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"Zeitglied für Aufladesteuereinrichtungen von Wärmespeicheröfen Die
Erfindung betrifft ein Zeitglied für Aufladesteuereinrichtungen von Wärmespeicheröfen
zur Erzeugung einer zeitabhängigen, linear von einem Höchstwert auf Null abnehmenden
Zusatzsteuerspannung für die Zeitverschiebung des Ladebeginns während der Nacht-Niedertarifzeit.
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Für die Aufladung der Wärmespeicheröfen wird von den Elektrizitäts-Versorgungsunternehmen
während der Nachtstunden verbilligter Strom zur Verfügung gestellt. Um Wärmeverluste
zu vermeiden und um die Aufladung der einzelnen Speicheröfen über die Nacht zeiten
mehr zu verteilen, soll mit Hilfe des Zeitgliedes erreicht werden, daß die Aufladung
nicht sofort bei der schaltuhrgesteuerten Freigabe des Niedertarifs beginnt sondern
erst später, so daß die für den nächsten Tag erforderliche Ladung gerade
dann
beendet ist, wenn auch die Niedertarifzeit endet. Bei einem bekannten Zeitglied
wird die zeitabhängige Zusatzsteuerspannung von einem Potentiometer abgenommen,
dessen Schleifer über ein Getriebe von einem Synchronmotor angetrieben wird. Das
Potentiometer ist so eingerichtet, daß die Zusatzsteuerspannung am Ende der Nacht-Niedertarifzeit
ihren kleinsten Wert annimmt bzw. verschwindet. Mit Hilfe dieser Zusatzsteuerspannung
werden Fühler in den Speicheröfen beeinflußt, die äe nach Größe der Spannung eine
mehr oder weniger hohe Aufladung vortäuschen. Nachteilig ist bei dem mechanischen
Zeitglied, daß es erheblichem Verschleiß unterworfen ist, so daß es einer ständigen
Wartung bedarf.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Zeitglied zu schaffen, das einfach
aufgebaut ist, keinem Verschleiß unterliegt, zuverlässig arbeitet und dessen Daten
(Zeitabhängigkeit der Zusatzsteuerspannung) leicht geändert werden können und das
ferner bei vorübergehendem Ausfall der Netzspannung nicht aus dem Synchronismus
mit der Schaltuhr gerät. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Zusatzsteuerspannung
von der Spannung eines Kondensators hoher Kapazität abgeleitet ist, dessen Entladekennlinie
im nahezu linearen Anfangsbereich ausgenutzt wird Als Kondensator dient ein sogenannter
Solid-state-Elektrolyt-Kondensator (Typ ESD) hoher Kapazität (z. B. 5 Farad).
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Der Kondensator ist während der Hochtarifzeit über einen eine Aufladezeit
von ein bis zwei Stunden vorgebenden Spannungsteiler aufladbar und über einen schaltuhrgesteuerten
Umschalter auf einen Entladewiderstand schaltbar, dessen Widerstandswert eine Zeitkonstante
ergibt, die etwa das Drei- bis Vierfache der Niedertarifzeit beträgt. Die
Zusatzsteuerspannung
ist am Ausgang eines Operationsverstärkers abgegriffen, dessen nichtinvertierender
Eingang mit der Kondensatorspannung beaufschlagt ist, während am invertierenden
Eingang eine Referenzspannung liegt, die der unteren Grenzspannung der ausnutzbaren
Xondensatorladung entspricht.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
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Die dargestellte Schaltung, die mit ihren Klemmen 1 und 2 an Netzspannung
angeschlossen ist, enthält eine Schaltuhr 3, die ihrerseits einen Kontakt 4 steuert.
Der Kontakt 4 liegt im Stromkreis eines Relais 5, von dem ein Umschaltkontakt 5'
bestätigt wird. Über einen an die Klemmen 1 und 2 angeschlossenen Transformator
6 mit nachgeschaltetem Gleichrichter 7 sowie Glättungskondensatoren 8 und 9 wird
eine konstante massesgmmetrische Gleichspannung von + 14 Volt erzeugt. Die Spannung
ist mit Hilfe von Zenerdioden 10 und 11 stabilisiert. Ein Kondensator 12 in Form
eines Solid-state-Elektrolyt-Kondensators (Typ ESD) mit einer Kapazität von 5 Farad
ist über den Umschaltkontakt 5' einerseits unter Zwischenschaltung einer Diode 13
an einen aus Widerständen 14 und 15 bestehenden Spannungsteiler angeschlossen und
kann andererseits mit einem Entladewiderstand 16 verbunden werden. In der Schaltstellung
A liegt der Kondensator an dem Spannungsteiler, während er in der Schaltstellung
B mit dem Entladewiderstand in Verbindung steht und gleichzeitig an den nichtinvertierenden
Eingang eines Operationsverstärkers 17 angeschlossen ist. Mit Hilfe eines aus Widerständen
18 und 19
bestehenden Spannungsteilers wird eine an dem invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers liegende Referenzspannung erzeugt. Am Ausgang
des Operationsverstärkers liegt ein aus Widerständen 20 und 21 bestehender Spannungsteiler.
Der Widerstand 20 dient zusammen mit weiteren Widerständen 22 und 23 zur Gegenkopplung,
während am Widerstand 21 die Zusatzsteuerspannung abgegriffen wird. Eine Diode 24
ist zur Verhinderung von negativen Steuerspannungen vorgesehen.
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Der Kontakt 4 der Schaltuhr 3 ist in der Zeit von 6.00 bis 22.00 Uhr
geöffnet, so daß sich der Umschaltkontakt 5' in der Schaltstellung A befindet. In
dieser Schaltstellung wird der Kondensator 12 über den Spannungsteiler 14, 15 auf
seine volle Spannung von 0,5 Volt aufgeladen. Der Widerstandswert des Spannungsteilers
ist so gewählt, daß der Ladevorgang in etwa ein bis zwei Stunden oder noch kürzerer
Zeit abgeschlossen ist. Wird der Schaltuhrenkontakt 4 um 22.00 Uhr geschlossen,
so geht der Umschaltkontakt 5' in die Schaltstellung B über. Es beginnt nunmehr
die Entladung des Kondensators 12 über den Widerstand 16, dessen Widerstandswert
so gewählt ist, daß sich die gewünschte Abbaugeschwindigkeit der Spannung ergibt.
Durch den Operationsverstärker 17 wird die am Widerstand 21 abgegriffene Steuerspannung
Ust belastbar gemacht. Da die Steuerspannung Ust mit der Zeit linear abfallen soll,
kann nur der erste Teil der Entladungskennlinie des Kondensators 12 ausgenutzt werden.
Die Entladung des Kondensators 12 erfolgt ausreichend linear bis zu einer Stelle,
bei der die Spannung auf 75 % der Volladung abgesunken ist. Es muß also dafür gesorgt
werden, daß die Entladung des Kondensators
nur bis zu dieser Spannung
ausgenutzt wird. Der Operationsverstärker 17 ist als Differenzverstärker geschaltet,
d. h.
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die an seinem Ausgang erscheinende Spannung Ust ist der Differenzspannung
tSu = up1-up2 proportional. up1 ist die åeweilige Kondensatorspannung, die am nichtinvertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 17 anliegt. UP2 stellt eine Referenzspannung dar,
die durch den Spannungsteiler 18, 19 gewonnen wird und am invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers liegt. Die am Ausgang des Operationsverstärkers erscheinende
Spannung Ust ist ein Abbild von tsu. Die Schaltung muß so eingestellt werden, daß
Au in der Niedertarif-Nachtzeit gerade vom höchsten Wert auf Null absinkt. Bei einer
Kapazität C = 5 Farad des Kondensators und einer Zeitkonstante Te = 96 000 sec.
(0,3 Te = 8 Stunden = -28 800 sec.) muß der Widerstand R16 den Wert von 19 200 2
haben, wie aus der Beziehung Te = C . R16 folgt.
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Es muß aber verhindert werden, daß beim Negativwerden von .G u auch
Ust negativ wird. Das geschieht mit Hilfe der Diode 24, die negative Werte von Ust
durch starke Gegenkopplung bis auf einen kleinen durch die Knickspannung der Diode
verursachten Rest unterdrückt. Um diesen Rest anteilmäßig klein zu halten, ist es
zweckmäßig, den Operationsverstärker voll aus zusteuern und die dann zu große Ausgangs
spannung durch den Spannungsteilerwiderstand 21 auf den für Ust erforderlichen Wert
zu reduzieren. Das Negativwerden von Ust kann auch durch andere geeignete Schaltungsmaßnahmen
verhindert werden.
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Der Operationsverstärker kann auch mit einseitiger Spannungsversorgung
betrieben werden, was neben Kosteneinsparungen auch den Vorteil hat, daß keine negativen
Ausgangsspannungen
auftreten können. Voraussetzung ist jedoch,
daß man den dabei im unteren Teil der Kennlinie auftretenden Knick in Kauf nehmen
kann. Bei Ausfall der Netzspannung muß sichergestellt sein, daß sich der bereits
aufgeladene Kondensator 12 nicht über die Widerstände 14, 15 entlädt. Zu diesem
Zweck ist die Diode 13 vorgesehen.
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Durch Verändern des Wertes des Widerstandes 16 kann die Abbaugeschwindigkeit
der Steuerspannung verändert werden, so daß auf einfachem Wege jede beliebige Aufladezeitverschiebung
für den Wärmespeicher einstellbar ist.
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6 Seiten Beschreibung 4 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnung mit 1 Fig.