DE2135010A1 - Aufladesteuerung fuer elektrische speicherheizgeraete - Google Patents

Description

Aufladesteuerung fi-r elektrische Speicherheizgeräte

Die Erfindung uetrifft eine Aufladesteuerung far elektrische opeicherheizgeräte mit einem Hauptsteuergerät, welches ein Steuersignal nach Maßgabe der die Aufladung beeinflussenden Faktoren, .ζ.;., der Außentemperatur, in Form eines Rechtecltsignals mit veränderlichem Taictzeitverhältnis liefert, und mit einem Meoensteuergerät, durch welches ein Rechtecksignal mit einem Taktzeitverhältnis erzeugt wird, das gegenüber dem von dem Hauptsteuergerät vorgegebenen Taktzeitverhältnis individuell modifizierbar ist, wobei eine Aufladung des Speicherheizgerätes nach Maßgabe des von dem Nebensteuergerät modifizierten Taktzeitverhältnisses erfolgt.

x,ei dem Hauptsteuergerät handelt es sich üblicherweise um ein zentrales Steuergerät, welches ein wittarungsabhängiges Steuersignal liefert, fur mehrere Wohneinheiten gemeinsam vorgesehen ist. Es kann dann ein Nebensteuergerät als "Wohnungsstation" in den einzelnen Wohnungen bzw. in' einzelnen Räumen vorgesehen sein, um das wit-

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fcerungsai-hängige bignai von aeia zentralen Hauptsteuergerät entsprechend den r edürfnissen des jeweiligen Wohnungsinha,,ers, eier Art der Mutzung des Raumes usw. individuell zu modifizieren. · ei einer bekannten Anordnung (DT-(Jb I ^L)ob üb9) ist in der vvohnun^sstation ein anzugs- und aufallverzogertes Relais vorgesehen, wocei die Anzugs- und Abfallverzögerung des Relais einstellbar und damit das Taictzeitverhältnis in gewissen Grenzen veränderbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes und rein elektronisches Nebensteuergerät für eine Aufladesteuerung w der eingangs erwähnten Art zu schaffen.

Die Aufladesteuerung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gebens teuergerät ein stroiarichtungsabhängiges Zeitglied enthält, dem das Rechtecksignal von dem Hauptsteuergerät zugeführt wird und dessen Ausgangssignal der ansteigenden und der abfallenden Flenke des Rechtecksignals mit unterschiedlich einstellbaren Zeitkonstanten folgt, daß das Ausgangssignal des Zeitgliedes einen ooeren und einen unteren Schwellwertschalter beaufschlagt, von denen der erstere bei Überschreiten eines oberen und der letztere bei Unterschreiten eines unteren Schwellwertes jeweils ein Steuersignal abgibt, und daß eine bistabile Stufe, deren Zustan las Ausgangssignal des Nebensteuergerätes bildet, von dem ersteren Steu ersignal gesetzt und von dem letzteren Steuersignal gelöscht wird.

An der Vorderflankt des von dem Hauptsteuergerät kommenden Rechteck signals erfolgt durch das Zeitglied eine einstellbare Verzögerung, so daß das Aue gange signal des Zeitgliedes etwa nach einer Exponen tialfunktion mit einer bestimmten Zeitkonstanten ansteigt. Von der Größe dieser Zeitkonstante hängt die Zeit ab, die vom Erscheinen der Vorderflanke des Rechtecksignals bis zum Erreichen des oberen

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BAD

L cliweljwex'tes am Ausgang den Zeitgliedes vergebt. Der ot;ere !,ehwellwertschalter wird a omit mit einer eine teilbaren Verzögerung ge^en die Vordei'flan, e des ile el it eck signals schalten. An der itüclvflamme des .Kechtecksignals, wenn also das Signal am liinganj.., des Zeitgliedes stufenartig verschwindet, geht durch die e enfallc. einstellbare Zeitj.onstarite das Ausgangssignal des Zeiti.iiedes wieder nicht sofort auf null zurück, sondern fällt exponentiell au. Es vergeht eine durch die einstellbare Zeitkonstante t-estimmte Zeit, uis der untere Scliwellwert unterschritten wird und der untere Schwellwertschalter das Steuersignal abgibt. Von j| diesen meiden bteuersignaien wird eine cistaoile Ktufe geschaltet, die das modifizierte Ausgangssignal liefert.

jiufladesteuerung, oei welcher das TaKtZeitverhältnis durch .. e tat igung eines einzigen btellgliedes stetig veränderlich ist, wirα dadurch erhalten, da;j das Zeitglied einen Einstellwiderstand enttiait, an dessen bchieifer die HecutecKspamiung von dem Hauptsteuergerät anliegt, und da^ die weiden j^naeri dieses Einstellwi-.,Ci. tandes tu.er gegensinnig zueinander geschaltete Dioden sowie vorzugsweise üuer zusätzliche 'widerstände an einem Kondensator anxie_oeii, an welchem die den bchweilwertschaltern zugeführte Ausgangs spannung des Zeit glied a .gegriffen wird.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ...arm vorgesehen sein, dau einer^Srenzwertschalter zugleich die ιistauile btufe für die Erzeugung des Ausgangs signal l.ildet und durch den anderen Grenzwert-Schalter rückstelluar ist.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungs-eispiel unter ^ezugnatime auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

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Fi{j· 1 zeigt die bignalverläufe des !Recht ec».sigiuils von deu ilauptoteuergerät und des modifizierten fiechtecicsignals von dem IJek.ensteuergerät.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäiaen Anordnung.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild des bei der Erfindung verwendeten Verzögerungsglieds.

Fig. 4 veranschaulicht die Wirkungsweise-des Verzogerungsgliedes.

Fig. 5 ist ein vollständiges schaltbild eines erfindungsgemäi3en Nebensteuergeräts.

Fig. 1 veranschaulicht die Wirkungsweise des erfindungsgemäiSen liebensteuergeräts. Die bteuerung der Aufladung des bpeicLierLeizgeräts geschieht in üblicher "weise durch die .._;eaufscülagung eines 3teuerwiderstandes mit variabler Leistung. Die leistungssteuerung wird durch variables Binschaltveruältnis bei j^onstanter bpaimung erreicht. Hit

ty = juinzeit; t. = Auszeit

P .= Mittelwert der Leistung ED = relative Einsehaltdauer

ergibt sieh P= U² . \ = u² „_

Dabei muß lediglich darauf geachtet werden, daß die Periodendauer (t_E + t_A) klein gegen die thermische Zeitk'onstante des bteuerwiderstandes.ist. Das Hauptsteuergerät liefert ein Signal,

ED = f ( ^A) ι ¹^A = Außentemperatur. 209886/0358

BAD ORIGINAL

Zur Anpassung der einzelnen Wohnungen ^zw. ftäume wird ein Ueuensteuergerät, eine sogenannte Viohungsstation verwendet, wouei das Taktsignal LIX, der Wohungsstation gegeniU'er dem zentralen Taktsignal ED„ des Hauptsteuergerätes in gewissen Grenzen veränder-

lar sein soll.

In Pig, I ist einmal das Taktsignal in Gestalt eines Rechtecksignals von dem Haupt steuergerät dai'gestelit mit der Ei'nzeit t^ und der Auszeit t. . Durch das Neuenateuergerät wird einäignal EB^ erzeugt, dessen VorderflanKe gegenüuer der Vorderflanke des Signals El)₁₇ um eine Zeit Taul verzögert ist und dessen gegenüüer der Kückflanke des signals ED₇ um eine Zeit Tau2 verzögert ist.
Dauei gilts

zögert ist. Es ergeben sich, eine Einzeit t. und eine Auszeit

Ez

¹IiW ⁺

+ t, = t-, t.
Az Ew + Aw.

damit wird . EIL· = ED₂ + Tau2 - Taul

Ez + Az

Je nachdem ob Tau2 > Taut ,. Taul> Tau2 oder Taul = Tau2 ist, wird die Ausgangs-Einschaltdauer größer, kleiner oder gleich der Eingangs-Einschaltdauer des Neben3teuergeräts.

Wie dies erreicht wird ist aus dem .Blockschaltbild von Fig. 2 im prinzip erischtlich.

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ΟΛΟ

Das Eingangssignal nit der Einschalt dauer ED,,» welches in Fig· 2 mit υ,, bezeichnet ist, also das Reehtecksignal von dem Haupt— steuergerät, wird auf ein stromrichtungsa^hängiges, einsteliuares Zeitglied IO gege.en. Das Aus gangs signal U,, des einsteiluaren ZeitgLiedes Iu ;..eaufschl&gt einen oberen bchwellwerts ehalt er 12 und einen unteren ^schwellwertschalter 14. Der obere Schwellwertschalter 12 gibt ein ^steuersignal auf eine Leitung Ib, wenn U-, einen oberen kchwellwert üb überschreitet. Der untere bchwellwertschalter 14 giut ein Steuersignal auf eine Leitung ifa, wenn U,, einen unteren bchweilwert US untersctireitet. Das signal auf der Leitung 16 wird auf den üetzeingang einer uiataoilen L-tufe 20 gegeben und das üignal von der Leitung 18 auf den.Luscheingang der bistabilen Stufe k"O. Die bistaL-ile btufe 2ü liefert an ihren Ausgang 22 ein Ausgangs-Rechtecksignal U. mit einem l'aict-Zeitverhältnis EIL·- (Fig. 1) wobei Tau'l und Tau 2 von der Einstellung des Zeitgiiedes 10 abhängt.

Das Zeitglied 10 ist in Fig. 5 dargestellt. Die Eingangs spannung Up» die an einem Eingangswiderstand Ii abfällt, liegt an dem Schleifer eines Einstellwiäerstandes R . Die Enden dieses Einstellwiderstandes Rp liegen über Festwiderstände Rl sowie Diodei. .Jl und D2 an einem Kondensator C, an welchem die Ausgangs spannung U^, des Zeitglieds abgegriffen wird. Die Dioden Dl und D2 sind dabei zueinander entgegengesetzt gepolt. Wenn mit oi das Teilerverhältnis des Binstellwiderstands H_p uezeiehnet ist (O^oc^l), dann ergibt sich, sofern R vernachlässigbar ist, die Aufladezeitkonstante (über Diode Dl_) als

G (R₁ +ocR-p).

Die Entladezeitkonstante ist

C (R₁+ (1-of)

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OCÄC! BADORlGlNAi-

Durch Verstellen des EinsteJlwiderstandes R iäiöt sich das nältnis von Aufladezeit:>.oni5tante zu üntiaüezeitkonstante stetig verändern. Damit lassen sich die Zeiten Tau 1 und Tau2, die verdrehen, ία nach Anlegen der spannung U an der Vorderflanke des ijiii. α,η^ε signals der kondenoator (J auf den oberen Schwellwert OS aufgeladen ist üzw. niß nach Wegfall der Spannung U,, an der Rückfian;,e des Eingangssignals der kondensator wieder auf .den unteren ;,c;.v/e ι iwert entladen ist. Die Grenzen der Leiden Schwellwertschalter \2 und .4 werden zwecj-inäßigerweise symmetrisch, zu E gelegt, üo dau oich für crt = ü,b gleiche Verzügerungszeiten 'i'aul = 'l'au^ Jk ei- ,euQii. in Fig. 4 sind die Auflade- und .hntladekurven für diesen Fall ex - O,b und Tau"I = Tauk dargestellt.

wichtige Forderung ist, daj.i während der Auf- und Entladung der i.üiidensator C nicht durch Eingangs ströme der Schwellwertschalter belastet wird, δβ ist außerdem vorteilhaft, wenn durch die ..chweilwertschalter eine ..egrenaung der Aus^an^sspannung des Zeitgiiedeü nach ouen una unten auf den oberen lzw. unteren Schwellwert erfolgt.

Fi₀. b zeigt eine vollständige Schaltung, i,ei welcher das Zeit_oiied gegenüber Fig. 5 geringfügig abgewandelt ist, und uei welcher weiterhin der obere ü-renzwertschaiter zugleich die Funktion des Speichers 20 von Fig. 2 miterfüilt. Die Eingangsspannung Ik. von dem llauptsteuergerät liegt ü^er einen Widerstand R2 und eine Diode D3 an der ..asis eines Transistors T1 . Die uasis des Transistors Tl liegt außerdem üuer den Widerstand R an einer Versorgungsspannung von + 12 V. Der Transistor TI liegt mit seiner Emitteri.oilei.tor-t.trecke parallel zu dem Zeitglied 10, welches üoer den Widerstand Ri ebenfalls an die Versorgungsspannung gelegt ist. Das Zeitgiied enthält den Einstellwiderstand R , dessen Schleifer über Ri mit der Versorgungsspannung + 12 V verbunden ist und dessen bei-

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de Enden ücer zwei zueinander entgegengerichtet gepolte Dioden D1 und D2 mit dem Kondensator C verounden ist, wobei in Reihe mit der Diode D2 noch ein Widerstand Ri liegt. Der Transistor Tl ist leitend für U₁-, = O und gesperrt für negative Vierte von VS-,.,· Bei U_x, = 0 wird somit das Zeitglied 10 durch den leitenden Transistor TI kurzgeschlossen. Lei negativen Werten von IL₁, also dem Rechtecksignal, liegt an dem Zeitglied die Versorgungsspannurig an, da der Transistor T1 gesperrt ist.

Die an dem Kondensator C aofallende Spannung wird über eine Eeitung 24 einmal auf den unteren Grenzwertsehalter 14 gegeben. Dieser enthält zwei Transistoren T3 und T4, die zueinander komplementär sind. Die Leitung 24 ist mit der i^asis des Transistors T3 verbunden, dessen Emitter über einen Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R3 + R4 und R5 an der Versorgungsspannung liegt und in dessen Kollektorkreis zwei Widerstände Kb und R7 liegen. Zwischen den beiden Widerständen wird eine Spannung aogegriffen, die auf die z,asis des Transistors T4 gegeben wird. Der kollektor des Transistors T4 ist über eine Leitung 26 mit einem Löscheingang des ooeren Grenzwertschalters 12 verounden.

Der ooere Grenzwertschaiter 12 enthält eoenfalls zwei zueinander komplementäre Transistoren T5 und T6. Dabei liegt der Transistor T5 mit seinem Emitter an einexü Spannungsteiler gestehend aus dein Widerstand R3 und den Widerständen R4 + Ri?, wobei der Spannungsteiler, wie gesagt, an der Versorgungsspannung von + 12 V liegt. Die basis des Transistors T5 ist einmal über eine Diode D4 mit der Ausgangsleitung 24 des Zeitgliedes 10 verbunden und zum anderen üoer eine Diode D5 mit der Löschleitung von dem unteren Grenzwertschalter 14. Im Kollektorkreis des Transistors Tb liegen zwei Widerstände E8 und Ry, zwischen denen die iiasis des Transistors Tb

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anliegt. Ein Widerstand RiO liegt zwischen dem Kollektor des Transistors T6 und der Diode 1)5 uzw. Leitung 2b. Die Ausgangsspannung (unten in Fig. I) wird an dem Kollektor des Transistors Tb aogegriffen und fällt an einen Ausgangswiderstand Ki1

ei Erscheinen der Vorderflanke des Rechtecksignals'von dem

ι L

Hauptsteuergerät wird U, negativ, der Transistor T1 also gesperrt. Hierdurch wird die Versorgungsspannung an das Zeitglied Jj Ί0 gelegt. tJuer R1 und den linken Teil von R^ wird der Kondensator U mit einer an R_p eingestellten Zeitkonstante aufgeladen. Wenn ein oberer Schwellwert OS von der Spannung am Kondensator 0 erreicht wird, der durch den Spannungsteiler R3 und R4 + R5 . bestimmt ist, dann wird die Lasis des Transistors T6 positiv gegenüoer dem Emitter. Es fließt ein Strom über R8 und R9. Durch den Spannungsaufall an Rö wird die uasis des Transistors T6 negativ gegenüuer dem Emitter, so daß auch der Transistor Tb leitend wird. Üuer den Widerstand R10 erfolgt eine Mitkopplung, so daß die Schaltung 12 ein Kippverhalten zeigt. Durch das Leitendwerden des Transistors T6 wird die Ausgangsspannung U. auf den Wert von + 12V geuracht, während vorher bei gesperrtem Transis- k tor Tb der Ausgang über den Widerstand RI1 auf 0 V gehalten wurde. ™

nei der aufallenden Flanke des Rechtecksignals LL, wird der Transistor T1 leitend und schließt das Zeitglied 10 kurz. Der Kondensator 0 entlädt sich dann über D2, R1, die rechte Hälft von R_p und Tl. Die Entladezeitkonstante im Verhältnis zur Ladezeitkonstante des Zeitglieds 10 bestimmt sich durch die Stellung des Schleifers des Widerstands R^. Wenn der untere Schwellwert US, der durch den Spannungsteiler R3 + R4 und R5 bestimmt ist, unterschritten wird, wird der Transistor T5 leitend, weil die .basis des Transistors negativ gegenüber dem Emitter wird. Es fließt ein Strom über R6 und

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R7, wobei durch den Spannungsaüfall an n7 die ±3asis des Transistors T4 positiv gegenüber dem Emitter wird. Es wird dann über Leitung 26 die positive Mitkopplungsspannung zwischen V/iderstand RIO und Diode D5 geerdet, so daß der Transistor T5 sperrt und somit in seinen Ausgangszustand zurückgestellt wird.

.Bei der beschriebenen Anordnung dient also der obere Grenzwertschal isa* 12 zugleich als uistabile Stufe für die Erzeugung des Ausgangssignals, die üoer Leitung 26 von dem unteren Schwellwertschalter 14 rückstellbar ist.

Der Transistor T1 wird in an sich bekannter Vveise üuer einen Trenntransformator und Gleichrichter angesteuert. Der Ausgang TJ. steuert in ebenfalls bekannter Weise, einen Triac mit Nullpunkttrigger.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Aufladesteuerung für elektrische öpeicherheizgeräte mit einem Hauptsteuergerät, welcües ein bteuercignal nach Maßgabe der die Aufladung ueeinflussenden Faktoren, z.j,. der Außentemperatur, in Form eines Rechtecrsignals mit veränderlichem Taktzeitverhältnis liefert, und mit einem Net.ensteuergerat, durch welches ein Kechteciisignal mit einem Taktzeitverhältnis erzeugt wird, das gegenüber dem von dem Bauptsteuergerät vorgegeDenen Taktzeitverhältnis individuell modifizier .ar ist, wobei eine Aufla- 'S dung des bpeiclnerheizgerätec nach ilaßgaue des von dem N steuergerät modifizierten Ta^tzeitVerhältnisses erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kerensteuergerät ein stromrichtungsauhängiges Zeitgiied (10) enthält, dem das RechtecKSignal von dem Hauptsteuergerät zugeführt wird und dessen Ausgangssignal der aussteigenden und der aufallenden Flanke des Rechtecksignals mit unterschiedlich einstelluaren Zeitkonstanten folgt, daß das Ausgangssignal des Zeitgiiedes einen oberen und einen unteren !.!Schwellwertschalter (12, 14) beaufschlagt, von denen der erstere' (1^) oei Überschreiten eines ooeren und der letztere (14) _uei Unterschreiten eines unteren bchwellwertes jeweils ein Steuersignal a.gii-t, und daß eine .. istcu...ile btufe (20), deren Zustand das Ausgangs signal des Ne.-ensteuergerätes oildet, von dem ersteren steuersignal gesetzt und von dem letzteren bteuersignai gelösedt wird.

   Aufladesteuerung nach Anspruch 1, dadurch ge-tcennzeictinet, daß das Zeitglied einen Einstellwicierstand (R_p) enthält, an deseen bchieifer die Rechtecii-Spannung von dem Hauptsteuergerät anliegt und daß die ueiden linden dieses Uinsteilwiderstandes üuer gegensinnig zueinander geschaltete Dioden (IDI , 1)2) sowie vorzugsweise

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   über zusätzliche Widerstände (R1) an einem Kondensator (C) anliegen, an welchem die den Schwellenwertsehaltern (12, 14) zugeführte Ausgangsspannung des Zeitgliedes fiugegriffen wird.

   3. Aufladesteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Grenzwertschalter (12) zugleich die bistabile Stufe für die Erzeugung des Ausgangssignals bildet und durch den anderen Grenzwertschalter (14) rückstell bar ist.

   4. Aufladesteuerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schwellwertschalter (12, 14) eine Begrenzung der Ausgangsspannung des ZeitgTiedes nach oben und unten auf den oberen bzw. unteren Schwellwert erfolgt.

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