DE2518596B2 - Wechselstromgespeister Flammenwächter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen wechselspannungsgespeisten Flammenwächter der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art

Einem Flammenwächter fällt bekanntlich die Aufgabe zu, in einer Feuerungsanlage das ordnungsgemäße Vorliegen einer Flamme zu überwachen und bei einem Flammenausfall ein Signal abzugeben, das eine Neuzündung bzw. die Sperrung der Brennstoffzufuhr einleitet. Flammenwächter müssen daher eigensicher, d. h. derart konzipiert sein, daß sie ihre eigene Funktionsfähigkeit überwachen und beim Auftreten eines Fehlers das Signal »keine Flamme« abgeben.

Bisher wurde eine gewisse Eigensicherheit bei Flammenwächtern durch periodische Funktionsprüfung, z. B. durch Abdunkelung des Flammenfühlers, oder durch doppelte Flammenüberwachung und Überprüfung auf gleichsinnige Signalabpabe erreicht. Solche Lösungen bedingen jedoch einen hohen technischen Aufwand.

Ferner sind Flammenwächter mit einem Relais bekannt (DE-AS 15 26 212, DE-AS 23 08 524, DE-AS 15 26 201), dessen Erregerwicklung in Reihe mit einem Widerstand und einem Thyristor an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist. Bei diesen Flammenwächtern ist die Eigensicherheit bei einem Kurzschluß der Erregerwicklung oder einer Unterbrechung des Thyristors gegeben. Beim Flammenwächter nach der DE-AS 15 26 201 ist auch dafür gesorgt, daß der Thyristor nicht gezündet wird, wenn eine als Flammenfühiler dienende UV-Schaltröhre durch Alterung Durchgang besitzt. Dagegen kann bei diesen Flammenwächtern das Flammenrelais anziehen und das Vorliegen einer Flamme vortäuschen, wenn dei Thyristor seine Schaltfähigkeit so verliert, daß er sich wie eine gewöhnliche Diode verhält.

Schließlich sind auch Flammenwächter bekannt (DE-AS 12 23 486, DE-OS 22 36 289), bei denen im Stromkreis des Flammenrelais eine bei Überschreiten einer zulässigen Slromgrenze ansprechende Sicherheil angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flammenwächter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Eigensicherheit auch gewährleistet ist, wenn der elektronische Schalter seine Schaltfähigkeit verliert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß

durch die im Kennzeichen des Patentanspruches I angegebenen Merkmale gelöst

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Es?eigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Flammenwächters und

F i g, 2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm.

In der F i g. 1 bedeuten MP und Ph Speiseklemmen, die an eine nicht dargestellte Wechselspannungsquelle angeschlossen sind. Von der Speiseklemme Mfführt ein Strompfad über ein Unterbrechungselement Si, das vorzugsweise eine Schmelzsicherung ist und im folgenden als solche bezeichnet wird, über einen Widerstand Ru die Erregerwicklung eines Fbmmenrelais FR und die Schaltstrecke eines elektronischen Schalters, vorzugsweise die Anoden-Kathodenstrecke eines Thyristors Th, zur Speiseklemme Ph. Der Erregerwicklung des Flammenrelais FR ist ein Kondensator Q parallel geschaltet

Zur Steuerung des Thyristors Th in Abhängigkeit vom Signal eines Flammenfühlers F, der im dargestellten Beispiel ein lonisationsfühler ist, dient eine Steuerschaltung Si Die Speiseklemme Pb ist einsrseits über die Reihenschaltung eines Widerstandes R₂ mit einem Kondensator C₂ und andererseits über einen Schwellenschalter Sw an den einen, mit α bezeichneten Anschluß eines Widerstandes angeschlossen, der aus zwei Teilwiderständen R₃ und /?₄ besteht. Der andere, mit b bezeichnete Anschluß des Widerstandes R₃, /?₄ ist über den Flammenfühler F und die lonisationsstrecke der zu überwachenden Flamme mit der Speiseklemme MP verbunden.

Die bei brennender Flamme am Widerstand R₂ entstehenden Steuerimpulse dienen zur Steuerung des Thyristors Th und können bei genügend empfindlichem Thyristor unmittelbar an dessen Steuerelektrode gelegt werden. Im dargestellten Beispiel werden die Steuerimpulse über einen Verstärker Kzum Thyristor Th geführt.

Der Verstärker V weist einen Transistor T, auf, dessen Basis über einen Widerstand /?5 an den Verbindungspunkt c zwischen dem Widerstand R₂ und dem Kondensator C₂, dessen Emitter an die Steuerelektrode des Thyristors Th und dessen Kollektor an eine Zenerdiode Z\ angeschlossen ist. Die Zenerdiode Zj liegt in Reihe mit einem Widerstand R_b zu der aus der Erregerwicklung des Flammenrelais FR und dem Thyristor Th gebildeten Reihenschaltung parallel. Ein spannungsabhängiger Widerstand VDR ist zum Schutz des Thyristors Th dieser Reihenschaltung ebenfalls parallel geschaltet. Ein Widerstand Ri ist zwischen die Steuerelektrode des Thyristors Th und die Speiseklemme Ph geschaltet.

Parallel zum Schwellenschaller Sw ist ein Widerstand Rsangeordnet. Eine Glimmlampe G/liegt zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände R₃ und R₄ und der Speiseklemme Ph. Der Schwellenschalter Sw ist im dargestellten Beispiel eine sogenannte Vierschichtdioden-Ersatzschaltung, die aus zwei zueinander komplementären Transistoren T₂, Ti mit je einem Kollektivwiderstand /?9 bzw. Rίο und einer Zenerdiode Z₂ besteht. Er kann auch mit einem UJT, einem PUT, einem Diac oder mit einem Thyristor realisiert werden.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des beschriebenen Flammenwächters anhand der F i g. 2 erläutert. Die Fig. 2a zeigt die Spannung Un-a zwischen der Speiseklemme Ph und dem Schaltungspunkt a sowie die Spannung Uph-c ζ «vischen der genannten Speiseklemme und dem Schaltung· punkt ein Funktion der Zeit fbeirn

Vorliegen einer Flamme, Die Ladezeit des Kondensators C₂ ist mit t\ und die Entladezeit mit h bezeichnet, ίΛ bedeutet die Schwellenspannung des Schwellenschalters Sk; Aus der F i g. 2b ist der zeitliche Verlauf des Stromes /im Thyristor 77? ersichtlich. Die Auftastdauer des Thyristors ist mit t, und die Sperrdauer mit h bezeichnet.

Wenn keine Flamme vorliegt, ist der Kondensator C₂ entladen und der Schwellenschalter Sw nichtleitend. Nach dem Zünden einer Flamme fließt während den positiven Halbwellen der Speisespannung ein Ionisationsstrom von der Speiseklemme Ph über den Widerstand A₂, den Kondensator C₂, die Widerstände R₃ und A₄, den Flammenfühler F und über die lonisationsstrecke der Flamme zur Speiseklemme MP. Der Kondensator C₂ wurd dadurch treppenförmig aufgeladen, wie aus der Fig.2a ersichtlich ist Sobald die Spannung Uph-a, die näherungsweise der Spannung am Kondensator C₂ entspricht, die Schwellenspannung Ui des Schwellenschalters Sw erreicht spricht dieser an und kippt in den leitenden Zustand. Die Ladung des Kondensators Ci wird dadurch ..uif die andere Spannungsseite übertragen, und der kondensator wird einerseits über den Widerstand R₂ und andererseits über den Widerstand Rs und den Transistor Ti rasch entladen, bis der Haltestrom des Schwellenschalters Sw unterschalen wird, dieser in den nichtleitenden Zustand zurückkippt und der geschilderte Vorgang von neuem beginnt.

Der Glimmröhre Cl fällt die Aufgabe zu, die Spannung am gemeinsamen Anschluß der Teilwiderstände R₃ und /?₄ auf einen konstanten Wert zu begrenzen. Dadurch wird eine von der Speisespannung weitgehend unabhängige Ladezeit fi erreicht.

Die Steuerschaltung Si gibt also bei brennender Flamme Steuerimpulse an den Thyristor Th ab, deren Impulsdauer etwa der Entladezeit I₂ und deren Periodendauer der Summe aus der Ladezeit t\ und der Entladezeit I₂ entspricht. Durch die Steuerimpulse wird der Thyristor Th während der Auftastdauer t_a in den leitenden Zustand gesteuert, wodurch das Flammenrelais FR anzieht und der Kondensator Ci aufgeladen wird.

Während der Sperrdauer /, speist der Kondensator Ci das Flammenrelais.

Während der Ladezeit fi steigt Hie Spannung am Kondensator C₂ jeweils nur in den positiven Spannungshalbwellen an, so daß der Schwellenschalter Sw auch nur innerhalb einer positiven Spannungshalbwelle in den leitenden Zustand kippen und die Entladung des Kondensators C₂ auslösen kann. Der Thyristor Tftkann jedoch erst in der anschließenden negativen Spannungshalbwelle gezündet werden. Daraus ergibt sich, daß der Thyristor Th jeweils in Spannungsnulldurchgang gezündfc. wird. Ein Phasenanschnilt und damit verbundene Rundfunkstörungen werden also vermieden.

Die Auftastdauer t_a soll klein sein gegenüber der Sperrdauer /, Diese Bedingung wird auf einfache Weise durch entsprechende Dimensionierung der die Ladezeit /ι und die Elitladezeit /2 bestimmenden Elemente der Steuerschaltung Sf erfüllt. Vorzugsweise werden U und h derart festgelegt, daß die Impulsdauer der Steuerimpulse kleiner und deren Periodendau^r wesentlich größer ist als die Periodendauer der Speisespannung, so daß der Thyristor Th — wie aus der F i g. 2a ersichtlich — jeweils nur wrhrcnd einer einzigen Spannungshalbwelle leitend ist und sich daran eine längere Sperrperiode anschließt.

Der Ansprechwert der Schmelzsicherung .V/ ist derart gewählt, daß sie bei einer durch einen Fehler im flammenwächter bedingten Vergrößerung der Auftastdauer I., anspricht.

Beim Verlöschen der flamme verschwindet der lonisationsstrom, der Kondensator C₂ wird über die Widerstände R₂ und /?« entladen, der Thyristor Th wird nicht mehr periodisch gezündet und das Flammcnrelais FR fällt ab.

Der beschriebene flammenwächter weist ein hohes Maß an Eigensicherheit auf. Eine Unterbrechung in der aus der Schmelzsicherung Sa dem Widerstand R\, der Erregerwicklung des Flammenrelais FR und dem Thyristor Th gebildeten Reihenschaltung bewirkt ein Abfallen des flammenrelais. Bei einem Kurzschluß des Widerstandes R\ oder der Erregerwicklung des Flammenrelais unterbricht die Schmelzsicherung 5/ den Stromkreis und das flammenrelais fällt ebenfalls ab. Bei einem Kurzschluß des Kondensators Ci wird die Erregerwicklung des Flammenrelais kurzgeschlossen, bei einer Unterbrechung dieses Kondensators fällt das Flammenrelais mit der Frequenz

*■ f.

periodisch ab. Bei einem Kurzschluß des Thyristors Th fällt dessen Gleichrichterwirkung weg, der Strom in der Reihenschaltung steigt stark an und die Schmelzsicherung Si schmilzt. Ein Fehler im Thyristor solcher Art, daß sich dieser wie eine gewöhnliche Diode verhält, bewirkt eine Vergrößerung des Stroms in der Reihenschaltung um den Faktor

so daß die Schmelzsicherung ebenfalls anspricht. Ein Fehler irgendwelcher Art in der Steuerschaltung kann sich nur so auswirken, daß die Auftastdauer t, entweder kleiner bzw. zu Null wird oder daß die Auftastdauer größer wird. Im erstgenannten Fall fällt das Flammcnrc- -. lais FR ab. im zweitgenannten Fall spricht die Schmelzsicherung Si an. Bei Verwendung eines lonisationsfühlers als Flammenfühler Fschließlich führt auch ein Fehler in diesem Fühler zum Abfallen des Flammenrelais. weil sowohl bei einem Kurzschluß als

κι auch bei einer Unterbrechung der Kondensator G nicht mehr aufgeladen wird. Die gleiche Wirkung tritt ein, wenn anstelle eines lonisationsfühlers ein Flammenfühler verwendet wird, der aus einer zu einer Baueinheit vereinigten Reihenschaltung eines Lichtfühlers mit

r, einer Diode besteht. Ein solcher aus einem l.ichtfühlcr und einer Diode bestehender F lammcnfühler ist allerdings nicht absolut eigensichcr, so daß vorteilhaft zusätzlich eine periodische Funktionsprüfung durch Abdunkelung des Flammenfühlers durchgeführt wird.

.'o Anstelle der Schmelzsicherung 5/ kann selbstverständlich auch ein anderes Untcrbrcchungsclement, beispielsweise eine elektronische, elektrothcrmische oder elektromagnetische Sicherung, eingesetzt werden. Hierbei kann der Widerstand /?i eine Heizwicklung

_>-> oder eine Erregerwicklung eines Überstromauslöscrs sein. Ferner kann auch der Widerstand R\ selber als Unterbrechungselement ausgebildet sein. Daß dies leicht möglich ist. ergibt sich aus der Überlegung, daß beispielsweise bei der Wahl von

die Leistung im Widerstand R\ um den Faktor 40² = 1600 ansteigt, wenn der Thyristor Th infolge eines Defektes bei jeder Spannungshalbwelle zündet.

Hierzu 2 likitt

Claims (12)

1. Patentansprüche;

   j, Wecnselspannungsgespeister Flammenwächter mit einer an die Wechselspannung geschalteten Reihenschaltung, bestehend aus der Erregerwicklung eines Flammenrelais. einem Widerstand und einem elektronischen Schalter, mit einem Kondensator parallel zur Erregerwicklung und mit einer an den Steuereingang des elektronischen Schalters angeschlossenen Steuerschaltung mit Elementen zur Steuerung des elektronischen Schalters durch Steuerimpulse in Abhängigkeit vom Signal eines Flammenfühlers, dadurch gekennzeichnet, daß die die Impulsdauer fc) und die Periodendauer (ti + h) der Steuerimpulse bestimmenden Elemente der Steuerschaltung (St) derart dimensioniert sind, daß die Auftastdauer (t,) des elektronischen Schalters (Th) klein ist gegenüber seiner Sperrdauer (t_s), und daß mit dem elektronischen Schalter (Th) ein Unterbrechungselement (Si) in Reihe geschattet ist, das so dimensioniert ist, daß es bei einer Vergrößerung der Auftastdauer (1.) auf die längere Stromflußdauer anspricht und die Reihenschaltung unterbricht
2. 2. Flammenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer (t₂) der Steuerimpulse kleiner und deren Periodendauer (ti + ti) wesentlich größer ist als die Periodendauer der Speisespannung.
3. 3. Flammenwächter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (77?^ ein Thyristor ist und daß die Steuerimpulse zur Zündung des Thyristors beim Spannungsnulldurchgang angelegt sind, >.o daß u<e Auftastdauer (I₁) der halben Periodendaue.· der Speisespannung entspricht.
4. 4. Flammenwächter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Speiseklemme (Ph) einerseits über die Reihenschaltung eines zweiten Widerstandes (R2) mit einem zweiten Kondensator (G) und andererseits über einen Schwellenschalter (Sw) an den einen Anschluß (a) eines dritten Widerstandes (Ri, Ra) angeschlossen ist, dessen anderer Anschluß (b) über den Flammenfühler (F) mit einer zweiten Speiseklemme (MP) verbunden ist, und daß die Spannung am zweiten Widerstand (R2) unmittelbar oder über einen Verstärker (V) an die Steuerelektrode des Thyristors (TT^angelegt ist.
5. 5. Flammenwächter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Widerstand (Rj, R₄) aus zwei Teilwiderständen besteht und daß eine Glimmlampe (Cl) zwischen den Verbindungspunkt dieser Teilwiderstände und die erste Speiseklemme fPÄ,)geschaltetist.
6. 6. Flammenwächter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (V) einen Transistor (Ti) aufweist, dessen Basis über einen fünften Widerstand (R5) an den Verbindungspunkt (c)zwischen dem zweiten Widerstand (R2) und dem zweiten Kondensator (Q), dessen Emitter an die Steuerelektrode des Thyristors (Th) und dessen Kollektor an eine Zenerdiode (Zs) angeschlossen ist, die in Reihe mit einem sechsten Widerstand (Rb) zu der aus der Erregerwicklung des Flammenrelais (FR)und dem Thyristor fTA^gebildeten Reihenschaltung parallel liegt.
7. 7. Flammenwächter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Erregerwicklung des Flammenrelais (FR) und dem Thyristor (Th) gebildeten Reihenschaltung ein spannungsabhängiger Widerstand (VDR)parallel geschaltet ist
8. 8. Flammenwächter nach einem der Ansprüche I ■i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrechungselement (Si)e\w Schmelzsicherung ist
9. 9. Rammenwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Ri) eine Heizwicklung oder eine Erregerwicklung

   in eines Oberstromauslösers ist
10. 10. Flammenwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Ri) als Unterbrechungselement ausgebildet ist
11. 11. Flammenwächter nach einem der Ansprüche 1 Ii bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfühler (7·? ein Ionisationsfühler ist
12. 12. Flammenwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfühler aus der Reihenschaltung eines Uchtfühlers

    w mit einer Diode besteht.