DE2342264C3

DE2342264C3 - Temperaturregler für ein drehstrombeheiztes Gerät

Info

Publication number: DE2342264C3
Application number: DE2342264A
Authority: DE
Inventors: Ulrich 5630 Remscheid Ortlinghaus
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1973-08-18
Filing date: 1973-08-18
Publication date: 1981-04-30
Also published as: DE2342264B2; DE2342264A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Temperaturregler für ein drehstrombeheiztes Gerät nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

65 Bei einem solchen, aus der DE-OS 20 38 937 bekannten Durchlauferhitzer ist eine symmetrische Netzbelastung dadurch gegeben, daß eine geregelte Laststufe mit Heizwiderständen vorhanden ist, die über zugehörige Triacs gesteuert sind. Eine Konstantlaststufe fehlt. Der Durchlauferhitzer weist in seinem Regler einen Sägezahngenerator als Taktgeber auf, dessen Periodendauer sehr groß gegenüber der Netzperiodendauer ist Weiterhin weist der Durchlauferhitzer einen Wärmefühler auf, der ein mit der Heizguttemperatur variables Signal abgibt.

Es ist weiterhin aus dei DE-AS 10 20 743 bekannt, einen Durchlauferhitzer mit zwei Konstantlaststufen auszubilden, die beide das Drehstromnetz symmetrisch belasten. Die eine Stufe ist hier thermisch geregelt, die andere hydraulisch gesteuert. Eine stufenlos regelbare Laststufe ist nicht vorhanden.

Es ist weiterhin bekannt, bei Schmitt-Triggern die Schalthysterese in weiten Grenzen einstellbar zu gestalten. Weiterhin ist eine Thyristorschaltung bekanntgeworden, um die Heizleistung eines Lötkolbens von der Volleistung bis etwa V20 Teilleistung herunterzuregeln. Die Steuerung der Thyristoren wird von einem astabilen Multivibrator vorgenommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Einhalten von symmetrischen Lastbedingungen die Leistung einei elektrischen Durchlauferhitzers von Null bis zu einem gerätetypischen Maximalwert zu regeln, ohne daß das Stellglied des Reglers den gesamten Leistungsbereich umfassen muß und ohne daß die Wirkungsweise des Reglers von der Frequenz des speisenden Netzes abhängig ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Regler der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Durch eine derartige Lösung erreicht man den Vorteil weitgehender Störspannungsfreiheit. Durch die Ausbildung des Stellgliedes als Nullspannungsschalter mit digitalem Teiler wird sin leichter Abgleich und eine exakte Phasenlage der Ansteuerung der Leistungsschalter bewirkt.

Weitern Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Temperaturreglers für einen Durchlauferhitzer,

F i g. 2 den Phasenverlauf R der Netzspannung,

F i g. 3 den Phasenverlauf Sder Netzspannung,

F i g. 4 den Phasenverlauf Tder Netzspannung,

Fig. 5 Ausgangsimpulse des NAND-Gatters bei Nulidurchgang der 7?-Phase,

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

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

F i g. 8 Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Multivibrators.

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

Von einem Drehstromnetz mit den Phasen R, 5 und T wird ein elektrisch beheizter Durchlauferhitzer 1 gespeist. Der Durchlauferhitzer 1 weist sechs Heiz-widerstände gleicher Größe auf, von denen je zwei an jede Phase parallel angeschlossen sind, so daß sich eine symmetrische Lastverteilung ergibt. Die Wider-

Leitung 32 X₁A X₂ Λ Χ_} V X₁A X₂AX,

Leitung 33 A", Λ J₂ Λ X, Va₁A J, Λ A,
Leitung 34 J, Λ X₂ Λ A₃ V Λ", Λ X₂ Λ J,

ίο

stände 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 Regelumfang der geregelten 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 runterbrechen kann.

Den der gesteuerten Laststufe zugehörigen Widerständen ist jeweils 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 Brücker.schaltung 13 verbunden. Die BrückenschMtung besteht aus zwei Festwiderständen 14, einem vom 2ü Auslaufwasser des Durchlauferhitzers beeinflußten Meßwiderstand 15 und einem Sollwertsteller 16. Diese von einer Gleichspannung 17 gespeiste Brücke ist ausgangsseitig mit einem Multivibrator 18 verbunden, der auf seiner Ausgangsleitung 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 Multivi- jo brator 23 speist, dessen Ausgang seinerseits einen Binärzähler 24 taktet Über eine Leitung 25 kann der Zähler logisch »0« gesetzt werden, wenn zum erstenmal nach dem Betätigen des Schalters 10 die Spannung der K-Phase Nulldurchgang mit positivem Anstieg hat (vgl. r> 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:

50

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.

Der eben beschriebene Temperaturregler arbeitet wie folgt:

Im Ruhezustand, also bei geschlossenem Warmwasser-Zapfventil, wird der Inhalt des Durchlauferhitzers vom Meßwiderstand 15 a^getühlt, und der Meßwert wird mit der Einstellung des Sollwertgebers 16 verglichen. Wenn davon ausgegangen wird, daß der Durchlauferhitzer vorher in Betrieb war, 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 nur. 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 kiein, 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 Sund Tuber 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 Phasendiskriminator 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

X Λ X₂ Λ Χ, V A^-, Λ J₂ Λ λ",

bzw. X, Λ X₂ Λ Χ_} V X₁ Λ X₂ Λ Α¹,

bzw. .Y₁ Λ X₂ Λ A, V A, Λ A, Λ A,

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 X₁AX₃ zugeordnet ist, 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 Phasendiskriminators 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 Sollwertes meldet. Mangels eines Signals 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, 33 und 34 der Auswertelogik 31 Impulse, so daß die UND-Gatter 35 impulsweise durchschalten. Damit werden alle Steuerleitungen der Triacs 11 beaufschlagt, so daß die Lastwiderstände S. 6 und 7 von den zugehörigen Netzzulcitungen 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 vollsymmetrische Belastung aiier drei/Neizphasen.

Wenn die Brücke 13 eine Sollwertabweichung registriert, beginnt zunächst die geregelte Laststufe 5,6 und 7 zu arbeiten, da der temperaturgesteuerte Multivibrator 18 viel schneller reagiert als der Schwellwertschalter 12, weil 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 geregelte Laststufe 5, 6 und 7 auf einen Wert kurz oberhalb des Minimums eingeregelt.

Aus der Funktionsbeschreibung folgt, daß der beschriebene Gegenstand 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 beschriebenen Schaltung zur Beheizung von Nachtstromspeicheröfen möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Temperaturregler für ein drehstrombeheiztes Gerät mit mehreren, alle drei Netzphasen symmetrisch belastenden, je einen Leistungsschalter für je drei Phasen aufweisenden Laststufen, von denen eine regelbar ist, sowie einem Taktgeber und einem Wärmefühler, der ein mit der Heizguttemperatur variables Signal bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Laststufen eine Konstantlaststufe (2, 3 und 4) und wenigstens die eine geregelte Laststufe (5, 6 und 7) umfassen und die geregelte Laststufe den 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 der Wärmefühler (15) über einen Schwellwertschalter (12) die Konstantlaststufe freigibt und die Periodendauer von Impulsen eines weiteren Taktgebers (18) beeinflußt, welche den anderen Eingängen der UND-Schaltung (35) zugeführt sind und daß die drei Ausgänge der UND-Schaltungen mit den Leistungsschaltern (11) der geregelten Laststufe 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)aev 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.

3. Temperaturregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den drei Ausgangsleitungen (26, 27 und 28) des Zählers (24) zwei über eine UND-Schaltung (29) gekoppelt sind, wobei der Ausgang der UND-Schaltung über einen flankengesteuerten, monostabilen Multivibrator (30) mit dem Eingang eines Phasendiskrimihators (21) verbunden ist, der seinerseits den als Taktgeber benutzten spannungsgesteuerten Multivibrator (23) des Zählers (24) ansteuert.

4. Temperaturregler nach Anspruch 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 spannungsgesteuerten Multivibrators (23) steuert.

5. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendiskriminator (21) beim ersten Nulldurchgang 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.