DE2318484C3 - Schaltungsanordnung mit zwei RC-Zeitkreisen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich — gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 — auf eine Schaltungsanordnung mit zwei synchron ablaufenden, mit einem einzigen Einstellorgan betätigbare RC-Zeitkreise. Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DD-PS 70 653 bekannt.

Es ist allgemein bekannt, für die Brennersteuerung von Dampfkesselanlagen oder dergleichen, sogenannte Sicherheitsschaltungen zu verwenden, die mit Zeitverzögerungsrelais arbeiten. Damit das richtige Ein- oder Abschalten von Brennern in Kesselanlagen auch dann gewährleistet ist, wenn ein Sicherhcitsschaltkreis ausfällt, besteht die Forderung, daß in derartigen Schaltungen zwei parallelgeschaltete Zeitkreise vorhanden sind, die sich gegenseitig überwachen.

Unabhängig davon, ob hierfür zwei vollständig voneinander getrennte Zeitkreise mit separaten Einstellmöglichkeiten oder zwei parallelgeschaltete Zeilkreise mit einem gemeinsamen Tandemstellglied verwendet werden, besteht bei derartigen Schaltungsanordnungen ein wesentliches Problem in der Forderung, die beiden Zeitkreise zu synchronisieren, d. h. in Gleichlauf zu bringen. Durch die bei der Einstellung unabwendbare Streuung der Einstellglieder ist ein Abgleich des Zeitkreises praktisch nur für jeweils einen Wert möglich. Bei der eingangs erwähnten bekannten Zündeinrichtung zur horizontalen Anschnittsteuerung eines steuerbaren Halbleitergleichrichters nach der DD-PS 70 653 werden zwei Zeitkreise mit einem einzigen Doppelpotentiometer zwar bereits gleichzeitig gesteuert, hier ist jedoch kein ausreichender Gleichlauf der beiden Zeitkreise gegeben, d. h. daß die Toleranzen zwischen den Zeitkreisen nicht ausgleichbar sind. Für die Zündeinrichtung ist dieses jedoch nicht nachteilig, da sich die vorstehend angesprochene Sicherheitsproblematik bezüglich des Gleichlaufs für solche Steuerschaltungen gar nicht ergibt.

Für den Fall, daß für die Abstimmung zweier Zeitkreise einer Sicherheitsschaltung beispielsweise für Dampfkesselanlagen ein gemeinsames Stellorgan verwendet wird, besteht neben der erforderlichen Synchronisierung die zusätzliche Forderung, daß bei Unterbrechung bzw. Ausfall des Abstimmkreises die Zeit wenigstens eines der zugehörigen beiden Zei'kreise je nach Anwendungsfall in definierter Weise etwas langer oder kürzer werden muß, damit die technische Überwachungsaufgabe des Sicherheitskreises eher in Richtung auf größere Sicherheit hin als umgekehrt beeinflußt werden kann.

Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, zwei getrennte /?C-Zeitkreise mit einem einzigen Einstellorgan so zu synchronisieren, daß beim Versagen eines Zeitkreises die Zeit des anderen Zeilkreises, definiert zu Gunsten der jeweils geforderten Sicherheit, länger oder kürzer wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 oder 4 gekennzeichneten Merkmale erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3.

Mittels der erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltungsanordnungen wird es möglich, parallelgeschaltete Zeitkreise exakt auf gleiche Zeiten bzw. Zeitabläufe einzustellen, wobei die Abweichungen zwischen den Zeitkreisen vernachlässigbar klein bleiben. Die unabhängigen Zeitkreise werden, wie an sich bekannt, mittels eines gemeinsamen Einstellknopfes auf die jeweils gewünschte Verzögerungszeit eingestellt, wobei sich Toleranzen der Bauelemente der beiden Zeitkreise bei Ausfall eines Zeitkreises stets zu Gunsten größerer Sicherheit ausgleichen.

Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen; es zeigt im Einzelnen

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach Anspruch 4,

F i g. 2a, b das Gesamtschaltbild der Ausführungsform

nach Fig. 1,

F i g. 3 eine Schaltungsanordnung mit Zeitverkürzung nach den Ansprüchen 1 und 2 und

Fig.4 eine Schaltungsanordnung mit Zeitverlängerung nach den Ansprüchen 1 und 3.

Soll die Zündung mehrerer Ölbrenner einer Kesselanlage gleichzeitig erfolgen, so muß die Zündung mit einer bestimmten Zeitverzögerung nach dem Öffnen der Öldüsen erfolgen, wobei gefordert wird, daß das Zünden höchstens früher, jedoch nicht später als vorgegeben, geschiehi. Bei der Verwendung von handelsüblichen Tandempotentiometern als gemeinsames Einstellorgan für zwei unabhängige Zeitkreise, ist die Forderung kleinster Abweichungen im Gleichlauf zwischen den Schaltkreisen nicht erfüllbar. Einmal sind erhebliche Linearitätsabweichungen in den Potentiometern selbst zu verzeichnen und zum anderen können die Anschlagwerte beachtliche Toleranzen aufweisen. Um bei Zeitkreisen der hier zu betrachtenden Art, die über ein Tandempotentiometer bzw. allgemein einen entsprechenden Widerstand eingestellt werden, ein Minimum an Abweichungen über den gesamten Wählbereich sicherzustellen, ist es erforderlich, die Widerstandsstellglieder in eine geeignete Synchronisierschaltung einzubauen.

Wie F i g. 1 zeigt, besteht die Schaltungsanordnung aus zwei vollständig getrennten Zeitkreisen, die nur wenige Bauelemente gemeinsam haben. Die Frequenz eines Generators 2 ist über ein Widerstandsslellglied I, das in Form eines Tandempotentiometers ausgebildet ist, einstellbar. Die Ausgangsimpulse des Generators 2 werden einem Frequenzteiler 3 zugeführt der ausgangsseitig mit einem Flip-Flop 4 verbunden ist, das nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen von dem einen stabilen Zustand in den anderen geschaltet wird. Das Flip-Flop 4 steuert über einen Schalt-Transistor 5 ein Relais 6. Ein Steuerteil 7 dient dazu, das Flip-Flop 4 anfangs zu setzen und den Frequenzteiler 3, der als Zähler arbeitet, auf Null zurückzusetzen, bzw. ihn für einen Zählvorgang freizugeben.

Der beschriebene Schallungsaufbau verdoppelt sich für die beiden getrennten Zeitkreise in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise. Dadurch, daß die Frequenz der Generatoren 2 über ein Tandempotentiometer eingestellt wird, ist der Gleichlauf der Generatoren durch die « vom Einstellorgan hergegebenen Toleranzen mit einem Fehler oder Unsicherheitswert beaufschlagt. Um zu erreichen, daß dieser Fehler und damit dip Abweichungen in den Zeilkreisen minimal werden, sind die beiden Generatoren 2 dynamisch synchronisiert. Des weiteren sind die beiden .Steuerteile 7 galvanisch von den Zeitkreisen getrennt. Die Funktion der beiden Zeitkrei se wird durch eine externe Spannungsquelle gesteuert. Den beiden vollkommen gleich ausgelegten Zei'.kreisen ist die Stromversorgung über das Netzteil uno einen Gleichrichter des Steuerteils gemeinsam.

Aus F i g. 1 ist zu ersehen, daß die beiden getrennten Zeitkreise der Sicherheitsschallung völlig symmetrisch aufgebaut sind, wobei entsprechende Schaltungsteile mit gleichen, jedoch gestrichenen Bezugszeichen im zweiten Schaltkreis jjek"-." - ■. hnet sind.

Dem Blockschaltbild nach F i g. I entspricht die Schaltungsanordnung mich Fig.2a und 2b. Über den Eingang »Netz« liegt die Schaltung an gleichbleibender Spannung, wobei zunächst keinerlei Schaltvorgang ausgelöst wird. Wenn nunmehr am Eingang »Steuerteil« gleichfalls eine Spannung angelegt wird, dann schalten die Relais Re\ und Rei in ihre Arbeitsstellung um. Mit dem Abschalten der Steuerspannung beginnt der Zeitablauf der Zeitkreise. Nachdem die eingestellte Verzögerungszeit abgelaufen ist, fallen die Relais in ihre Ruhestellung zurück. Ober die Kontakte des bzw. der Relais steht ein Nutzsigna] darm zur Verfügung, wenn beide Relais sich in Arbeitsstellung befinden, da es sich hier um eine Reihenschaltung handelt.

Wie Fig.2a, b zeigt, setzen sich die zeitbestimmten Bauteile der Zeitkreise aus den Widerständen R 59, R 26 und dem Kondensator C6 einerseits, sowie den Widerständen Λ60, R37 und dem Kondensator CIl andererseits zusammen. Wenn die Spannung, die über dem Kondensator C6 in dem einen Zeitkreis bzw. entsprechend äquivalent über dem Kondensator CIl des anderen Zeitkreises abfällt, größer ist als die mittels des Widerstandes Λ 31 bzw. R 33 über den Widerstand /?29 bzw. R 34 eingestellte, dann zündet die Thyristor-Tetrode 78 in dem einen Zeitkreis, die der Thyristor-Tetrode 79 in dem anderen Zeitkreis entspricht, woraufhin der Kondensator C6 bzw. CIl über die jeweils zugeordnete Thyristor-Teirode 78 oder 79, sowie über den Widerstand R 28 oder tt 36, entladen wird.

Je nach Auslegung und Dimensionierung kann das Durchzünden der Thyristor-Tetroden und damit d-:r Entladevorgang einmal erfolgen oder aber auch periodiscn wiederholt werden. Über den Kondensator C7 in dem einen Zeitkreis, der dem Kondensator C9 in dem anderen Zeitkrcs entspricht, wird die nega:ive Flanke jedes Impulses an dem Widerstand /?29 bzw. R 34 abgenommen und über einen zugeordneten Transistor 77 im einen bzw. 7" 10 im anderen Zeitkreis invertiert und verstärkt. Mit Hilfe der Widerstände R 24, R 25 in dem einen Zeitkreis, sowie der Widerstände R 38. tf 39 in dem anderen Zeitkreis, wird das Ausgangssignal auf einen für die Synchronisierung nötigen Pegel gebracht und über den Kondensator C10 bzw. C8 auf den GK-Anschluß der Thyristor-Tetrode T9 bzw. Γ8 gegeben. Die jeweils zuerst gezündete Thyristor-Tetrode 7"9 oder 78 bewirkt für die zunächst noch nicht gezündete andere Thyristor-Tetrode 7*8 oder 7"9 eine Zwangszündung. Da die Zeitkreise sich gegenseitig beeinflussen, können die Toleranzen, die sich aus der Verwendung des Tandempotentiometers ergeben, recht erheblich sein, ohne daß hierdurch eine negative Beeinflussung der Synchronisierung der beiden Zeitkreise auftritt.

An den Ausgängen A\ und A2 sind in zeitlich gleichen Abständen ein Impuls bzw. eine Folge von Impulsen abnehmbar. Auch bei der Verwendung von mehr als zwei Zeitkreisen und deren galvanischer Trennung, beispielsweise über optoelektronische Koppelelemente und Wandler, ist eine Synchronisierung und damit gleichartige Abstimmung in entsprechender Weise möglich.

In dem vorstehend beschriebenen Schaltungsaufbau des Generators 2 ist der Generatorwiderstand R 31, GR 8 und /?29 für die Thyristor-Tetrodr 78 und /?33, GR 9 und R 34 für die Tetrode 79 in dem anderen Kreis so bemessen, daß die Thynstor-Tetroden nach der Zündung wieder gelöscht werden. Der Entladestrom des Kondensators C6 bzw. CIl wird durch den jeweils zugeordneten Widerstand R 28 bzw. R 36 begrenzt.

Wenn nachfolgend nur noch auf den einen Zeitkreis Bezug genommen wird, weil die Ausbildung des zweiten identisch ist, so soll dieses der Vereinfachung der Beschreibung dienen. Die Spannung, die über den Widerstand R 29 abfällt, wird mittels des Widerstandes

R3i eingestellt. Die Diode GrS dient zur Kompensation des normalerweise vorhandenen Temperaturganges, wobei für die Thyristor-Tetrode TS im durchgeschalteten Zustand der Generatorwiderstand kleiner ist. Über den Kondensator CS wird die Thyristor-Tetrode Γ8 mittels positiver Impulse des anderen Generators synchronisier«. Die Ankopplung des Transistors TT in der aus F i g. 2a, b ersichtlichen Weise erfolgt über den Kondensator CT. In dem Augenblick, in dem die Thyristor-Tetrode TS zündet, gelangen über den Kondensator Cl negative Impulse an die Basis des Transistors TT. Durch diese negativen Impulse öffnet der Transistor TT jeweils für die Impulsdauer kurzzeitig. An dem Widerstand R23 lassen sich positive Impulse abnehmen, die der Steuerung des Frequenzteilers Tb dienen, wobei im Ausführungsbeispiel ein solcher mit einem Untersetzungsverhältnis von 1000 :1 Anwendung findet.

Die Synchronisierimpulse werden von dem Widerstandsteiler /?24, R25 abgenommen. Jeweils nach dem lOOOsten Impuls erscheint ausgangsseitig an dem Frequenzteiler 7"6 ein Impuls, dessen Länge annähernd der Generatorimpulslänge entspricht.

Nach dem oben Gesagten zündet somit der jeweils zuerst den eingestellten Zeitablauf erreicht habende Zeitkreis über den Koppelkondensator CtO oder C8 den anderen Kreis, so daß beide Relais ReI, Re2 zur gleichen Zeit anziehen. Ist nunmehr einer der Zeitkreise defekt und fällt damit für die Sicherheitsschaltung aus. so kann der zweite noch verbleibende Zeitkreis völlig J" unabhängig hiervon weiter arbeiten. Wenn beispielsweise der defekte Kreis derjenige ist, der zuerst nach längerer Verzögerungszeit schaltet, dann geht dessen Relais nach einer etwas längeren Zeit in die Arbeitsstellung. Da die Nutzkontakte der Relais in Reihe geschaltet sind, steht bei ungleichem Zeitablauf kein Ausgangssignal über die Kontakte zur Verfügung.

Dem Frequenzteiler 3 schließen sich nach F i g. 1 noch das Flip-Flop 4 und der Schalttransistor 5 an, die anhand von F i g. 2a nachfolgend beispielsweise wiederum nur für den einen Zeitkreis beschrieben werden.

Die positiven Impulse des Frequenzteilers Tb bzw. 3 schalten die Thyristor-Tetrode T5 durch, so daß die Spannung derselben in ihrem leitenden Zustand etwa in der Größenordnung der Scbwellenspannung der zu- ⁴^ geordneten Diodenstrecke liegt. Gleichzeitig ist der Schalttransistor T4 gesperrt. Das aus dem Kondensator C 5 und den Widerständen R2i und R 22 bestehende RC-C\\ed sorgt dafür, daß beim Anlegen der Netzspannung die Thyristor-Tetrode T5 in den leitenden Zustand so übergeht.

F.in opioelek'.roriisc^?* Koppelelement Ti befindet sich in seinem leitenden Zustand, wenn an dem Steuerteil Spannung anliegt. Eine Begrenzung der Spannung für das optoelektronische Koppelelement « erfolgt über die Diodenkombination Cr 3, Cr 4 und Cr5. Der Kondensator C3 — wie auch der Widerstand RS- dienen der Prellunterdrückung bzw. der Glättung bei Verwendung von Wechselspannung. Bei Ansteuerung des Transistors T2 wird der Frequenzteiler T6 auf f>o Null zurückgesetzt; gleichzeitig geht der Transistor T3 in seinen leitenden Zustand über und der Haltestrom der Thyristor-Tetrode T5 wird unterschritten. Bei entsprechender Dimensionierung der Widerstände R 14 und R 15 sorgt nunmehr der Transistor 7~4 über den Basisstrom dafür, daß das Relais Re 1 anzieht. Sobald die Steuerspannung gleich Null wird, wird auch die Nullsetzu"" des Frequenzteilers T6 aufgehoben, das Flip-Flop bleibt gesperrt und die Generatorimpulse werden für diese Zeil in dem Frequenzteiler aufaddiert. Nach 1000 Impulsen wird — wie oben ausgeführt — die Thyristor-Tetrode T5 leitend und das Relais fällt ab.

In den F i g. 3 und 4 sind weitere Ausführungsbeispiele für die Abstimmung zweier Zeitkreise mit nur einem Stellglied wiedergegeben. Die Fig.3 zeigt hierbei eine Lösung mit Zeitverkürzung, wobei die Widerstände R 1 und R2 gleich groß sind, so daß dann, wenn der Stellwidersland R 3 auf Null Ohm eingestellt ist, die Emitlerspannung der Transistoren Ti und T2 gleich der halben Betriebsspannung sein muß. Somit müssen also die den Zeitfaktor bestimmenden Kondensatoren C1 und C2 solange aufgeladen werden, bis die an ihnen anliegende Gleichspannung größer als die Schwellen-Spannung der Transistoren ist, d. n. bis diese in den durchgeschalteten Zustand übergehen. In dem Maße, in dem der Stellwiderstand Ri von Null Ohm auf einen endlichen Wert eingestellt wird, verringert sich die Spannung am Emitter jedes Transistors und die erreichbare Zeit zum Durchschalten wird kleiner.

Tritt in der Schaltung der in Reihe liegenden Widerstände R 1, R 2 und R 3 an einer der mit einem »X« bezeichneten Stelle eine Unterbrechung auf, dann wird wenigstens eine der Emitterspannungen — entweder die des Transistors Π oder die des Transistors T2 — kleiner als es dem eingestellten Wert entspricht, so daß sich auch die Durchschallzeit entsprechend verkürzt.

Auch bei der Schallungsanordnung nach F i g. 4, bei der es sich um eine Lösung mit Zeilverzögerung handelt, sind die Widerstände R 1 und R 2 gleich groß gewählt, während der Widersland R 3 auf Null Ohm steht, wenn sein Schleifkontakt die obere Stellung einnimmt. Bei dieser Stellung liegen die Schwellenwerte der beiden Thyristor-Tetroden Vi und T 2 jeweils auf der Hälfte der Betriebsspannung. Um die Thyristor-Tetroden durchzuzünden, müssen die beiden Zeitkondensatoren Cl und C2 auf einen Spannungsweri aufgeladen werden, der über der halben Betriebsspannung liegt. Die Schwellenspannungen werden jedoch auch dann größer, wenn der Stellwiderstand R 3 größer Null Ohm gewählt wird, was gleichzeitig bedeutet, daß die Zeit bis zum Zünden der Thyristor-Tetroden langer wird. Wenn in dieser Schaltung an einer der mit einem »X« gekennzeichneten Stelle eine ungewollte Unterbrechung im Abstimmkreis auftritt, dann wird wenigstens eine Schwellenspannung — entweder die der Thyristor-Tetrode T1 oder die der Thyristor-Tetrode T'2 größer und damit die Zeit dieses Kreises langer.

Sowohl bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 3, als auch bei derjenigen nach F i g. 4. liegen die Widerstände Ri. R 2 und R 3 in Reihe zwischen einem Spannungspotential, welches von dem Relaisstromkreis oder beispielsweise auch einer Batterie abgenommen ist. Der Stellwiderstand R3 nach Fig.3, der zwischen den beiden Festwiderständen R 1 und R 2 angeordnet ist, ist mit seinem einen Ende an dem Emitier des Transistors Tl und mit seinem Abgriffkontakt am Emitter des Transistors T2 angeschlossen. Die Transistoren Π und T2, von denen der eine ein pnp-Transistor und der zweite ein npn-Transistor ist, liegen basisseitig und jeweils wechselseitig zwischen /JC-Gliedern, die zwischen den beiden Polen der Versorgungsspannung in Reihe liegen. Bei den /?C-Gliedern handelt es sich bezüglich des Transistors T2 um den Kondensator C2 und den Widerstand R 22 und in Bezug auf den Transistor Ti um den Kondensator Cl und den

Widerstand R 21. Der Abgriff erfolgt über die Ausgänge A 1 und A 2, die jeweils an den Kollektoren der Transistoren liegen, wobei die Kollektorspannungen durch nicht weiter bezeichnete Festwiderstände vorgegeben sind.
Schaltungsmäßig die gleichen Verhältnisse liegen bei

der Sicherheitsschaltung nach F i g. 4 vor; hier sind jedoch die Transistoren Ti und T2 durch Thyristor-Tetroden T'\ und T'2 ersetzt. An die Ausgänge können entweder die Schaltrelais direkt oder über zusätzliche Verteilerstufen oder Umkehrstufen geschaltet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

130 216/99

Claims (4)

Patentansprüche: 3 18

1. Schaltungsanordnung mit zwei synchron ablaufenden, mit einem einzigen Einste'lorgan betätigbare flC-Zeitkreise, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Klemmen einer Gleichspannungsquelle zwei Serien-ÄC-Glieder (R₂\, Q; R₂₂, C₂) mit umgekehrter Reihenfolge ihrer Schaltungselemente und ein ohmscher Spannungsteiler, bestehend aus der Reihenschaltung dreier Widerstände (R_u Rz. Ri), von denen der mittlere (Ri) veränderbar und mit dem Einstellorgan verbunden ist und die beiden benachbarten Festwiderstände (R\, R2) gleich groß sind, vorgesehen sind, daß zwischen die Verbindungspunkte von Widerstand (R₂t; R22) und Kondensator (Q-, C₂) jedes Serien-flC-Gliedes (R₂₁, G; R22, C₂) und veränderbarem Widerstand (Ri) und benachbarten Festwiderstand (Rr, R2) des ohmschen Spannungsteilers (Ru R₂, Ri) die Steuerstrecke eines von zwei komplementären oder komplementär wirkenden Halbleiterschaltern (Tu T₂; T'\, T₂) geschaltet ist, deren weitere Hauptelektrode über einen Arbeitswiderstand mit derjenigen Klemme der Gleichspannungsquelle verbunden ist, an die der andere der beiden Festwiderstände (R₂; Ri) des ohmschen Spannungsteilers (Ru R2, Ri) angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die komplementären Halbleiterschalter komplementäre Transistoren (T\, T₂) sind.

3.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die komplementär wirkenden Halbleiterschalter zwei Thyristortetroden sind, von denen die eine (T\) ein anodenseitiges Gate und die andere (V₂) ein kathodenseitiges Gate aufweist.

4. Schaltungsanordnung mit zwei synchron ablaufenden, mit einem einzigen Einstellorgan betätigbare /?C-Zeitkreise, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Klemmen einer Gleichspannungsquelle -to zwei Serien-ßC-Glieder (R 60, R 37, C11; R 59. R 26, C6) und zwei ohmsche Spannungsteiler (R 33, R 34; /?31, R 29) geschaltet sind, wobei jeweils an den Verbindungspunkt von mit dem einzigen Einstellorgan verstellbaren Widerstand (R 60, /?37; R 59. /?26) und Kondensator (CW; C6) des Serien-RC-Gliedes die Anode einer Thyristortetrode (T9; TS) geschaltet ist und mit einem Abgriff des ohmschen Spannungsteilers (7? 33, /?34; Λ 31, R 29) das anodenseitige Gate der Thyristortetrode (T9; TS) w verbunden ist und daß das kathodenseitige Gate in Steuerabhängigkeit von einer Vorrichtung (Cl, R 27, 77, R 24, R 25; C9, R 35, TiO, R 38, R 39) steht, die ihrerseits in Steuerabhängigkeit vom anodenseitigen Gate der anderen Thyristortetrode (T8; 79) steht.