DE2411766A1

DE2411766A1 - Anordnung zur temperaturregelung

Info

Publication number: DE2411766A1
Application number: DE2411766A
Authority: DE
Inventors: Harold Axel Brouneu
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1973-03-28
Filing date: 1974-03-12
Publication date: 1974-10-10
Also published as: ES420288A1; FR2223745B3; GB1459302A; FR2223745A1; JPS49128188A; BE812961A; US3798416A; IT1010981B

Description

Anmelderin: Corning Glass Works
Corning, Ή. Y., USA

Anordnung zur Temperaturregelung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Temperaturregelung beispielsweise für Elektrokocher, Elektroheizer oder elektrische Heizelemente.

Bekannte Regelsysteme verwenden mechanische, elektromechanisch^ oder mit einem Strömungsmittel arbeitende Bauelemente, Zuverlässigkeit und kompakte Bauweise sind hierbei wesentliche Gesichtspunkte. Die Verwendung elektronischer Bauteile, Siliziumhalbleiter usw. wäre an sich günstig, jedoch sind die bisherigen Schaltungen zu aufwendig und erfordern eine aus wirtschaftlichen Gründen nicht zu vertretende grosse Anzahl von Elementen.

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Aufgabe der Erfindung ist daher eine vereinfachte und mit weniger elektronischen Bauelementen auskommende Temperaturregelanordnung, besonders für Elektrokocher, Elektroheizer, glaskeramische Kochplatten u. a. m.

Diese Aufgabe wird durch die Anordnung der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Wechselstromquelle einen Schalter mit normalerweise geschlossenen Kontakten und einer Regelwicklung, die am einen Ende mit der Stromquelle verbunden ist, einem siliziumgesteuerten Gleichrichter, dessen Anode mit dem anderen Ende der Regelwicklung und dessen Kathode mit der Stromquelle verbunden ist, einem Widerstandsheizelement mit einem positiven, linearen Wärmewiderstandskoeffizient, einem Transformator mit einer ersten windungsreichen Primärwicklung und einer zweiten, windungsarmen und umgekehrt zur ersten gewickelten Primärwicklung, die der Kathode und Regelelektrode des Gleichrichters parallel geschaltet ist, so dass die Torspannung des Gleichrichters mit der der Anode nur in Phase ist, wenn der Strom der ersten Primärwicklung grosser als der der zweiten Primärwicklung ist, wobei in einem ersten Stromkreis der eine Kontakt des Schalters mit einem Anschluss der Stromquelle und der zweite Kontakt mit einem Ende des Heizelements und über einen einstellbaren Widerstand mit einem Ende der ersten Primärwindung verbunden ist, in einem

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zweiten Stromkreis das andere Ende des Heizelements mit einem Ende der zweiten Primärwicklung verbunden ist und in einem dritten Stromkreis das jeweils andere Ende der beiden Primärwicklungen miteinander und mit einem weiteren Anschluss der Stromquelle verbunden ist.

Die Figur 1 zeigt ein Schaltschema der erfindungsgemässen Anordnung;

die Figur la zeigt ein Schaltschema einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemässen Anordnung;

die Figur 2 zeigt ein Schaubild der beim Betrieb der Anordnung auftretenden sinusförmigen Wellenformen.

Der in der Normalstellung geöffnete elektrische Hauptschalter MS liegt mit einem Anschluss an einer Stromquelle PS; mit dem zweiten Anschluss ist er mit dem beweglichen Kontakt _a eines Wärmerelais TE und dessen Heizspule 11 verbunden. Im spannungslosen Zustand des Relais liegt der Kontakt a. am Kontakt b_ an, der mit einer Heizspule HTE und über den Anschluss TM4 mit einem verstellbaren Widerstand R4 verbunden ist. Das andere Ende der Spule HTE ist über den Anschluss TM5 mit der einfach gewickelten Primärspule TP2 des Transformators T, am

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anderen Ende über den Anschluss TM2 mit dem zweiten Ende der Stromquelle PS verbunden, an dem auch die Anschlussklemme TM3 liegt. HTE ist z. B. die Heizspirale eines Elektroherds, einer Heiz- oder Kochplatte und "besitzt einen linearen, positiven Wärmekoeffizient des elektrischen Widerstands, d. h. der Widerstand steigt mit der Temperatur. Das zweite Ende der Relaisspule 11 liegt an dem Anschluss TMl.

Das Relais TE enthält ein Bimetallelement, das wärmeaustauschend an der Relaisspule 11 anliegt und mit dem "beweglichen Kontakt a mechanisch verbunden ist. Nach Erregung der Spule wird der Relaisschalter somit nicht sofort geöffnet, sondern erst, wenn das Bimetallelement 12 genügend erwärmt ist, dann aber schnappartig den Kontakt betätigt, öffnet oder schliesst. Der Widerstand der Relaisspule beträgt z. B. 900 Ohm.

Die Fig. 1 zeigt weiter einen einstellbaren Widerstand oder Potentiometer R2 und einen Eichwiderstand oder Potentiometer R3, vorzugsweise mit linearer, verjüngter Windung, die miteinander verbunden sind. Das zweite Ende des Potentiometers R2 ist mit dem ersten Ende der Primärwindung TPl eines Transformators T verbunden, dessen zweites Ende mit dem zweiten Ende des Potentiometers R3 und dem Anschluss TM2 verbunden ist.

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Die Primärwindungen TPl und TP2 des Transformators sind so gewunden, dass die Induktionsströme gegenläufig, also um 180° zueinander phasenverschoben sind. (Die Wicklung TPl hat z. B. 1880 Windungen).

Ein siliziumgesteuerter Gleichrichter SGR liegt mit seiner Anode am Anschluss TMl und mit seiner Kathode am Anschluss TM3 und damit der Stromquelle PS, sowie mit seiner Regelelektrode ebenfalls am Anschluss TMJ und am ersten Ende des Widerstands Rl, dessen zweites Ende mit der Sekundärwicklung TS des Transformators T verbunden ist. Die Wicklung TS ist im Verhältnis zur Wicklung TPl so gewunden, dass die Eingangsspannung am Gleichrichter SCR immer dann in Phase mit der Anodenspannung ist, wenn das Produkt Ampere/Windungen der Wicklung TP2 kleiner als das der Wicklung TPl ist. Die Wicklung TS hat z. B. 4-50 Windungen. Eine Diode oder ein asymmetrisches Element D liegt im Nebenschluss zur Regelelektrode und Kathode des Gleichrichters SGR, wobei der niedrige Widerstandsweg von der Kathode zur Regelelektrode verläuft. Die Diode schützt das SGR-Tor vor Beschädigung durch umgekehrte Torspannung.

Die folgenden Widerstandswerte sind als Beispiel angegeben:

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Element Widerstand in Ohm

Rl 100

R2 5,600-12.000

R5 11.000-30.000

R4- 10.000-20.000

Heizelement HTE besteht z.B. aus einem Material mit 8 Ohm bei 25⁰G, 12 Ohm bei 4-50°. Widerstand R4 wird dann auf 9100 Ohm, Potentiometer R2 im Bereich von 5-600-10.600 Ohm und Potentiometer R 3 auf nominell 25.000 Ohm eingestellt; Rl hat 100 Ohm Widerstand.

In der im übrigen der Fig. 1 gleichen Ausbildung der Fig. la dient als Stromquelle PSA z. B. ein Wechselstrom von 240 Volt und ein Heizelement HTEA ein 240 Volt Element. Der Erregerkreis geht vom geschlossenen Schalter MS über die Kontakte a-b des Relais TR zum Element HTEA, und weiter zum Anschluss TM5; der Rest entspricht Fig. 1, bis auf den Anschluss der Klemme TM2 an die 24-0 Volt Stromquelle. Der Anschluss TM3 ist mit einem weiteren ITeutralanschluss der Stromquelle verbunden.

Das erste Ende des Heizelements HTEA ist auch mit dem ersten Ende der Heizspule 11 des Relais TR verbunden. Der weitere Stromkreis TM1-TM5 entspricht Fig. 1. In der Abwandlung der

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Fig. la wird der Widerstand R4 aber auf nominell 19.000 Ohm und das Potentiometer R3 auf nominell 11.200 0hm eingestellt.

Die Arbeitsweise ist wie folgt. Bei konstanter angelegter Spannung ist der Strom im Heizelement HTE mit positivem, linearem Wärmekoeffizxent des elektrischen Widerstands der integrierten Temperatur des Heizelements umgekehrt proportional. Der Strom geht durch die Windung TP2 des Transformators T und die Grosse des induzierten Stroms ist den Amperewindungen I-, N-. der Wicklung proportional. Wird die Wicklung TPl mit einer vergleichsweise grossen Zahl von Windungen Np durch einen kleineren Strom Ip von der Quelle PS erregt, so dass I₁N₁ = IpNp und die Induktionsströme der Wicklungen TPl und TP2 180 phasenverschoben, also gegenläufig sind, so ist der Nettostrom im Transformator Null und auch die in der Wicklung TS induzierte Spannung ist Null.

Ist dagegen I₁N₁ nicht gleich IpNp, so ist auch die Klemmenspannung der Wicklung TS des Transformators T nicht Null. Ist z. B. InN₁ kleiner als Ip^o? so ist die Torspannung am Gleichrichter SCR in Phase mit der Anodenspannung des Gleichrichters SGR, der dann leitend wird und das Heizelement des Relais TR erregt, weil das Heizelement (HTE) die vom Potentiometer R2 eingestellte Temperatur erreicht hat. Nach ausreichender

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Aufheizung werden die Relaiskontakte a, "b betätigt und unter brechen die Stromzufuhr zum Heizelement, so dass es abkühlt. Ist andererseits 1-^₁ grosser als Ip¹¹?' ^s0

nung am Gleichrichter SCR zur Anodenspannung um 180° phasenverschoben und der Gleichrichter wird nicht leitend, weil
das Heizelement die vom Potentiometer eingestellte Temperatur noch nicht erreicht hat.

Die Widerstandsschaltung R2-R4 ermöglicht eine besonders günstige Methode zur Änderung des Stroms Ip in der Wicklung TPl mit 1880 Windungen des Transformators T mit einem Mindestmass an Leistungsstreuung im Stromkreis. Die als Beispiel erwähnten V/iderstandswerte gelten bei Verwendung von Transformator T und elektrischen Heizelementen HTE oder HTEA. Bei Änderung der Kennwerte der Heizelemente oder der Transformerwicklung und -spannung müssen die V/iderstandswerte entsprechend verändert werden. Da der Bezugsstrom Ip und der Elementstrom I-, von der gleichen Spannungsquelle geliefert werden, ändern
sie sich im gleichen Prozentsatz zu Änderungen der Spannungsquelle PS. Infolgedessen ist die Änderung der Einstelltemperatur im Spannungsbereich +_ 10% normaler Netzspannung der
Regelschaltung beinahe Null. ,Die erforderliche SCR Torspannung kann im Betriebstemperaturbereich von 25 - 100° bis 0,3-0,4-VoIt schwanken. Da dies aber im Vergleich zur Änderung der

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Spannung der Sekundärwicklung TS in Abhängigkeit der Elementtemperatur um den Einstellpunkt bei IqN-, = IpNp eine geringe Änderung ist, ist die EinsteHbereichsänderung im Bereich von 25 - 100° kleiner al -1O⁰C.

Die Arbeitsweise der Ausbildung gemäss Fig. la ist entsprechend.

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Claims

-Ao -

Pat ent ansprüche

ζ IA Anordnung zur Temperaturregelung, gekennzeichnet durch eine Wechselstromquelle (PS), einen Schalter (TR) mit normalerweise geschlossenen Kontakten (a, b) und einer Regelwicklung, die am einen Ende mit der Stromquelle verbunden ist, einem siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), dessen Anode mit dem anderen Ende der Regelwicklung und dessen Kathode mit der Stromquelle verbunden ist, einem Widerstandsheizelement (HTE) mit einem positiven, linearen Wärmewiderstandskoeffizient, einem Transformator (T) mit einer ersten windungsreichen Primärwicklung (TPl) und einer zweiten, windungsarmen und umgekehrt zur ersten gewickelten Primärwicklung (TP2), die der Kathode und Regelelektrode des Gleichrichters parallel geschaltet ist, so dass die Torspannung des Gleichrichters mit der der Anode nur in Phase ist, wenn der Strom der ersten Primärwicklung grosser als der der zweiten Primärwicklung ist, wobei in einem ersten Stromkreis der eine Kontakt (a_) des Schalters mit einem Anschluss der Stromquelle und der zweite Kontakt (b) mit einem Ende des Heizelements und über einen einstellbaren Widerstand (R2) mit einem Ende der ersten Primärwindung verbunden ist, in einem zweiten Stromkreis das andere Ende des Heizelements mit einem Ende der zweiten Primärwicklung verbunden ist und in einem dritten Stromkreis das jeweils andere Ende der beiden Primärwicklungen miteinander und mit einem weiteren Anschluss der Stromquelle verbunden ist.

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2. Anordnung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter ein Wärmerelais ist, dessen Regelwindung aus einem im Wärmeaustausch mit .einem die Schaltkontakte öffnenden und schliessenden Bimetallelement angeordneten Heizelement besteht.
3. Anordnung gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselstromquelle eine 120 V Quelle ist.

4-. Anordnung gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,, dass die Wechselstromquelle eine 240 V Quelle ist.

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