DE2434006A1

DE2434006A1 - Thermostat for heating system - has varistor in parallel with PTC resistor and ignition capacitor

Info

Publication number: DE2434006A1
Application number: DE2434006A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Phys Kleinschmidt
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1974-07-15
Filing date: 1974-07-15
Publication date: 1976-02-05

Abstract

The thermostat comprises a thyristor which closes or breaks the heating circuit, a PTC resistro and an ignition capacitor. The thyristor (2) gate is connected through a triggering diode (6) to the junction point between the PTC resistor (4) and ignition capacitor. The varistor (7) is a ZnO varistor. The latter has, for example, a threshold voltage of 60 i.e. below this value it has a very high resistance but above this value a very low resistance. As soon as the a.c. at the terminals (20, 21) exceeds 60 V the varistor (7) short circuits the PTC resistor (4) and ignition capacitor. The high capacitance of the varistor quickly restores the charging loss of the ignition capacitor.

Description

Thermestat mit Kaltleiterzündschaltung.Thermestat with PTC ignition circuit.

Die Erfindung betrifft einen Thermostaten mit einer Kaltleiterzündschaltung, wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschrieben ist.The invention relates to a thermostat with a PTC ignition circuit, as described in the preamble of claim 1.

Solche Thermostaten werden benutzt, wie aus der Firmenschrift TDK Electronics C., Ltd., BBE-29-00 1 B, PTC-Thermostat, Japan 9 (1972) 1000. Dieser bekannte Thermostat wird anhand der Figur 1 erläutert. Im Stromkreis einer Heizung 1, bzw. eine Heizungssteuerung 10, liegt ein Thyristor, durch welchen die Heizung direkt bzw. über die Heizungssteuerung ein- und ausgeschaltet wird. Parallel zum Thyristor liegen, in Reihe geschaltet, ein Vorwiderstand 3, ein Kaltleiterwiderstand 4 und ein Zündkondensator 5. An das Gate des Thyristors ist ein Triggerdiode 6 angeschlossen, deren anderer Anschluß zwischen dem Kaltleiter-Widerstand und dem Zündkondensator angeschlossen ist. Die Anschlüsse 20 und 21 sind mit einer Wechselspannungsquelle verbunden, die eine Netzspannung erzeugt.Such thermostats are used, as described in the company publication TDK Electronics C., Ltd., BBE-29-00 1 B, PTC Thermostat, Japan 9 (1972) 1000. This known thermostat is explained with reference to FIG. In the circuit of a heater 1, or a heating control 10, is a thyristor through which the heater is switched on and off directly or via the heating control. Parallel to Thyristor are connected in series, a series resistor 3, a PTC resistor 4 and an ignition capacitor 5. A trigger diode 6 is connected to the gate of the thyristor, the other connection between the PTC resistor and the ignition capacitor connected. The terminals 20 and 21 are connected to an AC voltage source connected, which generates a line voltage.

dieser Thermostat arbeitet in der folgenden Weise: Uber den; Vorwiderstand und den temperaturabhängigen Kaltleiter wird der Zündkondensator geladen. Sobald die Kondensatorspannung die Zündspannung der Triggerdiode überschritten hat, liegt diese Spannung am Gate des Thyristors, so daß der Thyristor leitend geschaltet ist. Damit ist die Heizung an die Wechselspannungsquell angeschlossen. Dieser Vorgang wiederholt sich mit der Halbwellenfrequenz der Neizspannung abwechselnd in positiver und negativer Spannungsrichtung. Der Kaltleiter und die Heizung sind thermisch gekoppalt, was durch die gestrichelte Linie 14 angedeutet ist. Erhöht sich durch die Heizung die Temperatur in der Un gebung des Ealtleiters, so nimmt der elektrische Widerstan@ des Kaltleiters zu, damit erreicht der Zündkondensator erst zu einem späteren Zeitpunkt die Zündspannung, d.h. die Zündung wird ver spätet und damit wird die Heizleistung gesenkt. Im Grenzfall ist die Temperatur in der Umgebung des Kaltleiters so hoch, daß der Zündkondensator die Zündspannung nicht mehr erreicht, und die Heizung ausgeschaltet bleibt. Je steiler-der Widerstand des Kaltleiters mit steigender Temperatur ansteigt, desto größer ist der Regelfaktor des Thermostaten. Unter Regelfaktor versteht man das Verhältnis der Heizungstemperatur zur Temperatur in der Umgebung des Thermostaten. Der Vorwiderstand 5 ist einstellbar, er dient zur Einstellung der von der Heizung aufrecht zu erhaltenden Solltemperatur.this thermostat works in the following way: over the; Series resistor and the temperature-dependent PTC thermistor charges the ignition capacitor. As soon the capacitor voltage has exceeded the ignition voltage of the trigger diode this voltage at the gate of the thyristor, so that the thyristor is switched on. The heater is thus connected to the AC voltage source. This process repeats itself alternately in positive with the half-wave frequency of the excitation voltage and negative tension direction. The PTC thermistor and the heater are thermally coupled, which is indicated by the dashed line 14. Increases due to heating the temperature in the vicinity of the Ealt conductor, the electrical resistance increases of PTC thermistor closed, so that the ignition capacitor only reaches one the ignition voltage later, i.e. the ignition is delayed and thus the heating output is reduced. In the borderline case, the temperature is in the vicinity of the PTC thermistor so high that the ignition capacitor no longer reaches the ignition voltage, and the heating remains switched off. The steeper the resistance of the PTC thermistor increases as the temperature rises, the greater the control factor of the thermostat. The control factor is the ratio of the heating temperature to the temperature in the vicinity of the thermostat. The series resistor 5 is adjustable, it is used for setting the target temperature to be maintained by the heater.

Nachteilig bei diesem bekannten Thermostaten ist, daß je nach Öffnungszeit des Thyristors und damit je nach erforderlicher Heizleistung unterschiedliche Spannungen am Kaltleiter ablall.en.The disadvantage of this known thermostat that depending on the opening time of the thyristor and thus different voltages depending on the required heating power at the PTC thermistor.

Nun ist jedoch das Verhältnis von Strom und Spannung bei einem kaltleiter stark nicht linear, dsh. der Kaltleiter besitzt einen sehr unterschiedlichen elektrischen Widerstand, je nachdem welche Spannung am Kaltleiter anliegt. Dieser Effekt überlagert sich der Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes des Kaltleiters. Ein so konstruierter Thermostat besitzt deshalb stark unterschiedliche Regelfaktoren für unterschiedliche auf den Thermostaten einwirkende Temperaturen.Now, however, is the relationship between current and voltage in a PTC thermistor strongly not linear, dsh. the PTC thermistor has a very different electrical Resistance, depending on the voltage applied to the PTC thermistor. This effect is superimposed the temperature dependence of the electrical resistance of the PTC thermistor. A Thermostat constructed in this way therefore has very different control factors for different temperatures acting on the thermostat.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Thermostaten anzugeben, der einen temperaturunabhängigen Regelfaktor aufweist. Diese Aufgabe wird durch einen Thermostaten der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art gelöst, wobei der Thermostat erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichen dieses Anspruches ausgebildet ist.It is an object of the invention to provide a thermostat which has a temperature-independent control factor. This task is carried out by a Thermostats of the type mentioned in the preamble of claim 1 solved, wherein the thermostat according to the invention designed according to the characterizing part of this claim is.

Die Erfindung wird anhand der Figur 2 erläutert: Parallel neben dem Kaltleiter und deo Zündkondensater ist der Varistor 7 geschaltet, dieser ist, entsprechend seiner Wirkungsweise, als ein Widerstand wit parallel liegender Kapazität gezeichnet. Die übrigen Positionen entsprechen den Positionen in der Figur 1 und besitzen deshalb die gleichen Bezugazeichen.The invention is explained with reference to FIG. 2: In parallel next to the PTC thermistor and deo ignition condenser is connected to the varistor 7, this is accordingly its mode of action, drawn as a resistor wit parallel capacitance. The other positions correspond to the positions in FIG. 1 and therefore have the same reference numerals.

Der Varistor 7 wirkt in der folgenden Weise. Der Varistor möge beispielsweise eine Schwellspannung von 60 V besitzen, d.h.The varistor 7 operates in the following manner. The varistor may for example have a threshold voltage of 60 V, i.e.

unterhalb dieser Spannung besitzt der Varistor einen sehr hohen oberhalb dieser Spannung einen sehr niederen elektrischen Widerstand. Damit wirkt er als Spannungsbegrenzer für die am Kaltleiter anliegende Spannung. Denn sobald im LauS einer Periode der an -den Anschlüssen 20 und 21 liegenden Wechselspannung der Spannungswert 60 V überschritten wird, schließt der Varistor 7 den Kaltleiter und den Zündkondensator kurz. Damitkönnen am Kaltleiter nur noch Spannungen zwischen den Werten 0 und 60 V abfallen. Bei der oben beschriebenen bekannten Vorrichtung können am Kaltleiter dagegen Spannungen zwischen 0 V und dem Maximalwert der an den Anschlüssen 20 und 21 liegenden Netzs1annung abfallen Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin daß der Varistor '7 eine hohe Kapazität besitzt Diese Kapazität ist besonders hoch, wenn es sich um einen ZnO-Varistor handelt, welcher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen istO Die hohe Kapazität des Varistors liefert rasch den Ladungsverlust des Zündkondensators nach9 der bei der Zündung des Thyristors teilweise entladen wird, Durch diese Nachladung -des Zündkondensators werden die Unterschiede im Ladungszustand dieses Zündkondensators verringert Beim Heizbetrieb erfolgt während einer Halbperiode der an den Anschlüssen 20 und 21 anliegenden Wechselspennung eine Zündung, die dabei vom Zündkondensator an das Gate des Thyristors abfließende Ladung wird durch den Varistor 7 nach geliefert, bei Übertemperatur ist der Widerstand des Kaltleiters 4 so groß, daß die Zündspannung nicht erreicht wird, in diesem Fall fließt vom Zündkondensator keine Ladung an das Gate des Thyristors abO Durch diese Nachladung des Zündkondensators wird die Regelhysterese des Thermostaten vermindert9 d.h sinkt die zu regelnde Temperatur unter eine einzustellende Solltemperatur ab, so wird durch den Thermostaten der Erfindung die Heizleistung frühzeitiger erhöht, steigt die Temperatur über die Solltemperatur, so wird die Heizleistung frühzeitiger vermindert als durch den bekannten Thermostaten. below this voltage the varistor has a very high above this voltage has a very low electrical resistance. So it acts as a Voltage limiter for the voltage applied to the PTC thermistor. Because as soon as in the course a period of the AC voltage applied to the terminals 20 and 21, the voltage value 60 V is exceeded, the varistor 7 closes the PTC thermistor and the ignition capacitor short. This means that voltages between the values 0 and 60 can only be applied to the PTC thermistor V drop. In the known device described above, the PTC thermistor on the other hand, voltages between 0 V and the maximum value of the terminals 20 and 21 lying mains voltage drop Another particular advantage of the invention lies in the fact that the varistor '7 has a high capacitance. This capacitance is especially high if it is a ZnO varistor, which according to a preferred embodiment of the invention is provided o The high capacity of the The varistor quickly supplies the charge loss of the ignition capacitor according to FIG Ignition of the thyristor is partially discharged, due to this recharge of the ignition capacitor the differences in the state of charge of this ignition capacitor are reduced The heating operation takes place during a half-cycle of that applied to connections 20 and 21 Alternating voltage an ignition, which takes place from the ignition capacitor to the gate of the thyristor Discharging charge is supplied by the varistor 7 in the event of excess temperature the resistance of the PTC thermistor 4 is so great that the ignition voltage is not reached in this case no charge flows from the ignition capacitor to the gate of the thyristor abO This reloading of the ignition capacitor sets the control hysteresis of the thermostat reduced9 i.e. the temperature to be controlled falls below a setpoint temperature to be set from, the heating power is increased earlier by the thermostat of the invention, If the temperature rises above the target temperature, the heating output is earlier reduced than by the well-known thermostat.

In dan Figurou ist der Thyristor als symmotrischer Thyristor gezeichnet, ebenso ist jedoch die Verwendung eines asymmetrischen Thyristors möglich, dieser ist im leitend geschalteten Zustand nur in einer Stromrichtung durchlässig. In den Figuren liegt die Heizungssteuerung 10 mit dem Thyristor in Serie. Diese Heizungssteuerung schaltet die Heizung ein, wenn der Thyristor leitend geschaltet ist, d.h. wenn an der Steuerung die Netzspannung anliegt Ebenso ist es möglich, die Heizung 1 direkt in diesen Stromkreis zu schalten, in diesem Fall wird sie direkt von dem Thyristor ein- und ausgeschaltet.In dan Figurou the thyristor is a symmetrical thyristor drawn, however, it is also possible to use an asymmetrical thyristor, this one is only permeable in one direction of current when switched on. In the Figures is the heating control 10 with the thyristor in series. This heating control switches the heating on when the thyristor is switched on, i.e. when on the control system is connected to the mains voltage. It is also possible to switch the heater 1 directly to switch into this circuit, in this case it is taken directly from the thyristor on and off.

Bei einem Ausführungsbeispiel betrug die Netzspannung 220 V.In one embodiment, the mains voltage was 220 V.

Die Triggerdiode hatte eine Zündspannung von 30 Y. Die Schwellspannung des Varistors betrug- 60 V. Unterhalb dieser Schwellspannung hatte der Varistor einen Widerstand von mehr als 1 M.fL oberhalb der Schwellspannung einen Widerstand von weniger als 1 K#. Der Kaltleiter besaß im kiten Zustand, d.h. wenn die Heizung durch den Thermostaten auf volle Leistung geschaltet wird, einen Widerstand von 10 K#. Der Vorwiderstand hatte einen Widerstand von 50 K#. Der Zündkondensator besaß eine Kapazität von 0,1 µF.The trigger diode had an ignition voltage of 30 Y. The threshold voltage of the varistor was -60 V. Below this threshold voltage, the varistor had a resistance of more than 1 M.fL above the threshold voltage a resistance less than 1 K #. The PTC thermistor possessed in the kiting state, i.e. when the heating is switched to full power by the thermostat, a resistance of 10 K #. The series resistor had a resistance of 50 K #. The ignition capacitor possessed a capacity of 0.1 µF.

2 Patentansprüche 2 Figuren2 claims 2 figures

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e., (1. Whermostat, which is in a circuit a heater or a heating control can be used and contains a thyristor, which closes or interrupts this circuit, in parallel with this thyristor a PTC thermistor and an ignition capacitor are connected, and the gate of the thyristor connected via a trigger diode between the PTC thermistor and the ignition capacitor is, in that it is parallel to the PTC thermistor and cbm Ignition capacitor connected to a varistor (7) if3.t.

2. Thermostat according to claim 1, g e k e n n z e i e h n e t by a ZnO varistor.

L e r s e i t e