DE2512323A1

DE2512323A1 - Steuergeraet mit mindestens einem steuerbaren leistungshalbleiter

Info

Publication number: DE2512323A1
Application number: DE19752512323
Authority: DE
Inventors: Karl Ing Hitschmann; Friedrich Ing Kalny
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-07-08
Filing date: 1975-03-20
Publication date: 1976-01-22
Also published as: ATA560274A; DK282475A; DE2512323B2; NL7506950A; AT330413B; CH582915A5

Description

Steuergerät mit mindestens einem steuerbaren Leistungshalbleiter -Gegenstand der Erfindung ist ein Steuergerät mit mindestens einem steuerbaren Leistungshalbleiter, insbesondere zur Klimaregelung.
Unter Klimaregelung ist in diesem Zusammenhang im wesentlichen die Regelung der durchschnittlichen Lufttemperatur in einem begrenzten Raum auf einen Sollwert bei Auftreten von Störgrößen in Form von Wärmemengen zu verstehen. Sie erfolgt durch Abfuhr der in Wärmequellen entstehenden bzw. durch Ergänzung der in Wärmesenken verschwindenden Wärmemengen. Als Wärmeträger wird dazu meist Luft verwendet. Dabei wird entweder das den begrenzten Raum erfüllende Luftvolumen umgewälzt und dadurch der Wärmeaustausch mit der Umgebung durch die gut wärmeleitenden, den Raum begrenzenden Wände beeinfluRt oder es wird ständig ein Teil des im begrenzten Raum vorhandenen Luitvolumens durch entsprechend temperierte Umgebungsluft ersetzt.
Eine gute Regelung der an einem repräsentativen Punkt des Raumes gemessenen Isttemperatur auf einen konstanten Werk erfordert, daß die pro Zeiteinheit zu- und abgeführten WErmemengen stets einander gleich sind Die pro Zeiteinheit übertragbare Wärmemenge ist dabei u. e a , der in der Zeiteinheit bewegten Luftmenge proportional. Bei einer Abweichung der Isttemperatur vom vorgegebenen Wert, etwa bei einer Schwankung der Störgröße kann der Sollwert durch eine nachgehende knderung der pro Zeiteinheit bewegten Luftmenge wieder hergestellt werden. Daher werden zur Klimaregelung im oben definierten Sinn entweder Geräte verwendet, bei denen Ventilatoren durch steuerbare Leistimgshalbleiter-Triacs oder Thyristoren als Leistungsstellglieder in Verbindung mit Temperaturfühlern durch Phasenanschnitt- oder Paketsteuerung in ihrer Drehzahl geregelt werden, oder es werden Geräte verwendet, bei denen durch steuerbare Leistungshalbleiter Wärmequellen geregelt werden.
Der zur Erfassung des Temperaturistwertes nötige Temperaturfühler ist immer derart vom Verlustwärme abgebenden Leistungsstellglied thermisch zu entkoppeln, daß dessen schwankender Wärmestrom nicht zu störenden Schwankungen der Temperatur des Temperaturfühlers oder seiner unmittelbaren Umgebung führt.
Wenn aus Gründen der Platzersparnis und der Vermeidung zusätzlicher Verdrahtung Temperaturfühler und Leistungshalbleiter, sowie Steuerelektronik in einem Gehäuse angeordnet werden sollen, muß eine aufwendige Wärmeisolierung verwendet werden, die neben erhöhten Herstellungskosten auch eine Vergrößerung des Volumens des Steuergerätes mit sich bringt.
Aufgabe der Erfindung ist ess Temperaturschwankungen am Temperaturfühler durch die sich mit dem Stromflußwinkel des Leistungshalbleiters ändernde Verlustwärme trotz enger räumlicher Nachbarschaft auszuschalten und sie löst. diese Aufgabe im wesentlichen dadurch, daß zumindest eine zusätzliche Wärmequelle vorgesehen ist, die derart aussteuerbar ist, daß sie den Schwankungen der Verlustleistung der Leistungshalbleiter temperaturkompensierend entgegenwirkt.
Durch die genannte Maßnahme wird bei Paketsteuerung auch die Amplitude der Temperaturschwankung im Leistungsh@lbleiter verringert. Dadurch kann die Lebensdauer der Leistungshalbleiter wesentlich vergrößert werden.
Erfindungsgemäß und vorteilhaft sind als zusätzliche Wärmequellen Heizwiderstände oder weitere Leistungshalbleiter vorgesehen, die parallel zu den Leistungshalbleitern geschaltet sind.
Die zusätzliche Wärmequelle steht in thermischer Verbindung mit dem Leistungshalbleiter und ist entweder einintegriert, eingebaut oder auf dem gleichen Kühlblech angeordnet.
Die Zeichnung zeigt die Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Steuergerätes unter Verwendung eines als Triac bekannten und in vier Quadraten betriebsfähigen Leistungshalbleiters.
In dieser Zeichnung bedeutet 1 einen steuerbaren Leistungshalbleiter - Triac, der in Reihe mit einer Last 2, insbesondere einem Ventilatormotor, an eine Wechselspannungsquelle mit der Nennspannung U angeschlossen ist. Als zusätzliche Wärmequelle dient ein Widerstand 3, der zwischen die Hauptelektroden des Triac 1 geschaltet ist. Eine elektronische Ansteuerschaltung 4 liefert Zündimpulse für den Triac 1 mit einem Zündverzögerungswinkel, der von dem durch einen Temperaturfühler 5 gemessenen Temperaturwert abhängig ist.
Im gesperrten Zustand des Triac 1 tritt an der Last kein Spannungsabfall auf und zwischen den Hauptelektroden des Triac 1 und damit am Widerstand 3 liegt die volle Betriebsspannung U. Daher fließt in dem Widerstand 3 ein Strom und verursacht;eine Verlustleistung, deren Größe dem Quotienten aus dem Quadrat der Spannung U und dem Wert des Widerstandes 3 entspricht. Durch Auswahl dieses Widerstandswertes kann diese Verlustleistung gleich groß gemacht werden wie die Verlustleistung des Triac 1 im leitenden Zustand. Diese ergibt sich als das Produkt aus dem Quadrat des durch Betriebsspannung U und Impedanzwert der Last festgelegten Effektivstromes und dem Innenwiderstand des Triac 1. Da im leitenden Zustand des Triac zwischen dessen Hauptelektroden nur ein sehr kleiner Spannungsabfall auftritt, entsteht. in dem höherohmigen Widerstand 3 nur eine vernachlässigbar kleine Verlustleistung.
Wenn also die Dimensionierung des Widerstandes 3 nach diesen Maßgaben richtig erfolgt ist, entstehen in Triac 1 und Widerstand 3 abwechselnd Verlustleistungen gleicher Größe und die insgesamt auftretende Verlustleistung ist zeitlich konstant.
Trotzdem kann bei besonders enger räumlicher Anordnung der Temperaturfühler von einem zeitlich schwankenden Wärmestrom getroffen werden, da die Wärmeströme aus den Verlustleistungen wohl in gleicher Größe, nicht aber am selben Ort entstehen. Dem kann erfindungsgemäß dadurch begegnet werden, daß der Widerstand 3 in den Triac 1 einintegriert wird oder zumindest mit ihm in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut wird. Durch dieses Gehäuse tritt dann ein zeitlich konstanter Wärmestrom.
Der erfinderische Schritt liegt darin, daß es unter Vermeidung von platzraubenden Wärmeisolierenden auch bei dichtester Packung gelingt, das Auftreten von Temperaturschwankungen am Temperaturfühler eines Steuergerätes od. dgl., die durch Schwai;ungen der Verlustleistung eines benachbarten gesteuerten Leistungshalbleiters bedingt sind, durch elektrische Maßnahmen zu verhindern.
1 Figur 6 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Steuergerät mit mindestens einem steuerbaren Leistungshalbleiter, insbesondere zur Klimaregelung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine zusätzliche Wärmequelle vorgesehen ist, die derart aussteuerbar ist, daß sie den Schwankungen der Verlustleistung der Leistungshalbleiter temperaturkompensierend entgegenwirkt.
2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Wärmequelle Heizwiderstände vorgesehen sind, die parallel zu den Leistungshalbleitern geschaltet sind.
3. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Wärmequellen weitere Leistungshalbleiter vorhanden sind.
4. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Wärmequelle in thermischer Verbindung mit den Leistungshalbleitern steht.
5. Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Heizwiderstände in die Leistungshalbleiter integriert sind.
6. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Wärme quellen und Leistungshalbleiter auf den gleichen Kühlblechen angeordnet sind.

L e e r s e i t e