DE2004463B2 - Steuerschaltung fur ein Elektro heizgerat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für ein Elektroheizgerät mit einer das Heizgerät und eine Temperatureinstellvorrichtung enthaltenden Brückenschaltung zur Festsellung einer Temperaturänderung des Heizgeräts, einem steuerbaren Schaltelement, das mit dem Heizgerät zu dessen Verbindung mit einer Wcchselspannungsquelle derart in Reihe geschaltet ist, daß im leitenden Zustand des Schaltelements die Wechselspannung nur während einer HaIbperiodc an das Heizgerät gelangt, einer mit der Brückenschaltung verbundenen Steuerschaltung zur Zuführung einer das Schaltelement in den leitenden Zustand versetzenden Stcuerspannung zum Schaltelement in Abhängigkeit von der Heizgerätetemperatur und einer in der Steuerschaltung enthaltenen Schalt ungsvorrichtung zur Vorverschiebung der Phase der Steuerspannung gegenüber der Phase der Wechselspannung.

Aus der USA.-Patentschrift 3 215 818 ist bereits eine Steuerschaltung für ein Elektroheizgerät bekannt, bei der die Energiezufuhr zu einem Heizwidersland über einen gesteuerten Siliziumglcichrichter erfolgt. An der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters liegt eine Steuerspannung an, die bewirkt, daß der Siliziumglcichrichter bei zunehmender ^! niperaiiii des Heizwiderstandes zu immer späteren Zeilpunkten während der positiven Phase des Wechselst romzvklus /undei. Wenn der Heizu iderstand seine Solltemperatur erreicht hat. erreicht die an der Sleuerclekrode des Sili/.iumgleichridilers anliegende Spannung einen milchen Wert, daß der Gleichrichter nicht mehr zünden kann. Demgemäß K: die Stromzufuhr /um 1 lei/w iderstand so lanue unterbr.teilen. bis

ίο seine Temperatur wieder unter den Sollwert so weil abgesunken ist. daß die in Abhängigkeit \on diesem Absinken der Temperatur er/eugie Siciieispannunu wieder ein Zünden des Siliziumuleichi ichters zur J⁷OIgC hat.

'5 Der entscheidende Nachteil dieser bekannten Steuerschaltung besieht darin, daß mit ihr nur ein Tcmperatuiabstand zwischen der l'msiehuiigsiempcratur und der Heizwiderstandtemperatur eingestellt und konstant gehalten werden kann. Dieser Nachteil ist zwar bei Heizgeräten wie einer Kochplatte nicht von Bedeutung, doch spielt er bei einer Heizdecke eine große Rolie. da hier ein Unterschied von beispielsweise 10" C zur Umgebungstemperatur, der diein einer von der Heizdecke getrennt untergebrachten Steuerschaltung cusgesetzt ist, bereits sehr groß isi.

Aus der belgischen Patentschrift (S2.S 6?(l ist es auch

bereits bekannt, in einer Steuerschaltung fur ein Elek- !roheizgerät als Schutzschaltung eine Sicherung über einen spannungsabhängig schaltenden Kreis vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung der eingangs angegebenen Art derart auszugestalten, daß Änderungen der Umgebungstemperatur keinen Einfluß auf die absolute Hohe des eingestellten und von der Steuerschaltung konstant gehaltenen Temperaturbereichs haben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in die Brückenschaltung zwei in Serie geschaltete Dioden derart eingefügt sind, daß die erste Diode auf einer Seite der Temperatureinstellvorrichtung liegt und zur Verhinderung einer Rückwirkung an eine Klemme des Schaltelemcnts angeschlossen ist und daß die zweite Diode zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der ersten Diode auf der anderen Seite der Temperatureinstellvorrichtung liegt.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit bei Ausfall des steuerbaren Heizelements ist eine Weiterbildung der Erfindung derart ausgebildet, daß in Reihe zu dem Heizgerät und zu der Wechselspannungsqueilc eine Strombegrenzungsvorrichtung geschaltet ist und daß parallel zu dem Heizgerät eine Schutzdiode liegt.

In der Zeichnung ist das Schaltbild eines Ausführungsbeispicls der erfindungsgemäßen Steuerschaltung dargestellt.

Die in der Zeichnung dargestellte Steuerschaltung kann über Eingangsklemmcn 10 und 11, an eine Wechselstromquelle, beispielsweise eine 1 10-VoIt/ 60-Hz-Quelle, angeschlossen werden. Ein Schalter S₁ ist mit der Eingangsklemme 10 und eine Sicherung F₁ wiederum mit dem Schalter 5, verbunden. Die Anode eines steuerbaren Siliziumgleichrichters SCT?, ist mit der Sicherung F, verbunden, und die Katode des Siliziumgleichrichters SCA₁ ist mit der einen Seite eines Heizgerätes R₁, beispielsweise einer Heizdecke, verbunden. Die andere Seite des Heizgerätes R_L ist an die andere Eingangsklemme 11 angeschlossen. Eine Schutzdiode CA₅ ist parallel zu dem Heizgerät R₁ geschaltet, und ihre Anode ist mit der Eingangs-

klemm. 11 verbunden, während ihre Katode an die Das Heizgerät R, erwärmt sieh, bis eine gewünschte Katode des Siliziumglcichrichiers .SCVi angeschlossen Ί emperatur erreicht ist. die durch die Stellung der ist. Ein Phasenschieberkondensator C, /wischen ein·.· Schleifkontakte 14 und 17 eingestellt ist. Wenn das Stromzuleitung 12 und einen Widerstand R₁, einsie- Heizgerät R, heißer wird, erhöht sich seine Impedanz, fügt, der mit der Anode einer Steuerdiode CVi. in 5 und die Brückcrischaluing. von der es einen Teil bil-Vcrbinduni: steht, deren Katode mit der Steuerelek- det. ^ehaltet den Transistor Q, ein. der seinerseil., den trode 13 des Siliziunmleichrichlers .SCVi verbunden I ransisior Q- einschaltet, so daß die Spannnut: an der isi.damit an diese eine Steuerspannuiig angelegt wird. Steuerelektrode 13des Sili/iumgleichrichters SCR so Ein Transistor Q. ist mit seinem Emitier an die Ein- verr-ngcrt -v ird. daß dieser nicht mehr zu η del und der üanüsklemmc 11 angeschlossen. Ein Widerstand R- ¹⁰ Strom fur das 1 -leizgc ' R₁ abgeschaltet wird. Dieser verbindet die Stromzuleitung 12 über eine Diode CVi . Zustand dauert an. bis (las Heizgerät R, sich >oweit mil dem Emiller eines Transistors (J.. Der Kollektor abgekühlt hai. daß die Brücke, die Transistoren Chiles 1 ransistors Q. ist mit der !■ isis des Transistors und Q ausschaltet, um auf diese Weise zu ermöglich.verbunden. Ein Widerstaiii" :i ist mit einer Seile cT.en. daß der .SCR. wieder geziindet wird und elektrian einen Punkt /wischen der Kapazität C₁ und dem '*' sehe Energie/um 1 Ici/gerüt R, ücleitel werden kann. Wii.k;-.land R. iu! mit dei anderen Seite an die Ka- Die Schutzdiode CVi, verhindert daß das Hei/gerät "imJo der Diode CVi angeschlossen Die Anode der R, zu. heiß wird, falls dei Süiziumgleichriclver .SCR Diode CR. ist mit der Eingangsklemme 11 verbunden. seine Sperrwirkung verliert. In diesem Fall wurden Widerstände R, und R .,sind zu der Diode CR parallel beide Halbwellen durch ι' ι Siliziumgk ichriehter geschaltet, und ihr Verhindungspunkt isi an dte Basis ²⁰ .SCR, an die Schutzdiode CR^ rnd das Heizgerät R₁ des !ransistors Q, angeschlossen. geliefert, und die Schutziode CR< schließt die ncgati-

Die Anode einer Diiule CR_n ist an einen Punkt zvvi- ven Halbwellen des Stromes kurz, was bewiikt. daß sehen den Widerständen R, und R, angeschlossen. die Sicherung F sehr schnell durchbrennt und die und ihre Katode mit einem Widerstand R₄ verbunden. St.omzufuhr zum Heizgerat R₁ abschaltet. Die andere Seite des Widerstandes R₁ ist an einen ²5 Die Steuerschaltung liefert entweder keine clekiri-Widerstand R₅ angeschlossen.dessen andere Seite mit sehe Energie oiler den Halhwellengleiehsirom /um einem Schleifkontakt 14 verbunden ist. der mit einem Verbraucher. Der Verbrauchersirom wird durch Verals Tempera'iureinstellvorrichtiing wirkenden Wider- änderungen des Verbraucherwiderstandes ein- oder stand R_n Kontakt hat. Eine Seite des Widerstandes ausgeschaltet. Diese Veränderungen werden durch R₁₁ ist mit der Anode der Diode CR- verbunden, deren 3o den Transistor Q₁ abgetastet und durch die Transisto-Katode an die Katode des Sili/iumgleichrichters SCR^ ren Q, und Q- verstärkt, um den Siliziumgleichrichter angeschlossen ist. Ein Knopf 16 ist mit dem Schleif- SCR, zu steuern. Der Kondensator C₁ liefert einen kontak· 14 zu dessen Verstellung mechanisch verbun- Strom, dessen Phasenwinkel um umgefahr 80 gegenden. damit die Temperatur des Heizgerätes eingestellt über der Netzspannung voreilt. (C₁ wirkt als Stromwerden katin. Ein Schleifkontakt 17 gleitet auf dem 35 quelle für einen konstanten Wechselstrom). Ungefähr Widerstand R₅ und er ist mittels des Knopfes 18 ver- \>^r'r dieses Stromes sind zum EinschaUen des Siiizistellbar. damit so daß Heizgerät abgeglichen werden umgleichnchters 5CR₁ bei jeder positiven I laibwelle kann. verfügbar. Falls der Transistor Q- nicht leitet, sondern

Alle in der Zeichnung gezeigten Bauelemente, mit gesperrt ist. leitet der Siliziumgleichrichter 5CR₁ wäh-

Ausnahme des Heizgerätes R,, sind in einer von dem 4<> rend der vollständigen positiven Halbwellen. und er

Elektroheizgerät entfernten Steuereinheit zusam- schaltet ab. wenn am Ende jeder positiven Halbwelle

mengefaßt. Dies stellt sicher, daß die Bauelemente die Netzspannung negativ zu werden beginnt und der

der Steuerschaltung weniger durch die Änderung der Verhraucherstrom Null wird.

Umgebungstemperatur in dem Heizgerät R₁ becin- Der Verbraucher kanu allein durch Einschalten des

flußt werden, das Heizgerät bewirkt allein das An- 45 Transistors Q₂ abgeschaltet gehalten werden. Die

sprechen auf Temperaturänderungen. Brückenschaltung steuert hierzu den Transistor Q₂.

Beim Betrieb wit,! elektrische Energie an die Ein- Die Diode CR₁ liefert zu der Brücke eine Halbvvellengangsklemmen 10 und 11 angelegt, und der Schalter gleichspanni ng. Die Widerstände R, und R₁ bilden S₁ wird geschlossen, um das Heizgerät einzuschalten. eine Seite und die Widerstände R₄, R₅ sowie R, die Die Widerstände R,. R,, R₄. R₅, R_n und R, bilden 5° andere Seite dei Brücke. Der Widerstand R₅ ist ein eine Brückenschaltung·, wenn der Widerstand des Eichpotentiometer zum Abgleichen der Brücke in Heizgerätes R₁ relativ niedrig ist, was dann der Fall dem gewünschten Bereich durch eine Verstellung seiist, wenn das Heizgerät relativ kalt ist, sperrt die nes Schleifkontakts 17. Der Widerstand R,, ist ein Po-Brücke die Transistoren Q₁ und Q-,. Unter dieser Be- icntiometer zum Einstellen der Temperatur, das zu dingung wird ein Signal über die Kapazität C₁. den 55 dem abzutastenden Verbraucherwiderstand einen Widerstand R_h und die Diode CR₁ zu der Steuerelek- Widerstand hinzufügt.

trode des Sili.iiuinglcichrichte.rs SCR₁ geleitet, so daß Die Dioden CR₂ und CR₁ hindern die am Verbraupositive Halbwellen der angelegten Spannung von eher auftretende Spannung daran, den Abtastkreis zu dem 5CR₁ durchgelassen werden, durch das Heizgerät beeinflussen, wenn der Siliziumgleichrichter 5CR₁ R, gehen und dieses erhitzen. ⁶° leitend ist. Die Diode CR₂ ist in einem gewissen Maße

Der Kondensator C₁ bewirkt eine Phasenvoreilung temperaturempfindlich, und deswegen ist die Diode der Zündspan,Hing für den Siliziumgleichrichter CR₆ für einen Temperaturausgleich zu schaffen. Die 5CR₁₁SoOaBdICSCr beim Nulldurchgang der positiven Diode CR₃ und der Widerstand R₇ liefern in Phase Halbwellen des zugeführlen Stromes leitend wird. mit der Netzspannung ein Signal. Dieses Signal hält Dies verhindert Hochfrequenzstörungen, die auftre- 65 den Transistor Q₁ eingeschaltet, wenn die Netzspanten würden, falls ck: Siliziumgleichrichter SCR_i bei nung positiv ist. Dieser Umstand verhindert ein Züneiner anderen Spannung als beim Nulldurchgang ge- den des Siliziumgleichrichters 5CR₁, wenn die Nctzziindet würde. spannung größer als ungefähr 10 Volt ist.

Die dem Verbraucher zugeführte mittlere elektrische Energie wird durch Änderungen des Prozentsatzes der Einschaltzcit verändert. Wenn das Heizgerät R_L aufheizt, vergrößert sich seine Impedanz, und die elektrische Energie wird an einem Ausschaltpunkt ausgeschaltet. Nachdem das Heizgerät sich bis zu einem Einschaltpunkt abgekühlt hat, wird wieder elektrische Energie zugeführt. Je höher die Temperatur des Heizclements über der Umgebungstemperatur liegt, desto schneller erfolgt die Abkühlung, und desto größer ist dementsprechend der Prozentsatz der Einschaltzeit.

Auf diese Weise wird dem Verbraucher für höhere Temperaturen mehr durchschnittliche elektrische Energie zugeführt, was erwünscht ist.

Zum Abgleichen der Steuerschaltung wird der Schleifkontakt 14 durch den Knopf 16 für die vorhandene Umgebungstemperatur der Heizdecke eingestellt. Wenn beispielsweise die Raumtemperatur 24° C beträgt, kann der Widerstand R_(> in eine mittlere Stellung gebracht werden. Dann wird der Schleifkontakt 17 durch einen Knopf 18 so eingestellt, daß der Siliziumglcichrichtcr SCR₁ gelegentlich zündet. Die Temperatur des Heizgeräts kann dann durch Verstellung des Schleifkontakts 14 durch den Knopf 16 auf die gewünschte Temperatur eingestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche

1. Steuerschaltung tür em l:.lek;rohcizgerät imi einer das Hei/üeräi und cine I empcrauireinsiellvorrichuing einhaltenden Bruekcnschaliung zur Feststellung einer Tempcraturänderung des Heizgerätes, einem steueibaren Sehaltelemeni. das mit dem Hei/gerät zu dessen Verbindung mit einer Wechselspannuniisqiielle derart in Reihe geschaltet ist. daß im leitenden Zustand des Schaliclcments die Wechselspannung nur wahrend einer Halbperiode im das Hei/gerät gelangt, einer mit de>' Brückenschaluing verbundenen Steuerschaltung zur Zuführung einer das Schal ic leine nt in eic η leitenden Zustand versetzenden Steuerspannung /um Schaltelement in Abhängigkeit von der Hei/-gerätetemperatur und einer in der Steuerschaltung enthaltenen Schaltungsvorriehtung zur Vorverschiebung der Phase der Steuerspannung gegenüber der Phase tier Wechselspannung, d a d u r e h gekennzeichnet, daß in die ßrückenschal-UiIIg(A,. R,. R^ R,. /?„. R₁) ZNvei in Serie geschaltete Dioden ( CR,. CR₁J derart eingefügt sind, daß die erste Diode ( CR,) auf einer Seite der Temperatureinstellvorrichtung (R_n) liegt und zur Verhinderungeiner Rückwirkung an eine Klemme des Schaltelements (SCR₁) angeschlossen ist und daß die zweite D'ide (CRJ zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der ersten Diode (CR₂) auf der anderen Seite der Temperatureinstellvorrichtung (R_h) liegt.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu dem Heizgerät (R-,) und zu der Wcchselspannungsquelle eine Strombegrenziingsvorriehtung (F.) geschaltet ist und daß parallel zu dem Heizgerät (R₂) eine Schutzdiode (CR_S) liegt.