DE2707591C2

DE2707591C2 - Schaltung zur Steuerung des Puls-Pausen-Verhältnisses des Arbeitszustandes einer Wärmequelle

Info

Publication number: DE2707591C2
Application number: DE2707591A
Authority: DE
Inventors: Juergen Ing.(Grad.) 5630 Remscheid Taag
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1977-02-18
Filing date: 1977-02-18
Publication date: 1979-05-23
Also published as: DE2707591B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine ältere Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Puls-Pausen-Verhältnisses der Betriebszustände einer Sammelheizungsanlage, wobei unter anderem dieses Verhältnis in Abhängigkeit vom maximalen Wärmebedarf der Heizungsanlage gesteuert ist.

Bei dieser Maßnahme kann es vorkommen, daß die Einschaltdauer der Wärmequelle innerhalb einer Periode zu klein wird, was eine unzumutbare Geräuschbelästigung sowie eine Versottung des Wärmetauschers der Wärmequelle und eine unzureichende Wärmeverteilung innerhalb der Heizungsanlage nach sich ziehen kann.

Es ist eine Schaltungsanordnung zum Steuern der Drehzahl eines Lüfters bekanntgeworden — vgl. SCR Manual 4th Edition 1967, S. 287 f - bei der der Lüftermotor über eine Phasenanschnittsteuerung beaufschlagt ist, deren Anschnittwinkel bei fester Zündspannungsschwelle bestimmt wird durch die Geschwindigkeit einer Kondensatoraufladung. Diese Geschwindigkeit ihrerseits wird beeinflußt durch den Widerstandswert eines Temperaturfühlers. Ein zweites ÄC-Glied mit festeingestellter Zeitkonstante sorgt für einen Mindestanschnittwinkel bzw. bei bestimmter Netzfrequenz für eine Mindestzündzeit innerhalb jeder Periode der Netzspannung. Über je eine Diode sind beide ÄC-GIieder mit einem Schwellwertschalter verbunden. Somit wird innerhalb einer Netzperiode das Schaltglied des

ίο Lüfters immer einen Zündimpuls von dem einen RC-Glied bekommen, unabhängig davon, ob einer der Temperaturfühler ein entsprechendes Wärmeanforderungssignal gibt

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe

zugrunde, das Puls-Pausen-Verhältnis der Betriebszustände der Wärmequelle in Abhängigkeit von einem oder mehreren Meßwerten, wie z. B. der Raum-, Außen-, Vorlauf- oder Rücklauftemperatur, der Heizungsanlage zu steuern, wobei eine Mindesteinschaltdauer der Wärmequelle innerhalb der Periode gegeben sein soll.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt bei einer Schaltung der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemäß in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.

Der technische Fortschritt ist in der exakten Anpassung der Wärmequelle an die vom Verbraucher abgenommene Wärmeleistung zu sehen, wobei die Schaltungsanordnung ohne teuere, analogarbeitende Stellglieder, wie Proportional-Magnetventile, auskommt.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen, ein Ausführungsbeispiel ist aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren der Zeichnung ersichtlich.
Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild der Schaltungsanordnung,

F i g. 2 ein Spannungsverlaufsdiagramm

F i g. 3 ein Kurvendiagramm und
F i g. 4 ein Impulszeitdiagramm.
In allen vier Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Ein freischwingender Oszillator 1 erzeugt auf einer Ausgangsleitung 2 eine Impulsspannung einstellbarer Frequenz, beispielsweise 5 ■ 10-²Hz. Mit dieser Impulsspannung wird ein Binärzähler 3 beaufschlagt, der im Ausführungsfalle acht Stufen aufweist, d. h. von 0 bis 255 zählt und mit dem 256. Impuls der Impulsspannung

so auf der Leitung 2 zurückgesetzt wird. Über eine Leitungsschar 4 wird ein Digital/Analog-Wandler 5 angesteuert, der auf seinem Ausgang 6 eine linear zeitabhängig innerhalb der Zähldauer von 0 bis 255 abfallende Spannung erzeugt. Die Durchzählzeit des Binärzählers 3 entspricht einer Periodendauer. Das Ausgangssignal des Digital/Analog-Wandlers 5 fällt somit linear zeitabhängig von einem Maximum zu Beginn der Periodendauer bis zu einem Minimum am Schluß der Periodendauer. Die Periodendauer selbst ist abhängig von der Frequenz des Oszillators und der maximalen Zählkapazität des Binärzählers 3. Diese Periodendauer, beginnend mit ίο, liegt im Bereich von einer Minute bis 2 Stunden. Eine Variation ist möglich durch Ändern der Frequenz des Oszillators und Ändern

fe5 der Stufenzahl des Binärzählers 3. Der Binärzähler gibt auf die Leitung 21 einen Impuls, der von L- nach W-Potential zum Zeitpunkt h geht und einen weiteren Impuls in umgekehrter Richtung zum Zeitpunkt f<>

Der Ausgang 6 des Digital/Analog-Wandlers 5 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang eines !Comparators 7 verbunden, dessen Ausgang 8 über ein Differenzierglied 9 auf ein Flip-Flop 10 geschaltet ist Ein Ausgang 11 des Flip-Flops führt zu einem UND-Glied 12, dessen Ausgang 13 auf ein ODER-Glied 14 geschaltet ist, mit dessen Ausgang 15 das Stellglied der Wärmequelle beaufschlagt ist

Am invertierenden Eingang des !Comparators 7 liegt eine mit einem Meßwert der Wärmequelle oder eine mit einer Temperatur variablen Gleichspannung über eine Leitung 16 an. Die auf der Leitung 16 anliegende Gleichspannung kann der Vorlauf- oder Rücklauftemperatur der Wärmequelle entsprechen, sie kann mit einer Außen- oder Raumtemperatur variabel sein. Der Komparator 7 ist so geschaltet, daß auf seinem Ausgang 8 W-Potential anliegt, solange die Vergleichsspannung auf der Leitung 16 kleiner ist als die Ausgangsspannung des Digital/Analog-Wandlers. Der Ausgang 8 des (Comparators ist weiterhin über eine Leitung 17 mit dem anderen Eingang des ODER-Gliedes 14 verbunden.

Zum Erzielen der Mindesteinschaltdauer der Wärmequelle innerhalb einer Periode ist ein zweiter Oszillator 18 vorgesehen, der auf seiner Ausgangsleitung 19 eine Impulsspannung erzeugt die einem weiteren Binärzähler 20 zugeführt ist Die Frequenz des Oszillators 18 beträgt im Ausführungsfall 1 Hz, und die Stufenzahl des Binärzählers 20 beträgt 8. Der Binärzähler 3 ist über die Rücksetzleitung 21, in deren Zug ein Differentiator 22 und ein Negationsglied 23 liegen, mit einem Ausgang des Binärzählers 20 verbunden. Nach dem Rücksetzirnpuls zum Zeitpunkt <6 auf der Leitung 21 beginnt der Binärzähler 20 nach Maßgabe der einstellbaren Frequenz des Oszillators zu zählen, bis nach 128 Zählschritten der Ausgang 24 //-Potential annimmt und ss sich der Oszillator über seinen Ausgang 24, in den ein Negationsglied 25 eingefügt ist, sowie über eine Leitung 26, die das Negationsglied mit dem Binärzähler 20 verbindet, selbst stillsetzt. Das Negationsglied ist weiterhin über eine Leitung 27 mit dem anderen Eingang des UND-Gliedes 12 verbunden.

Aus der F i g. 2 gehen die Verläufe der einzelnen Spannungen hervor. In der Ordinate sind die Amplituden der Spannungen u\t, (Spannung auf der Leitung 16) sowie U₆ (Spannung auf der Leitung 6) ersichtlich. Auf der Abszisse ist die Zeit t aufgetragen. Die Spannung Üb erscheint als Sägezahnspannung 28, die innerhalb einer Periode 29 linear zeitabhängig von einem Maximalwert 30 auf einen Minimalwert 31 abfällt. In de- gleichen Figur ist der Spannungsverlauf der Spannung auf der Leitung 16 dargestellt, die Änderung dieser Spannung in ihrer Amplitude folgt in erheblich größeren Zeiträumen als die der Spannung u_b. Bei beiden Spannungen handelt es sich um Spannungen gleicher Polarität, jedoch unterschiedlicher Amplituden bzw. Größen.

Aus der F i g. 3, in der die Abhängigkeit der Spannung üib von der Rücklauftemperatur #« in ⁰K aufgetragen ist, geht hervor, daß je nach der an der Heizungsanlage oder Wärmequelle eingestellten Heizkurve unterschiedliche Proportionalitätsfaktoren vorgegeben werden können, entsprechend der Kurven 32,33,34. Je nach der eingestellten Heizkurve 32, 33 oder 34 ist einer bestimmten Rücklauftemperatur eine bestimmte Höhe der Spannung u\s zugehörig. Statt der Rücklauftemperatur in ⁰K könnte ebensogut die Vorlauftemperatur, die 6^r) Außen- oder eine Raumtemperatur in Relation zur Spannung u₎₆ an- und vorgegeben werden.

Anhand der F i g. 4 wird nun die Funktion der Anlage

beschrieben: Die in der F i g. 4 dargestellten Kurven 35 bis 49 zeigen Spannungs- bzw. Impulsverläufe über eine Periodendauer zwischen den Punkten 30 und 31 in Fig.2. Die Kurvenbezugszeichen entsprechend den entsprechenden Bezugszeichen in Fig. 1. Zu Beginn einer Periode, d. h. zum Zeitpunkt U, 30 beginnen beide Binärzähler 3 bzw. 20 aufgrund der ihnen zugeführten Impulsspannung aus dem Nullzustand, in den sie rückgesetzt wurden, zu zählen. Aufgrund Jer Wirkungsweise des Digital/Analog-Waßdlers entsteht auf der Leitung 6 eine Sägezahnspannung gemäß der Kurve 28 in F i g. 2 bzw. 36 in F i g. 4. Sobald der nichtinvertierende Eingang des Komparators das positive Potential auf der Leitung 6 zum Zeitpunkt ί = 0 spürt schaltet der Komparator durch ^//-Potential), das bedeutet daß über die Leitung 17 das ODER-Glied 14 durchgeschaltet wird und über die Leitung 15 die Wärmequelle — maximal zum Zeitpunkt <b — in Betrieb geht Das Ausgangssignal des Komparators auf der Leitung 8 wird über den Differentiator 9 differenziert und das Flip-Flop 10 wird durch den Differentiator 9 gesetzt Der entsprechende Nadelimpuls entspricht der Kurve 41. Da auf der Leitung 16 eine Meßspannung bestimmter Größe anliegt wird diese Spannung im Komparator 7 mit der am nichtinvertierenden Eingang anliegenden Spannung verglichen. Besitzt diese Spannung eine Höhe entsprechend dem Wert 37, so wird die fallende Sägezahnspannung 28 zum Zeitpunkt t\ gleich der Meßspannung 37. Wird angenommen, daß die Spannung einem Wert 38 entspricht so wird die fallende Sägezahnspannung 28 erst zum Zeitpunkt ti gleich der Meßspannung. Im Moment des Gleichwerdens beider Spannungen wird der Komparator 7 zurückgeschaltet (L- Potential). Die Einschaltender der Wärmequelle innerhalb einer Periode hängt somit ab von dem Verstreichen der Zeit vom Zeitpunkt to bis zum Gleichwerden der Spannung auf der Leitung 16 mit der Sägezahnspannung 28. Diese Verhältnisse sind durch die Verläufe der Kurven 39 und 40 ersichtlich. Inzwischen beaufschlagt der Oszillator 18 seinen zugehörigen Binärzähler 20 über die Leitung 19, bis er sich über die Leitungen 24 und 26 stillsetzt. Dieser Zeitpunkt entspricht der Mindesteinschaltdauer, sie ist als Kurve 45 gekennzeichnet. Das entsprechende Signal wird über die Leitung 27 dem UND-Glied 12 zugeführt. Da der eine Ausgang des UND-Gliedes durch das Maximum der Sägezahnspannung 28 über die Leitung 11 zum Zeitpunkt to sofort gesetzt wird, das H- Potential auf der Leitung 27 aber nach Ablauf der Mindesteinschaltdauer durch den vollgelaufenen Zähler 20 jedoch abgeschaltet wird, ist das UND-Glied für die Dauer der Mindesteinschaltzeit auf beiden Eingängen beaufschlagt, so daß ein entsprechender Stellbefehl für die Wärmequelle resultiert. Nach Ablauf der halben Zähldauer des Binärzählers 3, also nach der Hälfte der Periodendauer, wird über die Leitung 21 ein Impuls nach der Kurve 35 abgegeben. Zur ersten Hälfte der Periodendauer hat das Signal L-Charakter, zur zweiten Hälfte W-Charakter. Durch das Negationsgliyjd 23 und den Differentiator 22 wird der Binärzähler 20 jeweils zu den Zeitpunkten to zurückgesetzt. Zum Zeitpunkt fj (halbe Periodendauer) wird über einen Differentiator 50 und eine Leitung 51 das Flip-Flop zurückgesetzt. Ist es bis dahin nicht gesetzt worden, ist die Rücksetzung ohne Wirkung. Bei zurückgesetztem Flip-Flop verschwindet das /ϊ-Signal gemäß Kurve 43 auf der Ausgangsleitung 11 für das UND-Glied 12.

Aus der F i g. 2 ist besonders gut ersichtlich, daß die Einschaltzeiten für die Wärmequelle, d. h. f/-Signal auf

der Leitung 15, abhängig sind von der Zeitdauer, in der die auf der Leitung 16 anstehende Meßspannung 37 oder 38 mit ihrem Ampliludenwert den jeweiligen Wert der Sägezahnspannung^ unterschreitet.

Es ist also sichergestellt, daß die Wärmequelle innerhalb der Periodendauer nur dann einen Einschaltbcfeh! erhalt, wenn die Spannung auf der Leitung 16 kleiner ist als die maximale Spannung der Sägezahnkurve 28, da sonst der Komparator nicht umschaltet. Bei nichtumschaltendem Komparator 7 kann kein Stellbefehl für die Wärmequelle resultieren. Schaltet jedoch der Komparator um, so erhält während der laufenden Periode die Wärmequelle einen Einschaltbefehl, dessen Dauer entweder der Mindesteinschaltdauer entspricht oder, wenn diese größer ist, der Meßabweichung proportional ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Steuerung des Puls-Pausen-Verhältnisses des Arbeitszustandes einer Wärmequelle, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von einer nach Maßgabe einer gemessenen Größe variablen Gleichspannung und einer linear periodisch zeitabhängigen Spannung deren Werte in einem Komparator (7) verglichen werden, als Ergebnis des Vergleiches ein Schaltglied (14) für die Wärmequelle für eine bestimmte Dauer innerhalb der Periode betätigt ist, wobei dem Scha'tglied ein Gleichspannungsimpuls von der Länge der Mindesteinschaltdauer der Wärmequelle innerhalb der Periode zugeführt ist und das Schaltglied dann ein Stellsignal für die Wärmequelle gibt, wenn innerhalb der Periode der Komparator durchschaltet, dessen Dauer der Zeitspanne vom Periodenbeginn bis zum Durchschalten des Komparator?, mindestens aber der Mindesteinschaitdauer, entspricht.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die linear periodisch zeitabhängige Spannung durch einen Digital/Analog-Wandler (5) gebildet ist, der von einem Oszillator über einen Binärzähler (3) mit einer Impulsspannung einstellbarer Frequenz beaufschlagt ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Mindesteinschaltsignals durch einen weiteren Binärzähler (20) bestimmt ist, der von einer Impulsspannung eines Oszillators (18) einstellbarer Frequenz beaufschlagt ist und der über ein Negationsglied nach Erreichen der letzten Zählstufe stillgesetzt ist.

4. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Komparators (7) und der Ausgang des Negationsgliedes mittels eines UND-Gliedes (12) miteinander verknüpft sind, wobei zwischen dem Komparator und dem entsprechenden Eingang des UND-Gliedes ein Flip-Flop(10) eingefügt ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des UND-Gliedes (12) und der Ausgang des Komparators (7) über ein ODER-Glied miteinander verknüpft sind.