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Einrichtung zum Steuern der Aufladung von Wärmespeicher-Heiz-
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geräten Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Steuern
der Aufladung von Wärmespeicher-Heizgeräten mit Wärmeenergie in Billigzeitperioden
nach Patent ... (Patentanmeldung P 30 04 821.6-34).
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Mit dieser Einrichtung wird nach der Hauptanmeldung die Aufgabe gelöst,
unter Einbeziehung der Zeit als Steuergröße auch außerhalb der Nachtladeperiode
in einer Nachladeperiode (während des Tages) eine besonders wirtschaftliche und
kostengünstige Ausnutzung der Billigzeittarife zur Deckung des Energiebedarfs von
Wärmespeicher-Heizgeräten zu ermöglichen und eine Anpassung der Einrichtung an alle
üblichen Anschlußwerte und besondere Betriebskennlinien mit extrem geringenlMontage-
und Einstellaufwand zu erreichen. Mit Hilfe des von der zweiten Rechenstufe entwickelten
Führungssignals wird auch. während des Tagbetriebs das erste Steuersignal linear
zeitabhängig derart verringert, daß die zu allen möglichen Außentemperaturen gehörigen
ersten Steuersignale am Ende der Regelperiode, beispielsweise zwei Stunden
vor
Beginn der Nachtladeperiode, in einem Wert zusammenlaufen. Dadurch kann die Energiebilanz
der Heizanlage dem speziellen Bedarf in optimaler Weise angepaßt werden, -indem
verhindert wird, daß die freigegebene Nachladezeit kurz vor Beginn der. kostengünstigeren
Nachtladeperiode über den Bedarf hinaus in Anspruch genommen wird, und andererseits
wird der Forderung der EVU's auf anlageninterne Begrenzung der Nachladezeiten entsprochen.
Die Zeit wird als. Steuergröße bei der Einrichtung gemäß Hauptanmeldung dadurch
linear berücksichtigt, daß das zeitabhängige Signal der zweiten Rechenstufe als
Führungsgröße in Art eines Multiplikators für das von der Außentemperatur abhängige
erste Steuersignal wirkt. Die Entwicklung der beiden zeitabhängigen Steuergrößen
für den Tagbetrieb (Nachladeperiode) und den Nachtbetrieb. (Hauptladeperiode) ist
deswegen besonders zweckmäßig, da die Zeitcharakteristiken und -einflüsse auf das
Hauptsteuersignal im Nachtbetrieb und im Tagbetrieb gegenläufig sind. M.a.W. im
Nachtbetrieb muß der Zeiteinfluß zum Ende der Nachtladeperiode verstärkt werden,
damit die notwendige Aufladung des Wärmespeichers unmittelbar vor Beendigung der
Nachtladeperiode gewährleistet ist, während der Zeiteinfluß im Tagbetreb mit zunehmender
Annäherung an das Ende des Tagbetriebs und damit an den Beginn des Nachtbetriebs
zur Simmulierung eines linear verringerten Wärmebedarfs führt. Die Verarbeitung
der Zeitveränderlichen in getrennten Rechenstufen hat überdies den Vorteil, daß
eine unabhängige Parametereingabe möglich und damit die Einstellung der Einrichtung
auf die vorgesehene Betr-iebscharakteristik erleichtert wird.
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Als Zeitglieder für Aufladesteuereinrichtungen von Wärmespeicher-Heizgeräten
finden üblicherweise linear mit der Zeit von einem Synchronmotor über ein Getriebe
verstellte Potentiometer Verwendung. Derartige mechanische Zeitglieder haben einen
relativ hohen Verschleiß und bedingen einen erheblichen Wartungsaufwand. Zudem ist
die Abgriffsgenauigkeit als Folge unterschiedlicher Übergangswiderstände und
Nicht-Linearitäten
im Stellbereich verbesserungsbedürftig, zumal die Zeit als veränderliche Größe bei
der den Ausgangspunkt der Erfindung darstellenden Einrichtung gemäß Hauptanmeldung
sowohl im Nachtladebetrieb als auch im Tagladebetrieb in die Entwicklung des Hauptsteuersignals
eingeht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße
Einrichtung mit einem verschleißfrei arbeitenden Zeitglied zu versehen, das die
zeitabhängige Hilfsspannung mit hoher Genauigkeit sowohl über die Nachtladeperiode
als auch über einen vorgegebenen Teil der Tagladeperiode in solcher Weise entwickelt,
daß die zeitabhängige Hilfsspannung im Steuergerät unmittelbar verarbeitet werden
kann und am Ausgang des Zeitglieds mit einfachen und verfügbaren Meßgeräten kontrolliert
und gemessen werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß das Zeitglied
eine von einem Taktgeber über einen Frequenzteiler angesteuerte digitale Zähleranordnung
und einen Digital/Analog-Wandler zur Erzeugung der Hilfsspannung in linear zeit
abhängig gestuften Spannungswerten aufweist, daß eine von der EVU-Spannung in jeder
Billigzeitperiode getastete Tor- und Halteschaltung zur Auslösung und Aufrechterhaltung
der die Zähleranordnung ansteuernden Impulsfolge in den Leitungsweg zwischen Tastgeber
und Zähleranordnung eingeschaltet ist, daß die Folgefrequenz der die Zähleranordnung
ansteuernden Impulse und die Anzahl der Stufen der digitalen Zähleranordnung so
gewählt sind, daß der Zählerendwert mit anschließender Zählerrückstellung eine vorgegebene
Zeit nach Beginn der Tagladeperiode, vorzugsweise etwa 22 Stunden nach der Zählauslösung
erreicht ist, und daß die zeitabhängige Hilfsspannung vom Ausgang des Digital/Analog-Wandlers
rückgekoppelt ist zu einer Selbsthalteschaltung, die die Ansteuerimpulsefolge am
Eingang der Zähleranordnung über die Tastzeit
der EVU-Steuerspannung
hinaus unter der Bedingung aufrechterhält, daß die zeitabhängige Hilfsspannung einen
vorgegebenen Spannungspegel übersteigt. Der Zähler ist als 8-Bit-Zähler ausgebildet,
der mit Impulsen einer Periode von 5,12 Minuten angesteuert ist, und der Digital/Analog-Wandler
ist so ausgebildet und mit einer geeigneten Konstantspannung vorgespannt, daß er
als zeitabhängige Hilfsspannung eine Ausgangsspannung zwischen 0 und 2,184 V, entsprechend
der Zeit ab Beginn der Zählung bis zum Zählerendstand nach 21,84 Stunden erzeugt.
Aufgrund dieser Ausbildung des Zeitglieds sind die zeitlichen Betriebsparameter
für das Steuergerät in überraschend einfacher Weise und direkt verständlich mit
einem Digitalvoltmeter erfaßbar und zur Abstimmung der Zeitkennlinie des Steuergeräts
korrigierbar. Jede ab Zählbeginn abgelaufene Betriebsstunde erhöht die Spannung
am Ausgang des Digital/Analog-Wandlers um 0,1 V, und die für den Betrieb des Steuergeräts
maßgeblichen Parameter können äußerst einfach unter Verwendung eindeutig erfaßbarer
Konstantspannungen vorgegeben und eingestellt werden.
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Ein digitales Zeitglied für Aufladesteuereinrichtungen von Wärmespeicher-Heizgeräten
ist aus der DE-OS 25 04 896 an sich bekannt. Bei diesem bekannten Zeitglied ist
ein astabiler Multivibrator als Taktgeber,ein Frequenzteiler, ein mit 12 Zählstufen
versehener Binärkodierer, ein 12-Bit-Digital/ Analog-Wandler und ein ausgangsseitiger
Operationsverstärker vorgesehen. Dieses bekannte Zeitglied dient der Entwicklung
der zeitabhängigen Hilfsspannung als Signal funktion nur für die Zeitverschiebung
des Ladebeginns während der Niedertarifzeit. Bei Fortfall der EVU-Steuerspannung,
d.h. außerhalb der Nachtaufladezeit, ist das bekannte Zeitglied funktionslos. Darüber
hinaus gibt es bei dem bekannten Zeitglied auch nicht die unmittelbar verständliche
Beziehung zwischen dem Wert der zeitabhängigen Hilfsspannung und der ab Beginn der
Zählerauslösung verstrichenen Zeit. Diese Beziehung muß erst durch geeignete Eichmaßnahmen
über
spezielle Anzeigegeräte hergestellt werden.
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Um den Zählerstand der Zähleranordnung und damit die zeitabhängige
Hilfsspannung bei Netzspannungsausfall zu erhalten, sieht die Erfindung eine Netzabtrennschaltung
vor, die einen einen Ladungsspeicher enthaltenden Betriebsspannungskreis und den
Signaleingang der Zähleranordnung sofort bei Spannungsausfall von den Netzzuleitungen
entkoppelt. Aufgrund der vollständigen Entkopplung vor allem des Betriebsspannungskreises
der Zähleranordnung werden die in letzterer bei Netzausfall gespeicherten Daten,
d.h der Zählerstand, erhalten, so daß nach Wiederherstellung der Netzspannung die
Zähleranordnung von dem unmittelbar vor Netzspannungsausfall bestehenden Zählerstand
weiterzählt. Damit wird bei dem erfindungsgemäßen Zeitglied die Zeitspeichereigenschaft
erreicht, die bisher nur bei den herkömmlichen mechanischen Zeitgliedern mit Schleiferabnahme
möglich erschien.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein Schaubild zur Erläuterung der
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung, in welchem das Hauptsteuersignal
UA bei unterschiedlichen Außentemperaturen A im Verlauf eines Tages (24 Stunden)
als Funktion der durch das Zeitglied entwickelten Zeit aufgetragen ist; Fig. 2 ein
Blockschaltbild zur Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus des Steuergeräts mit
zugehörigem Zeitglied; und Fig. 3A und 3B ein teilweise vereinfachtes Schaltbild
des Zeitglieds.
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Das in Figur 1 dargestellte Schaubild zeigt das Hauptsteuersignal
UA als Funktion der Zeit bei unterschiedlichen Außen-.
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temperaturen, die an den Kurven in % angegeben sind. Auf der Abszisse
sind die Zeit in Stunden sowie die Absolutwerte der UH vom Zeitglied entwickelten,
zeitbestimmenden Hilfsspannung dargestellt. Die Zeit in Stunden und die Spannungswerte
der Hilfsspannung in 0,1 V stimmen numerisch überein. Der zeitliche Nullpunkt t
= 0 liegt zu Beginn der Nachtladezeit, wenn das Zeitglied den Freigabeimpuls von
dem EVU erhält.
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Zu diesem Zeitpunkt t = 0 wird eine wirksame Hauptsteuerspannung UA
nur bei einer Außentemperatur von 100 %, das ist der tiefste, von dem Regelverhalten
des Steuergeräts zu berücksichtigende AT-Wert entwickelt. Bei dem Ausführungsbeispiel
ist ein variables Regelverhalten des Steuergeräts zwischen den Außentemperaturgrenzen
von + 20°C = 0% bis - 20°C = 100% vorgesehen. Die Kennlinie für AT = 100% fällt
linear mit der Zeit von 0 bis 8 Stunden ab, was einer entsprechend linearen Zunahme
der Hauptsteuerspannung UA von 0 auf 100% entspricht.
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Bei Erreichen einer Steuerspannung A = 100 % wird der Zeiteinfluß
auf die Steuerspannung UA unterbrochen und die Kennlinie für UA allein in Abhängigkeit
von AT bis zu Beginn der Tagladeperiode t3 weitergeführt. Bei Beginn der Tagladeperiode
(10h) wird die Hauptsteuerspannung UA in entgegengesetzter Richtung in Abhängigkeit
von der Außentemperatur AT und der Zeit, d.h. der zeitabhängigen Hilfsspannung,
geändert und erreicht am Ende der Tagladeperiode t3 den der Ausgangsspannung UA=
0% zu Beginn der Nachtladeperiode entsprechenden Wert. Bei UA = 0% ist eine Nachladung
ausgeschlossen, da die auf die Restwärme bezogene Vergleichsspannung. im Laderegler
den Wert von U A = 0% nicht unterschreiten kann.
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Die anderen Außentemperaturen zugeordneten Kurven, so z. B.
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die Kurve entsprechend AT = 50%, führen zu einer zeitverzögerten Entwicklung
von UA,sind im Nachtiadezeitraum (t1 und t2) bei gleicher Zeitsteigung parailel
geführt und werden
im Tagladezeitraum t3 in Abhängigkeit von der
Zeit so geändert, daß sie alle am Ende der Tagladeperiode t3 in einem Punkt bei
der Hauptsteuerspannung UA = 0% zusammenlaufen.
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Dieser Punkt liegt in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel aus den
weiter unten angegebenen Gründen 21,84h nach Beginn der Nachtladeperiode ti + t2.
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Der in Figur 1 dargestellte'Verlauf der Hauptsteuerspannung UA läßt
sich in den zeitveränderlichen Abschnitten der Nachtladezeit und der Tagladezeit
mathematisch wie folgt ausdrücken: 1. Nachtladung (NL): UA(NL) = UK1 - S1 (ATA -
AT) - S2t (1.1) S1 = UATmax; S2 = Utmax ATA - ATE S2 = t (1.2) Hierin bedeuten:
AT = Außentemperatur t = Istwert mit 0 # t # t1 S1 = voreingestellte Außentemperatursteilheit
S2 = voreingestellte Zeitsteilheit ATA = AT-Anfang ATE = AT-Ende UK = Konstantspannung
2. Tagladung (TL): UACTL) =UK2 - S1S3 (ATA - AT) (2.1)
mit (t1 + t2) # t # t3
Figur 2 zeigt in vereinfachter Prinzipdarstellung
ein Ausführungsbeispiel des zentralen Steuergeräts, mit dem der in Fig. 1 dargestellte
Verlauf des ljauptsteuersignals UA f (AT, t) realisiert werden kann.
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Von dem /im Block 1 dargestellten Zeitglied wird eine linear zeitabhängige
Hilfsspannung UH erzeugt, die von dem zeitlichen Nullpunkt (Beginn der Freigabe
für die Nachtaufladung bei Tasten der EVU-Steuerspannung) bis zum Ende der Tagladezeit
(t3 max = 21,84 h) linear von 0 auf 2,184 V geändert wird.
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Das Zeitglied 1 weist einen Taktgeber, bestehend aus einem Netzteil
10 und einer diesem nachgeschalteten Impulsformerschaltung 11 auf. In der Impulsformerschaltung
11 wird die sinusförmige Netzspannung zu Rechteckimpulsen mit einer Folgefrequenz
von 50 Hz umgeformt. Die Impulse werden über eine Leitung 12 zu einer Tor- und Halteschaltung
13 übertragen. Letzere läßt die Impulse von der Leitung 12 nur dann zur Leitung
14 durch, wenn sie von einem Optokoppler 15 über eine Steuerleitung 16 und/oder
von einem Vergleicher 17 über eine andere Steuerleitung 18 angesteuert ist. Der
Optokoppler 15 gibt ein digitales Signal über die Leitung 16 an die Tor- und Halteschaltung
13, wenn und solange die EVU-Steuerspannung an der Klemme LF ansteht, d.h.
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während der von dem EVU bestimmten Freigabezeiten.
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Das Taktimpulssignal wird über die Leitung 14 zu einem Frequenzteiler
19 übertragen, der im Normalbetrieb des Zeitgliedes 1 die Frequenz soweit herunterteilt,
daß am Teilerausgang Rechteckimpulse einer Periode von 5,12 Minuten erscheinen.
Diese Rechteckimpulse werden über ein UND-Verknüpfungsglied 20 zu einer digitalen
Zähleranordnung 21 übertragen. Die Zähleranordnung 21 ist als 8-Bit-Zähler ausgebildet,
dessen acht Zählstufen die über das UND-Verknüpfungsglied
zugeführten
5,12-Minuten-Ansteuerimpulse von 0 bis 255 zählen. Nach Erreichen des Zählerendwerts,
d.h. mit dem 256. Impuls, wird der Zähler 21 auf Null zurückgesetzt. Die acht Zählerstufen
sind über acht Leitungen 22 mit einem Digital/Analog-Wandler 23 verbunden. Dieser
entwickelt an seinem Ausgang 24 eine im folgenden als zeitabhängige Hilfsspannung
UH bezeichnete Spannung, die einen treppenförmigen Verlauf mit 256 dem Zählerstand
jeweils proportionalen Spannungsstufen hat. Mit Hilfe einer Konstantspannung UK2,184
= 2,184 V wird die Maximalamplitude der Spannung UH (erreicht beim Zählerendstand
mit dem 255.
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Zählimpuls) auf 2,184 V eingestellt. Bei einer Periode von 5,12 Minuten
der Ansteuerimpulse des Zählers 21 wird der Zählerendstand 255 genau 21,84 Stunden
nach Zählbeginn erreicht. Auf einem Digitalmultimeter ist daher auf der Leitung
24 bzw. an der Ausgangsklemme i2 die Zeit ohne Umrechnung quantitativ ablesbar (unter
Berücksichtigung einer Dezimalverschiebung um eine Stelle).
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Die Hilfsspannung UH wird sowohl einer optischen Anzeigevorrichtung
26, die beispielsweise als herkömmliches Leuchtdiodenband ausgebildet sein kann,
als auch einem Eingang des Vergleichers 17 zugeführt. Über den anderen Eingang des
Vergleichers wird eine Konstantspannung UKO 6 = 0,6 Volt als Referenzspannung angelegt.
Sobald die zeitabhängige Hilfsspannung UH die Amplitude von 0,6 V erreicht hat,
d.h. 6 Stunden nach Zählbeginn, entwickelt der Vergleicher 17 ein Digitalsignal
auf der Leitung 18, das die Tor- und Halteschaltung 13 auch dann für die 50 Hz Taktimgulse
durchlässig macht, wenn die EVU-Steuerspannung am Ende/NL-Periode abgeschaltet wird
und das Signal auf der Leitung 16 zusammenbricht. Über den Vergleicher 17 geht das
Zeitglied 1 nach der NL-Periode in Selbsthaltung,
so daß der Zähler
bis zum Erreichen seines Endstandes unabhängig von der EVU-Steuerspannung weiterzählen
kann. Mit dem 256. Zählimpuls erfolgt die Zählerrückstellung sowie die Aufhebung
der Selbsthaltung über den Vergleicher 17, nachdem die Hilfsspannung UH auf der
Leitung 24 auf Null, also unter den Vergleichswert von UK0,6' zusammengebrochen
ist.
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Eine besondere NetzabtrennsCialtung 27 sorgt im Zusammenwirken. mit
dem UND-Verknüpfungsglied 20 für die Erhaltung des Zählerstandes der Zähleranordnung
?1. Eine solche Datenspeicherung bei Netzspannungsausfall ist mit der im einzelnen
anhand der Figur 3 gezeigten Netzabtrennschaltung über mehrere Stunden möglich.
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Mit Hilfe einer Prüftaste 28, auf die ebenfalls in Verbindung mit
der Beschreibung von Figur 3 noch genauer eingegangen werden wird, können die Frequenzteilerstufen
zumindest teilweise derart überbrückt werden, daß der Zähler seiner Entstand (255.
Impuls) bereits nach wenigen Sekunden erreicht.
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Die zeitabhängige Hilfsspannung UH , die an der Klemme i2 abgreifbar
ist, wird im Steuergerät an einen Vergleicher 30 sowie an zwei Rechenstufen 31 und
32 angelegt. Der Vergleicher erhält die Konstantspannung UKl,0 von 1 V als Vergleichsspannung
und entwickelt an seinem Ausgang ein Umschaltsignal, sobald die Hilfsspannung UH
(10 Stunden nach Ablauf des Zählers 21) den Vergleichsspannungspegel von 1,0 V erreicht
hat. Dieses Umschaltsignal dient zur Umschaltung des Steuergeräts von Nacht- auf
Tagladebetrieb.
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In der Rechenstufe 31 wird die voreingestellte Zeitsteilheit S2 gemäß
Gleichung (1.2) mit der als Hilfsspannung UH über die Leitung 24 zugeführten Zeit
t multipliziert und als im Nachtladebetrieb wirksame Steuerspannung UZ über einen
Umschalter
33 und einen Inverter 34 an eine Summierstufe 35 angelegt.
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In einer weiteren Rechenstufe 36, der ein außentemperaturabhängiges
elektrisches Signal AT über eine Leitung 37 zugeführt wird, wird ein von der Außentemperatur
abhängiges Steuersignal UAT = S1 (TA - AT) erzeugt. Die voreingestellte Außentemperatursteilheit.S1
kann im Nachtladebetrieb - Gleichung (1.1) - anders eingestellt sein als für den
Tagladebetrieb - Gleichung (2.1). Die am Ausgang der Rechenstufe 36 entwickelte
Steuerspannung UAT wird in einem Inverter 38 invertiert und an die Summierstufe
35 angelegt.
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In der Rechenstufe 31 wird ein zeitveränderliches Steuersignal UZ
= S2t erzeugt, das im NL-Betrieb beim beschrebenen Ausführungsbeispiel von einem
Anfangswert UZ = 0 bis zu einem Endwert von 0,75 V linear mit der Zeit geändert
wird.
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Durch Einstellung der Zeitsteilheit S2 kann der Bereich t1 innerhalb
der Nachtladezeit zwischen 4 und 10 Stunden geändert werden. Die Spannung UZ am
Ausgang der Rechenstufe 31 wird einem Vergleich 39 zugeführt, der über eine Leitung
40 die Bezugsspannung Ko 75 erhält. Der Vergleicher sorgt dafür, daß das am Ausgang
des Umschalters 33 anstehende und nach Invertierung an die Summierstufe 35 angelegte
Steuersignal U0,75 V nicht übersteigt.
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Sobald das von der Rechenstufe 31 kommende Signal den eingestellten
Endwert von 0,75 V erreicht, gibt der Vergleicher 39 ein H-Signal an eine in einem
Block 41 schematisch dargestellte digitale Logikschaltung, wodurch der Umschalter
33 auf die auf der Leitung 40 anstehende Konstantspannung Ko 75 umschaltet und UZ
für die Summierstufe 35 konstant hält. Die Umschaltung von NL- auf TL-Betrieb erfolgt,
wie oben gesagt, mit Hilfe des Vergleichers 30 zehn Stunden nach Beginn der Zählung
des Zählers 21 bzw.
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bei UH = 1 V. Das dabei vom Vergleicher 30 über die Ausgangsleitung
42 abgegebene digitale Signal sorgt spätestens für
die Umschaltung
des Umschalters 33 in die gestrichelt dargestellte TL-Stellung und außerdem für
die Smschaltung eines weiteren Umschalters 43 in die in Fig. 2 gestrichelt dargestellte
TL-Stellung. In dieser Stellung des Umschalters 43 wird das in der Rechenstufe 32
entsprechend der Gleichung (2.2) entwickelte, zeitabhängig geänderte Führungssignal
S3 zur Rechenstufe 36 übertragen und in dieser mit dem Steuersignal UAT S1 (ATA
- AT) entsprechend Gleichung (2.1) multipliziert. Das zeitabhängige Führungssignal
wird von einem Anfangswert 1 bis zu einem Endwert 0 linear mit der Zeit geändert,
so daß am das/Ausgang der Rechenstufe 36 während des TL-Betriebs erscheinende und
der Summierstufe 35 nach Inversion zugeführte Signal S3UAT linear mit der Zeit zwischen
den Grenzwerten UAT und Null geändert wird. Im NL-Betrieb (ausgezogene Stellung
der Umschalter 43 und 33) ist der Wert des Führungssignals S3 konstant und gleich
1, da der entsprechende Pol des Umschalters dann an der Konstantspannung UK1,0 liegt.
Gleichzeitig mit der Umschaltung des Umschalters 43 auf TL-Betrieb wird von dem
Vergleicher 30 ein Signal auf die Leitung 42 gegeben, mit dem die Rechenstufe 36
auf den für die Tagladung voreingestellten ATE-Wert umgeschaltet, eine LD-Anzeige
45 zur Kenntlichmachung des NL-bzw. TL-Betriebs betätigt und ein Transistorschalter
46 zur Umschaltung der Kennlinie des Ladereglers angesteuert wird.
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In der Summierstufe 35 werden die über'die beiden Inverter 34 und
38 zugeführten Signale - UZ und - UATS3zu einer Konstantspannung Um4 35 von 4,35
V addiert. Das am Ausgang der Summierstufe 35 auf der Leitung 47 entwickelte Signal
UA erfüllt daher bei NL-Betrieb die Gleichung (1.1) und bei TL-Betrieb die Gleichung
(2.1) und läßt sich in jedem Falle wie folgt ausdrücken: UA = UK4,35- UZ-S3UAT
Das
Hauptsteuersignal UA wird über die Ausgangsklemme Z2 des zentralen Steuergeräts
zum Laderegler übertragen.
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Anhand der Figuren 3A und 3B,die in teilweiser Blockdarstellung den
schaltungsmäßigen Aufbau des Zeitglieds zeigen, wird im folgenden die Netzabtrennung
bei Netzspannungsausfall zur Erhaltung der im Zähler 21 gespeicherten Daten (Zählerstand)
über eine längere Periode erläutert.
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In der Figur 3 weist der Netzteil 10 des Zeitglieds 1 einen Transformator
101 zum Herunterspannen der Netzspannung auf 24 V, einen Vollwellengleichrichter
102 und einen als Diode ausgebildeten Halbwellengleichrichter 103 auf. Von dem positiven
Anschluß des Vollwellengleichrichters 102 ist die Betriebsspannungsversorgung für
die elektronischen Bauelemente des Zeitglieds 1 über eine in Durchlaßrichtung geschaltete
Diode 104 und einen Regler 105 abgeleitet.
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Der Regler 105 entwickelt auf seiner Ausgangsleitung 106 eine stabilisierte
Betriebsspannung von +12V für die Tor-und Halteschaltung 13, den D/A-Wandler 23,
den Vergleicher 17, die optische Anzeigevorrichtung 26 und den Frequenzteiler 19.
Über eine ebenfalls in Durchlaßrichtung geschaltete Diode 107, die an der Kathode
mit einem Speicherkondensator 108 verbunden ist, wird eine Betriebsspannungsleitung
109 gespeist, von der die Betriebsspannungsversorgung für einen Schmitt-Trigger
110, das UND-Verknüpfungsglied 20 und den 8-Bit-Zähler 21 abgeleitet ist.
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Der Schmitt-Trigger 110 ist eingangsseitig mit einer Spannungsteilerschaltung
aus einem niederohmigen Widerstand 111 und einer Parallelschaltung aus einer Zenerdiode
112, einem relativ hochohmigen Widerstand 113 und einem Kondensator 114 relativ
geringer Kapazität angeschaltet. Am Ausgang des Schmitt-Triggers 110 wird bei
Anliegen
der Netzspannung ein Dauerimpuls entwickelt, der über die Leitung 115 an einen Eingang
des UND-Verknüpfungsgliedes 20 angelegt wird. Der Schmitt-Trigger ist so ausgebildet,
daß er praktisch zum Zeitpunkt t = 0 bei Anstehen der Netzspannung das volle Dauersignal
von ca. 11 V entwickelt und ebenfalls ohne Zeitverzögerung auf 0 V abfällt, sobald
die Netzspannung zusammenbricht. Die Zenerdiode 112 hält die Eingangsspannung des
Schmitt-Triggers konstant auf ca. 12 V. Zwischen der Kathode der Diode 104 und dem
negativen Pol des Vollwellengleichrichters 102 ist ein Siebkondensator 116 angeordnet.
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Der 50 Hz Taktimpuls wird aus dem Netzteil 10 über den Halbwellengleichrichter
103 abgeleitet und über eine im dargestellten Ausführungsbeispiel als Schmitt-Trigger
ausgebildete Impulsformerschaltung 11 zu Rechteckimpulsen geformt. Die Rechteck
impulse von der Leitung 12 werden in die Tor- und Halteschaltung 13 gegeben und
an einen Eingang eines UND-Verknüpfungsgliedes 130 angeiegt. Diese Taktimpulse werden
von dem.UND-Verknüpfungsglied 130 nur dann über die Leitung 14 zum Frequenzteiler
19 ausgeblendet, wenn der andere Eingang des UND-Gliedes über eine ODER-Schaltung
131 entweder vom Optokoppler 15 oder vom (6 h) Vergleicher 17 angesteuert ist.
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Der Optokoppler ist ausgangsseitig mit einem Schmitt-Trigger 117 verbunden,
der auf der Ausgangsleitung 16 sofort bei Ansteuerung der Klemme LF mit der EVU-Steuerspannung
einen Dauerimpuls entwickelt. Dieser Dauer impuls wird an ein UND-Verknüpfungsglied
132 in der Tor- und Halteschaltung 13 übertragen und von dort bei Anstehen der Betriebsspannung
auf der Leitung 106 über die ODER-Schaltung 131 zum UND-Verknüpfungsglied 130 durchgelassen.
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Über die Leitung 14 laufen die 50 Hz Taktimpulse zum Frequenzteiler
19 und werden in diesem in Impulse einer
Periode von 5,12 Minuten
umgesetzt. Über eine Logikschaltung 120 und eine Leitung 121 werden diese 5,12 Minuten
Impulse an einen zweiten Eingang des UND-Verknüpfungsglieds 20 angelegt, das aufgrund
des Netzbestätigungssignals auf der Leitung 115 auf Durchlaß gesteuert ist. Der
Zähler 21 zählt die einlaufenden Impulse bis zum 255. Impuls und wird beim 256.
Impuls zurückgesetzt. Über die Ausgangsleitungen 22 wird der D/A-Wandler 23 angesteuert
und entwickelt auf der Ausgangsleitung 24 die gewünschte Hilfsspannung UH in Form
einer treppenförmigen Spannung, die sich genau proportional zum Zählerstand, also
genau zeitproportional erhöht. Die Leitung 24 ist über einen Impedanzwandler 118
mit dem Ausgang des D/A-Wandlers verbunden.
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Um gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung die Hilfsspannung
UH auf der Leitung 24 numerisch mit jeweils 10 Stunden der vom Zählerablauf verflossenen
Zeit in Übereinstimmung zu bringen, erhält der D/A-Wandler 23 über eine Stabilisierungsschaltung
119 eine konstante Spanntung UK2,184 = 2,184 V. Dadurch ergibt sich auf der Leitung
24 eine zeitproportional geänderte Spannung zwischen 0 und 2,184 V, wobei die Spannung
0 dem Beginn der Zählung im Zähler 21 und die Spannung 2,184 dem Zählerendstand
nach 21,84 Stunden entspricht. Der Vergleicher 17 entwickelt 6 Stunden nach Zählbeginn
ein Selbsthaltesignal auf der Leitung 18, das über das UND-Verknüpfungsglied 130
die Taktimpulse auch dann über die Leitung 14 zum Frequenzteiler 19 durchsteuert,
wenn die EVU-Steuerspannung abgeschaltet ist.
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Nach dem Rücksetzen des Zählers 21 und dem dadurch erfolgenden Absinken
von UH auf 0 V wird auch das Ausgangssignal des Vergleichers 17 unterbrochen, da
dieser ein Ausgangssignal nur dann entwickelt, wenn die an seinem mit der Leitung
24 verbunden Meßeingang anstehende Spannung gleich oder größer als die Referenzspannung
von 0,6 V- ist.
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Die Anordnung geht also aufgrund der Referenzspannung des Vergleichers
17 sechs Stunden nach Zählbeginn in Selbsthaltung.
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-Bei Betätigung der Prüftaste 28 kann zumindest ein Teil der Frequenzteilerstufen
mit Hilfe der Logikschaltung 120 überbrückt werden und das UND-Verknüpfungsglied
3 mit einer wesentlich kürzeren-Impulsfolge angesteuert werden. Dadurch ist es möglich,
zum Prüfen der Funktion des Zeitglieds den Zählerstand innerhalb von wenigen Sekunden
zu erreichen. Über eine Leitung 123 kann der Zähler auch mit Einzel impulsen getastet
werden.
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Die für die zählerstanderhaltende Netzabtrennung bei einer Netzspannungsausfailbedingung
sowie für die Zuschaltung der Zeitgliedkomponenten an die Netzspannungsversorgung
bei Wiedereintritt der Spannung maßgeblichen Komponenten der Netzabtrennschaltung
sind in Figur 3A im Schaltungsblock 27 gezeigt. Bei Netzspannungsausfall folgt der
Eingang 125 dem Netzspannungsabfal.l praktisch zeitgleich, so daß ebenfalls praktisch
totzeitfrei das auf der Leitung 115 am Ausgang des Schmitt-Triggers 110 anstehende
Netzspannungsbestätigungssignal auf Null abfällt. Dadurch wird das UND-Verknüpfungsglied
20 gesperrt und ein Weiterzählen des Zählers 21 unterbrochen.
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Der Versorgungsstromkreis, insbesondere die Versorgungsleitung 109,
ist jedoch über die bei Netzspannungsausfall in Sperrichtung geschaltete Diode 107
entkoppelt. Der Speicherkondensator 108 hat eine ausreichend große Kapazität um
die Betriebsspannung für den Schmitt-Trigger 110, das UND-Verknüpfungsglied 20 und
den Zähler 21 über mehrere Stunden Netzspannungsausfall ausreichend aufrechtzuerhalten.
Neben der Entkopplung über die Diode 107 zur Leitung 106 müssen die genannten Schaltungskomponenten
aus Bauelementen möglb$t niedriger Leistungsaufnahme bestehen, und hierfür kommen
CMOS-Bauelemente in Betracht.
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Außerdem ist über hochohmige Eingänge des D/A-Wandlers 23 dafür gesorgt,
daß der Zähler 21 auch ausgangsseitig entkoppelt ist und seinen Zählerstand zuverlässig
beibehält.
Der Siebkondensator 116, der eine im Vergleich zum Kondensator
114 im Eingangskreis des Schmitt-Triggers 110 große Kapazität hat, sorgt im Zusammenwirken
mit der Diode 104 dafür, daß die Spannung an der Leitung 125 bei Netzausfall schneller
zusammenbricht als die Spannung von 12 V am Ausgang des Reglers 105.
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Bei Wiedereintritt der Netzspannung werden die Betriebsspannungsleitungen
106 und 109 dagegen vor der Leitung 125 am Eingang des Schmitt-Triggers 110 auf
die Sollspannungspegel gebracht. Während die dabei in Durchlaßrichtung angeordneten
Dioden 104 und 107 sowie auch der Regler 105 nahezu Widerstandslos sind, so daß
sie bei Wiedereintritt der Spannung auch in Verbindung mit den relativ großen Kondensatoren
116 und 108 eine extrem kleine Zeitkonstante haben, reicht ein Widerstand 111 von
beispielsweise 2 kOhm im Eingangskreis des Schmitt-Triggers 125 aus, um im Zusammenwirken
mit der niedrigen Kapazität des Kondensators 114 eine größere Zeitkonstante für
den Anstieg der Netzspannung zu entfalten. Dementsprechend wird der Netzspannungsbestätigungsimpuls
auf der Leitung 115 und am Eingang des UND-Verknüpfungsglieds 20 erst dann vom Schmitt-Trigger
110 entwickelt, wenn die Betriebsspannung auf den Leitungen 106 und 109 über die
Netzspannungsversorgung ansteht. Es wird dadurch gewährleistet, daß der Zähler 21
von dem Zählerstand aus weiterzählt, der bei Beginn des Netzspannungsausfalls vorgelegen
hat und über die Netzspannungsausfallperiode durch Aufrechterhaltung der Betriebsspannung
(Betriebsspannungsabfall auf der Leitung 109 bis auf etwa 5 V möglich) gespeichert
worden ist. Sowohl der Zähler 21 als auch der D/A-Wandler 23 können ihre vorher
unterbrochenen Funktionen danach unbeschadet wiederaufnehmen, wobei auch gewährleistet
ist, daß im Falle der zwischenzeitlichen Abschaltung des EVU-Steuersignals über
die Leitung 16 die Selbsthaltung vom Vergleicher 17 über die Leitung 18, die ODER-Schaltung
131 und das UND-Verknüpfungsglied 130 wirksam ist.
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Das zuvor erläuterte Zeitglied 1 wird in der Regel von dem in Figur
2 schematisch dargestellten zentralen Steuergerät, das die Hauptsteuerspannung UA
entwickelt, getrennt, beispielsweise als gesonderte Steckeinheit angeordnet.
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Es ist jedoch grundsätzlich möglich, das Zeitglied 1 auch baulich
in das zentrale Steuergerät zu integrieren, wobei eine Außenbeschaltung über die
Klemme i2 (Figur 2) möglich sein sollte.