein Kondensator würde normalerweise von einer II5 V Wechselspannungsquelle auf ungefähr I70 V aufgeladen werden. Als Folge der Induktanz der Wicklung 23 wird der Kondensator 3I auf über 200 V aufgeladen. Durch Anwendung der Erfindung erhält man einen energiereicheren Zündfunken. Der Zündfunkenerzeuger 10 ist hier in Verbindung mit einer Überwachungs- und Steuereinheit 11 beschrieben, die einen Impulstransforniator 55 zur Erzeugung des Schaltsignals für den gesteuerten Gleichrichter 34 aufweist. Es können auch andere Vorrichtungen eingesetzt werden, Vielehe

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nur zu Beginn derjenigen Halbwellen der Wechselspannung, während denen die angeschlossene Diode 40 stromführend ist, den gesteuerten Gleichrichter 54 durchschalten.

Der Zeitpunkt innerhalb der positiven Halbwellen, zu dem der
steuerbare Gleichrichter 75 leitend wird und die Erzeugung eines Impulses im Transformator 55 bewirkt, hängt von der Bemessung
der Steuerschaltung und der Größe der zugeführten Spannungen ab» Dieser Impuls muß jedoch während des Anfangsteils der Halbwelle
auftreten und kurz sein. Bei einer erprobten Ausführungsform der Erfindung werden die Impulse zu einer Zeit erzeugt, die um etwa
11° Phasenwinkel nach dem Beginn der Halbwelle liegt. Die Steuerschaltung sollte so bemessen sein, daß die Entladung des Kondensators in einem elektrischen Winkelbereich zwischen 5 und 50
erfolgt. ·

ί;Λ§ Q9881/098A

Claims

- ίο - Patentansprüche

1. Wechselstromgespeister Zündfunkenerzeuger mit einem über einen elektronischen Schalter, vorzugsweise einen steuerbaren Gleichrichter, gespeisten Zündtransformator, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Wechselspannungsquelle (14) die Reihenschaltung eines nur.in einer Stromrichtung durchlässigen Ladestromkreises (4-0), der Primärwicklung (28) eines Aufwärts-Zündtransfornmtors (2J) und eines während vorgegebener Halbwellen der Wechselspannung aufgeladenen Kondensators (51) angeschlossen ist, daß dem Ladestromkreis ein normalerweise gesperrter und nur bei Zufuhr eines Durchschaltesignals in entgegengesetzter Stromrichtung zum Ladestromkreis leitend werdender Entladestromkreis (30) parallelgeschaltet ist und daß eine Steuerschaltung (11) ein den EntladeStromkreis nur während des Anfangsteils der vorgegebenen Halbwellen durchschaltendes Signal liefert.

2. Zündfunkenerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladestromkreis eine Diode (4o) mit dem Kondensator (j51) und der Primärwicklung (28) in Reihe geschaltet ist.

3. Zündfunkenerzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ichne t, daß der Entladestromkreis einen gesteuerten Gleichrichter (JO)- enthält, dessen Steuerelektrode (34) an die Steuerschaltung (11) angeschlossen ist.

4. Zündfunkenerzeuger nach Anspruch 2 und ~5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (32) des steuerbaren Gleichrichters (30) mit der Kathode (42) der Diode (4o) und die Kathode (33) des steuerbaren Gleichrichters

^ mit der Anode (41) der Diode verbunden ist.

im- °⁹ bad original

- ii. -

8. Zündfunkenerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Verbindung mit einer Brennerüberwachunss- und Steueranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß diese bei vorhandener Flamme den gesteuerten Gleichrichter (30) sperrt.

9. Zündfunkenerzeuger nach Anspruch 7-und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Primärwicklung (56) des sättigbares Transformators (55) in Reihe geschaltete Gleichrichter ein steuerbarer Gleichrichter (73) ist, dessen Steuerelektrode mit dem ^lammeni'ühler (20) in Verbindung steht.

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'^srf OFSGlNAL

5· Zündfunkenerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11) den Entladestromkreis (30) zu einer Zeit ; * durchschaltet, die-zwischen 5 und JO , vorzugsweise etwa 11° nach dem Beginn der vorgegebenen Halbwelle liegt.

6. Zündfunkenerzeuger nach-den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r eh gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11) einen sättigbaren Transformator (55) enthält, welcher während der genannten Teile der bestimmten Halbwellen gesät- ί

tigt und während der restlichen Teile dieser Halbwellen nicht gesättigt ist.

7· Zündfunkenerzeuger nach Anspruch β, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (56) des sättigbaren Transformators (55) über einen Gleichrichter welcher nur während der bestimmten Halbwellen stromleitend ist, an die Wechselspannungsquelle (14, 50) angeschlossen ist und daß die Sekundärwicklung (5²O an die Steuerelektrode (3¹O des steuerbaren Gleichrichters (30) geführt ist.

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