DE2065154A1 - Steuergerät zum Speisen eines Verbrauchers. Ausscheidung aus: 2003389 - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 7 STUTTGART 1

DR.-ING. WOLFF, H. BARTELS, 7HRRIRA teufon"

DR. BRANDES, DR.-ING. HELD äUOOIOH _mEX>om312

Dipl.-Phys. Wolff

Steuergerät zum Speisen eines Verbrauchers (Ausscheidung aus EKC P 2O 03 389.0)

Die Erfindung-bezieht sich auf ein Steuergerät zum Speisen eines Verbrauchers aus einer WechselstrommelIe in Abhängigkeit von der Differenz aus einem .Sollwert und einem sich durch den Verbraucherbetrieb ergebenden Istwert, der von Qinem Meßglied erfaßt wird, dessen Impedanz sich als Funktion des Istwertes ändert.

Es sind Steuergeräte zum Speisen eines Verbrauchers, beispielsweise eines Ventilatormotors zum Erzeugen eines Kaltluft- oder Warmluftströmes bekannt (ÜS-Patent 3 377 541), die zwei Steuerkreise mit jeweils voneinander unabhängigen Wechselstromquellen aufweisen. Der erste Steuerkreis dient zur Speisung des Verbrauchers und enthält zwischen der Wechselstromquelle und dem Verbraucher als Schalter beispielsweise zwei gesteuerte antiparallele Halbleiter, die in Abhängigkeit von einem zugeführten Steuersignal bei bestimmten Phasenwinkeln der Speisespannung gezündet und in ihren leitenden Zustand versetzt werden. Nach dem Zünden verbleiben die Halbleiter bis zum Nulldurchgang der Speisespannung in ihrem leitenden Zustand.

Das Steuersignal zum Zünden der antiparallelen Halbleiter wird von dem zweiten Steuerkreis in Abhängigkeit von der Differenz aus einem einstellbaren Sollwert und einem von dem Meßglied erfaßten Istwert, beispielsweise der Kühl-r oder Heiztemperatur, erzeugt. Der zweite Steuerkreis weist eine Brückenschaltung auf, die über Gleichrichter an die dem zweiten Steuerkreis zugeordnete Wechselstromquelle angeschlossen sind. In einen Zweig der Brückenschaltung ist das Meßglied geschaltet. Die Brückenschaltung besitzt zwei Ausgangsklemmen, von denen die erste ein temperatur-

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unabhängiges fest eingestelltes Sollpotential und die zweite infolge des Meßgliedes ein temperaturabhängiges veränderbares Istpotential hat. Parallel zur Brückenschaltung ist an die Wechselstromquelle ein Differenzialverstärker angeschlossen, der zwei Transistoren aufweist, deren Emitter miteinander verbunden sind und deren Basen jeweils an eine der Ausgangsklemmen der Brückenschaltung angeschlossen sind. In dem Differentialverstärker wird die Abweichung des Istwertes von dem Sollwert festgestellt und ein entsprechendes' Steuersignal gebildet, das auf den ersten Steuerkreis geführt wird.

Steuergeräte dieser Art sind kompliziert und'aufwendig und führen daher zu hohem Kostenaufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuergerät zum Speisen eines Verbrauchers aus einer Wechselstromquelle zu schaffen, bei dem diese Nachteile bekannter Steuergeräte beseitigt sind.

Die Aufgabe ist bei einem Steuergerät der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens zwei elektrische Schalter vorgesehen sind, deren Schalstrecken in einem ersten Schaltzustand eine relativ niedrige und in .einem zweiten Schaltzustand eine relativ hohe Impedanz aufweisen, in zueinander parallelen Zweigen liegen und mit ihren ersten Schaltklemmen über jeweils ein nur in einer Richtung und entgegengesetzt'zur Richtung des anderen leitenden Ventil und mit ihren zweiten Schaltklemmen über das mit beiden verbundene Meßglied an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, und deren Steuerklemmen miteinander verbunden und an die Wechselstrom-

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quelle angeschlossen sind, und daß die Schalter über die beiden Ventile mit einem Steuerkreis zum Steuern der Speisung des "Verbrauchers gekoppelt sind. Bei dem Steuergerät gemäß der Erfindung sind die eingangs aufgezeigten Nachteile beseitigt. Das .Steuergerät kann beispielsweise zur Steuerung dar Speisung eines Wärmeerzeugers, insbesondere in Form eines Heizelementes dienen und beispielsweise in einem Gerät zum Entwickeln sensibilisierten Materials vorgesehen sein, bei dem die Entwicklung zunächst durch Wärme und hierauf durch eine Strahlung mit vorbestimmter Wellenlänge bewirkt wird.

Als elektrische Schalter sind vorteilhaft Transistoren vorgesehen, deren Basisanschlüsse jeweils die Steuerklemmen, deren Kollektoranschlüsse jeweils die ersten und deren Emitteranschlüsse jeweils die zweiten Schaltklemmen bilden. Als nur in einer Richtung leitende Ventile sind zweckmäßigerweise Dioden vorgesehen. Das Meßglied besteht vorteilhaft aus einem Thermistor.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß"den beiden Transistoren zwei weitere Transistoren zugeordnet sind, deren Emitter und deren Basen jeweils untereinander verbunden sind und deren Kollektoren jeweils an die Basen der erstgenannten Transistoren angeschlossen sind. Durch diese'Anordnung werden der Verstärkungsgrad und die Temperaturempfindlichkeit des Steuergeräts erhöht.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei-

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spiels im einzelnen erläutert. Die Zeichnung zeigt ein scheinatisches- Schaubild der Schaltung eines Steuergeräts zum Speisen eines Ventilatorirotors in Abhängigkeit von der Temperatur. - - - ■ '

In der Zeichnung ist eine elektrische Schaltung dargestellt, die zur-Steuerung eines elektrischen Verbrauchers in Gestalt eines Motors 56 für einen Ventilator 54 in Abhängigkeit von einer Temperatur-Meßeinrichtung in Form eines Thermistors 62 dient. Der ftotor 56 für den Ventilator ist jnit einer geeigneten Wechselstromquelle 124 über Stromleiter 126 und 128 und über einen Ankerschalter 84 verbunden, welcher zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung mittels einer Ankerspule 82 betätigbar ist. Diese Ankerspule 82 ist ihrerseits mittels einer Schalteinrichtung betätigbar, die einen in Reihe mit der Wechselstroinquelle 124 geschalteten, als Thyristor dienenden Triac 86 und eine mit dem Gatter dieses Triacs verbundene, als Schaltdiode dienende Diac 88 aufweist. Ein Widerstand 90 und ein Kondensator 92 sind hintereinander und parallel zum Triac 86 geschaltet, um die Frühzündung des Triacs 86 aufgrund von Einschaltstößen mit kurzen Anstiegszeiten zu verhindern, welche parallel zum Triac 86 auftreten. Die Diac 88 ist über einen Kondensator 94 mit dem Stromleiter 128 und nut dem Mittelpunkt zwischen Dioden 100 und 114 verbunden. Diese Dioden 100 und 114 sind über einen Widerstand 96 mit dem Stromleiter 126 verbunden; der Wert dieses Widerstandes 96 bestimmt dasjenige Potential, bei welchem die Diac 88 und somit der Triac 86 ihren leitenden Zustand erreichen. Die Diode 100 ist mit dem Kollektor eines Transistors 98 und

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über einen Widerstand 106 reit der Basis dieses Transistors verbunden. Darüber hinaus ist der Emitter des Transistors 98 über einen Widerstand 102 und den Thermistor 62 mit dem Stromleiter 128 in Reihe geschaltet. Die Diode 114 ist in ähnlicher Weise mit "dem Kollektor eines Transistors . 110 und über einen Widerstand 112· mit der Basis· dieses Transistors 110 verbunden. Die jeweilige Basis der Transistoren 98 und 110 sind mit den Kollektoren von Transistoren" 104 bzw. 108 verbunden. Aus der Zeichnung kann entnommen werden, daß die jeweilige Basis und der jeweilige Emitter der Transistoren 104 bzw. 108 miteinander verbunden sind. Ein Widerstand 116 verbindet den Verbindungspunkt zwischen der jeweiligen Basis der Transistoren 104 und 108 und den Verbindungspunkt zwischen dem jeweiligen Emitter der Transistoren 98 und 110 miteinander.Der Verbindungspunkt zwischen der jeweiligen Basis der Transistoren 104 und 108 ist darüber hinaus mit einem Schalter 76 verbunden, welcher zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung betätigbar ist. Befindet sich der Schalter 76 in seiner ersten Stellung, dann ist die Schaltung derart eingestellt, daß sie einen niederen Temperaturbereich in der Größenordnung von ungefähr 90⁰C bis ca. 110⁰C erfaßt. Der Schalter 76 ist, genauer betrachtet, in seiner ersten Stellung über einen einstellbaren Widerstand 118 und einen Widerstand 117 in Reihe mit dem Stromleiter 128 geschaltet. Befindet sich der Schalter 76 in seiner zweiten Stellung, dann ist die Schaltung derart eingestellt, daß sie den hohen Temperaturbereich in der Größenordnung von ungefähr 255°C bis 275°C erfaßt. In dieser zweiten Stellung ist der Schalter 76 über einen einstellbaren Widerstand 120 und einen Widerstand 122 in Reihe mit dem Stromleiter 128 geschaltet. Die Widerstände 118 und 120 sind derart eingestellt, daß sie äußerst genau festlegen, zu welchem

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Zeitpunkt der Motor 56 angeschaltet wird, um die Umgebung, zu kühlen.

Die Arbeitsweise der Schaltung hängt somit, in Kürze gesagt, von der Änderung des Widerstandes des Thermistors 62 in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebung ab. Zu Beginn ist die Temperatur der Umgebung, z.B. in einem Entwicklungsgerät, verhältnismäßig gering, sie entspricht beispielsweise etwa der Zimmertemperatur, wobei die Impedanz, welche der·Thermistor ,in Bezug auf die Schaltung aufweist, verhältnismäßig hoch ist_r Wenn ein positiv gerichtetes Signal der Wechselstromquelle 124 über den Widerstand 96 zu den Dioden JOO und 114 gelängt, dann wird dieses Signal durch die Diode 114 gesperrt und durch die in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode 100 durchgelassen, damit es über den Widerstand 106 zur Basis des Transistors 98 gelangen kann und diesen leitend macht. Hierdurch wird erreicht, daß ein positives Signal über den Widerstand 116 an der Basis des Transistors 104 angelegt wird, welches versucht, den Transistor 104 in einen leitenden Zustand zu versetzen und ein negativeres Signal an der Basis des Transistors 98 anzulegen. Es wird ein Gleichgewichtszustand erreicht, bei welchem der Transistor 98 teilweise leitend gemacht ist, damit dieser nur einen verhältnismäßig geringen Strom durchläßt. Somit ist die Impedanz, welche zwischen dem Verbindungspunkt der Diode 100 und des Widerstandes 96 und dem Stromleiter 128 über den zwischen der Diode 100 und dem, Transistor 98 bestehenden Strompfad vorliegt, verhältnismäßig hoch. Damit entsteht auch ein positives Potential parallel.zum Widerstand 96 und zum Kondensator 94, wodurch die._Diac 88 sowie der Triac 86 gezündet werden. Befindet sich der Triac 86 in

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einem leitenden Zustand, dann fließt durch die Ankerspule 82 ein Strom, wodurch der Ankers cha lter 84 zurückgezogen wird'und wodurch der._Motor 56 unbetätigt bleibt.

Sobald die Temperatur der Umgebung ' = "

ansteigt, verringert sich der Widerstand des Thermistors 62. Dies führt dazu-, daß der Transistor 98, sobald das positive Signal über den Widerstand 96 an der Diode 100 angelegt wird, in ähnlicher Weise in einen leitenden Zustand versetzt wird. Darüberhinaus wird ein positives Signal an der Basis des Transistors 104 angelegt, welches versucht, den Transistor 104 in seinen leitenden Zustand zu versetzen. Wird jedoch der Thermistor 62 einer erhöhten Temperatur ausgesetzt, dann weist dieser einen geringeren Widerstand auf und ein größerer Strom kann durch den Transistor 98, den Widerstand 102 und den Thermistor 62 zum Stromleiter 128 fließen. Das Potential, welches über den Widerstand 116 an der Basis des Transistors 104 anliegt, wird reduziert oder negativer und neigt dazu, den Transistor 104 weniger leitend zu machen. Der Transistor 98 wird seinerseits vollständig eingeschaltet und die Impedanz zwischen dem Verbindungspunkt der Diode 100 und des Widerstandes 96 sowie der Masse wird im wesentlichen reduziert. Wenn dieser Zustand eintritt, dann wird das Potential, welches parallel zum Kondensator 94 an der Diac 88 anliegt, im wesentlichen bis zu dem Punkt erniedrigt, bei welchem das Potential nicht mehr ausreicht, um die Diac 88 zu zünden. Wenn die Diac '88 abgeschaltet wird, dann wird der Triac 86 ebenfalls in seinen nicht leitenden Zustand geschaltet, so daß kein Strom durch die Ankerspule 82 fließen kann. Der durch eine Feder vorgespannte Ankerschalter 84 wird freigegeben, wodurch der Stromkreis von der Wechselstromquelle über/ den Motor 56 geschlossen wird.""Wenn der Motor 56 angeschaltet ist, dann wird das Kühlmedium in den zu kühlenden Raum geführt.

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Es ist insbesondere festzuhalten, daß die Schaltung ·

¹ symmetrisch aufgebaut ist. Dies führt dazu, daß in Bezug auf die Transistoren 110 und 108 ein ähnlicher Vorgang eintritt, sobald die negative Phase des von der Wechsel-Stromquelle 124 kommenden wechselnden Signals am Verbindungspunkt zwischen den Dioden. 114 und 110.anliegt. Dies führt dazu, daß der Transistor 110, sobald eine hohe Temperatur die Impedanz des Thermistors 62 verringert, vollständig vorgespannt wird, um dadurch das Zünden der Diac'88 und des Triacs 86 zu verhindern,- mit dem Ergebnis, daß der Motor eingeschaltet wird.

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Claims (7)

1. Patentan s ρ r ti ehe

   ( Diasteuergerät zum Speisen eines Verbrauchers aus einer Weehselstromquelle fn Abhängigkeit yen der Differenz aus einem Sollwert und einem sich durch den Verbrau-. cherbetrieb ergebenden Istwert, der von einem Meßglied erfaßt wird, dessen Impedanz sich als Funktion, des Istwerts ändert, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei elektrische Schalter (98, 110) vorgesehen sind, deren Schaltstrecken in einem ersten Schaltzustand eine relativ niedrige und in einem zweiten Schaltzustand eine relativ hohe Impedanz aufweisen, in zueinander parallelen Zweigen liegen und mit ihren ersten ■ Schaltklemmen über jeweils ein nur in einer Richtung und entgegengesetzt zur Richtung des anderen leitendes Ventil (100,114) und mit ihren zweiten Schaltklemmen über das mit beiden verbundene Meßglied (62) an die Wechselstromquelle (124) angeschlossen sind, und deren Steuerklemmen miteinander verbunden und an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, und daß die Schalter (98,11O) über die beiden Ventile mit einem Steuerkreis (88,86,128) zunr Steuern der Speisung.des Verbrauchers (56) gekoppelt sind.
2. 2) Steuergerät nach Anspruch 1, dadur-ch gekennzeichnet, daß als elektrische Schalter Transistoren (98,110) vorgesehen sind, deren Basisanschlüsse jeweils die Steuerklemmen, deren Kollektoranschlüsse die ersten und deren Emitteranschlüsse die zweiten Schaltklemmen bilden. ... _.

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3. 3) Steuergerät nach Anspruch 1 oder Z₁ dadurch gekennzeichnet, daß als nur in einer Richtung leitende Ventile Dioden (JLOO, 114) vorgesehen sind.
4. 4) Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 b,is 3, dadurch, gekennzeichnet, daß als Meßglied ein Thermistor (62) vorgesehen ist.
5. 5) Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch "gekennzeichnet, daß der Steuerkreis zur Steuerung der Verbraucherspeisung eine Zweirichtungs-Diode (88) aufweist, die auf eine positive und negative Steuerspannung, die über einem vorgegebenen Wert liegt, anspricht und mit der Steuerklemme einer Schaltvorrichtung (86) ver-

   " bunden ist, die zwischen.ihren beiden in Reihe mit der Wechselstromquelle geschalteten Schaltk'lemmen in einem ersten Schaltzustand eine relativ niedrige und in einem zweiten Schaltzustand eine relativ hohe Impedanz hat.
6. 6) Steuergerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Transistoren (98,110) zwei weitere Transistoren (104,108) zugeordnet sind, deren Emitter und deren Basen jeweils untereinander verbunden sind und deren Kollektoren jeweils an die Basen derf erstgenannten Transistoren (98,110) angeschlossen sind. -
7. 7) Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbraucher ein elektrischer Antriebsmotor (56),vorzugsweise für einen Ventilator, vorgesehen ist. ... —