DE2342264A1

DE2342264A1 - Temperaturregler

Info

Publication number: DE2342264A1
Application number: DE19732342264
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ortlinghaus
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1973-08-18
Filing date: 1973-08-18
Publication date: 1975-03-06
Also published as: DE2342264B2; DE2342264C3

Description

Jon. Vaillant K.G.

DT 669

15. Aug. 1973

Temperaturregler

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Temperaturregler für ein drehstromgeheiztes Gerät mit mehreren Laststufen, von denen eine steuerbar 1st.

Bei einer solchen, aus der DT-AS 1 615 417 bekannten Anordnung handelt es sich um einen elektrischen Durchlauferhitzer, der von einem Drehstromnetz gespeist ist. Bei dieser Anordnung sind drei Schaltstufen vorgesehen, gemäß den Heizwiderständen der Dreieckschaltung. Es ergibt sich somit in jedem Betriebszustand, außer bei Voll-Last, eine unsymmetrische Netzbelastung. Die bekannte Lösung hat außerdem den Nachteil einer starken Störwellen- "und Störimpulsausstrahlung auf das Netz, die mit zusätzlichem Aufwand zu dämpfen ist.

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Der vorliegenden. Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leistungssteuerung für einen Durchlauferhitzer zu schaffen, die in allen Betriebszuständen eine symmetrische

Belastung der drei Netzphasen sicherstellt. Weiterhin soll mit der Erfindung vermieden werden, daß Störimpulse auf das Netz gelangen, ohne das bekannte Entstörmittel zusätzlich Verwendung finden. Weiterhin soll der Forderung Rechnung getragen werden, daß die erfindungsgemä'ße Temperatur-Regelvorrichtung auch bei anderen Speisefrequenzen ohne weiteren Umbau einsetzbar ist. Weiterhin soll die gleiche Steuerspannung zum Schalten der Konstantlaststufen und zum Steuern des Stellgliedes Verwendung finden.

Diese Aufgaben werden bei einem Temperaturregler der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemä'ß dadurch gelöst, daß die Konstantlaststufen symmetrisch alle drei Netzphasen umfassen und daß die gesteuerte Laststufe einen im Takt der Spannungsquelle geführten Taktgeber mit drei Ausgängen aufweist, die jeweils einen Eingang einer UND-Schaltung bilden, daß von einem Wärmefühler ein mit der Heizguttemperatur variables Signal gebildet ist, das über Schwellwert schalter die Konstantlaststufe freigibt, und das die Periodendauer von Impulsen eines Taktgebers beeinflußt, weiche den anderen Eingängen der UND-Schaltung zugeführt sind und daß die drei Ausgänge der UND-Schaltungen mit je einem Leistungsschalter für die drei Phasen verbunden sind.

Durch eine derartige Lösung erreicht man den Vorteil weit-

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gehender Störspannungsfreiheit. Durch die Ausbildung des Stellgliedes als Nullspannungsschalter mit digitalem Teiler wird ein leichter Abgleich und eine exakte Phasenlage der Ansteuerung der Leistungsschalter bewirkt. -·■»

Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen, der, nachfolgenden Beschreibung sowie den Fig. 1 bis 8 der Zeichnung ersichtlich. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild eines Temperaturreglers für

einen Durchlauferhi tzer,

Fig. 2 den Phasenverlauf R der Netzspannung,

Fig. 3 den Phasenverlauf S der Netzspannung,

Fig. 4 den Phasenverlauf T der Netzspannung,

Fig. 5 Ausgangsimpulse des NAND-Gatters bei Nulldurchgang der R Phase,

Fig. 6 Ausgangsimpulse des NAND-Gatters bei Nulldurchgang der S Phase und

Fig. 7 Ausgangsimpulse des NAND-Gatters bei Nulldurchgang der T Phase.

Fig. 8 Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Multivibrators .

In allen 8 Fig. bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

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Von einem Drehstromnetz mit den Phasen R, S und T wird ein elektrisch beheizter Durchlauferhitzer 1 gespeist. Der Durchlauferhitzer 1 weist sechs Heizwiderstände gleicher Größe auf, von denen je zwei an jede Phase parallel angeschlossen sind, so daß sich eine symmetrische Lastverteilung ergibt. Die Widerstände 2, 3 und 4 bilden eine Konstantlaststufe, während die Widerstände 5, 6 und 7 eine gesteuerte Laststufe ergeben. Es ist ohne weiteres möglich, die Konstantlaststufe in mehrere Konstantlaststufen aufzuteilen. Wichtig ist in diesem Zusammenhang nur, daß der Steuerumfang der gesteuerter Laststufe gleich oder größer ist als die einzelnen Konstantlaststufen. Die Konstantlaststufenwiderstände 2, 3 und 4 sind über Kontakte 8 eines Schützes 9 an eine Netzzuleitung angeschlossen, in der noch ein Schaltkontakt einer Wassermangelsicherung 10 des Durchlauferhitzers angeordnet ist, der nur die Zuleitungen der Phasen S und T unterbrechen kann.

Den der gesteuerten Laststufe zugehörigen Widerständen ist ein Triac 11 vorgeschaltet, die ihrerseits mit den Netzzuleitungen hinter dem Wasserschalter 10 verbunden sind. Das Schütz 9 ist über einen Schwellwertschalter 12 mit dem Ausgang einer Brückenschaltung 13 verbunden. Die Brückenschaltung besteht aus zwei Festwiderständen 14, einem vom Auslaufwasser des Durchlauferhitzers beeinflußten Meßwiderstand 15 und einem Sollwertsteller 16. Diese von einer Gleichspannung 17 gespeiste Brücke ist ausgangssei tig mit einem Multivibrator 18 verbunden, der auf seiner Ausgangs-

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leitung 19 Spannungsimpulse abgibt, deren Impuls-Pausenverhältnis mit der Temperatur des auslaufenden Wassers variabel ist.

Von der Spannung der Phase R ist über eine Zuleitung 20 ein Phasendiskriminator 21 gespeist, der über seinem einen Ausgang 22 einen spannungsgesteuerten Multivibrator 23 speist, dessen Ausgang seinerseits einen Binärzähler 24 taktet. Ober eine Leitung 25 kann der Zähler logisch "0" gesetzt werden, wenn zum ersten Mal nach dem Betätigen des Schalters 10 die Spannung der R Phase Nulldurchgang mit positivem Anstieg hat, vergl . Fig. 2. Der Binärzähler hat drei Ausgangsleitungen 26, 27 und 28, von denen die Leitungen 26 und 28 über ein UND-Gatter 29 miteinander verknüpft sind, dessen Ausgang mit einem monostabilen Multivibrator 30 verbunden ist. Das Ausgangssignal dieses Multivibrators 30 ist dem Phasendiskriminator 21 zugeführt.

An die drei Leitungen, 26, 27 und 28 ist eine Auswertelogik 31 angeschlossen, deren drei Ausgangsleitungen 32, 33 und 34 folgenden Bedingungen gehorchen:

Leitung 32 X₁ A X₂ Λ Χ3 V X₁ Λ X₂ A X₃ Leitung 33 X₁ A x"₂ A X₃ V X₁ Λ X₂ Λ Χ~₃ Leitung 34 JT₁ A X₂ Λ x"₃ V X₁ A X₂ A X₃

Die Leitungen 32, 33 und 34 sind jeweils mit der Leitung 19 über ein UND-Gatter 35 miteinander verknüpft. Die Ausgangsleitungen der UND-Gatter sind mit den Steuerleitungen der Triacs 11 verbunden.

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Der eben beschriebene Temperaturregler arbeitet wie folgt:

Im Ruhezustand, also bei geschlossenem Warmwasser-Zapfventil, wird der Inhalt des Durchlauferhitzers vom Meßwiderstand 15 abgeflihlt, und der Meßwert wird mit der Einstellung des Sollwertgebers 16 verglichen. Wenn davon ausgegangen wird, daß der Durchlauferhitzer vorher in Betriebwar, wird das in ihm verbliebene Wasser durch die Nachheizung eine über dem Sollwert liegende Temperatur annehmen. Das bedeutet, daß die Brücke im Gleichgewicht ist und auf der Ausgangsleitung zum Schwellwertschalter 12 bzw. zum temperaturgesteuerten Multivibrator 18 erscheint kein Spannungssignal. Kühlt sich nun der inhalt des Durchlauferhitzers ab, so registriert der Meßwertgeber 15 die Temperaturdifferenz zum Sollwert, worauf die Brücke verstimmt wird und worauf sowohl dem Schwellwertschalter 12 als auch dem temperaturgesteuerten Multivibrator 18 ein Signal zugeleitet wird. Diese Verstimmung ist aber so klein, daß der Schwellwertschalter 12 nicht anspringt, während der Multivibrator 18 einen Spannungsimpuls auf die Leitung 19 gibt, dessen Länge proportional der Temperaturabweichung ist, da es sich um einen astabilen Multivibrator handelt. Dieser Impuls wird den Eingängen der UND-Gatter 35 zugeführt, wobei hier insbesondere das dem Lastwiderstand 5 zugeordnete Gatter wichtig ist. Während die Netzzuleitungen S und T Über den offenen Wasserschalter 10 unterbrochen sind, ist die Netzphase R auf den einen Triac 11 des Durchlauferhitzers 1 durchgeschaltet und zwar auf den dem Lastwiderstand 5 zugehörigen. Spannung der Phase R liegt aber auch am Phasen-

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diskriminator 21 an, so daß beim ersten Nulldurchgang der Spannung in positiver Richtung auf der Leitung 25 ein Impuls erscheint, der den Zähler 24 logisch "0" setzt. Der Multivibrator 23 taktet den Zähler 24.

Durch die logische Verknüpfung, die den Bedingungen

Xl Λ X₂ Λ X₃ V X₁ Λ X₂ Λ

bzw. X₁ Λ X₂ Λ X₃ V X₁ Λ X₂ A X₃

bzw. X₁ Λ X₂ Λ X₃ V X₁ Λ X₂ Λ X₃

gehorcht, erscheint auf den Ausgangsleitungen 32, 33 und 34 ein von Multivibrator 23 abhängiges Ausgangssignal, das über die UND-Gatter 35 und deren Taktung des temperaturabhängigen Multivibrators 18 den Triacs 11 zugeführt wird. Eine Rückkopplung über das UND-Gatter 29, das der Bedingung X₁ Λ X₃ zugeordnet 1st, und den flankengesteuerten monostabilen Multivibrator gibt einen zeitlich begrenzten Impuls an den Phasendiskriminator 21. Der Phasendiskriminator integriert während der Impulsdauer das Eingangssignal R und führt so einen Phasenvergleich aus. Das Ausgangssignal des Phasend1skr1m1nators 21 steuert den spannungsabhängigen Multivibrator derart, daß bei positiver Spannung die Taktfrequenz des Multivibrators 23 geringer, bei negativer Spannung die Taktfrequenz des Multivibrators 23 größer wird, so daß eine Synchronisation erfolgt. Da nur der dem Widerstand 5 zugehörige Triac Netzspannung erhält, schaltet dieser Triac durch, so daß über den Widerstand 5 das Speichervolumen des Durchlauferhitzers aufgeheizt wird. Das Aufheizen findet dann seine Grenze, wenn das Wasser so warm wird, daß der Meßwiderstand 15 das Erreichen des SoIl-

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wertes meldet. Mangels Signal am Eingang des temperaturabhängigen Multivibrators 18 sendet dieser keine Impulse mehr aus. Da der Voluminhalt des Durchlauferhitzers etwa 0,2 Liter beträgt, ist die unsymmetrische Belastung vernachlässigbar klein.

Wird nun das Zapfventil des Durchlauferhitzers 1 bedient, so schalten die Kontakte des Wasserschalters 10 durch, so daß die Netzspannung an allen Triacs 11 liegt. Durch das nachfließende kalte Wasser wird die Brücke 13 wieder verstimmt, so daß dem temperaturabhängigen Multivibrator 18 wieder ein Signal zugeführt wird. Als Folge davon erscheinen auf der Leitung 19 wieder Impulse mit temperaturabhängigem Impuls-Pausenverhältnis. Andererseits erscheinen auf den Ausgangsleitungen 32 der Auswertelogik 31 Impulse, so daß die UND-Gatter 35 impulsweise durchschalten. Damit werden alle Steuerleitungen der Triacs 11 beaufschlagt, so daß die Lastwiderstände 5, 6 und 7 von den zugehörigen Netzzuleitungen mit Spannung versorgt werden. Reicht die Aufheizung, die nun unter vollsymmetrischer Belastung der drei Phasen erfolgt nicht aus, um die Brücke 13 ins Gleichgewicht zu bringen, so schaltet der Schwellwertschalter 12 durch. Als Folge davon wird das Schütz 9 erregt» so daß die Kontakte 8 die Lastwiderstände 2, 3 und 4 einer Konstantlaststufe zuschalten. Auch dieser Betriebszustand des Durchlauferhitzers gibt eine vol!symmetrische Belastung aller drei Netzphasen.

Wenn die Brücke 13 eine Sollwertabweichung registriert, be-

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ginnt zunächst die gesteuerte Laststufe 5, 6 und 7 zu arbeiten, da der temperaturgesteuerte Multivibrator 18 viel schneller reagiert als der Schwellwertschalter 12, da dessen Reaktionsschwelle niedriger liegt als die des Schwellwertschalters. Kann das Stellglied 5, 6 und 7 die Regelabweichung nicht beseitigen, schaltet der Schwellwertschalter 12 mit seiner größeren Hysterese. Liegt die erforderliche Last zum Abgleichen der Brücke 13 auf einem Wert wenig Über dem der Konstantlaststufe 2, 3 und 4, wird die gesteuerte Laststufe 5» 6 und 7 auf einen Wert kurz oberhalb des Minimums eingeregelt.

Aus der Funktionsbeschreibung folgt, daß der Gegenstand der Erfindung nicht nur für Durchlauferhitzer und Warmwasserspeicher Verwendung finden kann, sondern auch generell für alle Drei-Phasen beheizten Wärmegeräte, also auch Heizlüfter.

Auch wäre ein Einsatz der Erfindung zur Beheizung von Nachtstromspeicheröfen möglich.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Iy Temperaturregler für ein clrehstrombeheiztes Gerät mit mehreren Laststufen, von denen eine steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Konstantlaststufen (2, 3, und 4) die gesteuerte Laststufe (5, 6 und 7) symmetrisch alle drei Netzphasen (R,S,T) umfaßt und die gesteuerte Laststufe einen im Takt der Spannungsquelle (R) geführten Taktgeber (23, 24 und 31) mit drei Ausgängen (32, 33 und 34) aufweist, die jeweils einen Eingang einer UND-Schaltung (35) bilden, daß von einem Wärmefühler (15) ein mit der Heizguttemperatur variables Signal gebildet ist, das über Schwellwertschalter (12) die Konstantlaststufe freigibt und das die Periodendauer von Impulsen eines Taktgebers 18 beeinflußt, welche den anderen Eingängen der UND-Schaltung (35) zugeführt sind und daß die drei Ausgänge der UND-Schaltungen mit je einem Leistungsschalter (11) für die drei Phasen verbunden sind,
2. Temperaturregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (23,24 und 31) einen Zähler (24) enthält, der von einer Phase (R) der Spannungsquelle starr geführt ist und den einen Ausgang (32) unverzögert ansteuert, während die beiden anderen Ausgänge (33,34) nach jeweils wenigstens einem Schaltschritt ein Signal erhalten.

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3. Temperaturregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den drei Ausgangsleitungen (26,27 und 28) zwei über eine UND-Schaltung (29) gekoppelt sind, wobei der Ausgang der UND-Schaltung über einen flankengesteuerten, monostabilen Multivibrator (30) mit den Eingang eines Phasendiskriminators (21) verbunden ist, derseinerseits den Taktgeber (23) des Zählers (24) ansteuert.
4. Temperaturregler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendiskriminator (21) mit einer Phase (R) der Spannungsquelle verbunden ist und bei Nulldurchgang im positiven Sinne der Spannung dieser Phase diese Spannung über eine, von dem flankengesteuerten Multivibrator (30) vorgegebene Zeit integriert und nach Maßgabe dieses Meßwertes die Taktfrequenz des Multivibrators (23) steuert.
5. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendiskriminator (21) beim ersten Null durchgang in positiver Richtung der Spannung in der Phase (R) ein Signal erzeugt, das dem Zähler (24) zum Logisch "0" setzen zugeführt ist.
6. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der geregelten Laststufe zugehörigen Widerstände (5, 6 und 7) kleiner sind als die der Konstantlaststufe (2, 3 und 4) zugehörigen Widerstände.

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