DE2334409C2 - Circuit for an electric heater - Google Patents
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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.The invention relates to a circuit for a electric heating, with which you load via controllable bidirectional semiconductor elements in full-wave operation connected to the heating wave voltage! is and the ignition pulses for the bidirectional semiconductor elements by discharging one in each half-wave through one Back-rectifier and a capacitor charged with a voltage limited by a Zener diode can be triggered using optoelectronic couplers.
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 auchIn the case of electrical heating, in particular of passenger coaches, there has been a transition to that which has been made up to now to replace the usual hot water system with an electrical direct heating system. It has, however found that the use of mechanical contactors to switch the heating power because of the Shift key was not suitable. Also the use of the phase control struc- tures common in the drive system to regulate the heating power is only conditional because of the associated harmonics useful. From DE-OS 21 36 319 a circuit for an electrical heater is now the opening described type known in which the Vollwelicnbetrieb ongoing heating is switched by controllable semiconductor elements, whose ignition pulse is in each case in Zero crossing of the supply voltage generated from a capacitor discharge via a pulse transformer will. The capacitor is charged from a supply transformer, which on the one hand clic power to ignite the semiconductor elements emits and on the other hand feeds vain zero voltage detector, which discharges the discharge in the zero crossing Capacitor caused by a transistor. There is a difficulty with such a circuit system in the fact that the usually very high operating voltage a power can be drawn, which both the Give the ignition power of the lead elements as well
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.must supply the auxiliary elements. The previously known solution uses a supply transformer, but spatially because of the performance to be provided by him and because of the required dielectric strength is too expensive.
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, daßThe present invention is based on the object of specifying a circuit in which under Avoidance of complex transformers and heat-emitting series resistors: us one Auxiliary voltage are generated in the zero crossing ignition pulses. According to the invention, this object is achieved a circuit for an electrical heater of the type described above is achieved in that
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, währenda) the beginning of an ignition pulse due to the occurrence of a negative ignition voltage on a thyristor is determined, which switches through and the discharge of the charged capacitor to a light emitting diode causes while
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-b) the ignition pulse for the semiconductor elements applying voltage to the load from a auxiliary voltage source in a monostable multivibrator that is triggered by the opto-electrical coupler is generated and in a known manner via a pulse transformer to this semiconductor
< elemente gelegt wird. < elements is placed.
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.The particular advantage of the circuit according to the invention can be seen in the fact that because of the very short-term power consumption of the light-emitting diode both on a transformer and on one heat-emitting series resistor can be dispensed with u; id with a low to earth Voltage a capacitor is charged, which can be made so small that it is just for the Brief actuation of the light emitting diode delivers the required power. In contrast, the capacitor in the previously known embodiment, apply the actual ignition power for the semiconductor elements. By using a thyristor with an ignition voltage that is negative to the anode, the relatively complex slot tension detector avoided and the Zündinipulse triggered as soon as the charging voltage for the capacitor as a result of Zero crossing falls below a certain value.
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.Another advantage can be seen in the fact that a galvanic light-emitting diode phototransistor system is used Separation is possible. This enables the usual circuits in railway systems with auxiliary control voltage Find use, and an existing mechanical contactor can ohrv: additional effort through a electronic to be replaced. In addition, this system has the advantage of being small with the same Power on the capacitor a large number of switching semiconductor elements can be operated. Through the Using a monostable multivibrator, the pulse width can be largely adjusted.
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 demThe figure shows, in a partially schematic representation, an exemplary embodiment of a circuit according to the teaching of the invention. The operating voltage present at 1 and 2 is fed through a voltage divider 3 and a rectifier bend 4 on the ground side of the operating voltage. The level of the resulting direct voltage is fixed with a Zener diode 5 and charges the capacitor 7 via the resistor 6. As soon as the charging voltage falls below a certain value as a result of a zero crossing of the operating voltage. it ignites the Thyrislortetrode 8. which enllädi the capacitor 7 through the resistor 9 to the light emitting diode IO, which together with the
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jiuirunsisior Il einen optoelekirischen Koppler die beiden mit der Last 16 in Reihe liegendenjiuirunsisior Il an opto-electrical coupler the two with the load 16 in series
ldet. Durch den Fotoriransistor II wird bei jedem bidirektionalen Halblekereleniente 17durchsieuerild. The photorransistor II causes 17 to pass through each bidirectional half-core element
ulldurehgang der aus einer Hilfsspannungsquelle 12 Anstelle der bidirektionalen Halbleiterelemente 17,ulldurehgang from an auxiliary voltage source 12 instead of the bidirectional semiconductor elements 17,
;speisie monostabile Multivibrator 13 angestoßen, der, den sog. Triacs, können auch gegenparallel geschaltete; feed monostable multivibrator 13 triggered, the so-called triacs, can also be connected in opposite-parallel
:rst;irkl durch einen Transistor 14, einen Zündimpuls · Thyristoren verwendet werden,
irch den Impulstransformator 15 gibt, der seinerseits: rst; irkl through a transistor 14, an ignition pulse thyristors are used,
I give the impulse transformer 15, which in turn
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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