DE2334409C2 - Schaltung für eine elektrische Heizung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung für eine elektrische Heizung, bei der dir Last über steuerbare bidirektionale Halbleiterelpmente im Vollwellenbetrieb an die Heizwellenspannung geleg! ist und die Zündimpulse für die bidirektionalen Halbleiterelemente durch die Entladung eines in jeder Halbwelle über einen ßrückcngleichrichtcr und mit einer durch eine Z-Diode begrenzten Spannung aufgeladenen Kondensators ausgelöst werden unter Verwendung von optoelektrischcn Kopplern.

Bei der elektrischen Beheizung, insbesondere von Reisezugwagen, ist man dazu übergegangen, die bisher übliche Warmwasserbchei/ung durch eine elektrische Direktbeheizting zu ersetzen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Verwendung mechanischer Schütze zum Schalten der Heizleistung wegen der Schalthäufigkeil nicht geeignet war. Auch die Verwendung der im Antriebssystem gebräuchlichen Phasen-Anschnitts-Stcucrungen zur Regelung der Heizleistung ist wegen der damit verbundenen Oberwellen nur bedingt brauchbar. Aus der DE-OS 21 36 319 ist nun eine Schaltung für eine elektrische Heizung der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei der die im Vollwelicnbetrieb laufende Heizung durch steuerbare Halbleiterelemente geschaltet wird, deren Zündimpuls jeweils im Nulldurchgang der Speisespannung aus einer Kondensatorenentladung über einen Impulstransformator erzeugt werden. Die Aufladung des Kondensators erfolgt dabei aus einem Versorgungstransformalor, der einerseits clic leistung zum Zünden der Halbleiterelemente abgibt und andererseits eitlen Nullspannungv Detektor speist, der im Nulldurchgang die Ent ladung des Kondensators über einen Transistor verursacht. Uci solchem Schaltungssystcm besteht die Schwierigkeit darin, daß der gewöhnlich sehr hohen Betriebsspannung eine Leistung entnommen werden muli, die sowohl die Zündleistung der I lalbleiierelemente hergeben als auch

die Hilfselemente versorgen muß. Die vorbekannte Lösung benutzt dazu einen Versorgungsiransformator, der aber räumlich wegen der von ihm zu erbringenden Leistung und wegen der erforderlichen Spannungsfestigkeit zu aufwendig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, bei der unter Vermeidung von aufwendigen Transformatoren und wärmeabgebenden Vorschaltwiderständen :us einer Hilfsspannung im Nulldurchgang Zündimpulse erzeugt werden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schaltung für eine elektrische Heizung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß

a) der Beginn eines Zündimpulses durch das Auftreten einer negativen Zündspannung an einem Thyristor bestimmt wird, der durchschaltet und die Entladung des aufgeladenen Kondensators auf eine Leuchtdiode bewirkt, während

b) der Zündimpuls für die die Last an Spannung legenden Halbleiterelemente aus einer Hiifsspannungsquelie in einem monostabilen Multivibrator, der durch den optoelektrischen Koppler angestoßen wird, erzeugt und in an sich bekannter Weise über einen Impulstransformator an diese Halbleiter-

< elemente gelegt wird.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung ist darin zu sehen, daß wegen der sehr kurzzeitigen Leistungsaufnahme der Leuchtdiode sowohl auf einen Transformator als auch auf einen wärmeabgebenden Vorschaltwiderstand verzichtet werden kann u;id mit einer gegen Erde geringen Spannung ein Kondensator aufgeladen wird, der so klein bemessen werden kann, daß er gerade für die kurzzeitige Betätigung der Leuchtdiode erforderliche Leistung abgibt. Im Gegensatz dazu muß der Kondensator bei der vorbekannten Ausführungsform die eigentliche Zündleistung für die Halbleitereiemente aufbringen. Durch die Verwendung eines Thyristors mit gegen Anode negativer Zündspannung wird zudem der verhältnismäßig aufwendige NutLpannungsdetektor vermieden und die Zündinipulse ausgelöst, sobald die Aufladespannung für den Kondensator infolge des Nulldurchgangcs einen gewissen Wert unterschreitet.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß über das System Leuchtdiode-Fototransistor eine galvanische Trennung möglich ist. Dadurch können die in Bahnanlagen üblichen Schaltungen mit Steuerhilfsspannung Verwendung finden, und ein vorhandenes mechanisches Schütz kann ohrv: zusätzlichen Aufwand durch ein elektronisches ersetzt werden. Darüber hinaus hat dieses System den Vorteil, daß mit der gleichen kleinen Leistung am Kondensator eine Vielzahl von schaltenden I lalbleiterelemcnlen betätigt werden kann. Durch die Verwendung eines monostabiler Multivibrators kann die Impulsbreite weitgehend eingestellt werden.

Die Figur zeigt in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausfiihrungsbeispiel einer Schaltung nach der Lehre der Erfindung. Die bei 1 und 2 anstehende Betriebsspannung wird über einen Spannungsteiler 3 und eine an die Erdseite der Betriebsspannung liegende Gleichrkhterbnicke 4 geführt. Die so entstehende Gleichspannung wird mit einer Z-Diode 5 in ihrer Höhe fixiert und lädt über den Widerstand 6 den Kondensator 7 auf. Sobald die Ladespannung infolge eines Nulldurchganpes der Betriebsspannung einen gewissen Wert unterschreitet. zündet sie die Thyrislortetrode 8. die dabei den Kondensator 7 über den Widerstand 9 auf die Leuchtdiode IO enllädi, die zusammen mit dem

3 4

jiuirunsisior Il einen optoelekirischen Koppler die beiden mit der Last 16 in Reihe liegenden

ldet. Durch den Fotoriransistor II wird bei jedem bidirektionalen Halblekereleniente 17durchsieueri

ulldurehgang der aus einer Hilfsspannungsquelle 12 Anstelle der bidirektionalen Halbleiterelemente 17,

;speisie monostabile Multivibrator 13 angestoßen, der, den sog. Triacs, können auch gegenparallel geschaltete

:rst;irkl durch einen Transistor 14, einen Zündimpuls · Thyristoren verwendet werden,
irch den Impulstransformator 15 gibt, der seinerseits

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltung für eine elektrische Heizung, bei der die Last über steuerbare bidirektionale Halbleiterelemente im Vollwellenbetrieb an die Hcizwechselspannung gelegt ist und die Zündimpulse für die bidirektionalen Halbleiterelemente durch die Entladung eines in jeder Halbwellc über einen Brückengleichrichter und mit einer durch eine Z-Diode begrenzten Spannung aufgeladenen Kondensators ausgelöst werden unter Verwendung von optoelektrischen Kopplern, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) der Beginn eines Zündimpulses durch das Auftreten einer negativen Zündspannung an einem Thyristor (8) bestimmt wird, der durchschaltet und die Entladung des aufgeladenen Kondensators (7) auf eine Leuchtdiode (10) bewirkt, während

   b) der Zündimpuls für die die Last an Spannung legetxfen Halbleitereiemente (17) aus einer Hiifsspannungsquelie (12) in einem monosiabilen Multivibrator (13), der durch den optoelektrischer! Koppler (10, 11) angestoßen wird, erzeugt und in an sich bekannter Weise über einen Impulstransformator (15) an diese HaIbleiterelemente(17)gelegi wird.