DE2331022C3

DE2331022C3 - Electronic thermostat

Info

Publication number: DE2331022C3
Application number: DE19732331022
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 5960 Olpe Zwicker
Original assignee: Pulsotronic Merten Kg, 5270 Gummersbach
Filing date: 1973-06-18
Publication date: 1976-01-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung in einem Thermostat zum Steuern der Drehzahl eines Ventilatormotors, insbesondere für ein Heiz- oder Klimagerät, in welcher die Drehzahl des Ventilatormotors abhängig von der zu regelnden Lufttemperatur zumindest durch kontinuierliches Verstellen der Betriebsspannung steuerbar ist.The invention relates to a circuit arrangement in a thermostat for controlling the speed a fan motor, in particular for a heating or air conditioning device, in which the speed of the fan motor depending on the air temperature to be regulated, at least by continuously adjusting the operating voltage is controllable.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um in klimatisierten Räumen das Heiz- und/oder Kühlsystem, z. B. eine Zwangsbelüftung, zu steuern. So ist es z. B. durch die DT-OS 16 79 536 bekannt, die Ventilatormotoren mit Zweipunktreglern periodisch ein- und auszuschalten, also zwischen 0 und 100% Betriebsspannung zu steuern. Die Drehzahl des Ventilatormotors pendelt dabei zwischen Null- und Maximaldrehzahl, wobei bei voller Drehzahl der volle Geräuschpegel abgegeben wird. Ferner ergeben sich durch die Schaltdifferenz des Reglers relativ große Temperaturschwankungen.There are various options for the heating and / or cooling system, e.g. B. a forced ventilation to control. So it is B. known from DT-OS 16 79 536, the fan motors periodically switch on and off with two-position controllers, i.e. between 0 and 100% operating voltage steer. The speed of the fan motor fluctuates between zero and maximum speed, with at full speed the full noise level is emitted. Furthermore, the switching differential of the Controller relatively large temperature fluctuations.

Diese Nachteile lassen sich mit einer kontinuierlichen oder stufenlosen Steuerung der Drehzahl zwischen 0 und 100% Betriebsspannung vermeiden. Bekanni sind sogenannte Phasenanschnittsteuerungen, die sich in Verbindung mit einem temperaturempfindlichen Glied, z. B. NTC-Fühler zur Steuerung der Drehzahl des Ventilatormotors eignen. z.B. durch die DT-OS 2004401. Der Nachteil dieser Art der Steuerung besteht darin, daß das Anlaufmoment der Motoren unterhalb 30% Betriebsspannung infolge Reibung und Verschmutzung so klein ist, daß die Motore nicht oder sehr schlecht und ungleichmäßig anlaufen.These disadvantages can be solved with a continuous or stepless control of the speed between Avoid 0 and 100% operating voltage. Bekanni are so-called phase angle controls that in connection with a temperature sensitive member, e.g. B. NTC sensor to control the speed of the fan motor. e.g. by the DT-OS 2004401. The disadvantage of this type of control is there that the starting torque of the motors is below 30% operating voltage due to friction and pollution is so small that the motors do not start or start up very poorly and unevenly.

Dieser Nachteil wurde bei einer anderen durch die DT-OS 21 48 280 bekannten Steuerung dadurch vermieden, daß der Regelbereich des Thermostaten zwischen 50 und 100% Drehzahl des Ventilatormotors eingeengt wurde. Die Steuerung des Motors erfolgt nach dem Impulslückenprinzip, wobei für Wechselstrom der Betriebsstrom bei Nulldurchgang für die Dauer einer Schwingungsperiode abgeschaltet wird. Damit läßt sich eine feinstufige Steuerung in den Abstufungen 50, 66,6, 75,80%, usw. 100% Drehzahl erreicheii.This disadvantage was avoided in another control known from DT-OS 21 48 280 in that the control range of the thermostat was narrowed between 50 and 100% speed of the fan motor. The motor is controlled according to the pulse gap principle, whereby the operating current for alternating current is switched off at zero crossing for the duration of one oscillation period. In this way, a finely stepped control in the steps of 50, 66.6, 75.80%, etc. 100% speed can be achieved.

Diese Art der Steuerung hat sich insoweit bewährt, als gegenüber dem intermittierenden Betrieb die Gebläse nicht grundsätzlich mit voller Drehzahl und vollem Geräuschpegel laufen, sondern normalerweise mit reduzierter Drehzahl, und daß die Temperatur in diesem Arbeitsbereich genauer eingehalten wird.This type of control has proven itself to the extent that the fan is used compared to intermittent operation do not always run at full speed and full noise level, but usually with reduced speed, and that the temperature in this working range is maintained more precisely.

Gegenüber dem Phasenanschnitts-Prinzip besteht der Vorteil darin, daß auf umfangreiche Entstörmaßnahmen verzichtet werden kann. Darüber hinaus wurden durch die Reduzierung des Drehzahlbereichs zwischen 50 und 100% die Anlaufschwierigkeiten der Ventilatormotoren bei stufenloser Verstellung zwischen 0 und 100% Betriebsspannung beseitigt.The advantage over the phase control principle is that extensive interference suppression measures are required can be dispensed with. In addition, by reducing the speed range between 50 and 100% the starting difficulties of the fan motors with stepless adjustment between 0 and 100% operating voltage eliminated.

Der Nachteil der Impulslücken-Steuerung im Bereich 50 bis 100% Drehzahl ist aber darin zu sehen, daß bei Unterschreitung bzw. Überschreitung der am Temperaturwähler eingestellten Temperatur bei der kleinsten Gebläsedrehzahl (50%) bei Kühlbetrieb bzw. Heizbetrieb eine weitere Reduzierung der Drehzahl unter 50% nicht möglich ist. Es wird in dem klimatisierten Raum zu kühl oder zu warm.The disadvantage of the pulse gap control in the range of 50 to 100% speed can be seen in the fact that at Falling below or exceeding the temperature set on the temperature selector at the lowest Fan speed (50%) in cooling mode or heating mode a further reduction of the speed below 50% is not possible. It gets too cool or too warm in the air-conditioned room.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß bei einem Spannungsbereich zwischen 0 und 100% Betriebsspannung einerseits im überwiegend ausgenutzten Drehzahlbereich durch eine feinstufige oder kontinuierliche Drehzahlverstellung der Geräuschpegel des Gebläses in Grenzen gehalten und andererseits die Anlaufschwierigkeiten der Motoren im unteren Drehzahlbereich etwa zwischen 0 und 50% Betriebsspannung vermieden werden.The object of the invention is that with a voltage range between 0 and 100% operating voltage on the one hand in the predominantly used speed range through a finely graduated or continuous Speed adjustment, the noise level of the fan kept within limits and, on the other hand, the start-up difficulties of the motors in the lower speed range between approximately 0 and 50% operating voltage can be avoided.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schaltungsanordnung so aufgebaut ist, daß das kontinuierliche Verstellen der Betriebsspannung nur in einem ersten Drehzahlbereich des Ventilatormotors erfolgt und daß nach selbsttätigem Umschalten in einem zweiten Drehzahlbereich der Ventilatormotor intermittierend eingeschaltet werden kann.The object is achieved according to the invention in that the circuit arrangement is constructed so that the continuous adjustment of the operating voltage only in a first speed range of the fan motor takes place and that after automatic switching in a second speed range of the fan motor can be switched on intermittently.

Bei der erfindungsgemäß ausgelegten Schaltungsanordnung wird der ganze Drehzahlbereich des Ventilatormotors also durch zwei verschiedene Steuerungsverfahren erfaßt und unterteilt.In the circuit arrangement designed according to the invention, the entire speed range of the fan motor is used thus recorded and subdivided by two different control methods.

Für andere Steuerungszwecke können diese Verfahren auch in umgekehrter Reihenfolge vorgesehen oder der Drehzahlbereich kann in mehr als zwei, z. B. in dreiFor other control purposes, these methods can also be provided in the reverse order or the speed range can be divided into more than two, e.g. B. in three

oder vier Teilbereiche unterteilt werden.or four sub-areas.

Durch diese Steuerung wird der gesamte Drehzahlbereich erfaßt, ohne daß das Gebläse, wie bei der reinen Zweipunktsteuerung, zwisci.en Drehzahl Null und VGÜer Drehzahl pendelt. De- volle Geräuschpegel wird nur bei extremen Außentemperaturen erreicht, die nur selten auftreten. Ferner wird durch die Zweipunktsteuerung im unteren Drehzahlbereich eine weitere Reduzierung der Kühl- und der Heizleistung erreicht, so uaß eine Nachregulierung an den Handventilen der Heiz- bzw. Kühlkörper nicht notwendig istThis control enables the entire speed range captured without the fan, as with the pure Two-point control, between zero speed and VGÜer speed fluctuates. The full noise level will be only achieved at extreme outside temperatures, which rarely occur. Furthermore, the two-point control A further reduction in cooling and heating capacity is achieved in the lower speed range, so uaß readjustment on the manual valves of the Heating or cooling elements are not necessary

Dadurch, daß die Gebläse im unteren Drehzahlbereich intermittierend ein- ausgeschaltet werden, wird ein sicheres Anfahren der Ventilatormotoren erreicht und die Temperaturregelung weiter verbessert. j₅ Because the fans are switched on and off intermittently in the lower speed range, the fan motors start up safely and the temperature control is further improved. j ₅

Vorteilhaft erfolgt der intermittierende Betrieb des Ventilatormotors zwischen etwa 25 und 0% Lüftungsleistung bzw. etwa 50 und 0% Drehzahl des Ventilatormotors entsprechend. The intermittent operation of the fan motor advantageously takes place between approximately 25 and 0% ventilation power or approximately 50 and 0% speed of the fan motor accordingly.

Der schaltungstechnische Aufbau des Thermostaten kann z. B. auf das Impulslücken-Prinzip ausgelegt sein. In an sich bekannter Weise wird wird ein netzsynchrones lastabhängiges Taktsignal erzeugt, welches mit einem analogen Temperatursignal eines Temperaturfühlers in ein digitales Zündsignal umgewandelt wird, das ein Schalten im Null-Durchgang des Motorstroms gewährleistet.The circuit structure of the thermostat can, for. B. be designed on the impulse gap principle. In a manner known per se, a network-synchronous load-dependent clock signal generated, which with an analog temperature signal of a temperature sensor is converted into a digital ignition signal, which switches in the zero crossing of the motor current guaranteed.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt der Übergang von der feinstufigen, bei einer Phasenanschnittsteuerung auch kontinuierlichen Verste!- lung der Betriebsspannung auf intermittierenden Betrieb durch das temperaturabhängige analoge Signal mittels einer Triggerstufe, die direkt auf die Zündeinrichtung einer Schalt-Endstufe einwirkt.According to a further feature of the invention, the transition from the finely stepped, with a phase control, takes place also continuous adjustment of the operating voltage to intermittent operation through the temperature-dependent analog signal by means of a trigger stage that directly affects the ignition device a switching output stage acts.

Die gewünschte Raumtemperatur und die Luftfeuchtigkeit werden mit einem Potentiometer und einem Hygrostaten an einer mit dem Thermostaten verbundenen Bedienungseinheit eingestellt.The desired room temperature and humidity are set with a potentiometer and a hygrostat set on a control unit connected to the thermostat.

Schaltungstechnische Einzelheiten des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen erläutert. Circuit-related details of the subject of the application are explained in the subclaims.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigtIn the drawing, the invention is in one embodiment described. It shows

F i g. 1 die Schaltung des erfindungsgemäßen Thermostaten, F i g. 1 the circuit of the thermostat according to the invention,

Fig.2 eine graphische Darstellung des Regelbereichs des Thermostaten zwischen 0 und 100% Lüftungsleistung des Ventilators.2 shows a graphic representation of the control range of the thermostat between 0 and 100% ventilation capacity of the fan.

Dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 der Zeichnung liegt ein Thermostat zugrunde, der nach dem Impulslücken-Prinzip aufgebaut ist. Damit die der Nullpunktschaltung eigene Leistungsunterbrechung subjektiv nicht empfunden werden kann, andererseits kein Gleichstromanteil in den Motorenkreis gelangt, wird als Leistungspause in an sich bekannter Weise eine volle Periode der Netzwechselspannung gewählt, also 20 ms. Die Frequenz dieser Pause wird beeinflußt beginnend bei einem Leistungsverhältnis von 1 :1, 1 :2. 1 :3 usw, d tu an die Motoren gelangt eine volle Sinusschwingung der Netzspannung mit nachtolgend 20 ms Pause, da.ir. für die nächste Leistungsstufe zwei volle Sinusschwingungen mit nachfolgend 20 ms Pause usw. Die nichtlineare Leistungsabstufung hat den Vorteil, über die Ventilatormotorcharakteristik zu einem annähernd geradlinigen Anstieg der Lüftungsleistung zu kommen.The embodiment according to FIG. 1 of the drawing is based on a thermostat that operates on the pulse gap principle is constructed. Thus the power interruption inherent in the zero point connection is subjective cannot be felt, on the other hand no direct current component gets into the motor circuit a full period of the AC mains voltage is selected as a power break in a manner known per se, that is 20 ms. The frequency of this pause is influenced starting with a power ratio of 1: 1, 1: 2. 1: 3 etc., the motors get a full sinusoidal oscillation the mains voltage with a subsequent 20 ms pause, da.ir. for the next performance level two full Sinusoidal oscillations followed by a 20 ms pause, etc. The non-linear power gradation has the advantage of The fan motor characteristics lead to an almost straight-line increase in ventilation performance come.

Die Schaltungsanordnung des Thermostaten besteht aus zwei Hauptteilen, der Bedienungseinheit 4 und der in einem separaten Gehäuse untergebrachten Elektronik mit Spannungsversorgungen 5 und dem Relais 6 zur Umschaltung »Kühlen-Heizen« und umgekehrt. Die weiteren Baugruppen der Anordnung sind: netzsynchroner Taktgeber 7, zweiter und erster monosiabiler Multivibrator 8. 9 Schaltendstufe 10 mit Schutz- und Entstörmitteln, ferner Differenzversiärker Il mit Umschalter für Kühlbetrieb und Trigger 12 für intermittierenden Betrieb des Ventilatormotors zwischen 0 und 50% Betriebsspannung.The circuit arrangement of the thermostat consists of two main parts, the control unit 4 and the Electronics housed in a separate housing with power supplies 5 and the relay 6 for Switchover »cooling-heating« and vice versa. The other assemblies in the arrangement are: more synchronous with the mains Clock 7, second and first mono-stable multivibrator 8. 9 switching output stage 10 with protection and Interference suppression agents, furthermore differential insurance II with changeover switch for cooling operation and trigger 12 for intermittent operation of the fan motor between 0 and 50% operating voltage.

Die separate Bedienungseinheit 4 enthält den Fühler 13, einen NTC-Widerstand und das Temperaturanwahl-Potentiometer 14, außerdem einen Umschalter 15 für »Heizen-Kühlen«, der die Umkehr der Regelrichtung bewirkt ebenso wie den Wechsel von Warm- auf Kaltwasser in den Heiz- oder Kühlkörpern. Ferner ist ein Netzschalter 16 und ein anwählbarer Hygrostat 21 vorhanden. The separate operating unit 4 contains the sensor 13, an NTC resistor and the temperature selection potentiometer 14, as well as a changeover switch 15 for "heating-cooling", which reverses the control direction as well as the change from hot to cold water in the radiators or cooling elements. Furthermore is a Mains switch 16 and a selectable hygrostat 21 available.

Die Nadelimpulse des netzsynchronen Taktgebers 7 lösen den monostabilen zweiten Multivibrator 8 aus, dessen Zeit von einer temperaturabhängigen Einströmung vom Differenzverstärker 11 herrührend bestimmt wird. Hierbei entstehen die Phasenlagen der Vorderflanke des Sperrimpulses für das Schaltglied 10 z. B. einem Triac der Endstufe.The needle pulses of the mains synchronous clock generator 7 trigger the monostable second multivibrator 8, the time of which is determined by a temperature-dependent inflow from the differential amplifier 11 will. This creates the phase positions of the leading edge of the blocking pulse for the switching element 10 z. B. a triac of the output stage.

Der erste Monostabile Multivibrator 9 wird ausgelöst über ein Signal e, seine Kippzeit bestimmt die definierte Leistungspause der Motoren 18.The first monostable multivibrator 9 is triggered via a signal e; its breakdown time determines the defined one Motor power break 18.

Im Kreis des Differenzverstärkers 11 befindet sich der NTC-Fühler 13. Der intermittierende Betrieb des Ventilatormotors wird durch das analoge Signal des Differenzverstärkers 11 automatisch an der Schwellspannung des Triggers 12 ausgelöst und wirkt über Transistor Ή2 auf die Endstufe 10 als Sperrsignal.In the circuit of the differential amplifier 11 is the NTC sensor 13. The intermittent operation of the Fan motor is automatically adjusted to the threshold voltage by the analog signal of the differential amplifier 11 of the trigger 12 and acts via transistor Ή2 on the output stage 10 as a blocking signal.

In Fig.2 der Zeichnung ist in einer graphischen Darstellung der Regelbereich A des Thermostaten zwischen 0 und 100% Lüftungsleistung Nl dargestellt. In dem gewählten Funktionsbeispiel für Heizbetrieb nimmt ab einer bestimmten Temperatur, etwa 19°C, die Lüftungsleistung etwa kontinuierlich bis 25% ab und schwankt bei der angewählten Temperatur (20° C) mit einer Temperaturdifferenz von ²/io°C zwischen etwa 0 und 25%.In Figure 2 of the drawing, the control range A of the thermostat between 0 and 100% ventilation capacity Nl is shown in a graphic representation. In the chosen example of operation for heating decreases a certain temperature, about 19 ° C, air volume approximately continuously to 25% and varies at the selected temperature (20 ° C) with a temperature difference of ² / io ° C between about 0 and 25 %.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement in a thermostat for controlling the speed of a fan motor, especially for a heating or air conditioning unit in which the speed of the fan motor depends of the air temperature to be regulated, at least by continuously adjusting the operating voltage is controllable, characterized in that that the circuit arrangement is constructed so that the continuous adjustment of the operating voltage takes place only in a first speed range of the fan motor (18) and that after automatic Switching in a second speed range of the fan motor (18) switched on intermittently can be.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the intermittent operation of the fan motor is between about 25 and 0% ventilation power or about 50 and 0% speed of the fan motor (18) takes place

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized by a network-synchronous clock generator (7), two monostable multivibrators (8, 9), a switching output stage (10), a differential amplifier (11), a trigger stage (12) and a temperature sensor (13).

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the transition from the continuous or fine adjustment of the operating voltage to intermittent on and off Switching off by a temperature-dependent analog signal from the differential amplifier (11) by means of the Trigger stage (12) takes place directly on the first forming the control part for the switching end stage (10) acts monostable multivibrator (9).

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the network synchronous The clock generator (7) is followed by the second monostable multivibrator (8), the breakdown time of which depends on the temperature analog signal of the differential amplifier (11) is determined.

6. Circuit arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the second monostable Multivibrator (8) the first monostable multivibrator (9) as a control part of the switching output stage (10) is connected downstream.