DE2518596C3

DE2518596C3 - Wechselstromgespeister Flammenwächter

Info

Publication number: DE2518596C3
Application number: DE2518596A
Authority: DE
Inventors: Hans 7550 Rastatt Schuetz
Original assignee: LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG
Priority date: 1975-03-20
Filing date: 1975-04-23
Publication date: 1979-09-20
Also published as: DE2518596B2; CH583884A5; GB1497362A; DE2518596A1

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 Neuzünduiig biw. 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 Signalaugabe trreicht. 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 Flammenfühier dienende UV-Schaltröhre durch Alterung Durchgang besitzt. Dagegen kann bei diesen Flammenwächtern das Flammenrelais anziehen und das Vorliegen einer Flamme vortäuschen, wenn der 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 Stromgrenze ansprechende Sicherheit 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 Schallfähigkeit 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 zeigt ■-,

F i g. 1 ein Schaltbild eines Flammenwächters und

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

In der Fig. 1 bedeuten MPund Ph Speiseklemmen, die an eine nicht dargestellte Wechselspannungsquelle angeschlossen sind. Von der Speiseklemme MP führt ein m Strompfad über ein Unterbrechungselement Si, das vorzugsweise eine Schmelzsicherung ist und im folgenden als solche bezeichnet wird, über einen Widerstand R\, die Erregerwicklung eines Flammenrelais FR und die Schaltstrecke eines elektronischen r, Schalters, vorzugsweise die Anoden-Kathodenstrecke eines Thyristors 7Ti, zur Speiseklemme Ph. Der Erregerwicklung des Flammenrelais FR ist ein Kondensator C\ parallel geschaltet

Zur Steuerung des Thyristors Th in Abhängigkeit ju vom Signal eines Flammenfühlers F, der im dargestellten Beispiel ein ionisationsfühler ist, dient eine Steuerschaltung St. Die Speiseklemme Ph ist einerseits über die Reihenschaltung eines Widerstandes Ä-> mit einem Kondensator C₂ und andererseits über einen r> Schwellenschalter Swan den einen, mit a bezeichneten Anschluß eines Widerstandes angeschlossen, der aus zwei Teilwiderständen R_s und Ra besteht. Der andere, mit b bezeichnete Anschluß des Widerstandes R^, Rt ist über den Flammenfühler F und die lonisationsstrecke jo der zu überwachenden Flamme mit der Speiseklemme A/Pverbunden.

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

Der Verstärker V weist einen Transistor Ti auf, dessen Basis über einen Widerstand Λ5 an den Verbindungspuiikt c zwischen dem Widerstand Ro und dem Kondensator C₂, dessen Emitter an die Steuerelektrode des Thyristors 77? und dessen Kollektor an eine Zenerdiode Z\ angeschlossen ist. Die Zenerdiode Z\ liegt in Reihe mit einem Widerstand Rh zu der aus der 4-, 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 Rj ist zwischen die -,» Steuerelektrode des Thyristors Th und die Speiseklemme Ph geschaltet.

Parallel zum Schwellenschalter Sw ist ein Widerstand Rs angeordnet. 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, Tj mit je einem Kollektivwiderstand R₉ bzw. R\o und einer Zenerdiode Z₂ besteht, m> 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 F i g. 2a zeigt die Spannung Uph-, zwischen der _b-, Speiseklemme Ph und dem Schaltungspunkt a sowie die Spannung LV/,__c zwischen der genannten Speiseklemme und dem Schaltungspunkt c in Funktion der Zeit t beim Vorliegen einer Flamme. Die Ladezeit des Kondensators Cb ist mit i| und die Entladezeit mit h bezeichnet. U_t bedeutet die Schwellenspannung des Schwellenschalters Sw. Aus der Fig.2b ist der zeitliche Verlauf des Stromes / im Thyristor Th ersichtlich. Die Auftastdauer des Thyristors ist mit t₃ und die Sperrdauer mit t_s bezeichnet.

Wenn keine Flamme vorliegt, ist der Kondensator Ci entladen und der Schwellenschalter Sw nichtleitend. Nach dem Zünden einer Flamme fließt während den positiven Halbwellen der Speisespannung ein lonisationsstrom von der Speiseklemme Ph über den Widerstand R₂, den Kondensator C₂, die Widerstände R} und ft(, den Flammenfühler F und über die lonisationsstrecke der Flamme zur Speiseklemme MP. Der Kondensator C₂ wurd dadurch treppenförmig aufgeladen, wie aus der F i g. 2a ersichtlich ist. Sobald die Spannung Up/,-* die näherungsweise der Spannung am Kondensator C₂ entspricht, die Schwellenspannung Ui des Schwellenschalters Sw erreicht, spricht dieser an und kippt in den leitenden Zustand. D'p Ladung des Kondensators C₂ wird dadurch auf die andere Spannungsseite übertragen, und der Kondensator wird einerseits über den Widerstand /?i und andererseits über den Widerstand R=, und den Transistor Γι rasch entladen, bis der Haltestrom des Schwellenschalters Sw unterschritten wird, dieser in den nichtleitenden Zustand zurückkippt und der geschilderte Vorgang von neuem beginnt.

Der Glimmröhre Gl fällt die Aufgabe zu, die Spannung am gemeinsamen Anschluß der Teilwiderstände Rj und Rf auf einen konstanten Wert zu begrenzen. Dadurch wird eine von der Speisespannung weitgehend unabhängige Ladezeit fi erreicht.

Die Steuerschaltung Si gibt also oei brennender Flamme Steuerimpulse an den Thyristor Th ab, deren Impulsdauer etwa der Entladezeit t₂ und deren Periodendauer der Summe aus der Ladezeit fi und der Entladezeit fa entspricht. Durch die Steuerimpulse wird der Thyristor Th während der Auftastdauer /_a in den leitenden Zustand gesteuert, wodurch das Flammenrelais F^Q. anzieht und der Kondensator Ci aufgeladen wird.

Während der Sperrdauer t_s speist der Kondensator G das Flammenrelais.

Während der Ladezeit fi steigt die 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 Th kann jedoch erst in der anschließenden negativen Spannungshalbwelle gezündet werden. Daraus ergibt sich, daß der Thyristor Th jeweils in Spannungsnulldurchgang gezündet wird. Ein Phasenanschnitt und damit verbundene Rundfunkstörungen werden also vermieden.

Die Auftastdauer U soll klein sein gegenüber der Sperrdauer f* Diese Bedingung wird auf einfache Weise durch entsprechende Dimensionierung der die Ladezeit fi und die Entladezeit t₂ bestimmenden Elemente der Steuerschaltung Sf erfüllt. Vorzugsweise werden fi und ti derart festgelegt, daß die Impulsdauer der Steuerimpulse kleiner und deren Periodendauer wesentlich größer ist als die Pericdendauer der Speisespannung, so daß der Thyristor Th — wie aus der F i g. 2a ersichtlich — jeweils nur währenJ ;iner 3inzigen Spannungshalbwelle leitend ist und sich daran eine längere Sperrperiode anschließt.

Der Ansprechwert der Schmelzsicherung .SV ist derart gewählt, daß sie bei einer durch einen l'ehler im Flammenwächter bedingten Vergrößerung der Auftast dauer (.,anspricht.

Beim Verlöschen der Flamme verschwindet der lonisationsstrom, der Kondensator Ci wird über die Widerstände Ri und «« entladen, der Thyristor Th wird nicht mehr periodisch gezündet und das ("lammenrelais. /'«fällt ab.

Der beschriebene Flammenwächter weist ein hohes Maß an Eigensicherheil auf. Eine Unterbrechung in der aus der Schmelzsicherung Si. dem Widerstand R_u der Erregerwicklung des l-'lammcnrelais I'R und dem Thyristor Th gebildeten Reihenschaltung bewirkt ein Abfallen des l-'lammenrelais. Bei einem Kurzschluß des ι Widerstandes «ι oder der Erregerwicklung des Flam mcnrelais unterbricht die Schmelzsicherung ,SV den Stromkreis und das (lammenrelais fällt ebenfalls ab. Bei einem Kurzschluß des Kondensators C\ wird die Erregerwicklung des Flammenrclais kurzgeschlossen, .ή bei einer Unterbrechung dieses Kondensators fällt das ("lammenrelais mit der Frequenz
I I

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

daß die Schmelzsicherung ebenfalls anspricht. Ein Fehler irgendwelcher Art in der Steuerschaltung kanu sich nur so auswirken, daß die Auftastdauer i,, entweder kleiner bzw. zu Null wird oder daß die Auftastdauer größer wird. Im erstgenannten Fall fällt das I lammenrelais IR ab. im zweilgenannten Fall spricht die Schmelzsicherung Si an. Bei Verwendung eines lonisationsfühlers als Flammenfühlcr /"schließlich führt auch ein l'ehler in diesem Fühler zum Abfallen des Flammenrelais. weil sowohl bei einem Kurzschluß als auch bei einer Unterbrechung der Kondensator O nicht mehr aufgeladen wird. Die gleiche Wirkung tritt ein. wenn anstelle eines lonisationsfühlers ein Hammenfühlcr verwendet wird, der aus einer zu einer Baueinheit vereinigten Reihenschaltung eines Eichtfühlcrs mit einer Diode besteht. Ein solcher aus einem l.ichtfühler und einer Diode bestehender Flammenfühler ist allerdings nicht absoiui cigeiisichcr, so daß νυιίοίΙΙί.ϊί; zusätzlich eine periodische Funktionsprüfung durch Abdunkelung des Flammenfühlers durchgeführt wird.

Anstelle der Schmelzsicherung Si kann selbstverständlich auch ein anderes IJnterbrechungsclemcnt. beispielsweise eine elektronische, elektrothermische oder elektromagnetische Sicherung, eingesetzt werden. Hierbei kann der Widerstand R\ eine Heizwicklung oder eine Erregerwicklung eines Überstromauslöscrs sein, i'crner kann auch der Widerstand R\ selber als Unterbrechungselcment ausgebildet sein. Daß dies leicht möglich ist, ergibt sich aus der Überlegung, daß beispielsweise bei der Wahl von

= 40

die Leistung im Widerstand /?i um den Faktor 4O² = 1600 ansteigt, wenn der Thyristor Th infolge eines Defektes bei jeder Spannungshalbwelle zündet.

Hierzu 2 Blatl /.cichnimucii

Claims

Patentansprüche:

1. Wechselspannungsgespeister 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 (h) und die Periodendauer (ti + /2) der Steuerimpulse bestimmenden Elemente der Steuerschaltung (St) derart dimensioniert sind, daß die Auftasldauer (t_a) des elektronischen Schalters (Th) klein ist gegenüber seiner Sperrdauer (ti), und daß mit dem elektronischen Schalter (Th)e>n UnterbrechuDgselement (Si) in Reihe geschaltet ist, das so dimensioniert ist, daß es bei einer Vergrößerung der Auftastdauer (t_a) auf die längere Stromflußdauer anspricht und die Reihenschaltung unterbricht.

2. Flammenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer (ti) der Steuerimpulse kleiner und deren Periodendauer (ti + h) wesentlich größer ist als die Periodendauer der Speisespannung.

3. Flammenwächter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne· daU der elektronische Schauer (Th) ein Thyristor ist und daß die Steuerimpulse zur Zündung des Thyristors oeim S^annungsnulldurchgang angelegt sind, so daß dip. Auftastdauer (t_a) der halben Periodendauer der Spe^: espannung entspricht.

4. Flammenwächter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Speiseklemme (Ph) einerseits über die Reihenschaltung eines zweiten Widerstandes (R2) mit einem zweiten Kondensator (C2) und andererseits über einen Schwellenschalter (Sw) an den einen Anschluß (a) eines dritten Widerstandes (Ri, Rt) angeschlossen ist, dessen anderer Anschluß (b) über den Flammenfühler (F) mit einer zweiten Speiseklemme (MP) verbunden ist, und daß die Spannung am zweiten Widerstand (R7) unmittelbar oder über einen Verstärker (V) an die Steuerelektrode des Thyristors fTA,)angelegt ist.

5. Flammenwächter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Widerstand (R-j, Rj₁) aus zwei Teilwiderständen besteht und daß eine Glimmlampe (Gl) zwischen den Verbindungspunkt dieser Teilwiderstände und die erste Speiseklemme (Eingeschaltet ist.

6. Flammenwächter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (V) einen Transistor (Ti) aufweist, dessen Basis über einen fünften Widerstand (Rs) an den Verbindungspunkt ^zwischen dem zweiten Widerstand (R2) und dem zweiten Kondensator (Ct), dessen Emitter an die Steuerelektrode des Thyristors (Th) Und dessen Kollektor an eine Zenerdiode (i'.\) angeschlossen ist, die in Reihe mit einem sechsten Widerstand (Ri) zu der aus der Erregerwicklung des Flammenrelais (FR)und dem Thyristor (Th)gebildeten Reihenschaltung parallel liegt.

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. Flammenwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrechungselement (Si)tine Schmelzsicherung ist.

9. Flammenwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Widen, tand (R\) eine Heizwicklung oder eine Erregerwicklung eines Überstromauslösers ist.

10. Flammenwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Ri) als Unterbrechungselement ausgebildet ist.

11. Flammenwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfühler (F)e\n lonisationsfühler ist

12. Flammenwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfühler aus der Reihenschaltung eines Lichtfühlers mit einer Diode besteht.