DE2364483B2 - Speiseschaltung für eine Heizeinrichtung - Google Patents
Speiseschaltung für eine HeizeinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Speiseschaltung so für eine Heizeinrichtung gemäß Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Beim Steuern einer Last mittels einer Speiseschaltung gemäß Oberbegriff des Anspruciis 1 (US-PS 36 88 082)
durch Phasensteuerung wird eine Kosinuswellenform r> (vgl. auch Fig. 1-a) oder eine Sägezahnwellenform Vc,
welche von einer Wechselspannungsquelle durch einen Integrationsstromkreis erhalten wird, einer Steuerspannung
Vd überlagert, welche die Temperatur der Last wiedergibt. ·"'
Die resultierende Wellenform wird mit einer konstanten Spannung Vp verglichen, und ein Impuls wird an
einem Koinzidenzpunkt A erzeugt, um eine Lastspannung mit einer Wellenform Vl, wie in Fig. 1-b gezeigt,
zu erhalten. Viele Phasensteuerstromkreise sind zum ■»> Aufschalten eines Signals auf eine Last bekannt, um ein
Lastspannungssignal, wie in Fig. 1-b gezeigt, zu erhalten. Typischerweise weisen diese Phasensteuerstromkreise
ein Thyratronelement auf, welches im Ansprechen auf den vorgenannten Impuls ein Steuersi- so
gnal bei einem bestimmten ausgewählten Phasenwinkel parallel an die zu steuernde Last anlegt. Der
Phasenwinkel bestimmt den Betrag der Spannung, die an die Last angelegt wird. In bezug auf die F i g. 1 wird
ein Punkt A bei irgendeiner Veränderung der Amplitude der Steuerspannung Vd, welche ihrerseits durch
Temperaturveränderung bewirkt wird, bewegt bzw. verschoben. Dementsprechend kann die Lastspannung
Vl gesteuert werden. Fells der Stromkreis für eine
60-Hz-Spannungsquelle vorgesehen ist und falls es ίο
erwünscht ist, ihn an eine 50-Hz-Wechselspannungsquelle anzuschließen, verändert sich die Kosinuswellenform
von der in Fig.2-a mit ausgezogener Linie gezeigten Form zufolge eines Unterschieds im Integrationsvorgang,
und als Ergebnis hiervon verändert sich *>·>
die Phasensteuer-Wellenform (F i g. 2-b).
Das heißt, da die Periode Tm bei 60 Hz kleiner ist als
die Periode Tw bei 50 Hz, ist die maximale Spannung
Veh» kleiner als die maximale Spannung Vcw, und es
besteht die Beziehung
^ Φ ^1.
Demgemäß ergibt der Betrieb bei 50 Hz im Vergleich zu dem bei 60 Hz einen größeren Effektivwert der
Phasensteuerspannung für die Steuerspannung Vd. Entsprechend kann die Einrichtung in Temperatureinstellgeräten
nicht sowohl für 50- als auch für 60-Hz-Energiequellen verwendet werden.
Zusätzlich führt, wenn die Speisespannung schwankt, eine festgelegte Bezugspunktspannung zu einer ähnlichen
Unannehmlichkeit. Wenn die Speisespannung sich erhöht, verschiebt sich der Punkt A zum Punkt A',
wodurch der Einschaltwinkel und die Lastspannung mit dieser Erhöhung in der Spannung bemerkenswert
erhöht werden. Um die Lastspannung konstant zu halten, muß der Einschaltwinkel kleiner werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Speiseschaltung für eine Heizeinrichtung gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, durch welche die Temperatur der Heizeinrichtung konstant gehalten
wird, unabhängig davon, ob die Eingangsspannung schwankt und unabhängig davon, welche Betriebsfrequenz
diese Eingangsspannung hat.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Speiseschaltung für eine Heizeinrichtung gemäß dem Anspruch 1.
Durch die Speiseschaltung für eine Heizeinrichtung kann die Temperatur konstant gehalten werden,
obgleich die Eingangsspannung Schwankungen aufweist und unabhängig davon, ob nun die Frequenz der
Eingangsspannung 50 oder 60 Hz beträgt.
Es ist eine Schaltung zur Spannungsregelung an Dreiphasen-Schweißmaschinen (DE-OS 14 38 238) bekannt,
bei welcher Schwankungen der Einspeisespannung kompensiert werden können, indem beim Absinken
der Einspeisung die Zündzeitpunkte früher gelegt und entsprechend beim Ansteigen der Einspeisung die
Zündzeitpunkte später gelegt werden. Für den Einsatz bei unterschiedlichen Betriebsfrequenzen ist die bekannte
Schaltung jedoch nicht geeignet.
Die Verwendung von PUT-Gliedern ist bekannt (SCR Manual,5. Ausgabe von 1972, Seiten 105-109).
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1-a und 1-b zeigen den Phasenwinkel und die Lastwellenform für ein Steuersignal bzw. die zugehörige
Lastspannung, wobei das Bezugspunktpotential fest ist,
Fig.2-a und 2-b sind der Fig. 1 entsprechende Diagramme, die jedoch den Einfluß der Speisespannungsfrequenzänderung
auf die Ausgangsspannung zeigen,
F i g. 3-a und 3-b sind Diagramme, die die Einflüsse der Amplitudenschwankung der Speisespannung auf die
Ausgangsspannung zeigen;
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm einer
Speiseschaltung gemäß der Erfindung.
In Fig.4 ist die primäre Seite eines Transformators
Ti mit einer Energiequelle N verbunden, und die sekundäre Seite ist mit einem Widerstand R^ und einem
Kondensator Q verbunden. Die Impedanz des Kondensators Q und die Spannung parallel zu diesem erhöhen
sich, wenn die Frequenz von 60 auf 50 Hz verändert wird. Die Kondensatonpannung wird durch eine Diode
Di gleichgerichtet und durch einen Glättungsstromkreis
geglättet, welcher Kondensatoren C2, d und einen
Widerstand Ri aufweist. Eine festgestellte Spannung
erscheint an einem Punkt e, und diese ist eine Funktion der Speisespannungsfrequenz und/oder der Amplitude,
wie es aus den F i g. 2 bzw. 3 zu ersehen ist. Diese festgestellte Spannung entspricht der Spannung Vp
oder Vp', welche in den Fig.2 bzw. 3 gezeigt sind. Vp
wirkt als eine Gitter- bzw. Steuerspannung für einen programmierbaren Unijunktionstransistor PUT.
Das an einem Anschluß a erzeugte Signal entspricht der Spannung Vc gemäß den Fig. 1 bis 3. Vc kann direkt
abgegriffen werden oder von der Energiequelle N in F i g. 4 hergeleitet werden, wobei die gezeigte Wellenform
am Anschluß a durch Vollwellengleichrichtung des Ausgangssignals von der Energiequelle N hergeleitet
wird.
Das an dem Anschluß c hergeleitete Signal entspricht der Spannung VWder F ig. 1 bis 3. Vdist ein Fühlsignal,
dessen Amplitude bei Veränderungen des Wertes des Parameters, welcher abgefühlt oder gemessen wird, sich
verändert. Demgemäß verringert, falls die Temperatur der zu fühlende und zu regelnde Parameter ist, Vd'in der
Ausführungsform gemäß F i g. 4 ihren Wert, wenn sich die Temperatur erhöht und umgekehrt. Dies kann durch
Einsetzen eines Phasenumkehrverstärkers zwischen dem Sensor und der Diode D\ durchgeführt werden.
Selbstverständlich könnte abhängig von der Stromkreisbemessung Vd sich mit erhöhender Temperatur
erhöhen und mit sinkender Temperatur sich verringern.
An einem Anschluß d wird das zusammengesetzte Signal Vc und Vd, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt,
gebildet. Das zusammengesetzte Signal wird an die Anode des Transistors PUT angelegt. Der Transistor
PUT zündet, wenn die Anodenspannung Vc und Vd die Steuerspannung Vp leicht überschreitet, um den
Kondensator C\ über den Transistor PUT und den Impulstransformator in seinem Kathodenstromkreis zu
entladen. Demgemäß wird ein Trigger-Impuls von der Sekundärseite des Impulstransformators an die Phasensteuerschaltung
angelegt. Wie vorangehend erläutert, kann dieser Impuls in üblicher Weise verwendet
werden, um ein einem Thyratron entsprechendes Element zu zünden, welches den Phasenwinkel steuert,
bei welchem eine Lastspannung Vi an eine Last
angelegt wird. Die Last kann eine elektrische Einrichtung zum Heizen eines bestimmten Bereichs sein,
beispielsweise eine wärmefixierende Station in einem elektrophotographischen Vervielfältigungsgerät. Die
Lastspannung Vl kann direkt von der Energiequelle N
abgenommen werden. Sie kann um 90° phasenverschoben (wie in den F i g. 1 bis 3) oder auf andere Art und
Weise zur Anwendung durch die Phasen-Steuerschaltung verarbeitet werden.
An einem Anschluß b wird eine Serie von Impulsen wie gezeigt hergeleitet, um vollständige Entladung des
Kondensators Ci jedesmal dann sicherzustellen, wenn die vollwellengleichgerichtete Spannung Vc Null wird.
Diese Impulse werden entweder durch Differentiation von Vcoderdes Ausgangssignals von Jer Energiequelle
N hergeleitet. Unter der Annahme, daß der abgefühlte Parameter beispielsweise die Temperatur, sich im
Betrieb erhöht, wird demgemäß Vd sich verringern. In der Darstellung gemäß Fi g. 1, wo das Bezugspunktpotential
(welches der gewünschten Temperatur in einem bestimmten Bereich, beispielsweise der warmfixierenden
Station eines elektrophotographischen Vervielfältigungsgeräts, entspricht, welche konstant gehalten
werden soll) festgelegt ist, wird der Punkt A nach rschts verschoben. Demgemäß wird die Erzeugung des
Trigger-Impulses durch den Transistor PUT verzögert, um demgemäß die EIN-Zeit der Spannung Vi. zu
j verringern. Die EIN-Zeit der Spannung Vi. ist durch den
schraffierten Bereich von Vl in F i 3.1 gekennzeichnet.
Die Verringerung der EIN-Zeit führt zu einem Lastspannungsabfall, wodurch der Betrag der erzeugten
Wärme an der warmfixierenden Station verringert wird, um die Temperatur auf die vorgenannte gewünschte
Temperatur zu reduzieren.
Die Probleme, welche auftreten, falls die Speisespannungsfrequenz oder deren Amplitude sich verändern,
sind vorangehend in bezug auf den Stand der Technik
2~> erläutert worden.
Es wird daher, wenn die Amplitude der Speisespannung,
wie in Fig.3 dargestellt, sich erhöht, Kompensation durch Veränderung der Amplitude des Bezugspotentials
Vp erzeugt. Das erhöhte Bezugssparinungspotential ist mit Vp' bezeichnet. Durch Erhöhen der
Bezugsspannung von Vp auf Vp' verschiebt sich der Einschaltwinkel auf den Punkt A". Daher wird die
Einschaltzeit der Lastspannung Vl in den Figuren
verzögert. Demgemäß wird die Erhöhung in der Speisespannung durch die Verzögerung in der Einschaltzeit
von Vl kompensiert.
Das obengenannte Prinzip wird auch auf Frequenzveränderungen der Energiequelle N, wie in den F i g. 2-a
und 2-b gezeigt, angewendet. Demgemäß lädt das Auftreten von Schwankungen in der Speisespannung
den Kondensator G, wobei die Ladespannung gleichgerichtet und durch die Diode Eh. geglättet und dem
Glättungsstromkreis zugeführt wird, so daß eine Gleichspannung Vp proportional zur Eingangsschwan-
•45 kung der Speisespannung am Punkt e erscheint. Wie aus
dem vorangesagten ersichtlich ist, verändert sich die Spannung Vp selbsttätig im Ansprechen auf die
Speisespannungsfrequenz und/oder deren Spannung. Demgemäß wird der Effektivwert der phasengesteuerten
Wellenform in der Phasen-Steuerschaltung nicht durch die Speisespannungsschwankungen beeinflußt.
Der Frequenzdetektorstromkreis kann von dem in Fig.4 gezeigten RC-Typ sein oder er kann irgendein
anderer Stromkreis oder ein Element sein, welches Signale erzeugt, dessen Amplitude eine Funktion der
Speisespannungsfrequenz ist. Beispielsweise kann er ein Stromkreis vom RL-Typ sein.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Speiseschaltung für eine Heizeinrichtung, bestehend aus einem Vollwellengleichrichter für ">
Eingangsspannungen aus Wechselspannungsquellen unterschiedlicher Frequenz und unterschiedlicher
Spannungshöhe und aus einem kontaktlosen steuerbaren Halbleiterschalter, gekennzeichnet
durch einen programmierbaren Unijunktionstran- ι»
sistor (PUT)als Halbleiterschalter und durch mit der Steuerelektrode (e) des Unijunktionstransistors
(PUT) verbundene Schaltungselemente (Q, D2, A3)
zwecks Herleitung einer zur Frequenz der Eingangsspannung proportionalen Spannung, wobei eine zur
durch die Heizeinrichtung erzeugten Temperatur proportionale Spannung und eine Kosinuswechselspannung
an die Anode (d) des Unijunktionstransistors (PUT) angelegt sind.
2. Speiseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kosinuswechselspannung
für die Anode (d)aes Unijunktionstransistors (PUT)
aus der Eingangsspannung hergeleitet ist.
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