DE1604119A1

DE1604119A1 - Geraet zur kontaktlosen kontinuierlichen Belueftungsregelung

Info

Publication number: DE1604119A1
Application number: DE19661604119
Authority: DE
Inventors: Dr Heinz-Juergen Fischer; Walter Schmidt
Original assignee: FISCHER DR HEINZ JUERGEN
Current assignee: FISCHER DR HEINZ JUERGEN
Priority date: 1966-04-05
Filing date: 1966-04-05
Publication date: 1970-09-10

Description

Gerät zur-kontaktlosen kontinuierlichen Belüftungsregelung Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Gerät, mit dem einekontinuierlich regelbare Belüftung von Räumen, insbesondere Wohn- und Arbeitsräumen sowie Stallungen, vorgenommen Werden kann.
Die Steuerung kann hierbei von Hand auf Grund individueller Forderungen bzwp automatisch, beispielsweise durch ein programmierzeitschaltwerk oder einen Fühler erfolgen, welcher raumklimatische Größen, wie Temperatur, Feuchte, Ionenzahl, Aerosolgehalt, Sauerstoffmenge etc., mißt.
Zur Erläuterung das Standes der Technik auf diesem Gebiet sei die Funktion eines Gerätes zur temperaturgesteuerten Belüftung gemäß beigefügter Druckschrift geschildert:.
Die Raumtemperatur wird durch temperaturabhängige Widerstände abgetastet, welche jeweils in einem Zweig einer meßbrücke liegen. In den Diagonalzweigen dieser Brücken liegt jeweils der Eingang eines Transistorschaltverstärkers, der bei einem vorgebbar®n, von Brücke zu Brücke verschiedenen Schwellwert ein Relais schaltet. Diese Relais betätigen nachfolgende Leistungsschütze, Welche den Lüftermotor an eine Transformatoranzapfung der jeweils zugehörigen Spannung legen und damit die Drehzahl, also den Luftdurchsatz, ändern.
Die Nachteile eines solchen Geräte bestehen im wesentlichen im Folgenden= Sobald mehr als zwei verschiedene Drehzahlen erforderlich sind, müssen für jede weitere Stufe-ein zusätzlicher Fühlerwidsrstand und eine weitere Kombination von Maßbrücke, Schaltverstärker, Relais und Loietungeschütz vorgesehen wordoni Ferner ist, ins-besondere bei großen Schaltleistungen im Falle von ganzen Gruppen von Lüftermotoren, ein entsprechend großer und aufwendiger Transformator notwendig, der die Anzapfungen für die verschiedener Motorspannungen trägt. Weiter treten, insbesondere in Räumen mit verunreinigter Lufti oft durch Verschmutzung der Kontakte der Schaltschütze im Laufe der Zeit Fehlschaltungen auf, welche die Betriebssicherheit beeinträchtigen. Schließlich ist in vielen Fällen eine stufenweise,Änderung infolge des dadurch bedingten sprunghaften Wechsels des Luftdurchsatzes störend oder unzureichend.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät, das die geschilderten Nachteile vermeidet und eine kontaktlose kontinuierliche Regelung der Drehzahl der Lüftermotoren ermöglicht. Der Kern dieses Geräts ist ein neuer Halbleiter-Baustein, wie er z.B. von der Fa. General Electric gemäß einer weiteren Anlege zu dieser Anmeldung unter der Bezeichnung "TRIAC" hergestellt wird. Dieses Bauelement ist ein Halbleitet-WechSelStromschalter mit 3 Elektrodeng der durch ein Steuersignal in jeder Richtung leitend geschaltet werden kann; er besteht im wesentlichen aus 2 in Einwegschaltung mit Wechselstromausgang geschalteten steuerbaren Silizium-Gleichrichtern.
Die Wirkungsweise einer solchen Schaltung soll an Hand des in Abb. 1 dargestellten Schaltungsbeispiels erläutert werden: Als Temperaturmeßfühler dient ein NTC-Widerstand R in Brückenschaltung, der in dem als Brücke ausgebildeten Eingangskreis eines Regelverstärkers VZ liegt. Eine Temperaturabweichung vom Sollwert des NTC-Widerstandes bewirkt eine Brückenverstimmung und dadurch eine der Widerstandsänderung analoge Regelgröße am Ausgang des Verstärkers V1. Die so verstärkte Regelgröße tritt als Strom Ilil' auf, welcher die Heizwicklung eines fremdgeheizten, temperaturabhängigen Widerstandes W durchfließt und dadurch seinen Wert verändert. Diese Anordnung bewirkt u.a. eine in vielen Fällen erwünschte Verzögerung des Einsatzes der Regelung und ermöglicht auf einfache Art die Unterdrückung von Regelschwingungen. Der Widerstand W liegt, zusammen mit dem Kondensator C, an der Wicklung eines Transformators Tr. Von dieser bekannten Phasenschieberschaltung wird eine an den Punkten P1 und P2 analog der Regelgröße ge- genüber der Netzspannungsphasenlage verschobene Wechselspannung dem nachfolgenden Schaltverstärker V2 zugeführt. Dieser Verstärker wirkt als Impedantwandler und bewirkt die Aussteuerung des im Regelkreis liegenden steuerbaren W®chselstromechalters T. Im Eingangsbrückenzweig des-Regelverstärkers V1 sind Widerstandselemente R1 und R2 eingefügt, wie sie im Schaltbild der Abb. 1, beispielsweise zum temperaturabhängigen Meßfühler R in Serie bzw. über den Schalter S1 umschaltbar anstelle des Meßfühlers R eingezeichnet sind. Bierbei hat der regelbare Widerstand R1 die Funktion der Arbeitspunktverschiebungdas ist die Veränderung der Sollwerttemperaturo Der Widerstand R2 dient z:ur manuellen Steuerung der beschriebenen Schaltung.
Über das beschriebene Beispiel hinaus erfordert der Regelverstärker V1 nicht unbedingt einen Fühler, der als Widerstand ausgebildet ist. Vielmehr kann der Regelverstärker--im allgemeinen Fall direkt durch eine als Spannung oder Strom vorliegende Regelgröße angesteuert werden, ohne daß dadurch die beschriebenen- Funktionen des Gerätes verändert tuenden. Wirkunizsweise Die elektronische Stallautomatik Typ ASL dient zur selbsttätigen Steuerung der Drehzahl von Ventilatoren und damit ihrer Förderleistung in 4 Stufen in Abhängigkeit von der Stalltemperatur. Die Automatik nimmt dem Landwirt die dauernde Überwachung der Stalltemperatur und davon abhängiges Steuern der Ventilatoren von Hand über die Drehzahlschalter ab. Außerdem wird-bei plötzlichen Kälteeinbrüchen eine starke Absenkung der Stalltemperatur verhindert.
Aufbau ' Die Automatik für Stallüftung ASL besteht aus: dem Schaltkasten Type EM-3/66 dem Transformator Type DSK 3521 dem Meßfühler Type M-3/66 dem Thermostat RT 4 sp (Temperaturbegrenzungsthermostat) Der Schaltkasten aua Isolierstoff enthält die benötigten Schalt-und Steuerelemente. Auf dem tlehlCusedeckel sind angeordnet: die Schalterantriebe für den Hauptwahlachalter und den Temperaturbereichs-Wahlaehalter 4 grüne Meldeleuchten - zur Anzeige der Spannungsstufen (Drehzahlstufen) bei Automatikbetrieb -1 rote Meldeleuchte - gibt Störungsmeldung, wenn die Sicherung angesprochen hat -1 weiße Meldeleuchte - zeigt an, wenn die Ventilatoren vom Sicherheitsthermostaten RT 4 sp abgeschaltet wurden -1 Taster - zum Einschalten der Sicherung -An der oberen Seite befinden sich die 5 Stopfbuchaverachraubungen zur Einführung der Leitungen vom Netz und zum Trafo, Meßfühler, Thermostat und den Ventilatoren.
Der Transformator DSK 3251, in einem Stahlblechgehäuse unterge- bracht, ist ein Stufentransformator in Sparschaltung mit 5 Abgriffen, es. werden jedoch nur 4 Abgriffe 220 V-180 V-150 V-100 V benutzt Der-Thermostat RT 4 ap ist als Sicherheitsglied vorgesehen. Er schaltet bei automatischem und bei Hand-Hetrieb.die Ventilatoren ab, wenn eine auf dem Thermostaten einstellbare Mindesttemperatur unterschritten wird; es leuchtet dann die weiße Meldeleuchte auf. Die Schaltung ist aus dem Stromlaufplan ersichtlich.
S chaltunx Über den Hauptschalter mit den Stellungen 0 (Aue) - A (Automatik) -4 - 3 - 2 - 1 (Handbetrieb) werden cie Ventilatoren in Betrieb ge- nommen. Mit-dem Temperaturwahlsehalter (Stellungen 10-15-20-25-300 C) nommen.
wird die gewünschte Solltemperatur für den automatischen Betrieb vorgewählt. . 1) Automatischer Betrieb Bei Schaltung des Hauptschalters auf der Stellung "A" und bei Wiedereinschaltung durch den Thermostaten RT 4 sp laufen die Ventilatoren auf der höchsten Spannungsstufe (220 V) an, um in jedem Falle einen einwandfreien Anlauf sicherzustellen. Nach 5 Sekunden werden die Ventilatoren auf die Stufe umgeschaltet, die sich aus der Stellung des Temperaturwahlschalters und der vom Meßfühler ermittelten Stalltemperatur ergibt.
Die Stallautomatik versucht, durch Steuerung der Drehzahl der Ventilatoren die über den Temperaturwahlschalter vorgewählte Solltemperatur im Stall zu halten. Wenn die gewünschte Temperatur im Stall erreicht ist, laufen die Ventilatoren auf der mittleren Drehzahlstufe. Bei steigenden Stalltemperaturen werden die Ventilatoren auf die höheren Spannungsstufen,bei sinkenden Temperaturen auf die niedrigeren umgeschaltet.
Die Schalttemperaturen der Automatik bei den einzelnen Solltemperaturstufen sind aus der Tabelle 1 ersichtlich.
Sinkt die Stalltemperatur unter einen noch zulässigen Mindestwert, schaltet der Temperaturbegrenzungsthermostat die Ventilatoren ab. Die Einstellung des Thermostaten erfolgt von Hand auf eine Minimumtemperatur, die nicht unterschritten werden soll und die je nach Tierart unterschiedlich ist. Die in der Tabelle 1 genannten Abschalttemperaturen sind unverbindliche Beispielswerte.
Beispiel: Wahltemperatur 20o C Stalltemperatur 18o C Die Ventilatoren laufen mit Geschwindigkeitsstufe II. Steigt die Stalltemperatur aufgrund der relativ keinen Luftmenge an und überschreitet die Temperatur von 20 C, so schaltet die Automatik die Ventilatoren auf Geschwindigkeitsstuffe III. Jetzt laufen die Ventilatoren schneller und fördern mehr Luft. Sollte die Stalltemperatur aufgrund der höheren Außentemperatur jedoch weiter ansteigen, so würden die Ventilatoren bei Überschreiten der Temperatur von 230 C auf die Geschwindigkeitsstufe IV geschaltet, d. h. jetzt mit voller Drehzahl arbeiten.
Ist diese Drehzahl und damit die Luftmenge zu groß, oder fällt die Außentemperatur ab, so wird die Stalltemperatur ab8inkena Bei Unterschreiten der Temperaturstufen 23 - 20- - 17 C schaltet die Automatik die Ventilatoren auf die Geschwindigkeitsstufen III II I, also langsamere Drehzahl.
Sollte die Stalltemperatur weiter absinken, schaltet der Temperaturbegrenzungs-Thermostat bei 140 C die Ventilatoren ab.
Über die grünen Meldeleuchten wird angezeigt, über welche Spannungsstufe die Ventilatoren im Augenblick laufen. 2) Handbetrieb Bei Ausfall der Automatik können die Ventilatoren in 4 Drehzahl-Stufen von Hand gesteuert werden Sie werden nur vom Sicherheitsthermostaten abgeschaltet, wenn die auf diesem eingestellte Temperatur unterschritten wird.
Sicherung Hat die Sicherung ausgelöst, wird dieses durch die rote Meldeleuchte angezeigt. Durch den Drucktaster (Sicherung) kann die Sicherung wieder eingeschaltet werden.

AnschluB Die Automatik für Stallüftung ist für eine Betriebsspannung von 220 V, 50 Hz mit einer Schaltleistung von 15 A gebaut. Es können folgende Ventilatoren angeschlossen werden:

bis 33 Stück KEC 4o6

12 " KEC 404

50 ,@ BKN 314 E

3 " BKN 406 E

16 " BKN 404 E

1o " BKN 5o6 E

3 " BKN 5o4 E

5 " BKN 636 E

Automatik für Stallüftung

Type A S L

Nennanschlußspannung 220 V,.50 Hz Wechselstrom

Schaltleistung 15 A

Schaltkasten M-3/66

Temperaturbereich nach Tabelle

Genauigkeit der Solltemperaturen + 0,5o C

Lege der Schaltpunkte

Aufwärtsregelung mex. 1o C über Solltemperatur

Abwärtsregelung mnx. 1° C unter Solltemperatur

Betriebsarten Aus/Automatik / Hand-4stufig

Starthilfe automatisch 5 sec.

(regelbar 1 - 20 sec.)

Netzausfallüberwachung eingebaut über Relais,

Schaltleistung 220 V, 5 A

(Klemmen 17/1$)

Drehzahlanzeige über Kontrollampen

Sicherungsausfall Anzeige über Kontrollampe (Störung)

Umgebungstemperatur - 200 C, + 300 C

Gehäuseausführung P 44

Gewicht ca. 9 kg

Abmessungen 500 x 305 x 195

Meßfühler M 3/66

Regelzeit ca. 5 Minuten

Transformator DSK 3521

Leistung 3520 VA / 16 A - 220 V

5stufig

Gehäuse Schutzart P 44

Thermostat Type RT 4 Sp

Schaltleistung max. 15 A bei 380 V, 50 Hz

Temperaturabschaltbereich - 5 0 C bis + 300 C

einstellbar

General Electric kann auffortschrittlichste Entwicklungen in der Halbleiter-Technologie zurückblicken. Seit Jahren fertigt GE gesteuerte Siliziumgieichrichter, Gleichrichter mit Zenereffekt, Hochstrom-Siliziumgleichrichter und eine Vleizahl anderer verbesserter Leistungshalbleiter-Konstruktionen. Als letz- tes Glied In dieser Kette von Neuentwicklungen stellt General Electric nunmehr TRIAC vor. Dieses neue Bauelement ist ein Halbleiter-Wechseistromschalter mit drei Elek- troden, der durch ein Steuersignal in jeder Richtung leitend geschal- tet werden kann. Es handelt sich praktisch um eine "Integrierte" Schaltung, die Im Prinzip dem ge- steuerten Siliziumgleichrichter ent- spricht. Der wesentliche Vorteil des TRIAC liegt darin, daß er das Schalten von Zweiweg-Wechselstrom vereinfacht und zwar: durch Verringerung der stromführenden Bauelemente, durch den Fortfall der Stoßapannungsunterdrüdcung und durch kleinere und einfachere Steuerschaltungen.

Vergleichen Sie die beiden Strom- kreise unten. Beide zeigen einen statischen Zweiweg-Netzschalter, links mit mehreren gesteuerten Siliziumgleichrichtem, rechts mit einem einzigen TRIAC. Wenn Sie statische Netzschaltungen, Tempe- raturmes3er, stufenlose Helligkeits- regler _ oder Motordrehzahlregler einsetzen wollen; sollten Sie sich über TRIAC Informieren. Er wird In kleinen, robusten Gehäusen für Gewinde- oder Preßfit-Montage In zwei Nennapannungen geliefert: 200 V (Typ SC40B) und 400 V (Typ SC40D). . Sie werden auch den neuen DIAC Interessant finden, eine Wechaeistrom-Schaltdiode zur Triggerung des TRIAC oder von gesteuerten Siiiziumgleichrichtem. Nähre Ein- zelheiten erfragen Sie bitte bei:

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1) Brät zur-kontaktlosen kontinuierlichen Belüftungsregelung, dadurch gekennzeichnet, 'daß der Lüftermotor im Schaltkreis eines steuerbaren Silizium-Gleichrichterpaares liegt, dessen Steuer-Elektrode über eine Phasenschieberschaltung von der Regelgröße her beeinflußt wird.
2) Gerät zur kontaktlosen kontinuierlichen Selüftungsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Silizium-Gleichrichterpaar zu einem Bauelement zusammengefaßt ist, das nur über eine Elektrode angesteuert werden muß, beispielsweise in Form eines TRIAC-Wechselstramschalters.
3) Gerät- zur kontaktlosen kontinuierlicr-ien Belüftungsregelung nach Anspruch 1 oder 2), dadurch gekennzeichnet, daß der phasenbestimmende Widerstand. als fremdgeheizter Heißleiter ausgebildär ist und die Widerstandsänderung durch den von der Regelgröße her beeinflußten Heizstrom erfolgt, wodurch insbesondere kurzfristige Änderungen der Regelgröße unberücksichtigt bleiben.
4) Gerät zur kontaktlosen kontinuierlichen Belüftungsregelung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzdichnet, daß die Eingangsschaltung des Regelverstärkers ein Schaltelement, vorzugsweise einen Regelwiderstand, aufweist, um den Arbeitspunkt verschieben und damit eine Änderung des Sollwertes der Eingangsregelgröße vornehmen zu können.
5) Gerät zur kontaktlosen kontinuierlichen Belüftungsregelung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangaregelgröße vorzugsweise überein Potentiometer oder einen Stufenschalter mittels Handsteuerung geändert werden kann.