DE3922665A1 - Netzgeraet zur abgabe einer konstanten leistung an ein elektrisches heizgeraet - Google Patents

Netzgeraet zur abgabe einer konstanten leistung an ein elektrisches heizgeraet

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Description

Die Erfindung betrifft ein Netzgerät zur Abgabe einer konstanten Leistung an ein elektrisches Heizgerät un­ abhängig von der Netzspannung.
Das elektrische Heizgerät kann wahlweise mit einer von zwei Netzspannungen betrieben werden, und zwar mit einer Netzspannung von 220 V oder einer Netzspannung von 110 V. In üblichen elektrischen Heizgeräten, beispielsweise einem Reis­ kocher, einer Kaffeemaschine oder dergleichen, ist für den Betrieb mit einer der beiden Netzspannungen ein Abspanntrans­ formator vorgesehen. Der Transformator erhöht aber nicht nur die Kosten des Geräts, sondern er verbraucht auch elektri­ sche Energie und er kann wegen seines großen Gewichts und Vo­ lumens praktisch nicht im Innern des Geräts untergebracht werden. Ferner haben einige elektrische Heizgeräte, wie elek­ trische Reiskocher, die wahlweise mit zwei Netzspannungen be­ trieben werden können, zwei Heizdrähte und einen Schalter zum wahlweisen Schalten dieser beiden Heizdrähte. Für den Be­ trieb des Heizgeräts mit der höheren Netzspannung schaltet der Benutzer des Geräts durch Betätigung des Schalters die beiden Heizdrähte in Reihe. Für den Betrieb mit der niedri­ geren Netzspannung betätigt der Benutzer den Schalter derart, daß die beiden Heizdrähte parallelgeschaltet werden oder daß nur einer der beiden Heizdrähte eingeschaltet wird. Dabei ist es schwierig, die Heizdrähte in dem Heizgerät so anzu­ ordnen, daß beim Betrieb mit beiden Netzspannungen eine gleichmäßige Temperatur des Reises erzielt werden kann; da­ her wird der Reis nicht einwandfrei gekocht. Ferner kann ein Brand ausbrechen, wenn der Benutzer den Schalter nicht rich­ tig betätigt hat.
Die Erfindung hat daher die Aufgabe, für ein elek­ trisches Heizgerät ein Netzgerät zu schaffen, das eine kon­ stante Leistung abgibt und in dem weder ein aufwendiger, schwerer und voluminöser Transformator noch eine Umschaltung von zwei Heizdrähten entsprechend der Netzspannung erforder­ lich ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines eine konstante Leistung abgebenden Netzge­ räts, das in dem kleinen Raum im Innern eines elektrischen Kochers untergebracht werden kann.
Ferner hat die Erfindung die Aufgabe, für ein elektrisches Heizgerät ein Netzgerät zu schaffen, das eine konstante Leistung abgibt und bei dem keine Gefahr eines durch die Stromwärme verursachten Brandes besteht.
Zur Lösung dieser Aufgaben besitzt das Netzgerät mit konstanter Leistung (a) eine Spannungsmeßschaltung, die aufgrund einer angelegten hohen Netzwechselspannung von z.B. 220 V ein starkes Gleichspannungs-Bezugssignal und aufgrund einer angelegten niedrigen Netzwechselspannung von z.B. 110 V ein schwaches Gleichspannungs-Bezugssignal erzeugt, (b) einen Taktgeber, der während jeder vierten Periode der Netzspannung ein Rechteckimpulssignal erzeugt, (c) einen Triggersignalgeber, der bei vorherbestimmten Nulldurchgängen der Kombination eines Ausgangssignals der Spannungsmeßschal­ tung und eines Ausgangssignals des Taktgebers ein Trigger­ signal erzeugt, und (d) eine Leistungssteuerschaltung, die in Abhängigkeit von dem Triggersignal die vom Netz dem elek­ trischen Heizgerät zugeführte Leistung steuert.
In dem erfindungsgemäßen Netzgerät mißt die Span­ nungsmeßschaltung die Netzwechselspannung und erzeugt die Spannungsmeßschaltung ein dieser Spannung entsprechendes Gleichspannungs-Bezugssignal. Der Taktgeber erzeugt durch Frequenzteilung der Netzwechselspannung während jeder vierten Periode derselben ein Rechteckimpulssignal. Der Triggersig­ nalgeber erzeugt bei vorherbestimmten Nulldurchgängen der Kombination des Ausgangssignals der Spannungsmeßschaltung und des Ausgangssignals des Taktgebers ein Triggersignal. Aufgrund des Triggersignals steuert eine Leistungssteuerschal­ tung die dem elektrischen Heizgerät zugeführte Leistung. In­ folgedessen kann dem elektrischen Heizgerät sowohl beim Be­ trieb mit einer Netzwechselspannung von 220 V als auch beim Betrieb mit einer Netzwechselspannung von 110 V eine konstan­ te Leistung zugeführt werden. Beim Betrieb mit einer Netz­ wechselspannung von 220 V wird dem elektrischen Heizgerät Leistung nur während eines Viertels der Zeit zugeführt, in der ihm Leistung beim Betrieb mit einer Netzwechselspannung von 110 V zugeführt wird. Dabei wird dem elektrischen Heiz­ gerät beim Betrieb mit einer Spannung von 220 V dieselbe Lei­ stung zugeführt wie beim Betrieb mit einer Spannung von 110 V.
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfin­ dung gehen aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzug­ ten Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen hervor. In diesen zeigt:
Fig. 1 ein Schaltschema eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 2 in einem Impulsdiagramm die Wellenform von Signalen, die an verschiedenen Stellen der Schaltung gemäß der Fig. 1 auftreten, wenn eine niedrige Spannung von 110 V angelegt wird, und
Fig. 3 in einem Impulsdiagramm die Wellenformen von Signalen, die an verschiedenen Stellen der Schaltung gemäß der Fig. 1 auftreten, wenn eine hohe Spannung von 220 V angelegt wird.
Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Schaltschema eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird mittels eines übli­ chen Gleichrichters eine negative Gleichspannung Vcc für den Betrieb von IC-Chips erzeugt. Die Sekundärspannung des Ab­ spanntransformators 50 ist der Netzwechselspannung proportio­ nal. Die Gleichspannung -Vcc wird mit dem Widerstand 21 ein­ gestellt, der mit der Zenerdiode in Reihe geschaltet ist, und ist stets auf die Zenerspannung der Zenerdiode begrenzt. Die Spannungsmeßschaltung 1 erzeugt beim Betrieb mit der niedrigen Netzwechselspannung von 110 V ein schwaches Gleich­ spannungs-Bezugssignal und beim Betrieb mit der hohen Netz­ wechselspannung von 220 V ein starkes Gleichspannungs-Be­ zugssignal. Die Spannungsmeßschaltung 1 besitzt eine Diode D 2, deren Anode mit der Sekundärwicklung des Transformators 50 und deren Diode mit dem Kondensator 32 verbunden ist. Die­ se Diode D 2 dient zum Laden des Kondensators 32 auf eine po­ sitive Spannung. Dem Kondensator 32 ist ein Spannungsteiler parallelgeschaltet, der aus einer Reihenschaltung von zwei Widerständen 22 und 23 besteht. Das Gleichspannungs-Bezugs­ signal wird an dem Verbindungspunkt 25 zwischen den beiden Widerständen 22 und 23 abgenommen; dieser Verbindungspunkt 25 ist mit einem Eingang des NAND-Gliedes 43 verbunden. An dem Punkt 25 liegt beim Betrieb mit einer Netzwechselspan­ nung von 220 V ein starkes Bezugssignal und beim Betrieb mit einer Netzwechselspannung von 110 V ein schwaches Bezugssig­ nal. Der Widerstandswert der Widerstände 22 und 23 muß so gewählt werden, daß das starke Bezugssignal über dem Schwel­ lenwert für das Eingangssignal des NAND-Gliedes 43 und das schwache Bezugssignal unter diesem Schwellenwert liegt. Der Taktgeber 2 erzeugt in jeder vierten Periode der Netzwechsel­ spannung ein Rechteckimpulssignal. Der Ringzähler 11 zählt jeweils bis vier. Die beiden Eingänge des NAND-Gliedes 41 sind mit dem einen Ende des Widerstandes 24 verbunden, der an seinem anderen Ende mit einem Wechselstromnetzleiter ver­ bunden ist. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 41 wird an den Aktivierungseingang des Zählers 11 angelegt. Das Ausgangs­ signal des Zählers 11 wird von dem NAND-Glied 42 invertiert und dann an einen der beiden Eingänge des NAND-Gliedes 43 angelegt. Gemäß der Fig. 2(B) und 3(B) erzeugt das NAND- Glied 41 während einer negativen Halbperiode der Netzwech­ selspannung ein positives Rechteckimpulssignal. Aufgrund des von dem NAND-Glied 41 abgegebenen Signals erzeugt der bis vier zählende Zähler 11 in jeder vierten Periode der Netz­ wechselspannung ein positives Rechteckimpulssignal (siehe Fig. 2(C) und 3(C)). In den Fig. 2(D) und 3(D) ist die Ausgangswellenform des Inverters 42 dargestellt. Beim Betrieb des elektrischen Heizgeräts mit einer Netzwechselspannung von 110 V erzeugt der Triggersignalgeber 3 bei jedem Null­ durchgang der Netzwechselspannung einen Triggerimpuls, der ein Anlegen der Netzwechselspannung an das elektrische Heiz­ gerät bewirkt. Beim Betrieb des elektrischen Heizgeräts mit einer Netzwechselspannung von 220 V erzeugt der Triggersig­ nalgeber 3 während jeweils vier Perioden der Netzwechsel­ spannung nur bei zwei Nulldurchgängen einen Triggerimpuls. Die beiden Eingänge des NAND-Gliedes 43 sind mit dem NAND- Glied 42 bzw. dem Spannungsteiler 43 der Spannungsmeßschal­ tung 1 verbunden. Da beim Betrieb mit einer Netzwechselspan­ nung von 110 V an dem Punkt 25 des Spannungsteilers nur eine niedrige Spannung liegt, liegt unabhängig von dem Ausgangs­ signal des NAND-Gliedes 42 das Ausgangssignal des NAND-Glie­ des 43 stets äuf einem hohen Pegel (siehe Fig. 2(E)).
Beim Betrieb mit einer Netzwechselspannung von 220 V stimmt das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 43 mit dem des NAND-Gliedes 42 überein (siehe Fig. 3(E)), weil an dem Punkt 25 eine niedrige Spannung liegt. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 43 wird mit dem Inverter 44 invertiert, des­ sen Ausgang mit dem Widerstand 26 verbunden ist, der mit dem Aktivierungsanschluß der Nulldurchgangs-IC 12 verbunden ist. Infolge dieser Anordnung erzeugt die Nulldurchgangs-IC 22 während jeweils vier Perioden der Netzwechselspannung bei zwei Nulldurchgängen je einen Impuls.
Beim Betrieb mit einer Netzwechselspannung von 110 V liegt an dem Aktivierungseingang der Nulldurchgangs-IC 12 der niedrige Pegel (siehe Fig. 2(F)), so daß die IC 12 stets aktiviert ist. Beim Betrieb mit einer Netzwechselspan­ nung von 220 V dagegen liegt an dem Aktivierungsanschluß der Nulldurchgangs-IC 12 nur während jeder vierten Periode der Netzwechselspannung der niedrige Pegel (siehe Fig. 3(F)), so daß die IC 12 dann nur während jeder vierten Periode der Netzwechselspannung aktiviert wird.
Der Eingang der Nulldurchgangs-IC 12 ist über den Widerstand 25 an das Netz angeschlossen, so daß die IC 12 bei allen Nulldurchgängen der Netzwechselspannung je einen Impuls erzeugen könnte. Da jedoch der Aktivierungseingang der IC 12 durch den Ausgang des NAND-Gliedes 44 gesteuert wird, erzeugt sie beim Betrieb mit einer Netzwechselspannung von 110 V die in Fig. 2(G) dargestellte Impulsfolge und beim Betrieb mit einer Netzwechselspannung von 220 V die in Fig. 3(G) dargestellte Impulsfolge.
Die Leistungssteuerschaltung 4 dient zur Steuerung der dem elektrischen Heizgerät von einem Wechselstromnetz zu­ geführten Leistung. Die Hauptanschlüsse des Triacs 70 sind in Reihe mit den elektrischen Heizdrähten 60 an zwei Netz­ leiter angeschlossen. Der Gattanschluß des Triacs 70 ist über den Widerstand 27 an den Ausgang des Triggersignalgebers 3 angeschlossen und wird daher entsprechend der Netzwechsel­ spannung ein- oder ausgeschaltet.
Beim Betrieb mit einer Netzwechselspannung von 110 V hat das an das Gatt des Triacs 70 angelegte Signal die in Fig. 2(G) gezeigte Wellenform, so daß der Triac 70 stän­ dig gezündet wird und die Netzwechselspannung von 110 V wäh­ rend aller Perioden über den Triac 70 an das elektrische Heizgerät angelegt wird (siehe Fig. 2(H)).
Beim Betrieb mit einer Netzwechselspannung von 220 V hat das an das Gatt des Triacs 70 angelegte Signal die in Fig. 3(C) gezeigte Wellenform, so daß der Triac 70 nur während jeder vierten Periode der Netzwechselspannung gezün­ det wird. Infolgedessen wird die Netzwechselspannung von 220 V nur während jeder vierten Periode über den Triac 70 an das elektrische Heizgerät angelegt.
Mit dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Netzge­ rät wird daher unabhängig davon, mit welcher Netzwechsel­ spannung das elektrische Heizgerät betrieben wird, an dieses stets dieselbe Leistung angelegt.

Claims (2)

1. Netzgerät zur Abgabe einer konstanten Leistung an ein elektrisches Heizgerät unabhängig davon, ob das elektri­ sche Heizgerät mit einer höheren oder einer niedrigeren Netz­ spannung betrieben wird, gekennzeichnet durch
  • (a) eine Spannungsmeßschaltung zum Erzeugen eines starken bzw. schwachen Gleichspannungs-Bezugssignals beim Betrieb des Heizgeräts mit der höheren bzw. niedrigeren Netzspan­ nung;
  • (b) einen Taktgeber zum Erzeugen eines Rechteckimpulssignals während jeder vierten Periode der Netzspannung;
  • (c) einen Triggersignalgeber zum Erzeugen eines Triggersig­ nals bei vorherbestimmten Nulldurchgängen einer Kombina­ tion von Ausgangssignalen der Spannungsmeßschaltung und des Taktgebers; und
  • (d) eine Leistungssteuerschaltung zur Steuerung der dem elektrischen Heizgerät zugeführten Leistung in Abhängig­ keit von dem Triggersignal.
2. Netzgerät zur Abgabe einer konstanten Leistung an ein elektrisches Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß die Spannungsmeßschaltung (1) eine Diode (D 2) besitzt, deren Anode mit der Sekundärwicklung eines Abspann­ transformators (50) verbunden ist, ferner einen Kondensator (32), dessen positive Elektrode mit der Kathode der Diode (D 2) verbunden ist, so daß der Kondensator (32) mit dem von der Diode (D 2) kommenden Strom aufgeladen wird, sowie eine dem Kondensator (32) parallelgeschaltete Reihenschaltung von Widerständen (22, 23), zum Teilen der an dem Kondensator (22) liegenden Spannung,
daß der Taktgeber (2) ein NAND-Glied (41) besitzt, dessen beide Eingänge gemeinsam über einen Widerstand (24) an einen Netzleiter angeschlossen sind, einen bis vier zäh­ lenden Zähler (11), dessen Aktivierungseingang mit dem Aus­ gang des NAND-Gliedes (41) verbunden ist, und ein NAND-Glied (42), dessen beide Eingänge gemeinsam mit dem Ausgang des bis vier zählenden Zählers (11) verbunden sind;
daß der Triggersignalgeber (3) ein NAND-Glied (43) aufweist, das einen Eingang besitzt, der mit dem Ausgang der Spannungsmeßschaltung (1) verbunden ist, und einen anderen Eingang, der mit dem Ausgang des Taktgebers (2) verbunden ist, ferner ein NAND-Glied (44) dessen beide Eingänge gemein­ sam mit dem Ausgang des NAND-Gliedes (43) verbunden sind, ferner eine Nulldurchgangs-IC (12), die einen Aktivierungs­ eingang besitzt, der über einen Widerstand (26) mit dem Aus­ gang des NAND-Gliedes (14) verbunden ist, sowie einen Netz­ eingang, der über einen Widerstand (26) mit dem Netz verbun­ den ist;
und daß die Leistungssteuerschaltung (4) einen Triac (70) besitzt, dessen Gatt über einen Widerstand (27) mit dem Ausgang des Taktgebers (3) verbunden ist, und von dessen Hauptelektroden eine mit dem Heizdraht eines elek­ trischen Heizgeräts (6) verbunden ist.
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