DE2144258A1 - Thermisch ansprechende Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Patentanwälte 214^258 Dipl. !ng. F. Weickmann, Dipl. Ing. H. Weickmann, Dipl. Phys. Dr. K. Fineke Dipl. Ing. F. A. Weickmann, Dipl. Chem. B. Huber

a München 27, Möhljtr. 22 XI

OTTER CONTROLS LIMITED,

of Otters ¹OIe, Market Street,

Buxton, Derbyshire, England

Thermisch ansprechende Schaltungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf verbesserte thermisch empfindliche bzw. thermisch ansprechende elektrische Schaltanordnungen.

Elektrische Schaltanordnungen, die einfache thermomechanische Elemente verwenden, wie zum Beispiel der einfache Bimetallstreifen oder das Bourdon-Rohr, haben sich bezüglich des öffnens und Schliessens mechanischer Schaltkontakte als nicht zufriedenstellend bei Anwendung in Steuersystemen erwiesen, in denen irgendein Grad an Langzeit-Zuverlässigkeit und Stabilität erforderlich ist. Der Grund hierfür liegt in den Nachteilen, die mit einer Kontakt-Lichtbogenbildung verbunden sind. Eine solche Kontakt-Lichtbogenbildung kann nämlich zum Verschweissen der Kontakte führen, sowie Rundfunk- und Fernsehstörungen hervorrufen. Die dabei auftretende Kontaktabnutzung führt im übrigen zu einer Langzeit-Drift in den Betriebseigensohaf-

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ten der jeweiligen Anordnung.

Um die Probleme, die bei Anordnungen auftreten, welche einfache thermomechanisch^ Elemente in der oben beschriebenen Weise verwenden, zu überwinden oder zumindest zu verringern, sind Schnappschalter-Betätigungselemente entwickelt worden. Zu diesen Betätigungaelementen gehören Bimetall-Schalt^rbetätigungselemente, wie sie an anderer Stelle näher beschrieben sind. (Britische Patente 600 005 und 657 434). Den Schnappschalter-Betätigungselementen haftet jedoch ein Arbeitstemperaturdifferential an, was bedeutet, dass die Arbeitstemperaturen dieser Elemente bei steigender Temperatur h und bei sinkender Temperatur voneinander verschieden sind. Aufgrund dieses unvermeidbaren Temperaturdifferentials ergeben sich bei der Verwendung von Schnappschalter-Betätigungselementen Schwierigkeiten im Aufbau, und zwar hinsichtlieh der Erzielung einer feineren Temperatursteuerung als dies das Ausmass des Temperaturdifferentials ermöglicht.

Um eine bessere Temperatursteuerung bzw. -regulierung zu erzielen als mit Hilfe von Schaltanordnungen erzielt werden kann, die Schnappschalter-Betätigungselemente verwenden, sind bereits verschiedene, relativ komplizierte elektronische temperaturempfindliche Systeme entwickelt worden. Diese Systeme verwenden normalerweise Thermoelemente, Thermistoren oder " Widerstandsspulen zur Temperaturermittlung, einen Verstärker zur Verstärkung der kleinen, der jeweiligen Temperatur entsprechenden Signale von dem Fühler und eine Leistungsschaltstufe. Das gesamte System wird von einer Niederspannungs-Speisespannungseinheit gespeist. Derartige Systeme sind, obwohl sie eine sehr genaue Temperaturregelung bewirken, sehr teuer, und zwar im Vergleich zu zum Beispiel herkömmlichen Bimetall-Schaltanordnungen. Aus diesem Grund sind derartige Systeme in den meisten privaten Anwendungsfällen nicht zur

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Anwendung gelangt.

Der Erfindimg liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie eine genaue Temperaturregelung unter Verwendung elektronischer Systeme erzielt werden kann,lindem der Vorteil der hohen Empfindlichkeit einfacher thermomechaniaeher Elemente, wie einfacher Bimetallstreifen, Bourdon-Rohre, etc. (im Unterschied zu Schnappschaltereinrichtungen) ausgenutzt wird, ohne dass dabei die derartigen einfachen Elementen anhaftenden Nachteile und hohe Kosten komplizierter elektronischer Systeme mit in Kauf genommen werden müssen.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer thermisch ansprechenden Schaltanordnung erfindungsgemäss dadurch, dass ein elektronischer Schalter vorgesehen ist, der einen Strom durch eine Last zu schalten gestattet, dass eine Triggerschaltung vorgesehen ist, die die Schaltung des elektronischen Schalters bewirkt, dass die Triggerschaltung eine veränderbare Induktivität enthält, die derart geschaltet ist, dass die Triggerung des elektronischen Schalters von dem Wert der jeweiligen Induktivität abhängt, und dass der Induktivität ein thermomechanischer Wandler zugeordnet ist, der den Wert der Induktivität in Abhängigkeit von der Temperatur zu ändern gestattet.

Unter dem hier benutzten Ausdruck thermomechanischer Wandler sei eine Wandlereinrichtung verstanden, die eine wahrnehmbare mechanische Bewegung auf Temperaturänderungen hin ausführt. Beispiele für derartige Einrichtungen sind Bimetallstreifen, icurdon-Rohre, Druckflaschen, etc..

Mit dem im vorliegenden Rahmen benutzten Ausdruck "elektronischer Schalter" sei ein Schalter bezeichnet, der sich von mechanischen Schaltern unterscheidet, die zur Schliessung und

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öffnung von Stromkreisen dienen. Mit dem betreffenden Ausdruck seien sämtliche nichtmechanischen steuerbaren Schalter erfasst. So kann zum Beispiel der elektronische Schalter irgendein bekanntes Festkörper-Thyristorbauelement sein, wie ein gesteuerter Siliciumgleichrichter oder ein Triac. Bei dem betreffenden elektronischen Schalter kann es sich im übrigen

ein
auch um/Thyratronventil handeln. Der elektronische Schalter

kann aber auch einen in geeigneter Weise bemessenen Leistungstransistor enthalten, wobei dann die Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung im Stande sein könnte, eine proportionale Steuerung der Speisespannung an eine Last in Abhängigkeit von Temperaturänderungen zu bewirken. Für gewöhnliche Anwenfc dungsfälle, in denen ein Strom durch eine Last (zum Beispiel durch eine Heizeinrichtung) von. dem Speisenetz her zu regu-

θ in

lieren ist, wird vorzugsweise/Triac verwendet, da diese Art von elektronischem Schalter im Stande ist, einen Strom in zwei Richtungen zu führen, das heisst bei beiden Halbwellen des Speisewechselstroms.

Die veränderbare Induktivität kann zum Beispiel eine einzelne Spule und einen Kern enthalten, wobei die Induktivität und damit die Impedanz dadurch änderbar ist, dass der Kern relativ zu der Spule oder umgekehrt bewegt wird, und zwar mit Hilfe des thermomechanischen Wandlers, der mit der Spule und dem Kern mechanisch verbunden ist, um zwischen diesen EIementen bei Temperaturänderungen eine relative Bevqgung hervorzurufen. Gemäss einer anderen Ausführungsform kann der Kern in zwei Teilen aufgeteilt sein, die relativ zueinander bewegbar sind, und zwar mit Hilfe des thermomechanischen Wandlers, wenn sich die Temperatur ändert. Auf diese Weise wird der magnetische Widerstand des mit der Spule verbundenen magnetischen Flussweges und damit die Induktivität der betreffenden Spule geändert.

Im Unterschied zu den vorstehend betrachteten Verhältnissen

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kann die veränderbare Induktivität auch durch einen Transformator gebildet sein, bei dem die Gegeninduktivität zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung mit Hilfe eines geeigneten thermomechanischen Wandlers veränderbar ist, wenn -sich die Temperatur ändert. Eine Form eines derartigen veränderbaren Transformators weist zwei Spulen auf, die nebeneinander auf einem gemeinsamen Kern untergebracht sind, der relativ zu den betreffenden Spulen bewegbar ist, und zwar in entsprechender Weise wie dies oben bezüglich einer einzigen Spule erläutert worden ist. Bei einer anderen 3?orm des in der Induktivität veränderbaren Transformators ist der Transformatorkern selbst aus zwei Teilen gebildet, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators entweder auf einer Kernhälfte oder auf beiden Kernhälften untergebracht sind. Dabei sind die beiden Kernteile mit Hilfe des thermomechanischen Wandlers relativ zueinander bewegbar, wenn sich die Temperatur ändert. Auf diese Weise wird der magnetische Widerstand des magnetischen Plussweges zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Transformators und damit die Gegeninduktivität zwischen den beiden Wicklungen geändert. Der thermomechanisch^ Wandler kann dabei zum Beispiel ein ausladender Bimetallstreifen sein, der an seinem freien Ende den einen Teil des Transformators trägt, dessen anderer Teil feat angeordnet ist. Diefbeiden Kernhälften des Transformators sind dabei derart dicht beieinander angeordnet, dass die auf Temperaturänderungen hin erfolgende Bewegung des Bimetallstreifens den magnetischen Widerstand des magnetischen Plussweges ändert, der zwischen den Tranaformatorspulen verläuft .

Gemäas einer noch anderen Ausführungsform kann die veränderbare Induktivität eine Spule (oder im Falle eines veränderbaren Transformators/zwei oder mehr Spulen) mit einem Kern

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und einer Kurzachluaswindung enthalten, die dabei so angeordnet ist, dass die relative Bewegung der Spulenanordnung und der Kurζachlusswindung eine Änderung der Induktivität auf Temperaturänderungen hin bewirkt. Die Kurzschlusswindung kann dabei aus irgendeinem geeigneten Material bestehen und zum Beispiel an dem zu bewegenden thermomechanlachen Wandler angebracht sein. Im Unterschied dazu kann der thermomechanisehe Wandler aber auch selbst so angeordnet bzw. ausgebildet sein, dass er die Kurzschluss win dung bildet. Dabei kann zum Beispiel bei einem Bimetallstreifen ein Loch in dem betreffenden Streifen vorgesehen sein, und der Streifen kann relativ zu der Spulenanordnung derart angeordnet sein, dass der Magnetfluss mit der Kurzschlusswindung verbunden ist, die durch das das betreffende Loch umgebende Streifenmaterial gebildet ist. In dem Fall, dass das Bimetall seibat nicht eine geeignete Leiterbahn festlegt, kann es durch eine Kurzschlusswindung aus geeignetem Material verstärkt sein, das konzentrisch zu dem betreffenden Loch angeordnet oder angebracht ist.

Zur Steuerung bzw. Regelung der an eine Last von einem Wechselstromnetz abgegebenen Leistung bzw. Speisespannung ist die Triggerschaltung der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung so ausgelegt, dass sie einen Triggerimpuls oder eine Anzahl von Triggerimpulaen an die veränderbare Induktivität während jeder Arbeitshalbwelle der Speisespannung abgibt. Der durch die veränderbare Induktivität fliessende Strom wird dabei dazu herangezogen, den elektronischen Schalter zu triggern. Die Amplitude des Stroms hängt dabei von der durch den thermomechanischen Wandler festgelegten Einstellung der veränderbaren Induktivität ab.

{Jemäsa einer grundsätzlichen Auaführungsform der Erfindung v/erden die Triggersignale dadurch gewonnen, dass die Signalfolge des Wechselstromnetzes verwendet wird, das als geeignete Triggerquelle geschaltet iat. Bei dieser Ausführungsform wird die Pri-

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märwieklung einea Transformators mit veränderbarer Induktivität von der Netzapannung gespeist, und zwar über Widerstände in geeigneter verminderter Form. Das an der Sekundärwicklung des betreffenden Transformators auftretende Wechselstromsignal wird dann der Ggtte-Elektrode eines gesteuerten Grleich.rich.ters zugeführt, der den elektronischen Schalter bildet. Auf diese Weise wird die Schaltung dieses elektronischen Schalters bewirkt. Beim Betrieb dieser Ausführungsform wird ein Speisestrom an eine Last entweder nahezu vollständig geliefert oder aber während der gesamten Dauer der jeweiligen Halbwelle der Speisespannung unterbrochen. Ob ein Strom an die betreffende Last geliefert wird, hängt vom Zustand des Transformators zu Beginn der Halbwelle ab.

Das Einschalten des Laatstroms kann vorteilhafterweise ao vorgenommen werden, daas er zu einem bestimmten Punkt innerhalb der jeweiligen Halbwelle auftritt, und zwar unabhängig von einer Bewegung des thermomechanischen Wandlers in die Einschaltposition. Dies bedeutet, dass dann, wenn der Wandler sich zu einem späteren Zeitpunkt als dem bestimmten Zeitpunkt innerhalb einer Halbwelle in die Einschaltposition bewegt, die Einschaltung nicht erfolgt. Die betreffende Einschaltung erfolgt dann erst zu dem bestimmten Punkt in der nächstfolgenden Halbwelle. Durch Wahl eines "frühen" Punktes in der Halbwelle, und zwar im Idealfall an dem Spannunga-Nulldurchgang, können somit starke Schaltstösse vermieden werden. Unabhängig davon, wann der Wandler sich in die Aus-Schaltstellung bewegt, kann die Ausschaltung in der Weise vorgenommen werden, dass sie in natürlicher Weise bei oder nahe dem nächstfolgenden Nulldurchgang durch die normale elektronische Schalterwirkung erfolgt. Auf diese Weise sind ebenfalls starke Schaltstösse bzw. Schaltspannungsatöaae vermieden. Gemäea einer Ausführungsform genereller Art, bei der die Last während jeder Halbwelle entweder vollständig oder überhaupt nicht gespeist wird, kann ein Kondensator vorgesehen sein, der von der Speisespannung schnell auf die Durchbruchsspannung einer Trigger-Diode aufge-

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laden wird, die zur Abgabe von Triggerimpulsen an die Primärwicklung des Transformators dient. Nachdem bei der betreffenden . Triggerdiode ein Durchbruch erfolgt ist, kann sie im Haltezustand für den übrigen Teil der betreffenden Halbwelle verbleiben, so dass nur ein Triggerimpuls pro Halbwelle erzeugt wird. Auf diese Weise ist das Einschalten der Last nur zu dem bestimmten Punkt in der jeweiligen Halbwelle möglich (normalerweise bei oder nahe dem Beginn der Halbwelle, und zwar durch richtige Wahl

/ der Tri£ger-Diode und der Phasenverschiebungskoponenten. Dies erfolgt dabei unabhängig davon, wann der betreffende Wandler seine Einschaltposition erreicht.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung wird die von einem Wechselstromnetz an eine Last abgegebene Speisespannung kontinuierlich mit Ändern der Temperatur variiert, und zwar durch Phasensteuerung des elektronischen Schalters. Dies bedeutet, dass die Zeitspanne in der jeweiligen Arbeits-Halbwelle des Speisewechselstroms geändert wird, während der der elektronische Schalter eingeschaltet ist. Bei diesen Ausführungsformen besteht ein Triggersignal aus einer Reihe von Impulsen veränderbarer Amplitude, tlie einem Sägezahnsignal mit einer bestimmten festgelegten Steigung überlagert sind. Die Amplitude der Impulse wird dabei mit Indern der Temperatur in entsprechender Weise geändert wie dies oben beschrieben worden ist, so dass die Zeitspanne, wührend der der elektronische Schalter innerhalb der jeweiligen Arbeits-Halbwelle eingeschaltet ist, in Abhängigkeit von der Temperatur kontinuierlich veränderbar ist. Werden die positiven und negativen Halbwellen der Speisespannung für die Speisung der Last ausgenutzt, so sind die Triggerimpulse positiv und negativ während der positiven und negativen Halbwellen der betreffenden Speisespannung. In entsprechender Weise ist die Steigung des Sägezahnsignals in aufeinanderfolgenden Halbwellen abwechselnd positiv und negativ.

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Anhand von Ausführungabeiapielen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer thermisch ansprechenden Schaltungsanordnung gemäas der Erfindung, bei der ein an eine Last abgegebener Wechselstrom zur Triggerung eines elektronischen Schalters benutzt wird.

Mg. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeiapiel gemäsa der Erfindung, das in entsprechender Weise arbeitet wie das in Pig. 1 dargestellte Auaführungsbeispiel und das mit einer synchronen Schaltung zu einem bestimmten Punkt innerhalb einer Halbwelle unabhängig davon arbeitet, wann der vorgesehene thermomechanische Wandler sich in die Einschaltposition bewegt.

Fig. 3 zeigt eine Modifikation des Ausführungsbeispiels gemäss Pig. 2.

Pig. 4 zeigt eine mit Phasensteuerung arbeitende thermisch ansprechende Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung.

Pig. 5 zeigt eine Modifikation der in Pig. 4 dargestellten thermisch ansprechenden Schaltungsanordnung.

Bei der in Pig. 1 dargeatellten, ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bildenden Schaltungsanordnung wird ein in Form einea Triac 1 vorliegender elektronischer Schalter veranlasst, einen Strom für eine Last 2 zu schalten.

In dem Trigger-Kreia des Triac 1 liegt ein Transformator 3 mit veränderbarer Induktivität. Die Primärwicklung des Transformators let dabei so ausgelegt, dass zusammen mit einem

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Widerstand 4 ein Spannungsteiler an dem vorgesehenen Wechselstromnetz liegt, und zwar derart, dass an der Primärwicklung eine Wechselspannung gedgneter Spitzenamplitude auftritt. Diese Spannung wird auf die Sekundärwicklung gekoppelt und der Torelektrode des Triac 1 über einen Widerstand 5 zugeführt. Dieser Widerstand 5 dient zur Strombegrenzung.

Der Transformator 3 ist hier so ausgebildet, dass die Gegeninduktivität zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung dieses Transformators durch einen thermomechanischen Wandler veränderbar ist, das heisst durch eine Einrichtung, die Temperaturänderungen in eine mechanische Bewegung umsetzt.

Derartige Einrichtungen sind auf dem vorliegenden Gebiet bereits bekannt} zu ihnen gehören der Bimetallstreifen und das Bourdon-Rohr. Eine Änderung der Gegeninduktivität mit der Temperatur kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass der Transformatorkern in zwei Teilen aufgeteilt wird und dass diefoeiden Kernteile relativ zueinander durch den Wandler beweg bar gehalten sind, um den magnetischen Widerstand des magnetischen Flussweges zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Transformators zu ändern und damit die Koppelung zwischen den Wicklungen des Transformators bei Temperaturänderungen zu ändern. Durch sorgfältige Wahl des Windungsverhältnisses des hinsichtlich der Induktivität veränderbaren Transformators 3 und des Wertes des Widerstands 4 kann

P die Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 so ausgelegt werden, dass bei einer bestimmten Temperatur die Koppelung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Transformators derart ist, dass ein Signal an die Torelektrode des Triac 1 abgegeben wird, der daraufhin gerade einschaltet und damit einen Strom zu der Last hin leitet. Je nach Anwendungsfall kann die Koppelung bei niedrigerem Temperaturen ansteigen und bei höheren Temperaturen kleiner werden oder umgekehrt,

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so dass damit die Amplitude des der Torelektrode des Triac 1 zugeführten Triggersignals vergrössert oder verkleinert wird. Aufgrund der dem Triac anhaftenden bidirektionalen Asymmetrie kann der "betreffende Triac irgendeinen Schaltzustand von drei SchaItzustanden einnehmen, und zwar je nach der Amplitude des Triggersignals. Es sind diesi

a) Aus-Zustand, in dem die Koppelung nicht ausreicht, um den Triac entweder während der positiven oder während der negativen Halbwellen des Netzwechselstroms zu triggern,

b) halb-eingeschalteter Zustand, in dem die Koppelung ausreicht, um den Triac nur während der Halbwelle des Netzwechselstroms zu triggern, auf die der betreffende Triac empfindlicher reagiert, und

c) Ein-Zustand, in dem die Koppelung ausreicht, um den Triac bei beiden Halbwellen des Netzwechselstroms zu triggern.

Die Phasenumkehr zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des hinsichtlich der Induktivität veränderbaren Transformators führt zu zwei alternativen Trigger-Betriebsarten des Triac, nämlich (1+, 111—) oder (1-, 111+). Somit können zwei verschiedene Bereiche von Sehaltzuständen erzielt werden.

Ein Kondensator 6 kann dem Widerstand 4 parall geschaltet sein, um eine Voreilung der Phase des Torelektrodenstroms zu bewirken und damit ein frühes Umschalten des Triacs innerhalb der jeweiligen Halbwelle zu gewährleisten, das heisst zu einem Zeitpunkt, zu dem der Torelektrodenstrom ausreicht, den Triac zu triggern.

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In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der in Fig. dargestellten Schaltung wiedergegeben. G-emäss Fig. 2 sind ein Widerstand 9» ein Kondensator 8 und ein in zwei Richtungen betreibbarer Silicium-Schalter 7 vorgesehen, um abwechselnd positive und negative Impulse für die Ansteuerung bzw. Triggerung des Triacs 1 in den positiven bzw. negativen Halbwellen des Netzwechselsiroms zu liefern, und zwar über einen hier auch als Regeltrafo zu bezeichnenden Trafo 3.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt. Wenn die Spannung zu Beginn der jeweiligen Halbwelle des Netzwechselstroms bzw. der Netzwechselspannung ansteigt,

W lädt sich der Kondensator 8 über den Widerstand 9 auf, und zwar mit einer Zeitkonstante, die wesentlich kleiner ist als die Dauer einer Halbwelle. Wenn die Durchbruchspannung des in zwei Richtungen betreibbaren Silicium-Schalters 7 erreicht ist, entlädt sich der Kondensator 8 über diesen Schalter 7, den Widerstand 10 und die Primärwicklung des hinsichtlich der Induktivität veränderbaren Transformators 3. Während der Entladung des Kondensators 8 wird somit ein Stromimpuls, dessen Amplitude vom Zustand des Transformators abhängt, durch den betreffenden Transformator auf die Torelektrode des Triac gekoppelt, um diesen Triac zu triggern. Zur Strombegrenzung dienen.dabej. die Widerstände 5 und 10. Nachdem der Kondensator entladen ist, verbleibt der in zwei Richtungen betreibbare Silicium-Schalter 7 in seinem Zustand niedrigen Widerstands. Dadurch wird die Spannung am Verbindungspunkt des Kondensators 8 und des Widerstands 9 solange festgehalten, bis der von dem Speisenetz an den Schalter 7 abgegebene Strom unter den Haltestrom des in zwei Richtungen betreibbaren Silicium-Schalters 7 abgesunken ist. Daraufhin kehrt der betreffende Schalter 7 zur Vorbereitung auf die nächste Halbwellen-Folge in seinen Zustand hohen Widerstands zurück.

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Parallel zu dem Widerstand 9 kann ein Kondensator 4 geschaltet sein, um eine Phasenvoreilung der Spannung zu bewirken, die dem in zwei Richtungen betreibbaren Silicium-Sehalter 7 zugeführt ist. Auf diese Weise wird eine Umschaltung des Triac 1 zu einem frühen Zeitpunkt während der jeweiligen Halbwelle gewährleistet, zu dem der Torelektrodenstrom ausreicht, den Triac zu triggern. Da lediglich ein Impuls pro Halbwelle durch die Triggersohaltung erzeugt wird, wird darüber hinaus die Last 2 lediglich an diesem bestimmten Punkt umgeschaltet, und zwar unabhängig davon, wann der hinsichtlich der Induktivität veränderbare Transformator 3 seinen Einsohaltzustand erreicht.

Wie zuvor, so führt auch hier die Phasenumkehrung der Wicklungen des Transformators 3 zu zwei alternativen Trigger-Betriebsarten» (1+, 111«) oder (1-, 111+).

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeitpiel der Erfindung gezeigt. Sie Arbeitswelse der in flg. 3 dargestellten Schaltungsanordnung entspricht der in fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung. In diesem fall wird die Triggerschaltung un mittelbar von dem Speisenetz her gespeist. Ein Kondensator 17, win Widerstand 9 und ein Widerstand 18 in Verbindung mit eine« Kondtptator 8 btttimatn dabei den Punkt innerhalb der Halbwelle, *n dta der in zwei Richtungen bttrtibbtrt Silicium- Schalter 7 teint Durehbruchspannung erreicht. Wie beiüglieh der fig. 2 trläuttrt, to legt auch hier der hinsichtlich der Induktivität veränderbar· Transformator 5 fttt, ob dtr Triao eingetefca.lt

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In Pig. 4 und 5 sind zwei Ausfühmngaformen der Schaltungsanördnung gemäaa der Erfindung dargestellt. Bei diesen Schaltungsanordnungen wird eine Wechselatrom-Phasensteuerung benutzt, und zwar im Unterschied zur alleinigen Ausführung eines Steuervorgangs, gemäss dem der Triac innerhalb der jeweiligen Halbwelle eingeschaltet oder ausgeschaltet wird, wie dies bei den zuvor betrachteten beiden Ausführungsformen der Pail ist. Damit wird im vorliegenden Pail der Zeitpunkt innerhalb der jeweiligen Halbwelle der Setzwechselspannung gesteuert, zu dem der Triac 1 eingeschaltet wird. In dieser Weise kann die an eine Last 2, bei der es sich zum Beispiel um ein Gebläse handeln kann, abgegebene Speisespannung kontinuierlich entsprechend der Umgebungstemperatur gesteuert werden.

Die in Pig. 4 dargestellte Schaltung arbeitet in entsprechender Weise wie die in Pig. 2 dargestellte Schaltung, und zwar insofern, als der Kondensator θ sich über den Widerstand 9 von der Netzspannung her auflädt, und zwar mit einer Zeitkonstante, die wesentlich kurzer ist als der Dauer einer Halbwelle der Fetzweeheelspannung entspricht. Anstelle des in Pig. vorgesehenen, in zwei Richtungen betreibbaren Silicium-Schalters ist hier jedoch eine in zwei Riehtungen betreibbare Triggerdiode 11 (Diae) vorgesehen. Wenn die Durchbruchipannung de« Di«· 11 erreicht ist, traöglitht ti·*· Si«· de« Kondensator 8 einen Impulsstrom durch die Primärwicklung de« Transformators 3 zu entladen. Der Diae-Itrom ist dabei nioht hoch genug, um einen Haltewert xu erreichen· Damit kehrt der Diac 11 in seinen Zustand hohen Widerstands oder in seinen Aus-Zustand surüek. Damit vermag der Kondensator * »it* wieder über den Widerstand f auf**laden, bis wieder die BttrSBsrueatpannung 4·· liae erreieat ist. foait tritt ftr jede Äalbwelle der letsweeaselsyanBwag «ia· Aasaal vp* Itremirnfmlsen i» der fri- »ftrwieklwig des fraasformaters 5 *u*. Hi· genaue Aasahl der Im>«ls· ie Ut jsweiligo IaI»w·Ils alagt ν·η der Seitkoastaate

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des Kondensators 8 und des Widerstands 9 ab.

Auf der Sekundärseite des Transformators 3 wird der Kondensator 12 von der Speisespannung her über den Widerstand 13 aufgeladen, und zwar bei einer relativ langen Zeitkonstante. Dadurch wird eine Sägezahnspannung am Verbindungspunkt des Kondensators 12 und des Widerstands 13 erzeugt. Die sich einstellende Spannung des Sägezahnsignals ist durch die Widerstände 13 und 14 festgelegt, die einen an dem Speisenetz liegenden Spannungsteiler bilden.

Die sfflmit an der Sekundärwicklung des Transformators 3 auftretende Spannungs-Signalfolge ist durch eine Reihe von Impulsen gebildet, die einem Sägezahnsignal überlagert sind. Die Steigung des Sägezahnsignals und die Polarität der Impulse sind abwechselnd positiv und negativ bei positiven und negativen Halbwellen der Speisespannung. Die Amplitude der Impulse hängt wie zuvor von der Koppelung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Transformators 3 und damit von der Umgebungstemperatur ab. Wenn die Amplitude der Impulse an der Sekundärwicklung des Transformators 3 auf Temperaturänderungen hin sich ändert, ändert sich in entsprechender Weise der Zeitpunkt innerhalb der jeweiligen Halbwelle, zu dem der Triac eingeschaltet wird. Auf diese Weise ist der Triac also phasengesteuert.

Für gewisse Anwendungsfälle kann die Sägezahnspannungssteigung und/oder die Einstellspannung auch auf eine manuelle Einstellung hin gesteuert werden oder auf die Änderung eines gewissen externen Zustande (zum Beispiel der Temperatur). In diesem Pail kann der Wert der Widerstände 13 und H oder des Kondensators 12 so gewählt werden, dass eine Änderung entsprechend der geforderten Änderung oder des externen Zustande erfolgt. Im Falle der Änderung der Sägezahnspannung, wie sie für eine

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temperaturbedingte Änderung erforderlich ist, kann der Widerstand 13 zum Beispiel.durch einen Thermistor ersetzt werden.

In Fig. 5 ist eine andere Einrichtung zur Phaaensteuerung gezeigt. In diesem Fall ist die ZeitkonstaniB des den Widerstand 9 und den Kondensator 16 enthaltenden RC-G-liedes im Vergleich zu der Zeitkonstante des den Widerstand 9 und den Kondensator· 15 enthaltenden RC-ffliedes gross gemacht. Der Kondensator 15 lädt sich somit schnell über den Widerstand 9 auf, bis der Diac 11 kurzzeitig einschaltet und einen Stromimpuls an die Primärwicklung des Transformators 3 abgibt. Wie zuvor wird auch hier eine Anzahl von Stromimpulsen in jeder KaIb-™ welle der Speisespannung bereitgestellt. Unterdessen wird der Kondensator 16 über den Widerstand 9 langsam aufgeladen. Dadurch tritt an dem Verbindungspunkt des Kondensators 15 und des Kondensators 16 eine Sägezahnspannung auf. Die Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators 3 und damit an der Torelektrode des Triac 1 ist somit die gleiche wie die oben im Hinblick auf Fig. 3 erwähnte Spannung. In diesem Fall legt die Zeitkonstante des den Kondensator 15 und den Widerstand 9 umfassenden RC-G-liedes die Anzahl der Impulse pro Halbwelle fest. Der Widerstand 10 kann die Empfindlichkeit ändern oder den Strom begrenzen.

fe Den vorhandenen Triacs haftet der Nachteil an, dass sie selbst hinsichtlieh der Vorelektrodenspannung und des Torelektrodenstroms temperaturempfindlich sind. Im besonderen erfordert ein Triac weniger Torelektrodenstrom, um umzuschalten, je höher die Temperatur ist. Wenn somit ein Triac eine Leistungslast steuert, heizt er sich aufgrund von Widerstandsverlusten allmählich auf, wodurch demgemäss der Torelektrodenstrom sinkt, der zur Beibehaltung der Umschaltung erforderlich ist. Um die Auswirkung dieser Eigenschaft auf die oben beschriebene Schaltungsanordnung herabzusetzen, kann ein in zwei Richtungen betreibbarer Silicium-Schalter in der Torelektrodenzuleitung

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des Triacs zwischen dem hinsichtlich der Induktivität veränderbaren Transformator 3 und dem Triac 1 vorgesehen sein. Diese Modifikation kann dabei selbstverständlich bei jeder der oben beschriebenen Schaltungen vorgenommen werden. Die Einfügung eines in zwei Richtungen betreibbaren Silicium-Schalters hat zur Folge, dass die Belastungsstromempfindlichkeit der Schaltungsanordnung herabgesetzt wird, da nämlich die betreffende Schaltung nur bei der Triggerspannung einer nicht gespeisten Einrichtung nunmehr umschaltet. Eine weitere durch diese Einrichtung erzielte Verbesserung ergibt aich dadurch, dass der in zwei Richtungen betreibbare Silicium-Schalter wesentlich weniger durch Umgebungstemperaturänderungen beeinflusst wird als der Triac.

Die Verwendung dieser gesonderten Einrichtung ist dabei lediglich in den Fällen erforderlich, in denen eine extrem genaue Temperaturregelung erforderlich ist, da es nämlich bei Verwendung eines empfindlichen thermomechanischen Wandlers des hier beschriebenen Typs unmöglich ist, dass die Temperaturempfindlichkeit des Triac in den meisten Anwendungsfällen noch ein Problem darstellt.

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Claims (14)

1. Patentansprüche

   Thermisch ansprechende Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronischer Schalter (1) vorgesehen ist, der einen Strom durch eine Last (2) zu schalten im Stande ist, dass eine Triggerschaltung (3, 4, 5, 6) vorgesehen ist, die die Umschaltung des elektroniechen Schalters (1) bewirkt, dass die Triggerschaltung (3, 4, 5, 6) eine veränderbare Induktivität (3) enthält, die derart geschaltet ist, dass die Triggerung des elektronischen Schalters (1) von dem Wert der betreffenden Induktivität (3) abhängt, und dass der Indukti-" vitat (3) ein thermomechanischer Wandler derart zugeordnet ist, dass der Wert der betreffenden Induktivität (3) von der jeweiligen Temperatur abhängt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die veränderbare Induktivität (3) eine Spule und einen Kern enthält und dass der thermomechanische Wandler die Spule relativ zu dem Kern zu bewegen erlaubt.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus zwei Kernteilen besteht, die durch den thermomechaniachen Wandler relativ zueinander bewegbar sind.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die veränderbare Induktivität einen Transformator (3) enthält, bei dem die Gegen induktivität zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung durch den thermomechanischen Wandler veränderbar ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daaa der Trairformator zwei nebeneinander liegende Wicklungen und einen gemeinsamen Kern aufweist, der relativ zu den Wicklungen verschiebbar ist.

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6. 6. Schaltungsanordnung nach. Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (3) einen aus zwei Teilen bestehenden Kern aufweist, dass die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators (3) gemeinsam oder einzeln auf einem oder beiden Kernteilen untergebracht sind und dass die beiden Kernteile durch den thermomechanischen Wandler relativ zueinander bewegbar sind.
7. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabe eines Speisestroms von einer Wechselstromquelle an eine Last (2) steuerbar ist, dass die Triggerschaltung (3, 4, 5, 6) ein Triggersignal an die veränderbare Induktivität (3) während jeder Arbeits-Halbwelle des Wechselstroms abzugeben im Stande ist und dass der die veränderbare Induktivität (3) durchfliessende Strom zur Triggerung des elektronischen Schalters (1) ausgenutzt ist, wobei die Amplitude dieses Stroms von der durch den thermomechanischen Wandler festgelegten Einstellung der veränderbaren Induktivität (3) abhängt.
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Triggersignale von dem Speisewechselstrom abgeleitet werden, dass die Primärwicklung des hinsichtlich der Induktivität veränderbaren Transformators (3) die genannte veränderbare Induktivität (3) bildet, der der Wechselstrom zugeführt wird, und dass das an der Sekundärwicklung des betreffenden Transformators (3) auftretende Wechselstromsignal der Torelektrode eines gesteuerten Gleichrichters (1)zugeführt wird, der den zur Betriebssteuerung dienenden elektronischen Schalter (1) bildet.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltung des Laststroms zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb der jeweiligen Arbeits-Halbwelle des Wechselstroms erfolgt, derart, dass das Auftreten hoher Schaltspannungsstösse verhindert ist.

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10. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggerschaltung einen Kondensator (8) enthält, der. durch den Wechselstrom auf die Durchbruchspannung einer Triggerdiode (7) schnell aufladbar ist und damit Triggersignale an die veränderbare Induktivität (3) abzugeben vermag und dass die Triggerschaltung so ausgelegt ist, dass zur Erzeugung jeweils nur eines Triggerimpulses innerhalb der jeweiligen Arbeitshalbwelle die betreffende Triggerschaltung nach erfolgtem Durchbruch der Triggerdiode zu dem bestimmten Zeitpunkt im leitzustand für den übrigen Teil der betreffenden Halbwellen verbleibt.
11. " 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, die die an die Last (2) abgegebene Speisespannung kontinuierlich mit sich ändernder Temperatur ändern, und zwar duroh Phasensteuerung des elektronischen Schalters (1), indem die Zeitspanne innerhalb der jeweiligen Arbeitshalbwelle des Wechselstroms geändert wird, während der der elektronische Schalter (1) eingeschaltet ist.
12. 12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggerschaltung im Stande ist, ein Triggersignal zu liefern, das auär einer Reihe von einem Säge zahn signal überlagerten Impulsen mit veränderbarer Amplitude besteht, dass die Amplitude der Impulse auf eine Temperaturänderung hin entsprechend änderbar ist, und zwar dadurch, dass die betreffenden Impulse durch die veränderbare Induktivität (3) führbar sind, und dass die Zeitspanne, während der der elektronische Schalter (1) innerhalb der jeweiligen Arbeits-Halbwelle des Wechselstroms eingeschaltet ist, von der Temperatur abhängt.
13. 13· Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schalter (1) ein Triac ist.

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14. 14. Schaltungsanordnung nach. Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation der Temperaturempfindlichkeit des Triacs (1) hinsichtlich der Torelektrodenspannung und des Torelektrodenstroms in die Torelektroden-Zuleitung des Triacs (1) ein in zwei Richtungen betreitiharer Silicium-Schalter (7) eingefügt jst.

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