DE2728380C2

DE2728380C2 - Steuervorrichtung für eine thermische Vorrichtung

Info

Publication number: DE2728380C2
Application number: DE2728380A
Authority: DE
Inventors: Kjeld Soenderborg Ahrendsen; Per Gregor Nordborg Zacho
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1977-06-24
Filing date: 1977-06-24
Publication date: 1982-10-28
Also published as: FR2395636A1; DE2728380A1; JPS5417481A; US4375029A; FR2395636B1; DK276578A; GB2000329B; GB2000329A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine thermische Vorrichtung, der von einer Wechselspannungsquelle eine elektrische Leistung zum Heizen oder Kühlen über einen gesteuerten Halbwellenschalter zugeführt wird, mit einer Vergleichsschaltung, dio den Ist-Wert einer von der thermischen Vorrichtung abhängigen Größe mit einem Soll-Wert

vergleicht und in Abhängigkeit davon ein kontinuierlich veränderbares Steuersignal abgibt, mit einer bistabilen Kippstufe, deren Eingangssignal mit Hilfe des Steuersignals und eines zeitabhängigen Signals gebildet wird und mit einer Zündschaltung, die Zündspannungsimpulse derart an den gesteuerten Halbwellenschalter abgibt, daß eine vom Steuersignal und von dem zeitabhängigen Signal abhängige Anzahl von Halbwellen unterbunden wird.

Es sind zahlreiche thermische Vorrichtungen bekannt, bei denen zur Aufrechterhaltung einer bestimmten physikalischen Größe eine Leistung über eine Ein-Aus-Schaltvorrichtung zugeführt wird. Ein typisches Beispiel sind Wärmemotoren oder Dehnstoff-Stellvorrichtungen, bei denen das Stellglied in Abhängigkeit von der

Temperatur des Dehnstoffs unterschiedliche Lagen einnehmen soll. Bei diesen thermischen Vorrichtungen ist es schwierig, den Ist-Wert der physikalischen Größe dem gewünschten Soll-Wert genau anzupassen. In der Praxis pendelt vielmehr der Ist-Wert recht erheblich um

so den Sollwert. Dies liegt daran, daß die thermischen Vorrichtungen verhältnismäßig träge arbeiten und die Feststellung der Regelabweichung Null, bei der die Leistung ein- oder ausgeschaltet wird, immer zu spät erfolgt.

Bei einer bekannten Steuervorrichtung dieser Art (ETZ-B, 1971, Heft 20, Seite 494/495) ist es bekannt, die Leistung einer an Wechselspannung liegenden Last, zum Beispiel der Heizung einer Kochplatte oder eines Durchlauferhitzers, im Sinne einer Schwingungspaketsteuerung mit Hilfe eines Zweiweg-Thyristors zu beeinflussen. Zur Abgabe der erforderlichen Zündimpulse ist ein Impulsgenerator mit einer den Nullpunkt der Wechselspannung berücksichtigenden Torschaltung vorgesehen. Der Impulsgenerator wird von einer

Kippstufe gesteuert, an deren Eingang ein aus einer Brückenschaltung gewonnenes Steuersignal und ein von einem Sägezahngenerator abgegebenes zeitabhängiges Signal miteinander verglichen werden. Die Kippstufe,

die Brückenschaltung und der Sägezahngenerator werden von einer Gleichspannung gespeist, die mit Hilfe einer Diode und eines Kondensators aus der Wechselspannung gewonnen wird.

Es ist ferner eine Steuervorrichtung bekannt (DE-OS 23 29 451), bei der ein durch Wechselspannung gespeister Motor durch einen Zweiweg-Th>ristor in Abhängigkeit von einer Temperatur gesteuert wird. Eine Kippstufe weist einen Eingangstransistor auf, dessen Basis mit dem einen Diagonalpunkt der Meßbrücke, dessen Emitter mit dem anderen Diagonalpunkt der Meßbrücke und dessen Kollektor mit der Basis eines Ausgangstransistors verbunden ist Dessen Emitter steht direkt mit dem Steuerwiderstand des Zweiweg-Thyristors in Verbindung, während sein Kollektor über ein erstes ÄC-Glied mit der Basis des Eingangstransistors, über ein zweites ÄC-Glied mit dem gegenüberliegenden Zweig der Meßbrücke und über einen Widerstand mit dem einen Spannungseingang der Meßbrücke verbunden ist Meßbrücke und Kippstufe werden durch eine Gleichspannung versorgt, die durch Gleichrichtung und Glättung aus der Wechselspannung gewonnen ist Darüber hinaus ist die Basis des Ausgangstransistors mit einem Nullspannungsschalter verbunden, der dafür sorgt, daß Zündimpulse nur im Nullbereich der Wechselspannung abgegeben werden.

In beiden Fällen benötigt man zusätzliche Schaltglieder (Impulsgenerator mit Torschaltung, Nullspannungsschalter), um das Ziel zu erreichen, daß bei der Schwingungspaketsteuerung Zündimpulse nur jeweils jo zu Beginn jeder Halbwelle abgegeben werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit der dieses Ziel erreicht wird, ohne daß dem Ausgang der Kippstufe ein zusätzliches Schaltglied zugeordnet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus der Wechselspannung durch Gleichrichtung Halbwellen erzeugt sind und daß das Eingangssignal der bistabilen Kippstufe außer einem Summensignal, in welches das Steuersignal und das zeitabhängige Signal eingehen, eine diesen Halbwellen proportionale Hauptkomponente enthält und die bistabile Kippstufe den Zündimpuls abgibt, wenn das Eingangssignal im Nullbereich der Halbwellen unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.

Wenn bei dieser Schaltung die Hauptkomponente, die den Halbwellen der gleichgerichteten Wechselspannung proportional ist, alleine wirksam wäre, würde der vorgegebene Wert des Eingangssignals kurz vor jedem so Nullpunkt dieser Hauptkomponente unterschritten und kurz hinter dem Nullpunkt überschritten, so daß die Kippstufe während dieser Zeit kurzfristig ihren Kippzustand ändert und ein Zündimpuls abgegeben wird. Das Kippen in den die Zündung bewirkenden Kippzustand wird jedoch unterbunden, wenn die Summe des Steuersignals und des zeitabhängigen Signals so groß ist, daß der vorgegebene Wert des Eingangssignals der Kippstufe nicht unterschritten wird. Je größer das Steuersignal ist, umso langer dauert es bei «> einem abnehmendem zeitabhängigen Signal, bis der vorgegebene Wert unterschritten wird und die Zündung des Halbwellenschalters wieder einsetzt. Bei einem sehr großen Steuersignal wird die Sperrung im Halbwellenschalter dauernd aufrechterhalten. *>5

Günstig ist es ferner, wenn das Steuersignal durch einen Steuerstrom und das zeitabhängige Signal durch den Lade- oder Entladestrom eines /?C-Gliedes gebildet ist und wenn die Kippstufe einen Mitkopplungszweig aufweist, der mindestens den Kondensator des ÄC-Gliedes enthält Die beiden Ströme können sehr einfach überlagert werden, um das Summensignal zu erzeugen. Außerdem wird das ÄC-GIied ausgenutzt um eine Mitkopplungsfunktion zu erfüllen, die das Kippen der Kippstufe beschleunigt

Schaltungstechnisch empfiehlt es sich, daß die Kippstufe einen Eingangstransistor, dessen Kollektor über einem Kollektorwiderstand mit dem einen Pol einer Gleichspannungsquelle, dessen Emitter mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle und dessen Basis mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung und über einen Summierwiderstand mit einem mit den Halbwellen der gleichgerichteten Wechselspannung gespeisten Punkt verbunden ist sowie einen Ausgangstransistor, dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand mit dem einen Pol der Gleichspannungsquelle und über ein Reihen-ÄC-Glied mit der Basis des Eingangstransistors, dessen Emitter über einen die Steuerelektroden-Kathoden-Strecke des gesteuerten Gleichrichters überbrückenden Emitterwiderstand mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle und dessen Basis mit dem Kollektor des Eingangstransistors verbunden ist, aufweist Es genügt daher ein sehr einfacher Schaltungsaufbau, um die gewünschten Funktionen zu erhalten.

Des weiteren kann die Kollektor-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors durch einen normalerweise offenen Endlagenschalter überbrückt sein. Dieser Endlagenschalter spricht an, wenn der Istwert der thermischen Vorrichtung einen unteren Grenzwert unterschreitet, worauf dauernd Zündspannung an den gesteuerten Gleichrichter gelegt wird.

In ähnlicher Weise kann zwischen Emitter des Ausgangstransistors und Emitterwiderstand ein normalerweise geschlossener Endlagenschalter gelegt sein. Dieser Endlagenschalter öffnet, wenn der Istwert der thermischen Vorrichtung einen oberen Grenzwert überschreitet. Alsdann wird die Leistungszufuhr unabhängig von der Regelabweichung unterbrochen.

Mit besonderem Vorteil ändert sich das Steuersignal in einem Proportionalbereich linear mit der Regelabweichung. Dies ergibt bei kleineren Regelabweichungen eine P-Regelung, während außerhalb des ProportionaJ-bereichs entweder keine Leistung oder dauernd Leistung zugeführt wird.

Mit Vorteil ist dafür gesorgt, daß die Vergleichsschaltung einen Spannungsteiler mit einem festen Abgriff und ein Potentiometer mit einem veränderbaren Istwertspannungs-Abgriff aufweist, die zwischen dem einen und dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle liegen, und einen Transistor aufweist, dessen Emitter mit dem Spannungsteiler-Abgriff, dessen Kollektor mit der Zündschaltung und dessen Basis über einen ersten Widerstand mit einem Sollwertspannungs-Eingang, über einen zweiten Widerstand mit dem Istwertspannungs-Abgriff und über einen dritten Widerstand mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Dies ergibt eine sehr einfach aufgebaute Vergleichsschaltung, die einen Steuerstrom in Abhängigkeit von der Regelabweichung erzeugt.

Des weiteren kann der Sollwertspannungs-Eingang übe*· einen Schalter mit einem zweiten Abgriff des Spannungsteilers verbindbar sein. Durch diese einfache Maßnahme kann die Funktionsabhängigkeit der Vergleichsschaltung umgekehrt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der

Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild einer Steuervorrichtung für einen Wärmemotor,

F i g. 2 in einem Diagramm die Abhängigkeit des ■-, Steuerstroms, des Kondensatorstroms und der Leistung von der Regelabweichung,

F i g. 3 die Zündschaltung in ihrem einen Kippzustand mit die Entladung des Kondensators beschreibenden Strompfeilen, m

F i g. 4 die Zündschaltung in ihrem anderen Kippzustand mit die Aufladung des Kondensators beschreibenden Strompfeilen, wobei der Steuerstrom so klein ist, daß er noch außerhalb des Proportionalbereichs der F ig. 2 liegt, ι,

F i g. 5 dieselbe Darstellung wie F i g. 4, jedoch mit größerem Steuerstrom, der innerhalb des Proportionalbereichs liegt,

Fig.6 Spannungs- und Stromverläufe bei kleinem Steuerstrom, der außerhalb des Proportionalbereichs 2» liegt, und

F i g. 7 Spannungs- und Stromverläufe bei größerem Steuerstrom, der innerhalb des Proportionalbereichs liegt.

An die Klemme 1 ist eine pulsierende Gleichspannung t/l gelegt, die aus den gleichgerichteten Halbwellen einer Wechselspannung besteht und beispielsweise durch Vierweggleichrichtung aus der Netzspannung gewonnen werden kann. Der zugehörige andere Anschluß 2 ist geerdet Mit dieser Spannung t/l wird einem Wärmemotor 3 Leistung zugeführt. Dieser besitzt ein Gehäuse 4 mit einem Kolben 5, der unter dem Einfluß einer Rückstellfeder 5a steht. Im Gehäuseinneren befindet sich ein Dehnstoff 6, der mittels eines Heizwiderstandes 7 erwärmbar ist Infolge der Ausdehnung des Dehnstoffs bei Temperaturerhöhung wird der Kolben 5 nach außen geschoben; bei Abkühlung wird er durch die Feder 5a zurückgeschoben. Der Kolben 5 behält seine Stellung, wenn die jeweils zugeführte Wärmeleistung gleich der an die Umgebung abgegebenen Wärmeleistung ist Die Steuerung der Leistungszufuhr erfolgt mit Hilfe eines gesteuerten Gleichrichters E, der mit dem Heizwiderstand 7 in Reihe liegt und jeweils dann den Strom während einer Halbwelle hindurchläßt wenn der Steuerelektrode 8 ein Zündspannungsimpuls von einer Zündschaltung 10 zugeführt wird. Die Kathode des gesteuerten Gleichrichters ist mit der Steuerelektrode über einen Widerstand R 1 und mit der Anode über einen Widerstand R 2 verbunden.

Die Steuerung der Heizleistung erfolgt mit Hilfe einer Vergleichsschaltung 9 und der Zündschaltung 10. Der isiwert der Kolbenstellung wird, wie durch die gestrichelte Linie 11 angedeutet vom Abgriff 12 eines Potentiometers P in die Vergleichsschaltung eingeführt und dort als Istwertspannung t/12 nachgebildet Eine Sollwertspannung £/13 wird an einem Sollwertspannungs-Eingang 13 zugeführt In Abhängigkeit von der Regelabweichung ergibt sich am Ausgang 14 dieser Vergleichsschaltung ein Steuerstrom /14, in Abhängigkeit von dem die Zündschaltung Zündimpulse abzuge- m> ben vermag.

Der Vergleichsschaltung 9 wird die pulsierende Gleichspannung Ui über einen Gleichrichter und ein Ä-C-Glättungsglied, das aus Widerständen A3 und R4 sowie einem Kondensator Ci besteht, zugeführt und t>5 anschließend mit Hilfe einer Zenerdiode Zi auf einen konstanten Wert beschnitten. Von dieser Gleichspannung wird eine erste Reihenschaltung, bestehend aus einem Widerstand R 5 und dem Potentiometer P, und ein Spannungsteiler 15, bestehend aus den Widerständen R 6, R 7 und R 8, gespeist. Ein Transistor Ti, dessen Kollektor den Ausgang 14 der Vergleichsschaltung 9 bildet, liegt mit seinem Emitter an einem Abgriff 16 des Spannungsteilers 15 und mit seiner Basis an einem Punkt 17, welcher über einen Widerstand R9 mit dem Sollwertspannungs-Eingang 13, über einen Widerstand R 10 mit dem Istwertspannungs-Abgriff 12 und über einen Summenwiderstand Rii mit dem Anschluß 2 verbunden ist. Mit Hilfe eines Schalters 18 kann die Sollwertspannung t/13 auch einem weiteren Abgriff 18a des Spannungsteilers 15 zugeführt werden, um die Regelabhängigkeit der Vergleichsschaltung und damit die steuerungstechnische Wirkungsweise des Wärmemotors umzukehren. Während sich der Kolben 5 bei offenem Schalter 18 unter dem Einfluß einer bestimmten steuernden Sollwertspannung t/13 auswärts bewegt, erfolgt bei geschlossenem Schalter 18 und derselben Sollwertspannung eine Einwärtsbewegung.

Am Abgriff 16 ergibt sich eine konstante Spannung t/16. Am Punkt 17 ergibt sich eine Basisspannung t/17, die sich in Abhängigkeit von der Sollwertspannung U13 und der Istwertspannung t/12 einstellt Wenn die Basisspannung t/17 die feste Spannung t/16 um etwa 0,6 V unterschreitet, was dem Emitter-Basis-Strecken-Spannungsabfall entspricht, wird der Transistor Tl leitend. Je mehr die Basisspannung t/17 absinkt, umso größer wird der Steuerstrom /14. Wenn der Schalter 18 geschlossen wird, wird dem Abgriff 18a des Spannungsteilers 15 die Sollwertspannung U13 aufgezwungen mit der Folge, daß die Spannung t/16 proportional zur Sollwertspannung schwankt, wodurch sich die erwähnte umgekehrte steuerungstechnische Wirkungsweise ergibt.

Die Zündschaltung weist eine bistabile Kippstufe 19 auf, welche einen Eingangstransistor T2 und einen Ausgangstransistor Γ3 besitzt. Die Kollektoren beider Transistoren sind über einen Kollektorwiderstand R 12 bzw. R 13 mit der Gleichspannung t/9 der Vergleichsschaltung 9 versorgt. Der Emitter des Eingangstransistors T2 liegt am Anschluß 2, der Emitter des Ausgangstransistors 7"3 ist über den die Zündspannung bestimmenden Widerstand R 1 mit diesem Anschluß 2 verbunden. Der Kollektor des Eingangstransistors T2 ist mit der Basis des Ausgangstransistors Γ3 direkt der Kollektor 20 des Ausgangstransistors 7"3 mit der Basis 21 des Eingangstransistors T2 über ein Reihen-Ä-C-Glied, bestehend aus einem Widerstand R 14 und einem Kondensator C2, verbunden. Diese Basis 21, an die auch der Ausgang 14 der Vergleichsschaltung 9 angeschlossen ist-, steht weiterhin über einen Summierwiderstand R15 mit einem Punkt 22 in Verbindung, dem über eine Diode D2 die pulsierende Gleichspannung t/l zugeführt wird und der über einen Widerstand R16 mit dem Anschluß 2 verbunden ist

Mit Hilfe eines Endlagenschalters 23 kann über den Widerstand Ri ein Dauerstrom geführt und damit ständig eine Zündspannung US erzeugt werden, mit Hilfe eines Endlagenschalters 24 kann der Strom über den Widerstand R1 ständig unterbrochen und damit die Zündspannung t/8 auf Null abgesenkt werden. Beide Endlagenschalter werden durch Fühler 25 bzw. 26 gesteuert, die ansprechen, wenn der Kolben 5 die innere bzw. äußere Endlage erreicht hat Wenn diese Fühler als druckabhängige Fühler arbeiten, können sie auch wirksam werden, wenn der Kolben oder das von ihm betätigte Organ zwischen seinen Endlagen auf Hinder-

nisse stößt.

Mit dieser Schaltung ergibt sich die in Fig. 2 dargestellte Betriebsweise. Innerhalb eines durch die Grenzen A und S bestimmten Proportionalbereichs der Regelabweichung Δχ, also dem Unterschied zwischen dem eingestellten Sollwert und dem vom Wärmemotor erreichten Istwert, fällt die Leistung A/, die vom Heizwiderstand 7 abgegeben wird, von einem Maximalwert auf Null. Die Steuerung erfolgt in Abhängigkeit von dem linear ansteigenden Steuerstrom /14. Jedem Wert des Steuerstromes ist innerhalb des Proportionalbereiches ein Ladestrom i_c des Kondensators nach der Maßgabe zugeordnet, daß die Summe beider Werte einen konstanten Strom /* ergibt. Dies wird nachstehend noch näher erläutert.

Es wird zunächst die Betriebsweise bei so kleinem Steuerstrom /14 betrachtet, daß er noch keinen Einfluß auf die Zündschaltung hat. Die Basis 21 des Eingangstransistors T2 wird primär von der Spannung Ul, also den Halbwellen der gleichgerichteten Wechselspannung gesteuert. Immer dann, wenn sich diese Spannung dem Nullpunkt nähert und die Basisspannung L/21 den Basis-Emitter-Spannungsabfall Übe von etwa 0,6 V unterschreitet, sperrt der Eingangstransistor 7"2; der Ausgangstransistor Γ3 wird leitend und es wird der Steuerelektrode 8 des steuerbaren Gleichrichters E ein Zündimpuls zugeführt, so daß bis zum Ende der Halbwelle ein Heizstrom /7 durch den Heizwiderstand 7 fließt. Kurz nach Beginn der nächsten Halbwelle der Spannung Ui wird der Basis-Emitter-Spannungsabfall Übe überschritten, so daß die Kippstufe 19 wieder in den Ursprungszustand zurückkehrt. Dies ergibt die in F i g. 6 veranschaulichte Betriebsweise, bei der zu Beginn jeder Halbwelle ein Zündimpuls von der Länge 11 abgegeben wird, so daß dem Heizwiderstand 7 während jeder Halbwelle ein Heizstrom /7 zugeführt und damit die maximale Leistung N abgegeben wird. Die Sperrzeiten 12 zwischen diesen Zündimpulsen sind verhältnismäßig kurz.

Das Kippen wird durch das R 14-C2-Glied im Mitkopplungszweig unterstützt. Denn wenn der Ausgangstransistor T3 leitend wird, fällt die Spannung U20 am Kollektor 20 des Ausgangstransistors 7"3 von dem Wert der Gleichspannung L/9 auf nahezu Null. Um den gleichen Sprung fällt auch die Spannung L/28 an der anderen Elektrode des Kondensators C2 und um ein entsprechendes Maß die Basisspannung i/21. Dies führt zu einem plötzlichen Kippen. Beim Rückkippen ergeben sich ähnliche Verhältnisse.

Wenn der Steuerstrom /14 so groß ist, daß er jenseits der Grenze B des Proportionalbereiches liegt, vermag er dem Eingangstransistor T2 unabhängig von der Spannung Ul einen solchen Basisstrom /ß zuzuführen, daß dieser dauernd leitend ist. Der Ausgangstransistor Γ3 bleibt dann dauernd gesperrt; es werden keine Zündimpulse und daher auch keine Heizleistung abgegeben.

Innerhalb des Proportionalbereiches ist der Steuerstrom /14 allein nicht ausreichend, um den Eingangstransistor T2 im leitenden Zustand zu halten, wenn die Halbwellen-Spannung Ui gegen Null geht Es muß noch ein ausreichend starker Ladestrom i_c des Kondensators C2 hinzutreten. Da dieser Ladestrom mit der Zeit abnimmt, werden jeweils ein oder einige Halbwellen des Heizstromes /7 unterdrückt Dies wird nachstehend erläutert

Während jeder Zeit 11, in der der Ausgangstransistor TZ leitend ist und einen Zündimpuls abgibt, wird der Kondensator C 2 entladen. Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, fließt der Entladestrom i'_c über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Γ3, über zwei Parallelzweige, von denen der eine durch den Widerstand R 1 und der andere durch die Steuerelektroden-Kathoden-Strecke des steuerbaren Gleichrichters E gebildet wird, über weitere Parallelzweige, von denen der eine durch die Widerstände R 16 und R 15 und der andere durch den Widerstand Ri und die Emitter-Kollektor-Strecke des

ίο Transistors Tl gebildet wird (Fig. 1), und über den Widerstand R 14.

Sobald der Ausgangstransistor 7"3 wieder sperrt, was bei fehlendem Steuerstrom /14 spätestens der Fall ist, wenn die Halbwellen-Spannung Ul einen der Basis-

ii Emitter-Spannung Übe des Eingangstransistors T2 entsprechenden Wert übersteigt, wird der Kondensator C2 von der Gleichspannung t/9 über den Widerstand R 13, den Widerstand R 14 und die Basis-Emitter-Strekke des Transistors T2 aufgeladen, wobei der Ladestrom i_c fließt. Wie Fig.4 zeigt, gilt bei sehr kleinem Steuerstrom /14 für den Basisstrom /β, der im leitenden Zustand des Transistors T2 fließen muß, die Bedingung ie — /14 + /15 + /Ο wobei /15 der aufgrund der Spannung L/l über den Widerstand R15 fließende Stromanteil ist. Wenn gegen Ende der Halbwelle /15 zu Null wird, reicht die Restsumme von /14 + i_c nicht aus, um den Basistrom ie in der erforderlichen Höhe zu halten. Der Transistor C2 sperrt und über den Transistor T3 wird ein Zündimpuls abgegeben.

Wenn der Transistor T2 am Ende der Halbwelle leitend gehalten werden soll, muß die Summe /14 + i_c einen konstanten Wert 4 erreichen, der größer ist als der erforderliche Basisstrom ig, weil nämlich die Reihenschaltung der Widerstände R15 und R16

3> parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 72 liegt und daher über diese Reihenschaltung ein zusätzlicher Strom /15 = /16 fließt. Diese Verhältnisse sind in Fig.5 dargestellt. Je kleiner also der Steuerstrom :14, umso größer muß der Ladestrom i_c

"o sein, um den Transistor 7"2 am Ende der Halbwelle in den leitenden Zustand zu halten.

Innerhalb des Proportionalbereichs stellen sich automatisch stabile Verhältnisse ein, bei denen der Ladestrom i_c den in F i g. 2 dargestellten Bedingungen

⁴"> genügt. Wenn nämlich der Steuerstrom /14 erhöht und damit der Transistor T2 über das Ende der Halbwelle hinweg leitend gehalten wird, erfolgt eine längere Aufladung des Kondensators CX so daß die an ihm anliegende Spannung Uc2 erhöht wird. Dieser höheren

">" Kondensatorspannung entspricht aber ein geringerer Ladestrom.

Mißt man die Spannung L/28 gegenüber Masse, so erhält man den in den F i g. 6 und 7, Zeile 4, dargestellten Spannungsverlauf. Die Spannung sinkt längs der Linie a beim Laden des Kondensators. Beim Leitendwerden des Transistors Γ3 erfolgt der Sprung b, weil die Spannung t/20 vom Wert der Spannung t/9 bis auf etwa 0,6 V absinkt, was dem Spannungsabfall am Transistor T3 in Reihe mit dem Spannungsabfall an der Steuerstrecke des Gleichrichters E entspricht Der Sprung b ist stark verkleinert dargestellt Bei der anschließenden Entladung steigt die Spannung [/28 längs der Linie c Beim Sperren des Transistors Γ3 erfolgt der Sprung d, worauf ein neues Arbeitsspiel beginnt Da die während des Zeitraums 11 abgegebene Ladungsmenge gleich der während des Zeitraums ti aufgenommenen Ladungsmenge sein muß, tritt bei dieser Arbeitsweise ein verhältnismäßig hoher Ladestrom i_c auf. Die am

Kondensator liegende Spannung freist vergleichsweise niedrig; die Mittelspannung U_n, der Spannung U28 vergleichsweise groß.

Wird nun durch Erhöhung des Steuerstroms /14 der Kondensator C2 auf eine höhere Spannung U_C2 ^r> aufgeladen (Fig.7), so ergibt sich eine höhere Spannung Uc 2 am Kondensator, eine kleinere Mittelspannung U_n, und ein kleinerer Ladestrom ic. Da die während der Zeit 11 abgeführte Ladungsmenge annähernd gleich bleibt, benötigt man wegen des geringeren Ladestroms zum Zuführen der gleichen Lademenge eine größere Ladezeit /2. Erst am Ende dieser längeren Zeit wird die Bedingung erreicht, daß /14 + i_c < 4 so daß der Transistor T2 am Ende der Halbwelle gesperrt und ein Zündimpuls abgegeben r, wird.

Die Leistungskurve /V ist kontinuierlich dargestellt, obwohl sie innerhalb kurzer Zeiträume nur aus ganzzahligen Verhältnissen zwischen durchgelassenen Halbwellen und unterdrückten Halbwellen dargestellt werden kann. Bei der beschriebenen Wirkungsweise können aber bei einem gegebenen Steuerstrom /14 abwechselnd unterschiedliche Zahlen von Halbwellen, z. B. zunächst η Halbwellen und anschließend η + 1 Halbwellen, unterbunden oder durchgelassen werden. Auf diese Weise läßt sich die Leistungskurve N recht genau nachbilden.

Die Größe des Kondensators C2 hat auf die Schaltung einen verhältnismäßig geringen Einfluß, da seine Arbeitsweise sich immer so einstellt, daß die während der Entladung abgegebene Ladungsmenge gleich der während der anschließenden Ladung aufgenommenen Lademenge ist. In jedem Fall wirkt er bezüglich des Steuerstroms /14 im Sinne einer Gegenkopplung (größerer Steuerstrom = kleinerer Ladestrom) und bezüglich der Kippfunktion im Sinne einer Mitkopplung. Mit steigender Größe dieses Kondensators kann allerdings der Regelbereich vergrößert werden.

Es läßt sich nachweisen, daß die Größe des Kondensators C2 keinen Einfluß auf die Funktion der Schaltung hat. Er kann daher, sofern er einen bestimmten Mindestwert hat, beliebig gewählt werden. Bei einer Ausführungsform wurde mit einer pulsierenden Gleichspannung UX mit einer Amplitude von 24 V und einer konstanten Gleichspannung L/9 von 12 V gearbeitet. U16 betrug 8,5 V. Der gleiche Wert stellte sich am Punkt 17 ein, wenn eine Sollwertspannung U13 von UV und eine Istwertspannung t/12 von 6 V vorhanden sind. Wird die Sollwertspannung t/13 auf ihren unteren Grenzwert von 6 V eingestellt, wird ein entsprechender Steuerstrom /14 abgegeben mit der Folge, daß die Leistung N vermindert oder unterbrochen wird, so daß der Wärmemotor 3 abkühlen und dadurch den Abgriff 12 nach oben verschieben kann, bis die Regelabweichung nahezu ausgeglichen ist und der Steuerstrom /14 herabgesenkt wird. Wenn die Sollwertspannung U13 auf einen oberen Grenzwert von 16 V gebracht wird, sperrt der Transistor Ti. Der Wärmemotor 3 wird dauernd beheizt, wodurch der Abgriff 12 nach unten bewegt wird, bis im Bereich der Regelabweichung Null ein gewisser Steuerstrom fließen kann und die Leistung N herabgesetzt wird.

Bei einer Spannung U9 von 12 V lag der positive Mittelwert U_n, der Spannung (728 zwischen 0,6 V (dies entspricht einem negativen Mittelwert von —11,4 V) und 1,1 V (dies entspricht einem negativen Mittelwert von —10,9 V). Diese Änderungen reichten aus, um den Ladestrom ;_cim gewünschten Maß zu ändern.

Der Schalter 18 hat den Zweck, die Funktion des Motors bei unverändertem Eingangssignal U13 umzukehren. Ist der Schalter geöffnet, bewegen sich Kolben 5 und Abgriff 12 des Potentiometers P bei einer Eingangsspannung von 16 V nach unten. Ist unter den gleichen Voraussetzungen der Schalter 18 geschlossen, bewegen sich Kolben 5 und Abgriff 12 nach oben.

Letzteres ist beispielsweise von Interesse, wenn bei einer Klimaanlage ein Kälteventil statt eines Wärmeventils betätigt werden soll. Auch können z. B. zwei Drosselklappen mit je einem Stellmotor gegensinnig zueinander in Abhängigkeit von einem einzigen Eingangssignal bewegt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuervorrichtung für eine thermische Vorrichtung, der von einer Wechselspannungsquelle eine elektrische Leistung zum Heizen oder Kühlen über einen gesteuerten Halbwellenschalter zugeführt wird, mit einer Vergleichsschaltung, die den Ist-Wert einer von der thermischen Vorrichtung abhängigen Größe mit einem Soll-Wert vergleicht und in Abhängigkeit davon ein kontinuierlich veränderbares Steuersignal abgibt, mit einer bistabilen Kippstufe, deren Eingangssignal mit Hilfe des Steuersignals und eines zeitabhängigen Signals gebildet wird und mit einer Zündschaltung, die Zündspannungsimpulse derart an den gesteuerten Halbwellenschalter abgibt, daß eine vom Steuersignal and von dem zeitabhängigen Signal abhängige Anzahl von HaIb-'.vellen unterbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Wechselspannung durch Gleichrichtung Halbwellen erzeugt sind und daß das Eingangssignal der bistabilen Kippstufe (19) außer einem Summensignal, in welches das Steuersignal (iu) und das zeitabhängige Signal (ic) eingehen, eine diesen Halbwellen proportionale Hauptkomponente enthält und die bistabile Kippstufe den Zündimpuls abgibt, wenn das Eingangssignal im Nullbereich der Halbwellen unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal durch einen Steuerstrom (in) und das zeitabhängige Signal durch den Lade- oder Entladestrom (i_c) eines /?-C-Gliedes (R 14, C2) gebildet ist und daß die Kippstufe einen Mittkopplungszweig aufweist, der mindestens den Kondensator (C2) des K-C-Gliedes enthält

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufe (19) einen Eingangstransistor (T2), dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand (R 12) mit dem einen Pol einer Gleichspannungcquelle, dessen Emitter mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle und dessen Basis (21) mit dem Ausgang (14) der Vergleichsschaltung und über einen Summierwiderstand (R 15) mit einem mit den Halbwellen der gleichgerichteten Wechselspannung (L/1) gespeisten Punkt (22) verbunden ist, sowie einen Ausgangstransistor (T3), dessen Kollektor (20) über einen Kollektorwiderstand (R 13) mit dem einen Pol der Gleichspannungsquelle und über ein Reihen-Ä-C-Glied (C 2, R 14) mit der Basis des Eingangstransistors, dessen Emitter über einen die Steuerelektroden-Kathoden-Strecke des gesteuerten Gleichrichters (^überbrückenden Emitterwiderstand (R 1) mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle und dessen Basis mit dem Kollektor des Eingangstransistors verbunden ist, aufweist.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors (T3) durch einen normalerweise offenen Endlagenschalter (23) überbrückt ist.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Emitter des Ausgangstransistors (T3) und Emitterwiderstand (R 1) ein normalerweise geschlossener Endlagenschalter (24) gelegt ist.

6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Vergleichsschaltung einen Spannungsteiler mit einem festen Abgriff und einen

weiteren Spannungsteiler aufweist, die zwischen dem einen und dem anderen Pol einer Gleichspannungsquelle liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spannungsteiler durch ein Potentiometer (P) mit einem veränderbaren Istwertspannungs-Abgriff (12) gebildet ist, und daß die Vergleichsschaltung (9) einen Transistor (Ti) aufweist, dessen Emitter mit dem Spannungsteiler-Abgriff, dessen Kollektor mit der Zündschaltung (10) und dessen Basis über einen ersten Widerstand (R9) mit einem Sollwertspannungs-Eingang (13), über einen zweiten Widerstand (R 10) mit dem Istwertspannungs-Abgriff und über einen dritten Widerstand (R 11) mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist.

7. Steuervorrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertspannungs-Eingang (13) über einen Schalter (17) mit einem zweiten Abgriff (18) des Spannungsteilers (15) verbindbar ist