DE3645189C2 - Three=phase continuous flow water heater - Google Patents

Abstract

The heater system consists of a unit of plastics into which is set a zig-zag water channel. The channel is connected to a cold water supply and delivers heated water via a valve.Within the unit are three resistors (R1,R21,R22) which are coupled to a cycle controller (7). Each element is controlled by a Triac (Tr1-T22) that receives firing signals from the controller. The resistors are sized to provide a suitable resolution for switching in stages

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The present invention relates to a method according to the preamble of Main claim.

Ein solches Verfahren ist Gegenstand des älteren Patents 35 40 830.Such a process is the subject of the earlier patent 35 40 830.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Verfahren im Hinblick auf seine Anwendung bei einem elektrischen Durchlauferhitzer weiterauszugestalten.The object of the invention is the method with regard to its application with an electric instantaneous water heater.

Demgemäß liegt die Erfindung in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.Accordingly, the invention lies in the characterizing features of the main claim.

Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand des Unteranspruchs und zusammen mit weiteren vorteilhaften Merkmalen Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Fig. Fig. 1 bis 9 der Zeichnung unter Zuhilfenahme einer Tabelle beschreibt. Further embodiments are the subject matter of the dependent claim, and together with further advantageous features in the following description, the embodiments of the invention with reference to FIGS. FIGS. 1 to 9 of the drawings with the aid of a table describing.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Prinzipschaltung für einen einphasigen Verbraucher, Fig. 1 shows a basic circuit for a single-phase consumers,

Fig. 2 Diagramme zur Funktion der Schaltung nach Fig. 1, Fig. 2 shows diagrams for the operation of the circuit according to Fig. 1,

Fig. 3 eine Schaltung für einen dreiphasigen Verbraucher, Fig. 3 shows a circuit for a three-phase load,

Fig. 4 einen elektrischen Durchlauferhitzer in Prinzipdarstellung, Fig. 4 is an electric water heater in basic representation,

Fig. 5 eine erste Schaltung für den Durchlauferhitzer, Fig. 5 shows a first circuit for the water heater,

Fig. 6 eine zweite Schaltung für den Durchlauferhitzer und die Fig. 6 shows a second circuit for the water heater and the

Fig. 7 bis 9 Diagramme zur Funktion der Schaltungen nach den Fig. 3, 5 und 6. FIGS. 7 to 9 are diagrams for the operation of the circuits of FIGS. 3, 5 and 6.

Die Schaltung beruht auf dem Grundgedanken, zur Darstellung einer bestimmten Leistung mehrere ungleiche Teilwiderstände zu benutzen, von denen bei Betrieb an Wechselspannung oder Drehspannung einer oder mehrere mit Schwingungspaketsteuerungen betrieben werden, wobei sich der Mittelwert der eingestellten Leistung als Summe der Mittelwerte der Leistungen an den Widerständen ergibt. Bei Betrieb an Gleichspannung treten anstelle der Schwingungspaketsteuerung Impulsbreitensteuerungen.The circuit is based on the basic idea to represent a specific one Power to use several unequal resistors, of which at Operation on AC or three-phase voltage of one or more with vibration package controls be operated, the average of the set Power as the sum of the mean values of the power at the resistors results. When operating on DC voltage, replace the vibration packet control Pulse width controls.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung. Fig. 1 shows a circuit for explaining the basic principle of the invention.

An die Außenleiter L₁, L₂ sind zwei Widerstände R₁ und R₂ über Triacs angeschlossen.To the outer conductor L₁, L₂ two resistors R₁ and R₂ are connected via triacs.

Am Widerstand R₁ fällt bei Volleinschaltung eine Leistung P₁, beispielsweise P₁ = 1,75 kW ab. Der Widerstand R₂ ist so ausgelegt, daß an ihm bei Volleinschaltung die Leistung P₂ abfällt, die doppelt so groß wie P₁, also P₂ = 2 P₁, beispielsweise P₂ = 3,5 kW.At full resistance, a power P 1 falls on the resistor R 1, for example P₁ = 1.75 kW from. The resistor R₂ is designed so that at him When switched on the power P₂ drops twice as large as P₁, thus P₂ = 2 P₁, for example P₂ = 3.5 kW.

Fig. 2 zeigt das Verfahren der Leistungseinstellung. Fig. 2 shows the process of power adjustment.

Der Bereich der Leistungen von P=0 bis P=P₁ wird bei ausgeschaltetem R₂ durch periodische Schwingungspaketsteuerung von R₁ mit unterschiedlichen Tastverhältnissen eingestellt, wobei das Tastverhältnis T sich als Summe der Einschaltzeiten t_Ein bezogen auf die Periodendauer t_p ergibt. The range of services available from P = 0 to P = P₁ is at off R₂ set by periodic burst control of R₁ with different duty cycles, the duty cycle T is obtained as the sum of the switch-on times t _A, based on the period duration t _p.

Im Bereich der Leistung P=P₁ bis P=P₂=2 P₁ wird der Widerstand R₂ permanent mit periodischer Schwingungspaketsteuerung des Tastverhältnisses T=0,5 betrieben, so daß an ihm eine mittlere Leistung von P₂/2=P₁ abfällt. Der Widerstand R₁ wird dabei wie im oben angegebenen Leistungsbereiche mit Schwingungspaketsteuerung betrieben, so daß durch unterschiedliche Tastverhältnisse für R₁ im angegebenen Leistungsbereich die Leistung feinstufig einstellbar ist.In the range of power P = P₁ to P = P₂ = 2 P₁, the resistance R₂ permanent with periodic vibration packet control of the duty cycle T = 0.5 operated so that an average power of P₂ / 2 = P₁ drops at it. The resistance R₁ is like in the power ranges specified above operated with vibration package control, so that by different Duty cycles for R₁ in the specified performance range the performance is finely adjustable.

Im Bereich der Leistung P=P₂ bis P=P₁ + P₂=3 P₁ wird der Widerstand R₂ fest eingeschaltet und wiederum der Widerstand R₁ mit Schwingungspaketsteuerung betrieben, so daß durch unterschiedliche Tastverhältnisse eine feinstufige Einstellung erfolgt.In the range of power P = P₂ to P = P₁ + P₂ = 3 P₁ the resistance R₂ permanently switched on and again the resistor R₁ with vibration packet control operated so that a by different duty cycles fine adjustment is made.

Bei der Anwendung von Schwingungspaketsteuerung für R₁ bzw. R₂ wird nur Vollwellensteuerung angewandt und im Stromnulldurchgang geschaltet. Erfindungsgemäß wird dabei so verfahren, daßWhen using vibration packet control for R₁ or R₂ only Full wave control applied and switched at zero current. The procedure according to the invention is such that

• a) die kleinste Einschaltzeit bzw. die kleinste Ausschaltzeit eine Netzperiode (20 ms) sind,a) the smallest switch-on time or the smallest switch-off time Network period (20 ms),
• b) eine möglichst hohe Schaltfrequenz erreicht wird, um die Netzrückwirkungen (Flicker) zu minimieren. Dazu wird eine längere Einschaltzeit bzw. eine längere Ausschaltzeit in mehrere kurze Einschaltzeiten bzw. Ausschaltzeiten einer Netzperiode unterteilt,b) the highest possible switching frequency is achieved in order to reduce the network perturbations To minimize (flicker). This will result in a longer switch-on time or a longer switch-off time in several short switch-on times or switch-off times of a network period divided,
• c) beim gleichzeitigen Anwenden von Schwingungspaketsteuerung auf R₁ und R₂ die Einschaltzeitpunkte für R₁ identisch mit Ausschaltzeitpunkten für R₂ sind und umgekehrt, um die Netzrückwirkungen (Flicker) zu minimieren,c) while applying vibration packet control to R₁ and R₂ the switch-on times for R₁ identical to switch-off times are for R₂ and vice versa in order to minimize the network effects (flicker),
• d) der Widerstand R₂ bzw. die Leistung P₂ so gewählt werden, daß durch Schwingungspaketsteuerung mit einem Tastverhältnis T=0,5 und einer Einschaltzeit bzw. Ausschaltzeit von einer Netzperiode der zulässige Flickerpegel nicht überschritten wird.d) the resistance R₂ or the power P₂ be chosen so that Vibration packet control with a duty cycle T = 0.5 and one Switch-on time or switch-off time of one grid period the permissible Flicker level is not exceeded.

Im Beispiel der Fig. 2 beträgt die Periodendauer t_p=6 · 20 ms=120 ms. Damit ist ein minimales Tastverhältnis von T=20 ms/120 ms = 1/6 erreichbar. Bei den angegebenen Leistungen P₁=1,75 kW und P₂=3,5 kW ist somit die Gesamtleistung P von 0 bis 5,25 kW in Stufen von ca. 290 W einstellbar. Folgende Anmerkungen sind wesentlich: Die Leistung P₂ muß nicht genau doppelt so groß wie P₁ sein. Zur Darstellung größerer Leistungsbereiche können weitere Widerstände fest zu- oder abgeschaltet werden. Die Widerstände R₁ und R₂ können auch an unterschiedlichen Außenleitern eines Dreiphasensytems betrieben werden.In the example in FIG. 2, the period t _p = 6 × 20 ms = 120 ms. This enables a minimum duty cycle of T = 20 ms / 120 ms = 1/6 to be achieved. With the specified powers P₁ = 1.75 kW and P₂ = 3.5 kW, the total power P can thus be set from 0 to 5.25 kW in steps of approx. 290 W. The following comments are essential: The power P₂ need not be exactly twice as large as P₁. To display larger power ranges, additional resistors can be switched on or off. The resistors R₁ and R₂ can also be operated on different outer conductors of a three-phase system.

Fig. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung in einem elektrischen Durchlauferhitzer mit einer Gesamtleistung von 21 kW. Fig. 3 shows the application of the invention in an electric instantaneous water heater with a total output of 21 kW.

Die Widerstände R₁ und R₂ sind identisch mit denen der Fig. 1, liegen aber an unterschiedlichen Außenleitern.The resistors R₁ and R₂ are identical to those of Fig. 1, but are on different outer conductors.

Dadurch bedingt ist beim Schalten im Nullpunkt ein Einschaltvorgang von R₁ nicht exakt gleichzeitig mit einem Ausschaltvorgang von R₂ realisierbar.This is a switch-on process of R₁ when switching to zero cannot be realized exactly at the same time as an R₂ switch-off process.

Eine Ausführung des Durchlauferhitzers kann so vorgenommen werden, daß an R₀ eine Leistung von 3,5 kW, bei Dauereinschaltung an R₁ eine Leistung von 1,75, an R₂ von 3,5, an R₃ von 5,75 und an R₄ von 7 kW abfällt.The instantaneous water heater can be designed in such a way that R₀ a power of 3.5 kW, with continuous switching on R₁ a power of 1.75, R₂ of 3.5, R₃ of 5.75 and R₄ of 7 kW drops.

Bei Einschalten des Gerätes ist die Leistung an R₀ (3,5 kW immer vorhanden. Im Bereich zwischen 3,5 kW und 21 kW kann durch Betrieb von R₁ und R₂ entsprechend Fig. 2 und fest- zu bzw. abgeschalteten Widerständen R₃ bzw. R₄ die Leistung in Stufen von ca. 290 W eingestellt werden.When the device is switched on, the power at R₀ (3.5 kW is always present. In the range between 3.5 kW and 21 kW, operation of R₁ and R₂ according to FIG. 2 and fixed or switched off resistors R₃ and R₄ the power can be set in steps of approx. 290 W.

Günstige Netzwirkungen ergeben sich bei der angegebenen Anschlußfolge.Favorable network effects result from the specified connection sequence.

Zur Schaltung nach Fig. 3 gelten noch folgende Anmerkungen: Die Gesamtleistung kann von 21 kW abweichen. Die Aufteilung von R₃ und R₄ kann anders gewählt werden. Die Widerstände können bei gleichen Verhältnissen insgesamt kleiner gewählt werden (oder größer). Die Anwendung kann für beliebige Elektrogeräte erfolgen, sowohl einphasig entsprechend Fig. 1 oder dreiphasig. Die Schaltung kann auch bei Gleichspannungsversorgung und auch auf komplexe Widerstände angewandt werden.The following comments also apply to the circuit according to FIG. 3: The total power can deviate from 21 kW. The distribution of R₃ and R₄ can be chosen differently. The resistors can be chosen to be smaller overall (or larger) given the same conditions. The application can be for any electrical device, both single-phase according to Fig. 1 or three-phase. The circuit can also be used for DC voltage supply and also for complex resistors.

Für Vorstehendes gilt: Ein "kleinerer" Widerstand bedeutet ein Widerstand mit kleinerer erzeugbarer Leistung.For the above applies: A "smaller" resistance means a resistance with smaller power that can be generated.

Gleichzeitiges Schalten bedeutet bei Betrieb an einem Dreiphasensystem zeitlich aufeinanderfolgendes Schalten im jeweiligen Stromnulldurchgang. Ein beliebiger elektrischer Verbraucher gemäß Fig. 4, insbesondere ein Durchlauferhitzer, weist einen Kanalkörper 1 auf, der aus Kunststoff besteht und einen mäanderförmig durchgehenden Wasserkanal 2 aufweist. When operating on a three-phase system, simultaneous switching means switching in succession at the current zero crossing. Any electrical loads shown in FIG. 4, in particular a water heater, has a channel body 1, which consists of plastic and has a meander-shaped continuous water channel 2.

Der Wasserkanal 2 ist an eine speisende Kaltwasserzuleitung 3 und an eine Warmwasservorlaufleitung 4 angeschlossen, wobei letztere mit einem Zapfventil 5 versehen ist.The water channel 2 is connected to a feeding cold water supply line 3 and to a hot water supply line 4 , the latter being provided with a nozzle 5 .

Es ergeben sich im Kanalkörper 1 drei von je einem Widerstand R1, R21, R22 beheizte Kanäle 6, die im Wasser hydraulisch in Serie liegen. Den Widerständen ist eine Schwingungspaketsteuerung 7 zugeordnet.There are three channels 6 , each heated by a resistor R1, R21, R22, in the channel body 1 , which are hydraulically connected in series in the water. An oscillation packet controller 7 is assigned to the resistors.

Es ist hierbei möglich, die Warmwasserauslauftemperatur mittels eines im Kanal 4 angeordneten Temperaturfühlers zu messen und über die Schwingungspaketsteuerung 7 die an den Widerständen R1, R21 und R22 abgegebenen Leistungen so zu steuern, daß eine bestimmte Auslauftemperatur unabhängig von der Höhe der Kaltwassereinlauftemperatur und unabhängig vom Durchsatz erzielt wird. Es ist auch möglich, bei vorgegebenem Durchsatz und geschätzter oder gemessener Kaltwassereinlauftemperatur die Leistungsabgabe an die Widerstände so zu steuern, daß eine vorgebbare Warmwassertemperatur erreicht wird.It is possible to measure the hot water outlet temperature by means of a temperature sensor arranged in channel 4 and to control the power output at the resistors R1, R21 and R22 via the vibration package controller 7 so that a certain outlet temperature is independent of the level of the cold water inlet temperature and independent of the throughput is achieved. It is also possible to control the power output to the resistors at a given throughput and estimated or measured cold water inlet temperature in such a way that a predeterminable hot water temperature is reached.

Die zugehörige Prinzipschaltung geht aus der Fig. 5 hervor. An einem ersten Außenleiter L1 eines speisenden Drehspannungsnetzes mit einer verketteten Außenleiterspannung von 380 V ist eine erste Leitung 8 angeschlossen, die zu einem ersten Verzweigungspunkt 9 und einem zweiten Verzweigungspunkt 10 führt. Vom ersten Verzweigungspunkt 9 geht ein erster Zweig 11 ab, der aus einer Reihenschaltung eines elektronischen Schalters Tr22 (beispielsweise eines Triacs) und dem Widerstand R22 besteht. Der Zweig 11 ist auf der freien Seite an einem Verzweigungspunkt 12 angeschlossen, der über eine Leitung 13 mit dem Außenleiter L3 in Verbindung steht. Zwischen den Verzweigungspunkten 10 und 12 ist ein zweiter Zweig angeschlossen, der gleichermaßen aus einem elektronischen Schalter Tr21 und dem Widerstand R21 besteht. Die Widerstände R21 und R22 sind unterschiedlich und zwar ist der Widerstand R21 so ausgelegt, daß sich an ihm bei Dauereinschaltung des zugehörigen Triacs Tr21 eine Leistung P21 ergibt. Die sich bei Dauereinschaltung des Triacs Tr22 ergebende Leistung P22 am zugehörigen Widerstand R22 ist so bemessen, daß sie etwa doppelt so groß ist wie die Leistung P21. Man strebt möglichst den Leistungssprung von zwei zwischen den beiden Leistungen an, wird ihn aber aufgrund von Toleranzen nicht unbedingt erreichen müssen. The associated basic circuit is shown in FIG. 5. A first line 8 , which leads to a first branch point 9 and a second branch point 10 , is connected to a first outer conductor L1 of a feeding three-phase voltage network with a chained outer conductor voltage of 380 V. From the first branch point 9 a first branch 11 branches off, which consists of a series connection of an electronic switch Tr22 (for example a triac) and the resistor R22. The branch 11 is connected on the free side to a branch point 12 which is connected to the outer conductor L3 via a line 13 . A second branch is connected between the branch points 10 and 12 , which likewise consists of an electronic switch Tr21 and the resistor R21. The resistors R21 and R22 are different, namely the resistor R21 is designed such that a power P21 results on it when the associated triac Tr21 is switched on continuously. The power P22 at the associated resistor R22 which results when the triac Tr22 is switched on continuously is dimensioned such that it is approximately twice as large as the power P21. One strives for the leap in performance of two between the two, if possible, but it will not necessarily have to be achieved due to tolerances.

Vom Außenleiter L2 führt eine weitere Leitung 15 zu einem dritten Zweig 16, der gleichermaßen aus der Serienschaltung des Widerstandes R1 mit seinem zugehörigen Triac Tr1 besteht und der andererseits am Verzweigungspunkt 10 angeschlossen ist. Der Widerstand R1 ist so gewählt, daß bei Dauereinschaltung des Triacs Tr1 die an ihm erzeugbare Leistung P1 etwa halb so groß wie die Leistung P21 ist.A further line 15 leads from the outer conductor L2 to a third branch 16 , which likewise consists of the series connection of the resistor R1 with its associated triac Tr1 and, on the other hand, is connected to the branch point 10 . The resistor R1 is selected so that when the triac Tr1 is switched on continuously, the power P1 that can be generated on it is approximately half the power P21.

Die Bemessung der Widerstände R1, R12, R22 ist so vorzunehmen, daß die Gesamtleistung im gesamten Bereich von 0 bis zur Summenleistung von P1+P21+P22 feinstufig einstellbar wird. Dies ist gegeben, wenn P1 mindestens P21/2 und für P22<2 · P21 die Leistung P1 mindestens (P22-P21)/2 ist.The resistance R1, R12, R22 must be dimensioned so that the total power in the entire range from 0 to the total power of P1 + P21 + P22 is finely adjustable. This is the case if P1 is at least P21 / 2 and for P22 <2 · P21 the power P1 is at least (P22-P21) / 2.

Im Idealfall ist P22=2·P21=4·P1. Der Absolutwert der Leistungen ist so zu wählen, daß bei Tastung von P21 bzw. (P22-P21)/2 mit festem Tastverhältnis T2=0,5 (z. B. alternierend 1 Netzperiode ein, 1 Netzperiode aus) bzw. bei Tastung von P1 mit variablem Tastverhältnis T1 die zulässigen Netzrückwirkungen (Flicker) nicht überschritten werden. Eine sinnvolle Auslegung erfolgt mit P1=1,5 kW, P21=2,5 kW, P22=4,5 kW.Ideally, P22 = 2 · P21 = 4 · P1. The absolute value of the benefits is so that when keying P21 or (P22-P21) / 2 with a fixed duty cycle T2 = 0.5 (e.g. alternating 1 grid period on, 1 grid period off) or when keying P1 with variable duty cycle T1, the permissible network effects (Flicker) must not be exceeded. A sensible interpretation takes place with P1 = 1.5 kW, P21 = 2.5 kW, P22 = 4.5 kW.

Der Schwingungspaketsteuerung 7 ist noch ein Sollwertgeber 17 zugeordnet, mit dem die Größe der einstellbaren elektrischen Gesamtleistung der Schaltung vorgebbar ist. Dies kann z. B. der Sollwertgeber eines Temperaturreglers für den Durchlauferhitzer sein.A setpoint generator 17 is also assigned to the vibration packet controller 7 , with which the size of the adjustable total electrical power of the circuit can be predetermined. This can e.g. B. the setpoint of a temperature controller for the instantaneous water heater.

Es soll noch erwähnt werden, daß zwischen die Außenleiter L1 und L3 einerseits bzw. L1 und L2 andererseits weitere Zweige analog den Zweigen 11 bzw. 14 oder 16 zusätzlich parallel geschaltet werden können.It should also be mentioned that between the outer conductors L1 and L3 on the one hand and L1 and L2 on the other hand further branches analogous to branches 11 or 14 or 16 can additionally be connected in parallel.

Zur Erläuterung der Betriebsweise der Schaltung gemäß Fig. 5 wird nunmehr auf die Tabelle am Schluß der Beschreibung verwiesen. Hieraus ist ersichtlich, daß sich 7 Leistungsbereiche ergeben. Die Leistungsbereiche ergeben sich so, daß sich aufgrund der Tastung der elektronischen Schalter Tr21 und Tr22 Grobstufungen ergeben, denen als Feinstufungen die Schaltzustände des Triacs Trl überlagert sind. Im ersten Leistungsbereich kann eine Leistung zwischen 0 und P1 dargestellt werden. Hierbei sind die elektronischen Schalter Tr21 und Tr22 ausgeschaltet. To explain the mode of operation of the circuit according to FIG. 5, reference is now made to the table at the end of the description. From this it can be seen that there are 7 performance areas. The performance ranges result from the fact that the keying of the electronic switches Tr21 and Tr22 results in coarse gradations, which are superimposed on the switching states of the triac Trl. A performance between 0 and P1 can be displayed in the first performance range. The electronic switches Tr21 and Tr22 are switched off.

Lediglich der elektronische Schalter Tr1 wird in einem Tastverhältnis T1 von 0 bis 1 von der Schwingungspaketsteuerung 7 getastet. Hierbei kann eine Leistung von 0 bis 1,5 kW quasistetig beherrscht werden. Reicht diese Leistung nicht aus, wird in den Leistungsbereich 2 übergegangen. Hierbei ist der elektronische Schalter Tr22 ausgeschaltet während der elektronische Schalter Tr21 mit einem festen Tastverhältnis T2 von 1/2 getastet wird. Hieraus ergibt sich eine Grundlast von P21/2, der eine variable feineinstellbare Leistsung gemäß dem Leistungsbereich 1 überlagert wird. Die Maximalleistung ergibt sich gemäß der Formel. Eine Leistung aus dem Leistungsbereich 2 ist in der Fig. 7 dargestellt. Das variable Tastverhältnis, daß zur Leistung p1 führt, ist als oberste Kurve 18 angegeben. Dieser Leistung ist die Leistung p21 überlagert. Die Leistung p22 ist 0. Im rechten Teil der Fig. 7 ist die resultierende Leistung p dargestellt.Only the electronic switch Tr1 is keyed by the vibration packet controller 7 in a pulse duty factor T1 from 0 to 1. A power of 0 to 1.5 kW can be mastered virtually. If this performance is not sufficient, the system switches to performance area 2 . Here, the electronic switch Tr22 is switched off, while the electronic switch Tr21 is keyed with a fixed pulse duty factor T2 of 1/2. This results in a base load of P21 / 2, which is superimposed on a variable, finely adjustable output according to performance range 1. The maximum power results from the formula. A power from the power range 2 is shown in FIG. 7. The variable duty cycle that leads to power p1 is indicated as the top curve 18 . The power p21 is superimposed on this power. The power p22 is 0. The resulting power p is shown in the right part of FIG. 7.

Die Zeitverläufe der Leistungen zeigen jeweils Mittelwerte der Leistung über eine bzw. eine halbe Netzperiode.The time courses of the services each show average values of the service one or half a network period.

Bei Leistungserhöhung kann die Leistung analog über den Leistungsbereich 3 zum Leistungsbereich 4 gesteigert werden, wobei auch hier die Fig. 8 eine bestimmte Leistung aus dem Leistungsbereich 4 erläutert.When the power is increased, the power can be increased analogously via the power range 3 to the power range 4 , with FIG. 8 also explaining a specific power from the power range 4 here .

Hieraus ist ersichtlich, daß die elektronischen Schalter Tr21 und Tr22 mit einem festen Tastverhältnis T2 von jeweils 1/2 getastet sind und daß den daraus resultierenden Leistungen eine variable Leistung gemäß dem Leistungsbereich 1 von p1 überlagert ist. Die Tastung der elektronischen Schalter Tr21 und Tr22 wird von der Schwingungspaketsteuerung 7 so vorgenommen, daß jeweils nur einer der beiden Widerstände R21 bzw. R22 momentan an Spannung liegt. Geschaltet wird jeweils im Stromnulldurchgang. Somit kompensieren sich, bezogen auf die Außenleiter L1 und L3, teilweise die Netzrückwirkungen. Die Tastung des Schalters Tr1 wird so vorgenommen, daß immer ein entgegengesetztes Tasten zum resultierenden Tasten von Tr21 und Tr22 vorgenommen wird, wodurch sich die Netzrückwirkungen im Außenleiter L1 teilweise kompensieren. Die Leistung p1 gemäß Fig. 8 ist anders als die Leistung p1 in Fig. 7, da das Tastverhältnis gegenüber dem der Fig. 7 variiert ist. Im rechten Teil der Fig. 8 ist die Gesamtleistung ersichtlich, die sich aus der Überlagerung der drei Teilleistungen p1, p21 und p22 als Gesamtleistung p ergibt. From this it can be seen that the electronic switches Tr21 and Tr22 are keyed with a fixed pulse duty factor T2 of 1/2 each and that a variable power according to the power range 1 of p1 is superimposed on the resulting powers. The keying of the electronic switches Tr21 and Tr22 is carried out by the vibration packet controller 7 in such a way that only one of the two resistors R21 and R22 is currently connected to the voltage. Switching takes place at zero current. In relation to the outer conductors L1 and L3, this partially compensates for the network perturbations. The keying of the switch Tr1 is carried out in such a way that an opposite keying to the resultant keying of Tr21 and Tr22 is always carried out, as a result of which the network effects in the outer conductor L1 are partially compensated for. The power p1 according to FIG. 8 is different from the power p1 in FIG. 7, since the pulse duty factor differs from that of FIG. 7. The right part of FIG. 8 shows the total power which results from the superposition of the three partial powers p1, p21 and p22 as total power p.

Zum Leistungsbereich 6 gehört die Darstellung in Fig. 9, die auch hier wieder eine bestimmte Leistung aus dem Leistungsbereich 6 zeigt. In diesem Leistungsbereich ist der elektronische Schalter Tr22 dauernd eingeschaltet, der elektronische Schalter Tr21 mit einem Tastenverhältnis T2 von 1/2 fest getastet und der elektronische Schalter Tr1 mit einem Tastverhältnis variabel von 0 bis 1 getastet. Die Tastung der Leistung p1 wird so gewählt, daß den Abschaltungen dieser Leistung Einschaltungen der Leistung p21 gegenüberliegen. Hierbei kompensieren sich die Netzrückwirkungen im Außenleiter L1 insoweit, daß einer Leistungserhöhung im Schaltsprung der Leistung p1 eine Erniedrigung der Leistung p21 entspricht und umgekehrt. Entsprechendes gilt übrigens auch für die Schaltzustände im Leistungsbereich 4; hier wird die Leistung p1 entgegengesetzt zur größeren geschalteten Leistung, bezogen auf die Leistungen p21 und p22, getastet. Da die Leistung p22 die größere ist, wird p1 immer entgegengesetzt zu p22 geschaltet. Somit findet auch hier eine Kompensation der Rückwirkungen im Außenleiter L1 statt.The performance range 6 includes the illustration in FIG. 9, which again shows a specific performance from performance range 6 . In this power range, the electronic switch Tr22 is continuously switched on, the electronic switch Tr21 is keyed with a key ratio T2 of 1/2 and the electronic switch Tr1 is keyed with a key ratio variable from 0 to 1. The keying of the power p1 is chosen so that the cutoffs of this power are opposed to the power p21. The network perturbations in the phase conductor L1 compensate to the extent that an increase in power in the switching step of power p1 corresponds to a decrease in power p21 and vice versa. The same also applies to the switching states in power range 4 ; Here, the power p1 is keyed in the opposite direction to the larger switched power, based on the powers p21 and p22. Since the power p22 is the larger, p1 is always switched in the opposite direction to p22. This also compensates for the repercussions in the phase conductor L1.

Im Leistungsbereich 7 sind die elektronischen Schalter Tr21 und Tr22 permanent leitend und der elektronische Schalter Tr1 kann gemäß Leistungsbereich 1 hierzu variiert werden. Die Gesamtleistung ergibt sich als maximaler Wert durch Dauerschaltung der Widerstände R1, R21 und R22.In the power range 7 , the electronic switches Tr21 and Tr22 are permanently conductive and the electronic switch Tr1 can be varied according to the power range 1 . The total power results from the maximum value through permanent switching of the resistors R1, R21 and R22.

Die theoretisch möglichen Grobeinstellungen, bei denen p22 mit dem Tastverhältnis getastet und p21 fest aus- bzw. eingeschaltet ist, werden aufgrund der hohen Netzrückwirkungen nicht vorgesehen.The theoretically possible rough settings in which p22 is keyed with the duty cycle and p21 is permanently switched on or off, due to the high network perturbations not provided.

Wählt man die Leistungen P1, P21 und P22 so, daß P1 mindestens halb so groß wie P21 ist und daß P21 halb so groß wie P22 ist, ergibt sich eine lückenlose feinstufige Darstellung der Leistung im Bereich zwischen 0 und der Summe von P1 + P21 + P22.If you select the outputs P1, P21 and P22 so that P1 is at least half as much is as large as P21 and that P21 is half as large as P22 results in one complete fine-scale representation of the performance in the range between 0 and the sum of P1 + P21 + P22.

In einer konkreten Ausführung wird die Leistung P1 zu 1,5 kW gewählt, die Leistung P21 zu 2,5 kW und die Leistung P22 zu 4,5 kW festgelegt. Damit beträgt die zwischen den Außenleitern L1 und L3 maximal darstellbare Leistung 7 kW. Die feinstufig einstellbare Gesamtleistung variiert zwischen 0 und 8,5 kW. In a concrete version, the power P1 is chosen to be 1.5 kW Power P21 set to 2.5 kW and power P22 set to 4.5 kW. In order to is the maximum power that can be represented between the outer conductors L1 and L3 7 kW. The finely adjustable total output varies between 0 and 8.5 kW.  

Während die Schaltung nach Fig. 5 eine asymmetrische Gesamtleistung bezogen auf die drei Außenleiter ergibt, ist die Schaltung nach Fig. 6 um weitere Widerstände R4 und R0 ergänzt, die als weitere Zweige 19 und 20 zueinander parallel liegen und zwischen die Außenleiter L2 und L3 geschaltet sind, wobei der Widerstand R4 mit einem Schalter Tr4 in Serie liegt. Zusätzlich ist ein weiterer Zweig 21 vorhanden, in dem ein Widerstand R3 mit dem zugehörigen Schalter Tr3 in Serie liegt. Dieser Zweig ist parallel zum Zweig 16 geschaltet und liegt an den Außenleitern L1 und L2, so daß sich neue Verbindungspunkte 22, 23 und 24 ergeben. Die Schalter Tr4 und Tr3 können Triacs oder mechanische Schalter sein. Die Zweige 19, 20 und 21 dienen einmal der Erhöhung der Gesamtleistung und zum anderen der bei Vollasteinschaltung aller Zweige sich einstellenden symmetrischen Belastung der Außenleiter.While the circuit of Fig. 5 with respect an asymmetrical overall performance results to the three phase conductors, the circuit of FIG. Complemented by further resistors R4 and R0 6 to each other are present as further branches 19 and 20 parallel and connected between the outer conductor L2 and L3 are, with the resistor R4 in series with a switch Tr4. In addition, there is another branch 21 in which a resistor R3 with the associated switch Tr3 is connected in series. This branch is connected in parallel to branch 16 and lies on the outer conductors L1 and L2, so that new connection points 22 , 23 and 24 result. The switches Tr4 and Tr3 can be triacs or mechanical switches. The branches 19 , 20 and 21 serve on the one hand to increase the total power and on the other hand to the symmetrical loading of the outer conductors which occurs when all branches are switched on at full load.

Nach der Darstellung liegt der Widerstand R0 zwar immer an Spannung der Außenleiter L2 und L3, praktisch wird er von einem sogenannten Wasserschalter im Durchlauferhitzer gesteuert bzw. eingeschaltet, wobei der Wasserschalter dann einen Einschaltbefehl ergibt, wenn Wasserdurchsatz durch den Kanal 6 erfolgt.According to the illustration, the resistor R0 is always connected to the voltage of the outer conductors L2 and L3, in practice it is controlled or switched on by a so-called water switch in the water heater, the water switch then giving a switch-on command when water flow through channel 6 takes place.

Andere Anwendungsgebiete der Schaltung wären z. b. Kochherde oder Heizlüfter. Other areas of application of the circuit would be e.g. b. Cooking stoves or fan heaters.  

Tabelle table

Claims (2)

1. Verfahren zum stufenweisen Einstellen einer an einem aus K über je einen Schalter an Spannung liegenden Teilwiderständen zusammengesetzten Widerstand anfallenden elektrischen Leistung, wobei K mindestens 2 ist und die Einstellung der Leistung derart erfolgt, daß eine Untermenge M der K-Teilwiderstände, die wenigstens einen der Teilwiderstände umfaßt, schwingungspaketgesteuert für bestimmte Zeiten eingeschaltet wird und wobei für die Einstellung der Leistung in einem ausgewählten Bereich eine andere Untermenge N der K-Teilwiderstände, die mindestens einen der Teilwiderstände umfaßt, für die gleichen Zeiten schwingungspaketgesteuert abgeschaltet wird und für Zeiten, in denen die Untermenge M abgeschaltet wird, die andere Untermenge N eingeschaltet wird, zur Speisung eines von einer dreiphasigen Spannungsquelle gespeisten elektrischen Verbrauchers, insbesondere Durchlauferhitzers, der Widerstände aufweist, die wenigstens zwischen Außenleitern der Spannungsquelle liegen, wobei zwischen den Leitern eines ersten Außenleiterpaares (L₁, L₂) zwei bei Dauereinschaltung ungleiche Leistungen ergebende Widerstände (R21, R22) parallel und jeweils in Serie mit einem Schalter (TR21, TR22) angeordnet sind und zwischen den Leitern eines anderen Außenleiterpaares (L2, L₁) ein weiterer Widerstand (R₁) in Serie mit einem weiteren elektronischen Schalter (Tr₁) angeordnet ist, der periodisch schwingungspaketgesteuert mit variablem Tastverhältnis betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der die kleinste Leistung bei Dauereinschaltung ergebende Widerstand (R₁) mit einer periodischen Schwingungspaketsteuerung mit dem variablen Tastverhältnis und der oder die jeweils eine größere Leistung bei Dauereinschaltung ergebende(n) Widerstand beziehungsweise Widerstände (R21, R22) mit einer periodischen Schwingungspaketsteuerung festen Tastverhältnissen gesteuert wird (werden).1. A method for the gradual setting of an electrical power resulting from a resistor composed of K via a switch of voltage across partial resistors, where K is at least 2 and the setting of the power is carried out in such a way that a subset M of the K partial resistors, the at least one which comprises partial resistors, is switched on in a vibration-packet-controlled manner for certain times and, for the setting of the power in a selected range, another subset N of the K-part resistors, which comprises at least one of the partial resistors, is switched off in a vibration-packet-controlled manner for the same times and for times in which the subset M is switched off, the other subset N is switched on, for feeding an electrical consumer, in particular a continuous-flow heater, which is fed by a three-phase voltage source and has resistances which are at least between outer conductors of the voltage source, whereby between the conductors of a first pair of outer conductors (L₁, L₂) two resistors (R21, R22) which result in unequal power when switched on continuously are arranged in parallel and in each case in series with a switch (TR21, TR22) and between the conductors of another pair of outer conductors (L2, L₁ ) Another resistor (R₁) is arranged in series with a further electronic switch (Tr₁), which is operated periodically with a variable duty cycle in a vibration packet control, characterized in that the resistor (R₁) which gives the lowest power when switched on continuously with a periodic vibration packet control with the variable duty cycle and the one or more resistors or resistors (R21, R22) which result in greater power when continuously switched on are controlled with a periodic oscillation packet control of fixed duty cycles. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Tastverhältnis 0,5 ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the fixed duty cycle Is 0.5.