DE2940109C2 - In Abhängigkeit von einer veränderbaren Zustandsgröße steuerbare elektronische Leistungsregelung für einen Verbraucher elektrischer Energie, insbesondere temperaturabhängig regelbarer Antrieb für eine Kältemaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine in Abhängigkeit von einer veränderbaren Zustandsgröße steuerbare elektronische Leistungsregelung für einen Verbraucher elektrischer Energie, insbesondere einen temperaturabhängig regelbaren Antrieb für eine Kältemaschine, mit einein im Stromkreis des Verbrauchers liegenden, triggsrbaren elektronischen Schaltelement, dessen über einen dem Verbraucher parallel liegenden kondensator fließender Zündstrori durch einen mit gleichgerichteter Niederspannung versorgten elektronischen Regler steuerbar ist

Β». .«.ler aus der Zeitschrift »Toute l'Eectronique«, Heft Dezember 1975. auf den Seiten 52—55 beschriebenen bekannten elektronischen Leistungsregelung für Heizelemente wird die gleichgerichtete Niederspannung zur Versorgung des elektronischen Reglers mit Hilfe einer Diode und einem Vorwiderstand aus einem Wechselstromnetz gewonnen, mit einem Kondensator geglättet und durch eine Zenerdiode begrenzt

Da hierbei jedoch nur die positiven Halbwellen dar Netzspannung ausgenutzt werden, ist ein genaues Arbeiten des elektronischen Reglers nicht gewährleistet Darüber hinaus erfordert die bekannte elek Tonische Leistungsregelung einen Triac und ein zusätzliches ÄC-GIied zur Ansteuerung des in diesem Falle über zwei Dioden getriggerten elektronischen Schaltelementes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in Abhängigkeit einer veränderbaren Zustandsgröße steuerbare elektronische Leistungsregelung der eingangs genannten Art zu schaffen, weiche bei Verwendung eines einfachen Netzteiles und kostengüns'ger Bauelemente eine genaue Regelung gestattet

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst daß mit dem Kondensator eine Spannungsteilerstrecke aus einem Schaltglied mit zumindest einem Schaltelement mit Konstant-Spannungscharakteristik und mit einem ohmschen Widerstand in Reihe geschaltet ist daß der Zündstrom für das triggerbare elektronische Schaltelement zwischen dem Schaltglied mit Konstf nt-Spannungscharakteristik und dem ohmsch en Widerstand abgegriffen ist daß über der Spannungsteilerstrecke ein Graetz-Gleichrichter liegt auf dessen Gleichspannungsseite ein weiteres, durch den elektronischen Regler angesteuertes elektronisches Schaltelement mit Konstant-Spannungscharakteristik Hegt wobei der elektronische Regier über die Gleichspannungsseite des Graetz-Gleichrichters mit Gleichspannung versorgt ist.

Durch die erfindungsgemäß über dem Schaltglied mit Konstant-Spannungscharakteristik abgegriffene Versorgungsspannung läßt sich der bei bekannten elektronischen Reglern für die Erzeugung de/ Niederspannung erforderliche Aufwand wesentlich vermindern, indem die für die Zündimpulse des Triacs notwendigen Mittel gleichzeitig auch für die Gewinnung der erforderlichen Niederspannung ausgenutzt und somit kostengünstig in doppelter Funktion verwendet werden.

Eine besonders einfache und zuverlässige Schaltung hat sich nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch ergeben, daß als Schaltglied mit Konstant-Spannungscharakteristik zwei gegensinnig hintereinander geschaltete Zenerdioden wenigstens annähernd gleicher Zenerspannung verwendet sind.

Hierdurch entstehen Niederspannungs-Rechteckimpulse, die sich mit Hilfe eines Graetz-Gleichrichters und nur eines kleinen und daher sehr preiswerten Glättungskondensators in besonders einfacher Weise zu einer stabilen VersoreunessDannune für den elektronischen Regler gleichrichten lassen.

Weitere in den Ansprüchen gekennzeichnete vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen elektronischen Leistungsregelung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand einer in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellten Schaltung für einen elektronisch regelbaren Antrieb einer Verdichter-Käitemaschine erläutert Es zeigt

Fig.! eine einfache Schaltung zum Zünden und Sperren eines mit dem Antrieb eines Kälteverdichters in

Reihe liegenden Triacs sowie zum Gewinnen einer Gleichspannung für einen im vorliegenden Faile durch einen einfachen Schalter ersetzten elektronischen Regler,

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Schaltung mit einem temperaturabhängigen elektronischen Regler anstelle des einfachen Schalters, und

Fig.3 ein Diagramm, aus dem die Abhängigkeit zwischen der Netzspannung und dem Zündstrom für den Triac hervorgeht

Ein in F i g. 1 und 2 mit ^bezeichneter Antriebsmotor tür einen nicht dargestellten Kälteverdichter eines Kühlschrankes oder dgl, ist mit beiden Anoden A\ und Ai eines Triacs TRQ in Reihe geschaltet Parallel zu der Reihenschaltung aus dem Antriebsmotoi V und dem Triac TRQ liegt nach einem Vorwiderstand Rt ein Kondensator Q, welcher seirsrseits mit ein*"· rnien Spannungsteiler bildenden Reihenschaltung eines aus zwei Zenerdioden Z\ und Zi bestehenden Schaltgliedes Zu Zi und einem Widerstand Ri hintc ."nandergeschaltet ist

Die beiden Zenerdioden Z-, u. J Zi haben wenigstens annähernd gleiche Zenerspannung und sind derart gegeneinander geschaltet daß je nach der Phasenlage der anliegenden Spannung die eine in Durchbruchsachtung und die andere in Durchlaßrichtung liegL Zwischen den hintereinandergeschalteten Zenerdioden Zi und Z₂ und dem mit diesen in Reihe liegenden Widerstand Ri ist das Gate G des Triacs TRQ angeschlossen.

Die beiden hintereinanderliegenden Zenerdioden Z\ und Zi rufen aufgrund ihrer Gegeneinanderschaltung in dem zum Antriebsmotor Vund dem Triac 77?Ci parallel liegenden Zweig des Stromkreises einen definierten Spannungsabfall hervor. Über ihnen und dem Widerstand Ri ist eine ihrer Bemessung entsprechende Niederspannung für einen Graetz-Gieichrichter mii den Dioden D\ bis O₄ abgegriffen, auf dessen Gleichspannungsseite ein Regelkreis mit einem Schalter Si und eine weitere Zenerdiode Zj liegen.

In dem mit den beschriebenen Einzelheiten nach F i g. 1 weitgehend übereinstimmenden Schaltbild in F i g. 2 ist lediglich der Schalter Si durch einen elektronischen Regler E ersetzt, welcher hinter einem Glattungskondensator Ci auf der Gleichspannungsseite des Graetz Gleichrichters angeschlossen ist Der elektronische Regler E besteht im wesentlichen aus piner Brückenschaltung mit in deren einen Zweig hintereinanderliegenden Widerständen A3 und Ra, sowie im andern Zwe'g liegenden Widerständen Ä5 und Rb. Parallel zum Widerstand /?₅ liegt ein Thermistor NTQ, während mit dem Widerstand R* ein Einstellpotentiometer P) in Reihe geschalte· ist.

An mit B\ und Bi bezeichneten Anschlußpunkte der Brückendiagonale dieser Prückenschaltung ist ein Doppeloperationsverstärker mit zwei Operationsverstärkern OPVi und OPV₂ angeschlossen, deren Plus- und Minuseingänge miteinander über Kreuz verbunden sind. Der Operationsverstärker OPV, ist über die weitere Zenerdiode Z) an den positiven Zweig des Graetz-Gleichrichters gelegt, während der Operationsverstärker OPV₂ über ein weiteres Einstellpoter.tiometer Pi und ein zweites verstellbares Potentiometer Pi auf seinen positiven Eingang rückgekoppeft ist

Der Triac 77? 1 wird vom Netz über den Kondensator Q und die beiden gegensinnig gepolten Zenerdioden Zi und Zi gezündet Dabei ist der Kondensator Q so bemessen, daß der kapazitive Strom / gerade zur sicheren Triggerung d-js Triacs TRQ ausreicht, daher

also Klein und preiswert ist

Wie in F i g. 3 dargestellt, besitzt der kapazitive Strom /über den Kondensator Q durch seine Phasenverschiebung gerade dann seinen Spitzenwert wenn er zur Zündung des Triacs TRQ benötigt wird, nämlich im Nulldurchgang der Netzspannung U. Die Zündspannung am Triac 77?Ci liegt bei der Zündung immer mit gleicher Polarität wie die Spannung an den Anoden Ai und A\ an. Während der Zündung werden bei positiver Halbwelle die Zenerdiode Zi im Durchlaß und die Zenerdiode Zi im Durchbruch, bei negativer Halbwelle aber umgekehrt betrieben. Der Zündstrom kann dann in der Schaltung nach F i g. 1 dadurch unterbrochen werden, daß der Schalter Si geschlossen wird. Jetzt schließt sich der kapazitive Strom / über den Graetz-Gieichrichter und die weitere Zenerdiode Z3, wenn deren Zenerspannung kleiner als die der gegensinnig gepolten Zenerdioden Zi und Z? bemessen ist.

Der Schalter Si kann durch den elektronischen Regler ε nach Fig.2 ersetzt werden. Als Veräorgungsspannung dient dabei die vom Graetz-Gieichrichter erzeugte und im Falle nach F i g. 2 durch den Glattungskondensator Ci geglättete Gleichspannung mit den Maximalwerten der gegensinn.ig gepolten Zenerdioden Z₁, Zi und der weiteren Zenerdiode Z3. Eine Gleichspannung mit dem Maximalwert der gegensinnig gepolten Zenerdioden Zi und Zi herrscht solange der Schalter Si geöffnet ist Ist dagegen der Schalter Si geschlossen, so wird der Maximalwert der Gleichspannung durch die weitere Zenerdiode Zi bestimmt

Der in Fig.2 dargestellte elektronische Schalter E stellt einen »konstant-ein-Regier« dar, dessin Versorgungsspannung in der obenbeschriebenen Weise erzeugt wird. Zur Temperaturmessung dient die Briickenscnaku.ig mit dem Thermistor NTCu Tritt infoige einer Temperaturänderung am Thermistor NTQ eine Verstimmung der Brücke ein, so scheltet entweder der eine oder der andere der beiden Operationsverstärker OPV| und OPV2. Dabei ersetzt der Operationsverstärker OPV, den Schalter Si aus F i g. 1.

Solange der Thermistor NTQ einer Temperatur ausgesetzt ist, die unterhalb dem oberen Schaltpunkt bzw. dem Einschaltpunkt liegt, ist der Operationsverstärker OPV2 durch die dann herrschende Brückenspannung gesperrt Der Operationsverstärker i?PV, ist dagegen leitend und an der weiteren Zenerdiode Zi liegt die Zenerspannung an. Hierdurch ist in der eingangs beschriebenen Weise der Zündstrom am Gate C des Triacs 77?Ci unterbrochen und der Antriebsmotor V steht.

Bei gesperrtem Operationsverstärker OPV₂ v"nd das weitere Einstellpotentiometer Pi und das zweite verstellbare Potentiometer P₂ abgekoppelt, da der Operationsverstärker OPV2 eine Ausführung mit »open coll'cto.« ist. Der Einschahpiinkt kann dabei durch Verstellen d:s Einstellpotentiometers Pj abgeglichen werden.

Sobald jedoch die Temperatur am Thermistor \TQ den oberen Einschaltpunkt überschreitet, w:rd die Brücke verstimmt und der Operationsverstärker OPV| sperrt. Damit wird d.-r Triac TRQ gezündet und der Antriebsmotor V läuft Hierdurch sinkt die Temperatur am Thermistor NTQ wieder ab. Wird nun in der Folge am Thermistor A⁷TCf die dem unteren Schaltpult entsprechende Temperatur erreicht, so wird der Operationsverstärker OPV2 leitend. Ist das zweite verstellbare Potentiometer P2 auf den Widerjtandswert

»Null« gedreht, entspricht dies einem Zustand »kaltaus«. Mit dem zweiten verstellbaren Potentiometer Pi kann der />kak-aus-Wert« abgeglichen werden. Es ist zu diesem Zweck mit einem von außen zugänglichen Regclknopf versehen, welcher dem Benutzer des mit der beschriebenen elektronischen Leistungsregelung ausgestatteten Kühlgerätes gestattet, seinen »aus-Wert« zu wählen. Die Größe des zweiten verstellbaren Potentiometers /^bestimmtden Verstellbereich.

Durch die Überkreuz-Ankopptung der Plus- und Minuseingänge sind die beiden Operationsverstärker OPV₁ und OPVz des Doppeloperationsverstärkers wechselseitig eingeschalteL Der Operationsverstärker OPV2 wirkt dabei rückkoppelnd verstimmend auf die Brücke, so daß das Schalten beider Operationsverstärker OPV\ und OPV₁ schlagartig erfolgt.

In der beschriebenen oder einer modifizierten Schaltung können anstelle der Zeiierdioden auch andere Elemente, beispielsweise VDR-Widerstände oder dgl, verwendet werden, sofern diese die zur Erzeugung der Versorgungsspannung erforderliche Konstant-Spannungscharakteristik aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. In Abhängigkeil von einer veränderbaren Zusiandsgröße steuerbare elektronische Leistungsregelung für einen Verbraucher elektrischer Energie, insbesondere temperaturabhängig regelbarer Antrieb für eine Kältemaschine, mit einem im Stromkreis des Verbrauchers liegenden, triggerbaren elektronischen Schaltelement, dessen über einen dem Verbraucher parallel liegenden Kondensator _to fließender Zündstrom durch einen mit gleichgerichteter Niederspannung versorgten elektronischen Regler steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kondensator (Ci) eine Spannungsteilerstrecke aus einem Schaltglied (Zu Z2) rnit zumindest einem Schaltelement (Zu Zi) mit Konstant-Spannungscharakteristik und mit einem ohmschen Widerstand (¹A₂) in Reihe geschaltet ist, daß der Zündstrom für das triggerbare elektronische Schaltelement (TRCi) zwischen dem Schaltglied (Zi, **2f ΐΠΐι i^GnSiaRtOpannüngaCitaTct^tertStiiC ütlu vrätu ohmschen Widerstand (R2) abgegriffen ist daß über der Spannun?stei!erstrecke ein Graetz-Gleichrichter (Di bis Dt) ,iegt auf dessen Gleichspannungsseite ein weiteres, durch den elektronischen Regler (E) angesteuertes elektronisches Schaltelement (Zz) mit Konstant-Spannungscharakteristik liegt, wobei der elektronische Regler (E) über die Gleichspannungsseite des Graetz-Gleichrichters (Di bis Da) mit Gleichspannung versorgt ist

2. In Abhängigkeit von einer veränderbaren Zustandsgröße steuerbare elektronische Leistungsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Scha.iglied (Z₁, Ζΐ) mit Konstant-Spannungscharakteristik zwei gegensinnig hintereinander geschäiicic Zenerdtödeii (Zi, z_/ wenigstens annähernd gleicher Zenerspanrung · erwendet sind

3. In Abhängigkeit von ein?.! veränderbaren Zustandsgröße steuerbare elektronische Leistungsregelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere elektronische Schaltelement (Z₃) eine weitere Zenerdiode ist, deren Zenerspannung kleiner ist als diejenige der beiden mit dem Kondensator (Ci) in Reihe liegenden Zenerdioden (ZuZ₂).

4. In Abhängigkeit von einer veränderbaren Zustandsgröße steuerbare elektronische Leistungsregelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Zenerdiode (Zi) über einen in der Diagonalen (B₁, lh) einer auf der Gleichspannungsseite des Graetz-Gleichrichters (Di bis £>₄) angeordneten Brückenschaltung liegenden Operationsverstärker (OPV) ansteuerbar ist.