DE2135010C3

DE2135010C3 - Aufladesteuerung für elektrische Speicherheizgeräte

Info

Publication number: DE2135010C3
Application number: DE19712135010
Authority: DE
Inventors: Manfred 5650 Solingen Metzger
Original assignee: Satchwell-Birka Regelungstechnik Gmbh, 5650 Solingen
Filing date: 1971-07-14
Publication date: 1976-02-05

Description

des Zeitgliedes abgegriffen wird. An der Vorderflanke des von dem Hauptsteuer-

3. Aufladesteuerung nach Anspruch 2, dadurch 45 gerät kommenden Rechtecksignals erfolgt durch das gekennzeichnet, daß einer der Grenzwertschalter Zeitglied eine einstellbare Verzögerung, so daß das (12) zugleich die bistabile Stufe für die Erzeu- Ausgangssignal des Zeitgliedes etwa nach einer Exgung des Ausgangssignals bildet und durch den ponentialfunktion mit einer bestimmten Zeitkonstananderen Grenzwertschalter (14) rückstellbar ist. ten ansteigt. Von der Größe dieser Zeitkonstante

4. Aufladesteuerung nach Anspruch 2 oder 3, 50 hängt die Zeit ab, die vom Erscheinen der Vorderdadurch gekennzeichnet, daß durch die Schwell- flanke des Rechtecksignals bis zum Erreichen des wertschalter (12, 14) eine Begrenzung der Aus- oberen Schwellwertes am Ausgang des Zeitgliedes gangsspannung des Zeitgliedcs nach oben und vergeht. Der obere Schwellwertschalter wird somit unten auf den oberen bzw. unteren Schwellwert mit einer einstellbaren Verzögerung gegen die Vorerfolgt. 55 derflanke des Rechtecksignals schalten. An der

Rückflanke des Rechtecksignals, wenn also das Signal am Eingang des Zeitgliedes stufenartig ver-

schwindet, geht durch die ebenfalls einstellbare Zeitkonstante des Ausgangssignal des Zeitgliedes wieder 60 nicht sofort auf Null zurück, sondern fällt exponentiell ab. Es vergeht eine durch die einstellbare Zeitkonstante bestimmte Zeit, bis der untere Schwell-

Die Erfindung betrifft eine Aufladesteuerung für wert unterschritten wird und der untere Schwellwertelektrische Speicherheizgeräte mit einem Haupt- schalter das Steuersignal abgibt. Von diesen beiden steuergerät, welches ein Steuersignal nach Maßgabe 65 Steuersignalen wird eine bistabile Stufe geschaltet, der die Aufladung beeinflussenden Faktoren, z. B. die das modifizierte Ausgangssignal liefert, der Außentemperatur, in Form eines Rechtecksignals Eine Aufladesteuerung, bei welcher das Taktzeit-

mit veränderlichem Taktzeitverhältnis liefert, und mit verhältnis durch Betätigung eines einzigen Stellglie-

des stetig veränderlich ist, wird dadurch erhalten, daß das Zeitglied einen Einstellwiderstand enthält, an dessen Schleifer die Rechteckspa;:nung von dem Hauptsteiiergerät anliegt, und daß die beiden Enden dieses Einstellwiderstandes über gegensinnig zueinander geschaltete Dioden sowie vorzugsweise über zusätzliche Widerstände an einem Kondensator anliegen, an welchem die den Schwellwertschaltern zugeführte ^usgangsspannung des Zeitg'iiedes abgegriffen wird. ίο

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß einer der Grenzwertschalter zugleich die bistabile Stufe für die Erzeugung des Ausgangssignals bildet und durch den anderen Grenzwertschalter rückstellbar ist.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

F i g. 1 zeigt die Signalverläufe des Rechtecksignals von dem Hauptsteuergerät und des modifizierten Rechtecksignals von dem Nebensteuergerät;

Fig.2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung;

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

F i g. 4 veranschaulicht die Wirkungsweise des Verzögerungsgliedes;

F i g. 5 ist ein vollständiges Schaltbild eines erfindungsgemäßen Nebensteuergeräts.

F i g. 1 veranschaulicht die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Nebensteuergeräts. Die Steuerunc der Aufladung des Speicherheizgeräts geschieht in üblicher Weise durch die Beaufschlagung eines Steuerwiderstandes mit variabler Leistung. Die Leistungssteuerung wird durch variables Einschaltverhältnis bei konstanter Spannung erreicht. Mit

t_P = Einzeit,

t_A = Auszeit,

P_mi = Mittelwert der Leistung,
ED = relative Einschaltdauer

ED₁ um eine Zeit τ., verzögert ist. Hs ergeben sah eine Einzeit t_liw und eine Auszeit t_Aw. Dabei gilt:

40

ergibt sich

ED₇ =

tr.

ED_W 'j"¹--,

Έζ + '.-Ij — IHw + ¹Aw ·

Damit wird

T„ - T,

ED_W = ED₁ +

*Εζ + IAz

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t_E+t_A

Dabei muß lediglich darauf geachtet werden, daß die Periodendauer (//; + t_A) klein gegen die thermische Zeitkonstante des Steuerwiderstandes ist. Das Hauptsteuergerät liefert ein Signal

ED = f(&_A),

Je nachdem, ob τ,,>τ_ν τ, > τ., oder τ, = τ., ist, wird die Ausgangs-Einschaltdauer größer, kleiner oder gleich der Eingangs-ninschalldaucr des Nebensteuergeräts.

Wie dies erreicht wird, ist aus dem Blockschaltbild von Fig. 2 im Prinzip ersichtlich.

Das Eingangssignal mil der Einschaltdaucr ED₁, welches in F i g. 2 mit V₁= bezeichnet ist, also das Rechtecksignal von dem Hauptsleuergcrät, wird auf ein stromrichtungsabhängiges, einstellbares Zcitglied 10 gegeben. Das Ausgangssignal £/,- des einstellbaren Zeitgliedes 10 beaufschlagt einen oberen Schwellwertschalter 12 und einen unteren Schwellwertschalter 14. Der obere Schwellwertschalter 12 gibt ein Steuersignal auf eine Leitung 16, wenn U_c einen oberen Schweilwert OS überschreitet. Der untere Schwellwertschalter 14 gibt ein Steuersignal auf eine Leitung 18, wenn U_c einen unteren Schweilwert US unterschreitet. Das Signal auf der Leitung 16 wird auf den Setzeingang einer bistabilen Stufe 20 gegeben und das Signal von der Leitung 18 auf den Löscheingang der bistabilen Stufe 20. Die bistabile Stufe 20 liefert an ihren Ausgang 22 ein Ausgangs-Rechtecksignal U_A mit einem TaktzeitverhältnisΕϋψ (Fig. 1), wobei T₁ und t„ von der Einstellung des Zeitgliedes 10 abhängt.

Das Zeitglied 10 ist in F i g. 3 dargestellt. Die Eingangsspannung ZJ _E, die an einem Eingangswiderstand R abfällt, liegt an dem Schleifer eines Einstellwiderstandes Rp. Die Enden dieses Einstellwiderstandes R_P liegen über Festwiderstände K₁ sowie Dioden D₁ und D₂ an einem Kondensator C, an welchem die Ausgangsspannung U_c des Zeitglieds abgegriffen wird. Die Dioden D₁ und D₂ sind dabei zueinander entgegengesetzt gepolt. Wenn mit α das Teilerverhältnis des Einstellwiderstands R_P bezeichnet ist (0 Z^ * ^ 1), dann ergibt sich, sofern R vernachlässigbar ist, die Aufladezeitkonstante (über Diode D₁) als

ϋ_Α = Außentemperatur.

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Zur Anpassung der einzelnen Wohnungen bzw. Räume wird ein Nebensteuergerät, eine sogenannte Wohnungsstation, verwendet, wobei das Taktsignal ED_W der Wohnungsstalion gegenüber dem zentralen Taktsignal ED₂ des Hauptsteuergerätes in gewissen Grenzen veränderbar sein soll.

In F i g. 1 ist einmal das Taktsignal in Gestalt eines Rechtecksignals von dem Hauptsteuergerät dargestellt mit der Einzeit t_Fl und der Auszeit t_Az. Durch das Nebensteuergerät wird ein Signal ED_W erzeugt, dessen Vorderflanke gegenüber der Vorderflanke des Signals ED₇ um eine Zeit τ, verzögert ist und dessen Rückflanke gegenüber der Rückflanke des Signals Die Entladezeitkonstante ist

Durch Verstellen des Einstellwiderstandes Rp läßt sich das Verhältnis von Aufladezeitkonstante zu Entladezeitkonstante stetig verändern. Damit lassen sich die Zeiten τ, und τ., verändern, die vergehen, bis nach Anlegen der Spannung U_n an der Vorderflanke des Eingangssignals der Kondensator C auf den oberen Schwellwert OS aufgeladen ist bzw. bis nach Wegfall der Spannung U_i: an der Rückflanke des Eingangs-

signals der Kondensator wieder auf den unteren Schwellwert entladen ist. Die Grenzen der beiden schwellwertschalter 12 und 14 werden zweckmäßigerweise symmetrisch zu - ζ gelegt, so daß sich für ■x = 0,5 gleiche Verzögerungszeiten τ = T₂ ergeben. In Fig 4 sind die Auflade- und Entladekurven für diesen Fall * = 0,5 und T₁ = T₂ dargestellt.

Eine wichtige Forderung ist, daß während der Auf- und Entladung der Kondensator C nicht durch Eingangsströme der Schwellwertschalter belastet wird. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn durch die Schwellwertschalter eine Begrenzung der Ausgangsspannung des Zeitgliedes nach oben und unten auf den oberen bzw. unteren Sclvwellwcrt erfolgt.

F i g. 5 zeigt eine vollständige Schaltung, bei welcher das Zeitglied gegenüber F i g. 3 geringfügig abgewandelt ist und bei welcher weiterhin der obere Grenzwertschalter zugleich die Funktion des Spei-

Spannungsteiler, wie gesagt, an der Versorgungsspannung von +12V liegt. Die Basis des Transistors T, ist einmal über eine Diode D₄ mit der Ausgangsleitung 24 des Zeilgliedes 10 verbunden und zum

anderen über eine Diode D₅ mit der Löschleitung von dem unteren Grenzwertschaltcr 14. Im Kollektorkreis des Transistors T₅ liegen zwei Widerstände /?₈ und R₉, zwischen denen die Basis des Transistors T₀ anliegt. Ein Widerstand A₁₀ liegt zwischen dem Kollektor des

ίο Transistors 7',. und der Diode D₅ bzw. Leitung 26. Die Ausgangsspannung (unten in Fig. 1) wird an dem Kollektor des Transistors T_n abgegriffen und fällt an einem Ausgangswiderstand R₁₁ ab.

Bei Erscheinen der Vorderflanke des Rechtecksignals von dem Hauptsteuergerät wird U_n negativ, der Transistor 7', also gesperrt. Hierdurch wird die Versorgungsspannung an das Zeitglied 10 gelegt. Über il R wird der Kondensa-

R₁ und den linken Teil von R₁

„ _.... „_e , torC mit einer an R_P eingestellten Zeitkonstante auf-

chers von Fig. 2 miterfüllt. Die Eingangsspan- 20 geladen. Wenn ein oberer Schwellwert05 von der nung U₁: von dem Hauptsteuergerät liegt über einen Spannung ami Kondensator C erreicht wird, der durch Widerstand/?, und eine DiodeD_s an der Basis eines den Spannungsteiler A₃ und R₄ + R₅ bestimmt ist, Transistors T₁" Die Basis des Transistors T₁ liegt außer- dann wird die Basis des Transistors T₀ positiv gegendem über den Widerstand R an einer Versorgung*- über dem Emitter. Es fließt ein Strom über R_B und R₉. spannung von +12V. Der Transistor T₁ liegt mit 25 Durch den Spannungsabfall an /?_B wird die Basis des seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallel zu dem Transistors T_n negativ gegenüber dem Emitter, so daß Zeitglied 10, welches über den Widerstand A₁ eben- auch der Transistor T₀ leitend wird. Über den Widerfalls an die Versorgungsspannung gelegt ist. Das Zeit- stand R₁₀ erfolgt eine Mitkopplung, so daß die Schalglied enthält den Einstellwiderstand R₁,, dessen tung 12 ein Kippverhalten zeigt. Durch das Leitend-Schleifcr über R₁ mit der Versorgungsspannung 30 werden des Transistors T₀ wird die Ausgangsspannung + 12 V verbunden ist und dessen beide Enden über U_A auf den Wert von +12 V gebracht, während vorher bei gesperrtem Transistor T₈ der Ausgang über

zwei zueinander entgegengerichtet gepolte Dioden D₁ und D₂ mit dem Kondensator C verbunden ist, wobei in Reihe mit der Diode D₂ noch ein Widerstand/?,

den Widerstand A₁₁ auf 0 V gehalten wurde.

Bei der abfallenden Flanke des Rechtecksignals U_ri

liegt. Der Transistor T₁ ist leitend für U_t = ü und ge- 35 wird der Transistor T₁ leitend und schließt das Zeitsperrt für negative Werte von U_E. Bei U_r - 0 wird glied 10 kurz. Der Kondensator C entlädt sich dann somit das Zeitglied 10 durch den leitenden Transistor über D₂, A₁, die rechte Hälfte von R_P und T₁. Die T₁ kurzgeschlossen. Bei negativen Werten von U_E, Entladezeitkonstante im Verhältnis zur Ladezeitkonalso dem Rechtecksignal, liegt an dem Zeitglied die stante des Zeitglieds 10 bestimmt sich durch die Stel-Versorgungsspannung an, da der Transistor T. ge- 40 lung des Schleifers des Widerstands R_P. Wenn der sperrt ist. * untere Schwellwert US, der durch den Spannungs-

Die an dem Kondensator C abfallende Spannung teiler R₃ + R₄ und R₅ bestimmt ist, unterschritten wird über eine Leitung 24 einmal auf den unteren wird, wird der Transistor T₃ leitend, weil die Basis Grenzwertschalter 14 gegeben. Dieser enthält zwei des Transistors negativ gegenüber dem Emitter wird. Transistoren T₃ und T₄, die zueinander komplemen- 45 Es fließt ein Strom über R_a und R₇, wobei durch den tär sind. Die Leitung 24 ist mit der Basis des Transi- Spannungsabfall an R₇ die Basis des Transistors T₄ stors T₃ verbunden, dessen Emitter über einen Span- positiv gegenüber dem Emitter wird. Es wird dann nungsteiler bestehend aus den Widerständen R₃ + R₄ über Leitung 26 die positive Mitkopplungsspannung und R₅ an der Versorgungsspannung liegt und in des- zwischen Widerstand A₁₀ und Diode D₅ geerdet, so sen Kollektorkreis zwei Widerstände R₈ und R₇ liegen. 50 daß der Transistor T₅ sperrt und somit in seinen Aus-Zwischen den beiden Widerständen wird eine Span- gangszustand zurückgestellt wird.

Bei der beschriebenen Anordnung dient also der obere Grenzwertschalter 12 zugleich als bistabile Stufe für die Erzeugung des Ausgangssignals, die über Leitung 26 von dem unteren Schwellwertschalter 14 rückstellbar ist.

Der Transistor T₁ wird in an sich bekannter Weise über einen Trenntransformator und Gleichrichter angesteuert. Der Ausgang U_A steuert, in ebenfalls be-

nung abgegriffen, die auf die Basis des Transistors T₄ gegeben wird. Der Kollektor des Transistors T₄ ist über eine Leitung 26 mit einem Löscheingang des oberen Grenzwertschalters 12 verbunden.

Der obere Grenzwertschalter 12 enthält ebenfalls zwei zueinander komplementäre Transistoren T₅ und T₆. Dabei liegt der Transistor T₅ mit seinem Emitter an einem Spannungsteiler, bestehend aus dem Wider

stand R₃ und den Widerständen R_t + R₅, wobei der 60 kannter Weise, einen Triac mit Nullpunkttrigger.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

einem Nebensteuergerät, durch welches ein Rechteck-Patentansprüche: signal mit einem Taktzeitverhäknis erzeugt wird, das

gegenüber dem von dem Kauptsteuergerät vorgege-

1 Aufladesteuerung für elektrische Speicher- benen Taktzeitverhältnis individuell modifizierbar ist, heizgeräte mit einem Hauptsteuergerät, welches 5 wobei eine Aufladung des Speicherheizgerätes nach ein Steuersignal nach Maßgabe der die Aufladung Maßgabe des von dem Nebensteuergerät modifizierbeeinflussenden Faktoren, z. B. der Außentempe- ten Taktzeitverhältnisses erfolgt, ratur, in Form eines Rechtecksignals mit veränder- Bei dem Hauptsteuergerät handelt es sich üblicher-

lichem Taktzeitverhältnis liefert, und mit einem weise um ein zentrales Steuergerät, welches ein witte-Nebensteuergerät, durch welches ein Rechteck- io rungsabhängiges Steuersignal liefert und für mehsignal mit einem Taktzeitverhältnis erzeugt wird, rere Wohneinheiten gemeinsam vorgesehen ist. Es das gegenüber dem von dem Hauptsteuergerät kann dann ein Nebensteuergerät als »Wohnungsstavorgeeebenen Taktzeitverhältnis individuell mo- tion« in den einzelnen Wohnungen bzw. in einzeldifizierbar ist, wobei eine Aufladung des Spei- nen Räumen vorgesehen sein, um das witterungsab-Cherheizgerätes nach Maßgabe des von dem 15 hängige Signal von dem zentralen Hauptsteuergerät Nebensteuergerät modifizierten Taktzeitverhält- entsprechend den Bedürfnissen des jeweiligen Wohnisses erfolgt, dadurch gekennzeichnet, nungsinhabers, der Art der Nutzung des Raumes usw. daß das Nebensteuergerät ein stromrichtungsab- individuell zu modifizieren. Bei einer bekannten Anhängiges Zeitglied (10) enthält, dem das Recht- Ordnung (DT-OS 19 05 069) ist in der Wohnungseckslgnal von dem Hauptsteuergerät zugeführt 20 station ein anzugs- und abfallverzögertes Relais vorwird und dessen Ausgangssignal der ansteigenden gesehen, wobei die Anzugs- und Abfallverzögerung und der abfallenden Flanke des Rechtecksignals des Relais einstellbar und damit das Taktzeitverhältmit unterschiedlich einstellbaren Zeitkonstanten nis in gewissen Grenzen veränderbar ist. folgt, daß das Ausgangssignal des Zeitgliedes Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

einen oberen und einen unteren Schwell wert- 25 einfach aufgebautes und rein elektronisches Nebenschalter (12, 14) beaufschlagt, von denen der er- steuergerät für eine Aufladesteuerung der eingangs erstere (12) bei Überschreiten eines oberen und wähnten Art zu schaffen.

der letztere (14) bei Unterschreiten eines unteren Die Aufladesteuerung nach der Erfindung ist da-

Schwellwertes jeweils ein Steuersignal abgibt, und durch gekennzeichnet, daß das Nebensteuergerät ein daß eine bistabile Stufe (20), deren Zustand das 30 stromrichtungsabhängiges Zeitglied enthält, dem das Ausgangssignal des Nebensteuergerätes bildet, Rechtecksignal von dem Hauptsteuergerät zugeführt von dem ersteren Steuersignal gesetzt und von wird und dessen Ausgangssignal der ansteigenden dem letzteren Steuersignal gelöscht wird. und der abfallenden Flanke des Rechtecksignals mit
2. Aufladesteuerung nach Anspruch 1, dadurch unterschiedlich einstellbaren Zeitkonstanten folgt, daß gekennzeichnet, daß das Zeitglied einen Einstell- 35 das Ausgangssignal des Zeitgliedes einen oberen und widerstand [Rp) enthält, an dessen Schleifer die einen unteren Schwellwertschalter beaufschlagt, von Rechteckspannung von dem Hauptsteuergerät an- denen der erstere bei Überschreiten eines oberen und liegt, und daß die beiden Enden dieses Einstell- der letztere bei Unterschreiten eines unteren Schwellwiderstandes über gegensinnig zueinander geschal- wertes jeweils ein Steuersignal abgibt, und daß eine tete Dioden (D₁, D₂) sowie vorzugsweise über zu- 40 bistabile Stufe, deren Zustand das Ausgangssignal des Kätzliche Widerstände (R₁) an einem Kondensator Nebensteuergerätes bildet, von dem ersteren Steuer-(C) anliegen, an welchem die den Schwellenwert- signal gesetzt und von dem letzteren Steuersignal geschaltem (12, 14) zugeführte Ausgangsspannung löscht wird.