DE1538670B2 - Regeleinrichtung mit wechselstromgespeister messeinr ichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung mit wechselstromseitiger Meßeinrichtung, in der ein Fühlorgan und ein Sollwerteinstellorgan vorgesehen sind, die, je einem Gleichrichter in Reihe geschaltet, mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen parallel in einen Wechselstromkreis geschaltet sind und über ein Leiterpaar das Stellglied steuern, insbesondere für Heizungs-, Lüftungs- und Klima-Anlagen.

Aus der französischen Patentschrift 1 396 968 ist eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Blendeneinstellung bekannt, bei der ein Fotowiderstand, der von einem Teil des durch die Blende tretenden Lichts beaufschlagt wird, als Istwertfühler und ein stellbarer ohmscher Widerstand als Sollwerteinsteller für das durch die Blende fallende Licht dient. Istwertfühler und Sollwerteinsteller liegen in parallelen Zweigen eines Wechselstromkreises und sind mit Gleichrichtern derart in Reihe geschaltet, daß der eine die positive, der andere nur die negative Wechselstromhalbwelle in ihrer Amplitude beeinflußt.

Diese Schaltung hat den Vorteil, daß die beiden Stromhalbwellen über ein gemeinsames Leiterpaar der Wicklung eines richtkraftlosen Drehspulmeßwerkes zugeführt werden können. Dieses dient als Stellglied für die Blende und dreht sich so lange in dem einen oder dem anderen Sinne, bis die beiden von dem Istwertfühler bzw. Sollwerteinsteller beeinflußten Stromhalbwellen denselben Mittelwert haben.

Diese bekannte Anordnung hat jedoch einen Nachteil. Die aus Istwertfühler und Sollwerteinsteller bestehende Meßschaltung muß nämlich für den vollen Betätigungsstrom des Stellgliedes ausgelegt sein. Das ist nur möglich bei Regelanlagen, bei denen das Stellglied nur sehr geringe Verstellkräfte aufzubringen hat. Muß das Stellglied dagegen, wie beispielsweise in Heizungs- und Lüftungsanlagen, verhältnismäßig große Stellkräfte auszuüben imstande sein, so läßt sich die bekannte Anordnung nicht verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der oben beschriebenen Art zu schaffen, die auch bei Auftreten großer Stellkräfte ohne weiteres einsatzfähig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Zuge eines Stromleiters des Leiterpaares eine Differenzschaltung angeschlossen ist, die zwischen ihren Eingangsklemmen parallel zueinander je ein Paar gegensinnig in Reihe geschalteter Gleichrichter, ein Paar in Reihe geschalteter Widerstände sowie ein Paar miteinander und mit je einem weiteren, zwischen Ein- und Ausgangsklemmen der Differenzschaltung geschalteten Gleichrichter in Reihe geschalteter Kondensatoren aufweist, und daß die Mittelpunkte der drei Reihenschaltungen miteinander und die einander abgekehrten Belegungen der beiden Kondensatoren mit den Ausgangsklemmen der Differenzschaltung verbunden sind.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschema der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung und

F i g. 2 eine Variante einer in der F i g. 1 dargestellten Differenzschaltung.

In F i g. 1 bedeutet 1 eine Meßschaltung und 2 eine Differenzschaltung, die über ein Leiterpaar 3 miteinander und mit einer Sekundärwicklung 4 eines Netztransformators 5 mit der Primärwicklung 6 verbunden sind.

Die Meßschaltung 1 weist zwei Klemmen 7 und 8 auf und umfaßt ein Fühlorgan 9, z. B. einen Temperaturfühler, und parallel dazu ein Sollwerteinstellorgan 10. In jedem der beiden parallelen Stromkreise ist' außerdem ein Gleichrichter 11 bzw. 12 in entgegengesetzter Durchflußrichtung eingeschaltet. Über das Fühlorgan 9 können deshalb z. B.

ίο nur die positiven und über das Sollwerteinstellorgan 10 nur die negativen Halbwellen des der Meßschaltung 1 zugeführten Wechselstromes fließen. Diese Halbwellen weisen eine den Impedanzwerten des Fühlorgans 9 und des Sollwerteinstellorgans 10 entsprechende Stromamplitude auf.

Die Differenzschaltung 2 liegt im Zuge des unteren Stromleiters des Leiterpaares 3 und ist über Klemmen 13,14 angeschlossen. Sie hat die Aufgabe, die beiden das Leiterpaar 3 durchfließenden HaIb-

ao wellenströme des Fühlorgans 9 und des Sollwerteinstellorgans 10 voneinander zu trennen, zwei den beiden Halbwellenströmen proportionale Spannungsabfälle zu erzeugen und die Differenz dieser beiden. Spannungsabfälle zu bilden. Zwischen den Eingangs-*'.

klemmen 13,14 sind, parallel zueinander, je ein in Reihe und entgegengeschaltetes Gleichrichterpaar 15,16, ein in Reihe geschaltetes Widerstandspaar 17,18 und, über zwei in gleicher Durchflußrichtung eingeschaltete Gleichrichter 19,20, ein in Reihe geschaltetes Kondensatorpaar 21,22 angeschlossen, wobei alle Mittelpunkte der Reihenschaltungen miteinander über einen Leiter 23 verbunden sind. Klemmen 24, 25 bilden den Ausgang der Differenzschaltung 2. Diese Ausgangsklemmen 24, 25 sind mit einem Verstärker 26 verbunden, der über eine zweite Sekundärwicklung 27 des Netztransformators 5, zwei Gleichrichter 28,29 und einen Ladekondensator 30 mit Gleichspannung versorgt wird. Dabei ist die Ausgangsklemme 24 mit dem Mittelpunkt einer an der Versorgungs-Gleichspannung liegenden Reihenschaltung eines Widerstandes 31 und eines Gleichrichters 32 verbunden und die Ausgangsklemme 25 ist mit der Basis eines ersten Transistors 33 des Verstärkers 26 verbunden.

Um eine möglichst konstante, dem Arbeitspunkt des Transistors 33 entsprechende Vorspannung zu gewährleisten, wird als Gleichrichter 32 zweckmäßigerweise ein solcher vorgesehen, der aus gleichem Material wie der Transistor 33 besteht bzw. der eine möglichst gleiche Durchlaßkennlinie wie dieser Transistor aufweist.

Der Kollektor des Transistors 33 ist einerseits über einen Widerstand 34 mit dem positiven Pol und andererseits über einen Widerstand 35 mit der Basis eines zweiten Transistors 36 verbunden. Der Emitter des zweiten Transistors 36 ist am positiven Pol direkt angeschlossen, während sein Kollektor einerseits über einen Widerstand 37 mit der Basis eines dritten Transistors 38 und andererseits über ein erstes Relais 39 (Zu-Relais) mit dem negativen Pol verbunden ist. Der Kollektor des dritten Transistors 38 ist einerseits über einen Widerstand 40 mit dem positiven Pol und . andererseits über ein zweites Relais 41 (AufRelais) mit dem negativen Pol verbunden, während sein Emitter mit dem negativen Pol direkt verbunden ist. Mit den Kontakten der Relais 39 und 41 kann ein nicht dargestelltes Stellglied gesteuert werden.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Meßeinrirh-

tung ist folgende. Betrachtet man zuerst die Meßschaltung 1 während der positiven Halbwelle des zugeführten Wechselstromes, so fließt von der Sekundärwicklung 4 ein positiver Strom über die Klemme 7, das Fühlorgan 9, den Gleichrichter 11, die Klemmen 8 und 14, den Gleichrichter 16,; den Widerstand 17 und der Klemme 13 zurück· aör Sekundärwicklung 4.

Die Amplitude der positiven Stromhalbweilen wird durch die Reihenschaltung des Fühlorgans 9 und des Widerstandes 17 bestimmt. Da der Widerstand 17 ein konstanter Widerstand ist, kann eine Änderung der Amplitude der positiven Halbwellen nur durch den veränderlichen Impedanzwert des Fühlorgans 9 erfolgen. Über dem Widerstand 17 entsteht somit ein dem veränderlichen Impedanzwert des Fühlorgans proportionaler Spannungsabfall, welcher über den in Durchlaßrichtung geschalteten Gleichrichter 19 eine Aufladung des links angeordneten Kondensator 21 auf den Spitzenwert bewirkt. Nimmt nun der Spannungsabfall über dem Widerstand am Ende einer positiven Halbwelle ab, so wird der Gleichrichter 19 in Sperrichtung betrieben, d. h. der aufgeladene Kondensator 21 kann sich nicht entladen. Der Vorteil einer derartigen Schaltung ist, daß sie einerseits eine sehr kleine Aufladezeitkonstante, andererseits jedoch eine sehr große Entladekonstante aufweist. Man erreicht auf diese Weise mit kleinen Kapazitätswerten bereits eine ausreichende Glättung der Kondensatorspannung.

Während der negativen Halbwelle des zugeführten Wechselstromes fließt von der Sekundärwicklung 4 ein negativer Strom über die Klemme 13, den Gleichrichter 15, den Widerstand 18, die Klemme 14 und 8, den Gleichrichter 12, das Sollwerteinstellorgan 10 und die Klemme 7 zurück zur Sekundärwicklung 4.

Die Amplitude der negativen Halbwelle wird durch die Reihenschaltung des Sollwerteinstellorgans 10 und des Widerstandes 18 bestimmt. Über dem Widerstand 18 entsteht somit ein dem am Sollwerteinstellorgan eingestellten Impedanzwert proportionaler Spannungsabfall, da der Widerstand 18 wiederum ein konstanter Widerstand ist. Dieser Spannungsabfall bewirkt über den in Durchlaßrichtung geschalteten Gleichrichter 20 eine Aufladung des rechts angeordneten Kondensators 22 auf den Spitzenwert der negativen Halbwelle.

Sind die positiven und die negativen Halbwellen gleich, so ergeben sich auch an den Widerständen 17 und 18 gleich große Spannungsabfälle und die beiden Kondensatoren 21,22 werden gleich stark aufgeladen. An den Ausgangsklemmen 24, 25 der Differenzschaltung 2 tritt in diesem Fall keine Differenzspannung auf.

Ist z. B. das Fühlorgan 9 ein Temperaturfühler mit negativem Temperaturkoeffizienten, so nimmt sein Impedanzwert bei steigender Temperatur ab, d. h. die Amplitude der ihn durchfließenden positiven Halbwelle nimmt zu, so daß auch der Spannungsabfall am Widerstand 17 größer wird. Somit wird der dem Widerstand 17 parallelliegende Kondensator 21 auf eine höhere negative Spannung aufgeladen und an den Klemmen 24, 25 tritt eine Differenzspannung auf, wobei die Klemme 24 eine negative und die Klemme 25 eine positive Polarität annimmt. Bei sinkender Temperatur tritt an den Klemmen 24, 25 eine Differenzspannung umgekehrter Polarität auf.

Die an den Klemmen 24, 25 auftretende Differenzspannung wird durch den Verstärker 26 verstärkt und erregt je nach Polarität entweder das Relais 39 (Zu-Relais) oder das Relais 41 (Auf-Relais).

Soll die beschriebene Einrichtung als Proportionalregler arbeiten, so ist an geeigneter Stelle ein Rückführorgan vorzusehen. Zweckmäßigerweise kann dazu ein Rückführpotentiometer 42 dienen, welcher dem Widerstand 17 der Differenzschaltung 2 zugeordnet ist und das durch die Antriebsachse des Stellgliedes eingestellt wird. Eine solche Ausbildung der Differenzschaltung ist in F i g. 2 dargestellt. Der Abgleich dieser Differenzschaltung 2 geschieht dann folgendermaßen. Wird der Impedanzwert des Fühlorgans 9 größer, so wird der über dem linken Widerstand 17 und dem mit ihm in Reihe liegenden aktiven Teil des Rückführungspotentiometers 42 erzeugte Spannungsabfall kleiner, so daß die Klemme 24 positiv und die Klemme 25 negativ wird. Durch diese Polarität der Differenzspannung wird der Transistor 33 gesperrt, desgleichen auch die Transistoren 36 und 38. Bei gewünschter Sperrung des Transistors 38 wird dessen Kollektor-Emitterspannung so groß, daß das Relais 41 (Auf-Relais) anzieht. Dadurch wird bewirkt, daß sich der Antrieb des Stellgliedes entgegen der Regelabweichung dreht, und daß sich das von der Antriebsachse des Stellgliedes eingestellte Rückführpotentiometer 42 auf einen größeren Widerstandswert einstellt. Der auf diese Weise sich ergebende größere Gesamtwiderstand 17-42 bewirkt trotz der kleineren Stromamplitude einen gleich großen Spannungsabfall wie über dem rechten Widerstand 18. Die Differenzspannung wird wieder zu Null und der Regler befindet sich wieder in der Neutralzone.

Ein weiteres, dem linken Widerstand 17 der Differenzschaltung 2 zugeordnetes Potentiometer 43, dient zur Einstellung des Proportional-Bandes eines die beschriebene Meßeinrichtung aufweisenden Reglers, indem mit diesem Potentiometer 43 die Wirkung des Rückführpotentiometers 42 eingestellt wird.

Mit einem weiteren, dem rechten Widerstand 18 der Differenzschaltung 2 zugeordneten Potentiometer 44, kann die sogenannte Totzone des Reglers eingestellt werden, d. h. mit diesem Potentiometer kann der Nullabgleich der Differenzschaltung 2 verschoben werden. Sind z. B. zwei Differenzschaltungen 2 hintereinandergeschaltet, wobei die zweite Differenzschaltung an die Klemmen 45, 46 im unteren Leiter des Leiterpaares 3, die sonst durch einen Kurzschlußbügel 47 überbrückt sind, angeschlossen ist, so können z. B. die Einsatzpunkte eines Heiz- und eines Kühlventils mehr oder weniger auseinander gelegt werden.

Die Differenzschaltung 2, der Verstärker 26 und der Netztransformator 5 werden zweckmäßigerweise in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht in dem unter Umständen auch der Antrieb für das Stellglied und eventuell dieses selbst untergebracht sein können. Die Meßschaltung 1 mit dem Fühlorgan 9, dem Sollwerteinstellorgan 10 und den beiden Gleichrichtern 11,12 ist vorzugsweise in einem zweiten Gehäuse untergebracht.

Durch geeignete Wahl der Widerstandswerte für die Widerstände 17,18 einerseits, und der Impedanzwerte für das Fühlorgan 9 und das Sollwerteinstellorgan 10 andererseits, insbesondere wenn diese verhältnismäßig groß und jene verhältnismäßig klein

sind, ist es möglich, an den Klemmen 7, 8 weitere Meßschaltungen 1 parallel zu schalten. Solch weitere Meßschaltungen können z. B. als Minimaltemperaturbegrenzer und/oder Störwertgeber für gleitende Temperaturregelung dienen.

Ferner ist es, wie bereits erwähn^*wurde, möglich, zu den verhältnismäßig niederohmigen Widerständen 17,18 der Differenzschaltung 2 weitere mindestens annähernd gleiche Widerstände bzw. Differenzschaltungen in Reihe zu schalten, mit denen zusatzliehe Regelfunktionen erfüllt werden können. Die beiden Halbwellenströme durchfließen dann nicht nur eine, sondern alle angeschlossenen Differenzschaltungen. Durch eine solche Maßnahme ist z. B. eine Regelung von Heizung, Kühlung und Lüftung mit einer einzigen allen angeschlossenen Differenzschaltungen 2 gemeinsamer Meßschaltung 1 beherrschbar.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung mit wechselstromgespeister Meßeinrichtung, in der ein Fühlorgan und ein Sollwerteinstellorgan vorgesehen sind, die, je einem Gleichrichter in Reihe geschaltet, mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen parallel in einen Wechselstromkreis geschaltet sind und über ein Leiterpaar das Stellglied steuern, insbesondere für Heizungs-, Lüftungs- und Klima-Anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge eines Stromleiters des Leiterpaars (3) eine Differenzschaltung (2) angeschlossen ist, die zwischen ihren Eingangsklemmen (13,14) parallel zueinander je ein Paar gegensinnig in Reihe geschalteter Gleichrichter (15,16), ein Paar in Reihe geschalteter Widerstände (17,18) sowie ein Paar miteinander und mit je einem weiteren, zwischen Ein-(13,14) und Ausgangsklemmen (24,25) der Differenzschaltung (2) geschalteten Gleichrichter (19, 20) in Reihe geschalteter Kondensatoren (21,

22) aufweist, und daß die Mittelpunkte der drei Reihenschaltungen miteinander und die einander abgekehrten Belegungen der beiden Kondensatoren (21, 22) mit den Ausgangsklemmen (24, 25) der Differenzschaltung (2) verbunden sind.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlorgan (9) und das Sollwerteinstellorgan (10) hohe Impedanzwerte, die Widerstände (17,18) der Differenzschaltung (2) hingegen kleine Widerstandswerte aufweisen.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgleichspannung der Differenzschaltung (2) einem Verstärker (26) zugeführt ist, der je nach Polarität der Gleichspannung ein das Stellglied steuerndes Auf-Relais (41) oder Zu-Relais (39) erregt, und daß dem einen (17) der beiden Widerstände der Differenzschaltung (2) ein vom Stellglied betätigtes Rückführpotentiometer (42) zugeordnet ist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstand (17) der Differenzschaltung (2), dem das Rückführpotentiometer (42) zugeordnet ist, außerdem ein Potentiometer (43) zur Einstellung des Proportio-^ nalbereiches und dem anderen Widerstand (18) ein Potentiometer (44) zur Einstellung der Totzone zugeordnet ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgleichspannung der Basis eines ersten Transistors (33) zugeführt ist, daß die Basis eines zweiten Transistors (36), in dessen Kollektorkreis das eine Relais (39) angeordnet ist, an den Kollektor des ersten Transistors (33) gekoppelt ist, und daß der Kollektor des zweiten Transistors (36) mit der Basis eines dritten Transistors (38) verbunden ist, dessen Kollektor-Emitterstrecke das andere Relais (41) parallel geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen