DE2136319A1

DE2136319A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR ELECTRIC TRAIN HEATER

Info

Publication number: DE2136319A1
Application number: DE19712136319
Authority: DE
Inventors: Hugo Dipl Ing Klotz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-07-17
Filing date: 1971-07-17
Publication date: 1973-01-25

Description

Schaltungsanordnung für eine elektrische Zugheizung In der Beheizung von Zügen setzt sich die rein elektrische Zugbeheizung in Verbindung mit Klimatisierung der Abteile gegenüber der üblichen Warmwasserheizung mit elektrischer Aufheizung immer mehr durch Die bislang dazu verwendeten Heizschütze für die Energiezu- und abschaltung sind infolge der nunmehr von Thermostaten geforderten Schaltungen in Sekunden intervallen mechanisch und elektrisch nicht mehr in der Lage, den Anforderungen an die Lebensdauer zu genügen. Es ist deshalb auch hier der Einsatz von kontaktlosen Schaltelementen erwogen worden.Circuit arrangement for an electric train heater In the heating of trains, the purely electric train heating is combined with air conditioning of the compartments compared to the usual hot water heating with electrical heating The heating contactors previously used for this purpose for the energy supply and shutdown are due to the switching required by thermostats in Seconds intervals mechanically and electrically no longer able to meet the requirements to suffice the service life. It is therefore also here the use of contactless Switching elements have been considered.

Die Verwendung der bekannten, an sich naheliegenden Anschnittssteuerung zur Steuerung der Zugheizung ist bei den Bahnverwaltungen unerwünscht, da damit Oberwellen ins Bahnnetz gelangen.The use of the known, inherently obvious gate control to control the train heating is with the railway administration undesirable, because harmonics get into the rail network.

Oberwellenfrei sind nur Schaltungen, die die vollen Sinusperioden durchlassen, wobei eine spezielle Steuerung dafür sorgen muß, daß bidirektionale Schaltmittel genau im Nulldurchgang der Heizwechselspannung Steuerimpulse erhalten, und zwar für unbestimmte, von Thermostaten vorgegebene Zeiträume. Im allgemeinen finden dazu besondere auf den Zügen angeordnete Hilfssteuerspannungsquellen Verwendung.Only circuits that have the full sine wave periods are harmonic-free let through, whereby a special control must ensure that bidirectional Switching means receive control pulses exactly in the zero crossing of the alternating heating voltage, for indefinite periods of time given by thermostats. In general special auxiliary control voltage sources located on the trains are used for this purpose.

Zur Temperaturregelung ist es schon bekannt, eine Heizlast an eine Netzspannung über ein als Triac definiertes bidirektionales Halbleiterstellglied zu legen. Dabei wird der Triac von der einen Halbwelle der Netzspannung getriggert, und ein an seine Zündelektrode angeschlossenes Diodenwiderstandskondensator-Netzwerk übernimmt während der zweiten Halbwelle - nach Aufladung des Kondensators - das weitere Durchschalten, so daß in der vollen Periode Strom fließt. Bei bestimmten Temperaturvoraussetzungen schaltet ein Nullspannungsschalter um und sperrt ubereinen kurzschließenden Thyristor den Triac CElektronik Praxis Nr.6 v.24.6.70 S.40,41 Bild 13).For temperature control, it is already known to apply a heating load to a Mains voltage via a bidirectional semiconductor actuator defined as a triac to lay. The triac is triggered by one half-wave of the mains voltage, and a diode resistor capacitor network connected to its ignition electrode takes over during the second half-wave - after the capacitor has been charged - that further switching, so that current flows in the full period. With certain A zero-voltage switch switches over and locks the temperature requirements short-circuiting thyristor the triac CElektronik Praxis Nr.6 v.24.6.70 S.40,41 picture 13).

Bei einer solchen Schaltung wird der Nullspannungsschalter in seiner Eigenschaft als Nulldurchgangsdetektor nicht echt ausgenutzt. Darüber hinaus kann die Steuerung nur in Vollperiodengenauigkeit erfolgen, da nur volle Perioden abgeschaltet werten können.With such a circuit, the zero voltage switch is in its Property as zero crossing detector not really exploited. In addition, can the control only takes place with full cycle accuracy, since only full cycles are switched off can evaluate.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Schaltung zu. erstellen, die auf die Bedürfnisse elektrischer Zugheizung zugeschnitten, die dortigen Belange vol ß rfüllt und insbesondere sicherer und genauer als die bekannte Schaltung ist. Sie soll darüber hinaus im Gegensatz zu bisher im Zugbetrieb eingesetzten Schaltanordnungen von den üblichen Hilfsspannungsnotwendigkeiten (z.B. 24 V-Anlagen) unabhängig sein.The object of the present invention is to provide an improved circuit to. create that tailored to the needs of electric train heating local concerns fully and in particular safer and more accurate than the known Circuit is. In addition to this, it is intended to be used in train operations, unlike in the past Switching arrangements from the usual auxiliary voltage requirements (e.g. 24 V systems) be independent.

Ein weiterer Gesichtspunkt ist, daß die komplette Schaltungsanordnung nicht mehr Platz als die bisher üblichen Heizschütze einnehmen soll, so daß ein Nachrüsten vorhandener Anlagen möglich ist.Another aspect is that the complete circuit arrangement should not take up more space than the conventional heating contactors, so that a Retrofitting of existing systems is possible.

Die derart ausgerichtete Aufgabe wird für eine Schaltungsanordnung für eine elektrische Heizung, bei der die Heizwiderstände über bidirektionale Halbleiterelemente an der Heizwechselspannung liegen und in Vollperiodenbetrieb gehalten sind und eine Steuerung durch Sperren eines die bidirektionalen Halbleiterelemente beeinflussenden Nullspannungsschalters vorgesehen ist, dadurch gelöste daß die Zündimpulse für die bidirektionalen Halbleiterelemente von Stoßentladungen eines zwischen den Nulldurchgängen der Heizwechselspannung auf eine dem Scheitelwert proportionale Gleichspannung aufgeladenen Zündkondensators abgeleitet sind und daß die Stoßentladungen über einen Transistor erfolgen, der j jeweils vom Nullspannungsschalter im Augenblick der Nulldurchgänge der Heizwechselspannung durchgesteuert ist. In weiterer Ausbildung der Schaltung finden antiparallel geschaltete Thyristoren als bidirektionale Halbleiterelemente Verwendung, die ihre Zündimpulse von Sekundärwicklungen eines primär im Stoßentladungskreis des Zftndkondensators liegenden Impulstransformators erhalten.The object thus oriented is for a circuit arrangement for electrical heating in which the heating resistors are via bidirectional semiconductor elements are connected to the alternating heating voltage and are kept in full-cycle operation and a Control by blocking one of the bidirectional semiconductor elements influencing Zero voltage switch is provided, thereby solved that the ignition pulses for the bidirectional semiconductor elements of surge discharges one between zero crossings the alternating heating voltage charged to a direct voltage proportional to the peak value Ignition capacitor are derived and that the surge discharges via a transistor the j from the zero voltage switch at the moment of the zero crossings the alternating heating voltage is controlled. In further training The circuit uses anti-parallel thyristors as bidirectional semiconductor elements Use that their ignition pulses from secondary windings of a primary in the surge discharge circuit of the ignition capacitor located impulse transformer.

Weitere Merkmale der Erfindung sind insbesondere den Ansprüchen zu entnehmen.Further features of the invention are particularly to be found in the claims remove.

Anhand eines Beispiels wird im nachstehenden die Erfindung naher erläutert. Eß zeigen: Fig. 1 das Schaltschema einer Heizeinrichtung, Fig. 2 eine schematische Zuordnung von Heizwechselspannung, Nullspannungsimpulsen und Reglerzeit.The invention is explained in more detail below using an example. FIG. 1 shows the circuit diagram of a heating device, FIG. 2 shows a schematic Allocation of alternating heating voltage, zero voltage pulses and controller time.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Heizwiderstand oder ein Heizregister bezeichnet, das über antiparallel geschaltete Thyristoren 2 und 3 an ein Heizwechselspannungsnetz 4 mit Erdrückschluß 5, hier 1000 V, 16 2/3 Hz, gelegt werden kann. Mit 6 ist ein RC-Bedämpfungsglied angedeutet. Die Thyristoren erhalten ihre Zündimpulse von einem Zündimpulstransformator 7 mit Priwarwicklung 8 und zwei Sekundärwicklungen 9,10. Dabei ist die~Sekundärwicklung 9 mit der Zündelektrode 11 und der Anode des hyristors 2 und die Sekundärwicklung 10 mit der Zündelektrode 12 und der Anode des Thyristors 3 verbunden. Mit 13 ist ein Zündkondensator angegeben, der über einen Vorwiderstand 14 aufgeladen und über einen Transistor 15 entladen wird. Mit 16 ist ein an der Heizwechselspannung liegender Versorgungstransformator bezeichnet, dessen eine Sekundärwicklung 17 über einen Gleichrichter 18 die Ladeleistung des Zündkondensators 13 und die Vorspannung des Transistors 15 übernimmt und dessen andere Sekundärwicklung 19 einen Nullspannungsschalter 20 speist.In Fig. 1, 1 denotes a heating resistor or a heating register, the thyristors 2 and 3 connected in antiparallel to an alternating heating voltage network 4 with earth fault 5, here 1000 V, 16 2/3 Hz, can be placed. At 6 is a RC attenuator indicated. The thyristors get their ignition pulses from one Ignition pulse transformer 7 with primary winding 8 and two secondary windings 9, 10. The secondary winding 9 is connected to the ignition electrode 11 and the anode of the hyristor 2 and the secondary winding 10 with the ignition electrode 12 and the anode of the thyristor 3 connected. With 13 an ignition capacitor is indicated, which has a series resistor 14 is charged and discharged through a transistor 15. At 16 there is one at the AC heating voltage supply transformer designated, whose one secondary winding 17 via a rectifier 18, the charging power of the Ignition capacitor 13 and the bias of transistor 15 takes over and its other secondary winding 19 feeds a zero voltage switch 20.

Die Ausgänge 21,22 des Nullspannungsschalters sind an die Basis-Emitterstrecke des Transistors 15 über eine nicht näher bezeichnete Viderstandskette gelegt. Ueber einen Temperaturregler 23 wird Einfluß auf die Arbeit des Nullspannungsschalters 20 genommen.The outputs 21, 22 of the zero voltage switch are connected to the base-emitter path of the transistor 15 placed over an unspecified V resistor chain. Above a temperature controller 23 will influence the work of the zero voltage switch 20 taken.

Zur Funktionsweise: So lange die Thyristoren 2 und 3 abwechselnd Zündimpulse erhalten - die jeweilige Löschung erfolgtets im Nulldurchgang der Heizwechselspannung - liegt der Heitwiderstand 1 an der vollen Netzspannung zwischen Wechselspannungsnetz 4 und Erdrückschluß 5. Die Beheizung erfolgt so lange, bis der Thermostat 23 umschaltet und den Nullspannungsschalter 20 blockiert, der bis dahin laufend bei den Nulldurchgängen der Heizwechselspannung (transformiert von Versorgungstransformator 16 und Sekundärwicklung 19), d.h. bei 16 2/3 Hz alle 30 ms gleichförmige Steuerimpulse von ca. 0,-1 bis 0,5 ms Dauer an den Ausgängen 21,22 hervorrief. Hierzu wird insbesondere auf Fig. 2c verwiesen. Die Steuerimpulse steuern derTransior 15 durch, so daß der Zündkondensator 13, der sich jeweils in der Zeit zwischen den Zündimpulsen über den Widerstand 14 und versorgt von Sekundärwicklung 17 mit Gleichrichter 18 aufgeladen hat, sich stoßartig entladen kann. Der Entladestromstoß über Primärwicklung 8 des Impulstransformators 7 setzt in den Sekundärwicklungen 9,10 die Zündimpulse mit Spannungen entsprechend den eingezeichneten Pfeilrichtungen frei. Von den beiden stets ankommenden Zündimpulsen wird jedoch nur der wirksam, an dessen zugeordnetem Thyristor gerade die für Durchlaß geeignete Halbwelle zum Anliegen kommt. Der andere Thyristor löscht trotz Zundimpuls, da er nur eine Stromrichtung zu führen vermag.How it works: As long as thyristors 2 and 3 alternate firing pulses received - the respective deletion takes place in the zero crossing of the alternating heating voltage - The heat resistance 1 is due to the full line voltage between the AC voltage network 4 and earth fault 5. The heating continues until the thermostat 23 switches over and the zero voltage switch 20 is blocked, which until then has been running at the zero crossings the alternating heating voltage (transformed by supply transformer 16 and secondary winding 19), i.e. at 16 2/3 Hz every 30 ms uniform control pulses from approx. 0, -1 to 0.5 ms duration at the outputs 21,22. For this purpose, in particular, Fig. 2c referenced. The control pulses control the Transior 15, so that the ignition capacitor 13, which is in each case in the time between the ignition pulses via the resistor 14 and supplied by secondary winding 17 with rectifier 18 has charged itself abruptly can discharge. The discharge current surge across the primary winding 8 of the pulse transformer 7 sets the ignition pulses with voltages in the secondary windings 9, 10 accordingly the indicated arrow directions freely. From the two always arriving ignition pulses however, only the one that is active on its assigned thyristor is just the one for passage suitable half-wave comes to concern. The other thyristor extinguishes despite the ignition pulse, since it can only carry one direction of current.

Schaltet bei Erreichen der Abteiltemperatur der Thermostat 23 die Heizung aus, so entfallen die Steuerimpulse und mit diesen die Zündimpulse, so daß der Heizwiderstand 1 über die vollgesperrten Thyristoren keine Spannung erhält. Bei erneutem Einschalten des Thermostaten, z.B. nach 5 sec, beginnt der geschilderte Vorgang von neuem, wobei, wie in densFiguren 2a und b angedeutet, nur volle Halbwellen der Heizwechselspannung im Thermostatschaltbereich liegen.When the compartment temperature is reached, the thermostat 23 switches the Heating off, the control pulses and with them the ignition pulses are omitted, so that the heating resistor 1 does not receive any voltage via the fully blocked thyristors. When the thermostat is switched on again, e.g. after 5 seconds, the described process begins Process anew, whereby, as indicated in Figures 2a and b, only full half-waves the alternating heating voltage are in the thermostat switching range.

Durch die Erfindung kommt man nicht nur ohne besondere Hilfsspannungen aus, sondern auch der Versorgungstransformator 16 kann sehr klein gehalten werden, da er nicht für Impulsversorgung des Zündkondensators 13, sondern für ausreichend lange Ladezeit zwischen den Stoßimpulspausen ausgelegt werden kann.The invention does not only come without special auxiliary voltages off, but also the supply transformer 16 can be kept very small, since it is not for pulse supply of the ignition capacitor 13, but for sufficient long charging time can be designed between the shock pulse pauses.

Das erlaubt für die gesamte Schaltungsanordnung eine sehr kleine Bauform, die darüber hinaus sehr sicher arbeitet.This allows a very small design for the entire circuit arrangement, which also works very safely.

6 Seiten Beschreibung 5 Patentansprüche 1 Bl. Zeichnungen6 pages description 5 claims 1 sheet. Drawings

Claims

Claims: 1.) Circuit arrangement for an electric heater, in which the heating resistors are connected to the alternating heating voltage via bidirectional semiconductor elements and are kept in full-cycle operation and control by locking a zero voltage switch influencing the bidirectional semiconductor elements is provided, in particular for air-conditioning heating, characterized in that the ignition pulses for the bidirectional semiconductor elements of surge discharges of a between the zero crossings of the alternating heating voltage to a value proportional to the peak value DC voltage charged ignition capacitor (13) are derived and that the surge discharges take place via a transistor (15), which is in each case from the zero voltage switch (20) is controlled at the moment of the zero crossings of the alternating heating voltage.

2.) Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that as bidirectional semiconductor elements antiparallel connected thyristors (2,3) Use your Ignition pulses from secondary windings (9,10) a pulse transformer located primarily in the surge discharge circuit of the ignition capacitor (13) (7) received.

3.) Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the secondary windings (9, 10) with anode and ignition electrode (11 or 12) of the thyristors (2, 3) are connected in such a way that alternately only the momentum is loosing one at a time Secondary winding (9 or 10) to control the associated thyristor (2 or 3) is effective.

4.) Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the temperature controller (23) the train heating are connected to the control inputs of the zero voltage switch (20).

5) Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that for the power supply of zero voltage switch (20) and surge discharge device (13,14, 15,18) a supply transformer connected to the alternating heating voltage (16) is provided with separate secondary windings (17, 19).