DE2306070C3 - Steuervorrichtung für die Aufheizung von Speicherheizgeräten - Google Patents

Description

(a) ein erster an einer Speisespannung liegender Spannungsteiler (16), enthaltend einen Festwiderstand (22), einen durch einen Heizwiderstand (70) beheiibaren, <emperaturempfindlichen Widerstand (24), einen Vorwiderstand (26) und das zeitabhängig verst. ibare Widerstandsglied in Form eines über einen ersten Schalter (28) überbrückbaren, zeitabhängig verstellbaren Einstellwiderstandes (30),

(b) ein zweiter, an der gleichen Speisespannung liegender Spannungsteiler (18), enthaltend einen Festwiderstand (34) und einen Einstellwiderstand (36),

(c) ein dritter, an der gleichen Speisespannung liegender Spannungsteiler (20), enthaltend einen Festwiderstand (38) und den von der Außentemperatur beaufschlagten, temperaturempfindlichen Widerstand (40), wobei die schaltungsmäßige Reihenfolge der Widerstände in jedem der drei Spannungsteiler — jeweils von dem gleichen Pol der Spannungsquelle aus gesehen — der vorstehend angegebenen Reihenfolge entspricht,

(d) ein Potentiometer (56), welches mit seinen Endanschlüssen zwischen die Verbindungspunkte der Widerstände (34, 36; 38, 40) des zweiten und des dritten Spannungsteilers geschaltet und dessen Abgriff zeitabhängig verstellbar ist,

(e) einen Schaltverstärker (42), durch welchen die Steuerleistung und zugleich die Heizung des temperaturempfindlichen Widerstandes (24) in dem ersten Spannungsteiler (16) einschaltbar ist und dessen Eingang einerseits mit dem Verbindungspunkt des Festwiderstandes (22) und des temperaturempfindlichen Widerstandes (24) in dem ersten Spannungsteiler (16) und andererseits über einen zweiten Schalter (54) in einer ersten Schaltstellung desselben mit dem Verbindungspunkt der Widerstände (38, 40) in dem

dritten Spannungsteiler (20) und in einer zweiten Schaltstellung mit dem Abgriff (58) des Potentiometers (56) verbunden ist, und (f) die Zeitsteuerung (74) schaltet in der Niedrigtarifzeit den zeitabhängig verstellbaren Einstellwiderstand (30) durch den ersten Schalter (28) in den ersten Spannungsteiler (16) ein und verstellt ihn im Ablauf der Zeit zu kleineren Widerstandswerten, während der zweite Schalter (54) in seiner ersten Schaltstellung ist; die Zeitsteuerung schaltet am Ende der Niedrigtarifzeit den Einstellwiderstand (30) über den ersten Schalter aus dem ersten Spannungsteiler (16) aus, bringt den zweiten Schalter (54) in seine zweite Schaltstellung und verstellt im Ablauf der Zeit den Schleifer (58) des Potentiometers (56) von dem dritten zu dem zweiten Spannungsteiler (20 bzw. 18) hin.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zeitabhängig verstellbaren Einstellwiderstand (30) des ersten Spannungsteilers (16) ein manuell verstellbarer Einstellwiderstand (32) parallel geschaltet ist

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Heizwiderstand (70) für den ersten temperaturempfindlichen Widerstand (24) des ersten Spannungsteilers (16) ein Einstellwiderstand (68) in Reihe liegt

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung

gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs (AEG-Druckschrift »Installationsgeräte-Elfamatik Bl«, Ll/J.02.48/0372).

Bei einer solchen Aufladeautomi'ik geht es darum, den Speicherkern eines Speicherheizgerätes so weit, aber auch nur so weit, aufzuheizen, wie es durch den von der Außentemperatur abhängigen Wärmebedarf in dem Zeitraum zwischen den Niedrigtarifzeiten erforderlich ist Bei bekannten Speicherheizgeräten ist dabei in einer Isolation des Speicherheizgerätes ein Temperaturfühler angeordnet Die Isolation wirkt dabei als eine Art »thermischer Spannungsteiler«, so daß der Temperaturfühler auf einer im wesentlichen der Kerntemperatur proportionalen, aber geringeren Temperatur gehalten ist. Der Temperaturfühler steuert einen Schalter zum

so Einschalten der in dem Speicherkern angeordneten Heizstäbe. Zur Berücksichtigung der Außentemperatur ist im Bereich des Temperaturfühlers ein Heizwiderstand (Steuerwiderstand) angeordnet, der von einer Aufladeautomatik eine bestimmte Heizleistung erhält, die von der Außentemperatur abhängig ist. Diese Heizleistung wird dem Steuerwiderstand in Form eines Taktsignals zugeführt also periodisch ein- und abgeschaltet, wobei die mittlere Heizleistung durch Veränderung der relativen Einschaltdauer des Steuerwiderstan-

Mi des variiert werden kann.

Der Temperaturfühler kann so ausgelegt sein, daß er die Heizleistung normalerweise einschaltet solange der Speicherkern nicht seine Maximaltemperatur von beispielsweise 600° C erreicht hat, was z. B. einer

μ Fühlertemperatur von 260°C entspricht. Durch Beheizen des Temperaturfühlers mittels des Steuerwiderstandes wird eine höhere Speicherkerntemperatur vorgetäuscht als tatsächlich vorliegt. Das bedeutet, daß die

Heizstäbe schon abgeschaltet werden, bevor der Speicherkern seine maximal zulässige Temperatur erreicht hat Die auf den Steuerwiderstand geschaltete Leistung kann so bemessen werden, daß bei einer relativen Einschaltdauer ED=I, wenn also der Steuerwiderstand ständig eingeschaltet ist, der Temperaturfühler auch bei abgekühltem Speicherkern die Heizstäbe abschaltet Bei einer relativen Einschaltdauer ED=O wird der Temperaturfühler nur von dem Speicherkern beeinflußt, so daß eine Aufheizung des Speicherkerns auf seins Maximaltemperatur erfolgt

Durch Veränderung der relativen Einschaltdauer kann somit die Aufladung des Speicherkcrns zwischen Raumtemperatur und Maximaltemperatur variiert werden. Dies geschieht mittels einer Aufladeautomatik in Abhängigkeit von der Außentemperatur und gegebenenfalls der gewünschten Raumtemperatur. Die Aufladeautomatik setzt die Meßgröße »Außentemperatur« in ein Taktsignal mit von der Außentemperatur abhängiger relativer Einschaltdauer um. mit welchem Taktsignal dann der Steuerwiderstand ein- und ausgeschaltet wird.

Bei einer derartigen Steuervorrichtung für die Aufheizung von Speicherheizgeräten mit einer von einer Steuerleistung beaufschlagten Hilfsheizung für den Temperaturfühler, der auf eine von der Kerntemperatur abhängige Temperatur anspricht wird die Steuerleistung nach Beginn der Niedrigtarifzeit von einem Maximalwert zeitabhängig im sinkenden Sinne verändert Dadurch kann der unterschiedlichen in dem Speicherkern noch gespeicherten Restwärme Rechnung getragen werden.

Es wird dann nämlich zu Beginn der Niedrigtarifzeit zunächst wegen der hohen Steuerleistung durch den Temperaturfühler eine Abschaltung der Heizleistung erfolgen. Bei stetigem Absinken der Steuerleistung mit der Zeit wird schließlich die Grenze unterschritten, bei welcher der Temperaturfühler die Heizleistung einschaltet

Diese Grenze wird um so später erreicht, je höher die Kerntemperatur noch ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Aufheizung des Speicherheizgerätes jeweils zum Ende der Niedrigtarifzeit hin verschoben wird, und zwar um so stärker, je höher die in dem Speicherheizgerät noch vorhandene Temperatur ist. Es werden so die Wärmeverluste vermindert, und es wird außerdem verhindert daß sämtliche Speicherheizgeräte zu Beginn der Niedrigtarifzeit gleichzeitig eingeschaltet werden.

Der vorliegenden E;?indung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufladesteuerung für Nachtstromspeicherheicgeräte zu schaffen, bei der die Gerätekapazität nach Maßgabe der während der gesamten Hochtarifzeit möglichen Nachladung minimiert ist, die jeweils dosiert erfoi'gt, wenn die im Gerät vorhandene Wärmemenge kleiner ist als die bis zu Beginn der nächsten Niedrigtarifzeit auf Grund der Außentemperatur erforderliche Wärmemenge.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mittels der im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß das jeweilige Speichergerät dann und nur dann nachgeladen wird, wenn das Summensignal des Außen- und des Restwärmefühlers kleiner ist als das lineare Zeitsignal während der Hochtarifzeit und zusätzlich das EVU die Nachladung freigegeben hat. Di?-. ist möglich, weil die Steilheit des Zeitsignals zwischen den Zeitpunkten ii und h variabel ist.

Die weiteren Ansprüche 2 und 3 beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes nach dem Anspruch 1.
Die Erfindung beruht demgemäß auf der Erkenntnis, daß nur während eines geringen Prozentsatzes der gesamten Heizperiode die volle Kapazität des Speicherheizgerätes ausgenutzt wird. Es ist möglich, die Speicherkapazität und damit die Masse des Speicherkerns erheblich zu verringern, wenn durch geeignete

ίο Ausbildung der Steuervorrichtung dafür gesorgt wird, daß während der wenigen Tage, an denen wegen extrem niedriger Außentemperaturen diese Speicherkapazität nicht ausreicht, eine dosierte Nachheizung außerhalb der Niedrigtarifzeit erfolgt

is Zu Beginn der Niedrigtarifzeit wird die Steuerleistung zunächst linear mit der Zeit gesenkt bis unter Berücksichtigung der Restwärme in dem Speicherheizgerät eine Einschaltung der elektrischen Heizleistung erfolgt

Die Steuerleistungen sinken hierbsi bis zu einem vorgegebenen ersten Zeitpunkt auf ei.ien von der Außentemperatur abhängigen Wert ab. Anschließend erfolgt wieder ein Anstieg der Steuerleistung mit unterschiedlicher Steigung, so daß die Steuerleistung zu dem zweiten vorgegebenen Zeitpunkt wieder ihren Maximalwert erreicht hat Es folgt dabei schließlich wieder ein Abschalten der Heizleistung.

Mit höherer Außentemperatur wrrd die Steuerleistung schneller wieder den zur Abschaltung der Heizleistung bei einer vorgegebenen Restwärme erforderlichen Wert erreichen. Es hat sich gezeigt, daß die Abschaltung der Heizleistung während der meisten Tage des Jahres noch innerhalb der Niedrigtarifzett liegt Wenn diese Niedrigtarifzeit bei der Aufheizung überschritten werden muß — wegen extrem niedriger Außentemperatur — dann wird diese Nachheizung unter Berücksichtigung der Restwärme im Speicherkern und der Außentemperatur minimiert.
Eine Änderung der Außentemperatur bewirkt über den Schaltverstärker eine Einschaltung der Steuerleistung und gleichzeitig die Einschaltung einer thermischen Rückführung. Dadurch wird das Eingangssignal des Schaltverstärkers wieder auf 0 zurückgeführt Der Schaltverstärker schaltet mit Hysterese die Steuerleistung und die thermische Rückführung ab, womit sich das Spiel wiederholen kann. Das Ergebnis ist eine getaktete Steuerleistung mit einem Einschaltverhältnis, welches sich nach Maßgabe der Außentemperatur verändert Eine zusätzliche Verstimmung erfolgt durch

so den Einstellwiderstand in dem ersten Spannungsteiler, so daß die Charakteristik für die Steuerleistung eine abfallende Gerade ist, Jie in Abhängigkeit von der Außentemperatur parallel verschoben wird. Die Steuerleistung erreicht somit zu dem besagten ernten Zeitpunkt unterschiedliche Werte. Es erfolgt jetzt eine Umschaltung. Zunächst liegt das Potentiometer zwischen dem zweiten und dritten Spannungsteiler in seiner einen Endstellung, also mit seinem Abgriff unmittelbar zwischen dem Festwiderstand und dem der Außentem-

6ö perätur ausgesetzten temperaturempfindliehen Widerstand. Es sind also zunächst die gleichen Verhältnisse gegeben wie unmittelbar vor der Umschaltung. Mit der Verstellung des Potentiometers ändert sich der eine Eingang des Schaltverstärker linear zu einem Wert, der

μ durch den Einstellwiderstand in dem zweiten Spannungsteiler vorgegeben ist und der maximalen Steuerleistung entspricht. Hierdurch erfolgt wieder eine periodische Ein- und Ausschaltung der Steuerleistung

und der thermischen Rückführung, wobei aber die Steuerleistung linear auf den besagten maximalen Wert ansteigt. Durch dieses Verhalten der Steuerleistung wird die vorstehend geschilderte Wirkung erzielt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;

Fig. 2 zeigt die zugehörigen Steuerkennlinien, d.h. die Abhängigkeit der Steuerleistung (in Prozent, bezogen auf die eingestellte maximale Steuerleistung) in Abhängigkeit von der Zeit und (als Parameter) von der Außentemperatur.

Eine Netzspannung liegt zwischen Klemmen 10 und 12. Diese Netzspannung speist über einen Kondensator 14 einen ersten Spannungsteiler, der generell mit 16

einen dritten Spannungsteiler 20. Der erste Spannungsteiler enthält einen Festwiderstand 22, einen temperaturempfindlichen Widerstand 24, einen Einstellwiderstand 26 sowie über einen Schalter 28 einen zeitabhängig verstellbaren Einstellwiderstand 30, welchem ein manuell verstellbarer Einstellwiderstand 32 parallel geschaltet ist. In einer zweiten Schaltstellung des Schalters 28 sind die Widerstände 30 und 32 aus dem Spannungsteiler ausschaltbar. Die Widerstände 22, 24 und 26 liegen dann unmittelbar an der Eingangsklemme 12.

Der zweite Spannungsteiler 18 enthält einen Festwiderstand 34 und einen Einstellwiderstand 36.

Der dritte Spannungsteiler enthält einen Festwiderstand 38 und einen temperaturempfindlichen Widerstand 40, welcher von der Außentemperatur beaufschlagt ist.

Ein Schaltverstärker 42 enthält einen Transistor 44, dessen Emitter mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 22 und 24 des ersten Spannungsteilers 16 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 44 liegt an der Basis eines dazu komplementären zweiten Transistors 46, dessen Emitter an der Steuerelektrode eines Thyristors 48 liegt. Die Basis des Transistors 44 und der damit verbundene Kollektor des Transistors 46 liegt über einen Widerstand 50 an der Speisespannung hinter dem Kondensator 14 und über einen einstellbaren Widerstand 52 an dem Kontaktarm eines zweiten Schalters 54.

Der Kontaktarm des zweiten Schalters 54 liegt in einer ersten Schaltstellung desselben an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 38 und 40 des dritten Spannungsteilers 20. Zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 38 und 40 des Spannungsteilers 20 und dem Verbindungspunkt der Widerstände 34 und 36 des Spannungsteilers 18 liegt ein Potentiometer 56. mit dessen Schleifer 58 der Kontaktarm des zweiten Schalters 54 in dessen zweiten Schaltstellung verbunden ist

Antiparallel zu dem Thyristor 48 liegt ein zweiter Thyristor 60, dessen Steuerelektrode 63 über eine bekannte, hier nicht näher dargestellte Slave-Schaltung angesteuert wird. Der Thyristor 60 wird dadurch während derjenigen Halbperioden gezündet, die auf eine Halbperiode der Wechselspannung folgen, während welcher der Thyristor 48 gezündet war. Eine Steuerleistung wird zwischen der Klemme i0 und einer Klemme 66 abgegriffen. Außerdem fließt bei Zünden des Thyristors 48 ein Strom über einen einstellbaren Widerstand 68 und einen Heizwiderstand 70, welcher den temperaturempfindlichen Widerstand 24 beheizt und damit eine thermische Rückführung bewirkt. Der Widerstand 70 ist auf der anderen Seite mit der Eingangsklemme 10 verbunden.

ί Von der Eingangswechselspannung wird ein Synchronmotor 72 angetrieben, welcher eine Zeitsteuerung treibt, die in Fig. I durch die gestrichelte Linie 74 angedeutet ist.
Durch diese Steuerung wird (vgl. F i g. 2) bis zu dem

dem Ende der Niedrigtarifzeit entsprechenden ersten Zeitpunkt ft der Schalter 78 in der dargestellten Lage gehalten. Der Widerstand 30 wird zeitabhängig verändert, und zwar nach kleineren Widerstandswerten hin bis zum Wert Null im Zeitpunkt t\. Während dieser Zeit befindet sich der Schalter 54 in der dargestellten ersten Schaltstellung.
Der Schaltverstärker 42 mit den Thyristoren 48 und i d Si

SO SCnäiict die SicücriciSiütig /.wiSCnci'i uci'i Klciiiiilei'i JO und 66 ein, wenn eine Verstimmung der von dem ersten Spannungsteiler 16 und dem dritten Spannungsteiler 20 gebildeten Brücke auftritt. Das bedeutet, daß das Einschaltverhältnis über die thermische Rückführung 70, 24 um so größer ist, je höher die Außentemperatur ist, die von dem temperaturempfindlichen Widerstand

2ϊ 40 festgestellt wird. Eine weitere Verstimmung der Brücke erfolgt jedoch durch die Verstellung des Wider_*ands 30, wodurch ein lineares Absinken des Einschaltverhälsnisses bewirkt wird. Es ergeben sich also die in F i g. 2 für die verschiedenen Temperaturen

jo angegebenen abfallenden Steutrkennlinien. Mit Absinken der effektiven Steuerleistung wird schließlich je nach der im Speicherkern noch enthaltenden Restwärme die elektrische Heizleistung zum Aufheizen des Speicherkerns eingeschaltet. Im Zeitpunkt fi erfolgt durch die Zeitsteuerung 74 eine Umschaltung. Der Widerstand 30, der dann bis zum Wert Null verstellt ist, wird aus dem ersten Spannungsteiler 16 ausgeschaltet. Das bringt praktisch keine Änderung in dem ersten Spannungsteiler 16. Der Schalter 54 wird mit seinem Schaltarm auf den Schleifer 58 des Potentiometers 56 geschaltet, der sich in seiner linken Endstellune befindet. Das bringt auch keine Änderung hinsichtlich der über Widerstand 52 an dem anderen Eingang des Schaltverstärkers 42 anliegenden Spannung. Die Kennlinien links und rechts des Zeitpunktes ii in F i g. 2 schließen sich stetig aneinander an. Es wird dann von dem ersten Zeitpunkt t\ bis zu dem zweiten Zeitpunkt ti das Potentiometer 56 in seine rechte Endstellung verstellt. Ist die an dem temperaturempfindlichen Widerstand 40 abfallende Spannung U\ und die an dem Einstet.i/iderstand 36 abfallende Spannung L6, dann ändert sich die Eingangsspannung des Schaltverstärkers 42 und damit das Schaltverhältnis in diesem Bereich um den Wert U\ — Ui. Es ergeben sich die in F i g. 2 dargestellten Kennlinien. Bei tieferen Außentemperaturen erreicht die Kennlinie die Abszisse in einer kürzeren Zeit als fi, so daß erst im zeitlichen Abstand von ti die Kennlinie mit einer größeren Steigung wieder ansteigt Die ansteigenden Steuerleistungen bewirken eine um so frühere Ausschaltung der elektrischen Heizleistung, je höher die Restwärme war und je höher die Außentemperatur ist

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Thyristor 48 von dem Schaltverstärker 42 runkstörungsfrei, d. h. im Nuiidurchgang geschaltet Das liegt daran, daß die Speisewechselspannung, die an den Spannungsteilern 16, 18, 20 anliegt, infolge des Kondensators 14 gegenüber der Speisewechselspannung des Thyristors

48 (Netzspannung) um 90° voreilend ist. Da der Thyristors 48 nur zündet, wenn einerseits die Schah· schwelle des Schaltverstärkers 42 erreicht ist und andererseits eine positive Halbwelle am Thyristor 48 anliegt, kann die Zündung frühestens im Nulldurchgang ί erfolgen. Dieser Gedanke ist Gegenstand des Patentes 22 'J3 343 der gleichen Anmelderin.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Steuervorrichtung für die Aufheizung von Speicherheizgeräten während einer Niedrigtarifzeit und für deren Aufheizung außerhalb der Niedrigtarifzeit mit einem die Einschaltung einer elektrischen Heizleistung steuernden Temperaturfühler, der von einer von der Temperatur eines Speicherkerns abhängigen Temperatur beaufschlagt ist und mit einer von einer Steuerleistung beaufschlagten Hilfsheizung für den Temperaturfühler, bei welcher die Steuerleistung in Abhängigkeit von einer durch einen Temperaturfühler gemessenen Außentemperatur automatisch veränderbar ist und in der Niedrigtarifzeit zeitabhängig im sinkenden Sinne gesteuert ist und bei der das Maximum der Steuerleistung vor dem Anfang der nächsten Niedrigtariizeit erreicht wird, mit einem von der Außentemperatur beaufschlagten temperaturempfindlichen Widerstand in einer Brückenschaltung und mit einem zeitabhängig verstellbaren Widerstandsglied, mit einer Zeitsteuerung, durch welche in der Niedrigtarifzeit das vorgenannte Widerstandsglied im Ablauf der Zeit verstellt wird, gekennzeichnet durch die Gesamtheit der folgenden Merkmale: