KR890003953B1 - 발열체의 열효율을 조절하기 위한 회로 배치도 - Google Patents

발열체의 열효율을 조절하기 위한 회로 배치도 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

발열체의 열효율을 조절하기 위한 회로 배치도
제1도는 여러가지 가열위상(位相)으로 된 가열 장치의 온도.시간 특성을 타나낸 그래프.
제2도는 제1도에 의한 온도.시간특성에 속하는 센서전압과 보충제어전압을 나타낸 그래프.
제3도는 센서전압과 여기에서 유도되는 보충제어전압을 충첩시키는 동작증폭기가 포함되어 있고, 이러한 동작증폭기가 발열체(發熱體)에 직렬연결된 반도체개폐기를 연결 및 차단하기 위한 영통과(零通過)개폐기를 제어하는 전류회로도.
본 발명은 순환군제어장치가 달린 영통과개폐기에 의하여 제어되는 반도체개폐기를 이용하여 개.폐할 수 있고, 조절된 온도에 의하여 유도되는 센서전압이 영통과개폐기에 공급되는 발열체의 열효율을 조절하기 위한 회로배치도에 관한 것이다.
이러한 회로배치도는 열관성(烈慣性)(다른 경우에는 발열체의 불리한 특성인)을 이용한다. 발열체의 가열과 냉각은 몇초안에 진행되는 것이 아니라 수십초에서 수십분 동안이나 계속된다. 전력은 회로전합의 임펄스의 형태로 발열체에 공급하며, 여기에서, 예를 들면 개.폐 되는 회로 사이클의 수를 변동시킴으로서 열효율의 평균치를 만감하게 조정할 수 있다.
이와 같은 순환균제어장치에 있어서는 발열체와 개.폐를 위하여 반도체만이 사용되기 때문에, 접촉기간은 중요하지 아니하다. 그 외에도, 선택된 제어회로에 의하여 개폐시점이 회로전압의 영통과정에 근접되어 있기 때문에 전압치가 적은 경우에는 적은 전류만이 접속된다. 이것은 개폐기의 수명을 높일 수 있는 또 다른 보증이 된다.
이러한 순환균제어장치는 오늘날 영통과개폐기라고 브르는 집적(集積)개폐회로에 센서전압을 공급하고, 여기에 톱니파전압(saw tooth voltage)을 중첩시켜서 센서 전압에 의하여 영통과 개폐기의 연결기간을 조절함으로써 간단히 실현할 수 있다.
현재의 사용예를 보면, 발열체를 예컨대, 접시 모양의 전기가열판 속에 장치하여 요리용남비를 가열하고, 내용물의 온도를 제어한다. 이와 같은 방식의 가열장치는 가열위상에서 뿐 아니라, 냉각위상에서도 열관성이 매우 크게 된다.
이로 인하여 위에서 말한 회로배치도를 삽입하더라도, 요리물이 과열될 우려가 있다. 따라서, 발열체는 예정온도에 도달 하였을 때 차단되더라도, 가열장치 전체는 그 높은 열관성 으로 인하여 계속적으로 가열되어서 더 높은 온도에 이르게 되기가 쉽다. 이러한 과열의 위험은 가열장치 이외에도 예를 들면, 발열체의 열효율, 요리용남비의 크기 및 남비속에 들어 있는 내용물의 양에 따라 달라진다. 이와 같이 가열 위상의 끝에서 과열되는 것은 에너지의 절약이라는 면에서도 바람직하지 못하다.
본 발명의 과제는 위에서 말한 회로 배치도를 개량하여 특히, 가열위상에서 예정된 조절온도가 초과되지 아니하도록 방지하는 한편, 가열 및 냉각위상에서 행하여지는 조절의 정밀도를 높이는 것이다.
이 과제는 본 발명에 의하여, 센서전압으로부터 그 상승이나 하강의 정도에 상응하는 보충제어전압을 유도하고, 가열 위상에서는 동 보충제어전압에 상응하며 발열체의 차단시점을 다소 저온쪽으로 이동시키는 한편, 냉각위상에서는 동 보충제어 전압에 상응하여 발열체의 연결시점을 다소 고온쪽으로 이동시킴으로서 이를 해결한다.
보충제어전압을 센서전압의 제어회로에 합체시키면, 가열 장치의 여러가지 온도.시간 특성들에 의하여 발열체에 적합한 개.폐시점이 자동적으로 조절된다. 가열위상에서 온도의 상승이 빠른 때에는 보충제어전압이 많이 생겨서 차단시점이 크게 변위(변위變位)도기 때문에, 발열체는 조절온도에 도달하기 훨씬 전에 이미 차단된다. 가열위상에서 온도의 상승이 느린 때에는 보충제어전압이 매우 적게 생긴다.
따라서, 차단시점의 저온으로의 변위도 그렇게 크지 아니하다. 본 발명의 의하여 제공된 회로배치도에 의하면, 가열위상에 있어서 조절온도(작업온도)의 초과를 가열장치의온도.시간 특성에 관계없이 실제적으로 방지할 수 있도록 변위를 조정할 수 있다. 발열체가 차단되고, 가열장치가 냉각되면, 보충 제어전압은 극성(極性)을 변화시킨다. 이에 따라, 제어전압은 역방향으로 영향을 받는다. 다시 말하면, 발열체는 온도가 더 높아짐에 따라 다시 연결된다. 그러므로, 가열장치는 매우 적은 개폐히스테리스(hysteresis)를 보유하기 때문에, 고도의 정밀성을 발휘할 수 있다.
따라서, 가열위상에 있어서 차단온도는 자동적으로 가열 장치와 그 온도.시간 특성에 순응하게 된다. 예를 들면, 가열위상에 있어서, 가득찬 요리용남비는 조절을 하지 아니하더라고, 부분적으로 채워진 요리남비에 비하여 작업온도에 더 근접하게 된다. 회로배치도는 가열장치의 종류에 여하를 불문하고 적용할 수있으며, 발생하는 온도.시간특성을 자동적으로 참작하며, 예정된 조절온도(작업온도)를 위하여 발열체에 가장 유리한 개폐시점을 선택한다.
회로배치도는 센서전압과 그 온도 의존성에 따라 여러가지로 해석할 수 있다. 배치에 있어서는 센서전압이 조절온도의 변화에 역비례하고, 가열위상에 있어서는 보충제어전압을 센서전압에서 감하는 반면에, 냉각위상에서는 센서전압에 가하며, 영통과개폐기에 한계전압을 공급하고, 센서전압에 보충제어전압이 중첩되므로서 이러한 한계전압이 초과되는 때에는 영통과개폐기를 개방하여 반도체개폐기를 제어하며, 센서전압에 보충제어전압이 중첩됨으로써 한계전압이 미달되는 때에는 영통과개폐기를 차단하여 반도체개폐기를 제어하는 것이 그 특징이다.
이러한 결과는 센서전압을 조절온도의 변화에 비례하게 하고, 가열위상에서는 보충제어전압을 센서전압에 가하는 반면에, 냉각위상에서는 보충제어전압을 센서전압에서 감하며, 영통과개폐기에 한계전압을 공급하고, 보충제어전압이 중접된 센서전압이 이러한 한계전압을 초과할 때 연통과 개폐기를 차단하여 반도체개폐기를 제어하며, 보충제어전압이 충첩된 센서전압이 한계전압에 미달하게 되면 영통과개폐기를 개방하여 반도체개폐기를 제어하는 것이 특징인 배치에 의하여서도 얻을 수 있다.
이와 같이, 센서전압과 여기에서 유도되는 보충제어전압을 원하는 바에 따라 중첩시킬 수 있는 간단한 회로배치도는 센서전압이 특히 하나의 저항을 거쳐 동작증폭기의 비역입력에 접속되어 있고, 저항과 콘덴서에 직렬로 연결되어 있으며, 이와 같이 직렬연결된 저항과 콘덴서 사이의결합점이 또 다른 저항을 거쳐 동작증폭기의 역(逆)입력과 결합되어 있고, 동작증폭기의 역입력이 음(陰)피이드백저항을 거쳐 동작증폭기의 출력과 결합되어 있으며 이러한 음피이드백저항(negative feedback resistance)과 동작증폭기의 역입력에 직렬로 연결된 저항과의 비에 의하여 동작 증폭기의 출력에 대한 센서전압에서 유도되는 보충제어저항의 증폭도가 정하여지는 것이 그 특징이다.
회로배치도가 간섭임펄스로 인하여 영향을 받지 아니하도록 센서전압을 세로저항과 가로콘덴서에 의하여 형성되는 하부통로를 거쳐 동작증폭기에 공급하는 또 다른 배치를 제공하였다. 입력전압의 고주파부분은 하부통로의 가로콘덴서의 의하여 단락(短絡)된다.
조리용전기풍로와 내용물이 들어있는 요리용남비로 구성된 가열장치에 있어서 저항과 콘덴서로 형성되는 직렬접속의 시간상수를 약 10초 내지 20초로 하는 것이 특징인 배치가 매우 유리하다는 것이 입증되었다.
본 발명을 도면에 설명된 실시예에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도에서는 영통과개폐기의 순환군제어가 센서전압에 중첩된 보충제어전압에 의하여 보충적으로 제어되는 경우에, 가열위상의 온도.시간과정을 이상적으로 설명하고 있다.
고정(F1)에서는 온도의 상승이 과정(F2)의 경우에 비하여 느리게 일어나고 있음을 알수 있다. 이것은 과정(F1)있어서 가열장치전체가 더 많은 에너지를 필요로 하기 때문에 그러한 것이다. 예정된 최대의 열효율을 발휘하는 조리용 전기풍로에 관하여는 이것은 과정(F1)에 있어서 더 큰 남비가 올려놓여져 있거나, 남비의 크기가 동일한 때에는 남비의 내용물이 더 맣이 들어있음을 의미한다.
제1도에 표시된 바와 같이, 가열자이는 TK로 표시된 조절온도(작업온도)에 의하여 조절된다. 여기에서는 본 발명에 의하여 가열위상에서 발열체의 첫번째 차단은 저온(T1또는T2)으로 변위하게 되어 있다. 이때에, 온도의 상승이 급격하면 할수록 변위의 폭도 그만큼 크게된다. 따라서, 조절온도(작업온도)의 초과는 가열장치의 열관성에 의하여 실제적으로 방지할 수 있게 된다.
제2도에서 보는 바와 같이, 온도.시간특성의 과정에서 센서전압(U1또는U2)이 유도되며, 이러한 센서전압은 본 실시예에서는 온도에 역비례하고, 그 함수는 U1=f(t), U2=f(t)로 표시한다. 그 외에도, 센서전압(U1,U2)으로부터 보충제어전압(ΔU1,ΔU2)이 유도되고, 그 합계는 온도.시간특성의 구배(句配)와 비례한다. 그러므로, 가파른 과정(F2)에서는 보충제어전압(ΔU2)도 그만큼 크게 된다. 보충제어전압(ΔU1,ΔU2)은 제2도에 표시된 바와 같이, 온도.시간특성이 계속적으로 상승할 때에는 일정한 상태에 머물러 있고, 하강하는때에는 이에 상응하여 감소한다.
본 발명에 있어서는 발열체의 차단점이 자동적으로 변위 되기 때문에, 온도.시간특성의 과정(F1또는F2)에 관계없이, 언제든지 조절온도(작업온도)의 초과를 방지할 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 본 발명에서는 센서전압(U1또는U2)에 이로부터 유도된 보충제어전압(ΔU1,또는U2)을 중첩시킨다.
이와같은 중첩을 달성하려면, 센서전압9(U1또는U2)을 입력전압(Ue)으로서 제3도에 의한 회로배치도에 접속시킨다. 세로저항(RO)과 가로콘덴서(CO)는 하부통로를 형성하고, 이 하부통로에서 입력전압(Ue)의 고주파간섭 임펄스가 단락되며, 그 다음에 개폐되는 동작증폭기(OP)가 멀리 떨어져 접속되어 있다. 센서전압(U1또는U2)은 저항(R2)을 거쳐 동작증폭기(OP)의 비역입력(3)에 접속되어 있고, 저항(R1)과 콘덴서(C1)로 구성된 직력접속에 전원을 공급한다.
센서전압(U1또는U2)은 동작증폭기(OP)의 출력(6)이 일정한 경우에는 이 출력에도 동일한 크기와 극성으로 접속된다. 이때에, 저항(R1)과 콘덴서(C1)로 구성된 직렬접속에서 콘덴서(R1)도 센서전압(U1또는U2)에서 충전되기 때문에, 저항(R1)에는 전류가 전혀 흐르지 안니한다.
따라서, 동작증폭기(OP)의 비역입력(3)과 역입력(2)에는 저항(R2,R3)을 거쳐 동일한 센서전압(U1또는U2)이 접하여 있다. 이에 의하여 동작증폭(OP)의 모든 입력(2,3)과 출력(6)은 동일한 전위, 즉 센서전압(U1또는U2)에 있게 된다.
센서전압이 변경되면, 전류는 저항(R1)을 통하여 흐른다. 이 태데, 저항(R1)에서는 센서전압(U1또는U2)이 변경 되는 방향에 따라 전압강하가 생긴다. 다시 말하면, 콘덴서(C1)는 추가로 충전되거나, 부분적으로 방전된다. 전압강하는 동작증폭기(OP)에 의하여 보강되고, 출력(6)에 있는 전압에 추가되거나, 여기에서 감하여진다. 증폭계수는 음피이드백저항(R4)과 저항(R3)의 비에 따라 달라진다.
음피이드백저항(R4)은 동작증폭기(OP)의 출력(6)을 동작 증폭기(OP)의 역입력(2)과 결합시킨다.
동작증폭기(OP)의 출력(6)에는 센서전압압(U1또는U2)과 이에 중첩되어 증폭된 보충제어전압(ΔU1또는ΔU2)이 합쳐져서 구성된 제어전압이 접하여 있다. 이러한 제어 전압은 영통과개폐기(NDS)의 제어입력(6)에 공급된다.
영통과개폐기(NDS)는 규격표시 TDA1023으로 시판되고 있는 집적 개폐회로로 할 수 있다. 제어입력(6)에서의 제어전압이 제어입력(7)에서의 한계전압을 초과하는 한, 영통과개폐기(NDS)는 반도체개폐기(T), 예를 들면 다이리스터(thyristor)를 전도적으로, 다시 말하면, 집점(12)에서 나가는 톱니파전압에 의한, 이른 바, 순환군 제어를 이용하여 제어한다. 제어입력(6)에서 제어입력(8)에서의 한계전압을 초과하는 경우에는 영통과 개폐기(NDS)가 차단되어 반도체개폐기(T)를 제어한다. 이때에, 반도체개폐기(T)의 임펄스 형태로 된 제어는 조절 영역내에 유지된다.
반도체개폐기(T)는 영통과개폐기(NDS)의 출력(3)으로 부터 저항(R9)을 거쳐 그 제어회로 안에서 제어되며, 발열체(HW)를 클립(P,N)에 고착된 고류전압(220V)에 접속시킨다. 반도체개폐기(T)에는 전압의존적인 저항(VDR)에 병렬로 접속되어 있다. 다이리스터를 반도체 개폐기로 사용할 수 있다.
회로배치도는 온동(T)에 정비례하는 센서전압(U1또는U2)에 의하여 실현할 수 있음은 물론이다. 영통과 개폐기(NDS)는 보충제어전압(ΔU1또는ΔU2)이 중첩 및 추가된 센서전압(U1또는U2)이 한계전압을 초과한 때에는 반도체개폐기(T)를 제어하기 위하여 차단되며, 보충제어전압(ΔU1또는ΔU2)이 중첩되고 감하여진 센서전압(U1또는U2)이 한계전압에 미달되는 때에는 반도체개폐기를 제어하기 위하여 개방된다. 이러한 경우에는 영통과 개폐기(NDS)의 제어입력들(6,7)을 교환하는 것만으로도 충분하다.

Claims (8)

  1. 순환균 제어장치가 달린 영통과 개폐기에 의하여 제어되는 반도체 개폐기를 이용하여 개.폐되고, 영통과 개폐기의 조절온도에 의하여 유도된 센서전압이 공급되는 발열체의 열효율을 조절하기 위한 회로배치도로 서, 센서전압(U1,U2)으로부터 센서전압의 상승 도는 하강의 정도에 상응하는 보충제어전압(ΔU1,ΔU2)이 유도되고, 가열위상에서 동 보충제어전압(ΔU1,ΔU2)에 상응하여 발열체(HW)의 차단시점에 다소 저온으로 변위되는 반면에, 냉각위상에서는 동 보충제어전압(ΔU1,ΔU2)에 상응하여 발열체의 연결시점이 다소 고온으로 변위되는 것이 특징인 회로 배치도.
  2. 청구범위 제1항에 있어서, 센서전압(U1,U2)이 조절온도(T)의 과정(F1, F1)에 역비례하고, 가열위상에서는 보충제어 전압(ΔU1,ΔU2)을 센서전압(U1,U2)에 감하고, 냉각위상에서는 센서전압(U1,U2)에 추가하며, 영통과 개폐기(NDS)에 한계전압이 공급되고, 센서전압(U1,U2)에 보충제어저압(ΔU1,ΔU2)이 중첩됨으로써 이러한 한계전압이 초과되는 때에는 반도체 개폐기(T)를 제어하기 위하여 영통과 개폐기(NDS)가 개방되며, 센서 전압(U1,U2)에 보충제어전압(ΔU1,ΔU2)이 중첩됨으로써 이 한계전압이 미달되는 때에는 반도체 개폐가(T)를 제어하기 위하여 영통과 개폐기(NDS)가 차단되는 것이 특징인 회로 배치도.
  3. 청구범위 제1항에 있어서, 센서전압(U1,U2)이 조절온도(T)의 과정(F1, F1)에 비례하고, 가열위상에서는 보충제어전압(ΔU1,ΔU2)이 센서전압(U1,U2)에 가하여지고, 냉각위상에서는 센서전압(U1,U2)으로부터 감하여지며, 영통과 개폐기(NDS)에 한계전압이 공급되고, 센서전압(U1,U2)에 보충제어저압(ΔU1,ΔU2)이 중첩됨으로써 한계전압이 초과되는 때에는 반도체 개폐기(T)를 제어하기 위하여 영통과 개폐기(NDS)가 차단되며, 센서 전압(U1,U2)에 보충제어전압(ΔU1,ΔU2)이 중첩됨으로써 한계전압이 미달되는 때에는 반도체 개폐기(T)를 제어하기 위하여 영통과 개폐기(NDS)가 개방되는 것이 특징인 회로 배치도.
  4. 청구범위 제1항 내지 제3항중 한 항에 있어서, 센서 전압(U1,U2)이 특히 저항(R2)을 거쳐 동작증폭기(OP)의 비역 입력(3)에 접속되고, 저항(R1)과 콘덴서(C1)로 구성된 직렬접속에 전력이 공급되며, 직렬접속의 저항(R1)과 콘덴서(C1)사이의 결합점이 또다른 저항(R3)을 거처 동작증폭기(OP)의 역입력(2)과 결합되어 있고, 동작증폭기(OP)의 역입력(2)이 음피이드백 저항(R4)을 거쳐 동작증폭기(OP)의 출력(6)과 결합되어 있으며, 이허한 음피이드백 저항(R4)의 동작증폭기(OP)의 역입력(2)과 직렬접속된 저항(R3)에 대한 비에 의하여 센서전압(U1,U2)에서 유도된 보충제어저압(ΔU1,ΔU2)의 동작증폭기(OP)의 출력(6)에 대한 증폭도가 정하여지는 것이 특징인 회로배치도.
  5. 청구범위 제4항에 있어서, 센서전압(U1,U2)이 세로저항(RO)과 가로콘덴서(CO)로 형성된 하부통로를 거처 동작증폭기(OP)에 공급되는 것이 특징인 회로배치도.
  6. 청구범위 제1항 내지 제3항중 한 항에 있어서, 저항(R1)과 콘덴서(C1)로 형성된 직렬접속의 시간상수가 약10초 내지 20초로 되어 있는 것이 특징인 회로배치도.
  7. 청구범위 제4항에 있어서, 저항(R1)과 콘덴서(C1)로 형성된 직렬접속의 시간상수가 약10초 내지 20초로 되어 있는 것이 특징인 회로배치도.
  8. 청구범위 제5항에 있어서, 저항(R1)과 콘덴서(C1)로 형성된 직렬접속의 시간상수가 약10초 내지 20초로 되어 있는 것이 특징인 회로배치도.
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