CN117529862A - 电气器具 - Google Patents

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Abstract

一种电气器具,该电气器具包括:多个电气负载,每个电气负载由公共电源供电;控制器,该控制器包括耦合到存储器的处理器,其中该存储器在其中存储了数字序列和多个数值范围,每个数值范围与多个电气负载中的相应电气负载相关联;和多个开关,每个电气开关电耦合到电源、控制器和多个电气负载中的相应电气负载;其中该器具被配置为迭代地:通过控制器从数字序列中选择多个数字;通过控制器为多个电气负载中的与相应数值范围相关联的任何电气负载生成开关信号,该相应数值范围包括多个数字中的数字;以及针对每个开关信号在一段时间内激活多个开关中的相应开关以将相应电气负载电连接至电源。

Description

电气器具
技术领域
本发明涉及一种电气器具,并且具体地涉及控制电气器具的电气负载。
背景技术
在整个说明书中对现有技术的任何讨论决不应被认为是承认此类现有技术是广为人知的或构成本领域公知常识的一部分。
某些器具可包括多个高功率电气负载。为了以不同的功率分布来操作器具(诸如紧凑型烤箱)以达到设定温度,可使用调光电路来控制烤箱的加热元件以达到所需温度。这种类型的调光需要EMC(电磁兼容性)滤波器电路,使得调光电路不会对同一电路上的主电源和器具造成电磁干扰。所需的EMC解决方案类型可能是昂贵的。
提供不同功率分布的另一种方式是在不同的时间接通和关断加热元件。通常,这是使用存储在器具的存储器中的查找表来实现的。多个开关模式被存储在查找表中。控制器使用每个开关模式来可控地接通和关断电气负载,以实现器具的预定义功率分布。
虽然生成用于控制两个电气负载的查找表是能够实现的,但是生成用于切换三个或更多个电气负载以实现器具的不同功率分布的此类查找表的过程可能是相当困难的。特别地,对于三个或更多个电气负载,查找表变得相当长并且可能负面地影响器具的存储器约束。此外,查找表生成的复杂度还取决于每个电气负载要提供的功率分布的数目。通常,器具的用户期望精确控制(例如温度或马达速度等),因此查找表生成的复杂度增加,这进一步负面地影响该表的长度和器具的存储器使用。
其他约束条件可影响此类表的生成。
例如,在器具的电气负载能够消耗的电功率的量方面,可能存在监管要求。因此,例如,考虑到该约束条件,可能无法同时操作所有高功率电气负载,因此该表的切换序列必须以符合该监管约束和/或实际约束(诸如针对电源线和住宅电路的约束)的方式来生成。
在一些情况下,已经观察到,切换高功率电气负载以控制功率消耗可能导致位于设备内或连接在同一主电源电路上的灯的可见的“闪烁”。因此,该进一步的约束条件可使切换序列的生成进一步复杂化。
发明内容
本发明的目的是克服或改善现有技术的缺点中的至少一个缺点,或者提供有用的替代形式。
一种电气器具,该电气器具包括:多个电气负载,每个电气负载由公共电源供电;控制器,该控制器包括耦合到存储器的处理器,其中存储器在其中存储了数字序列和多个数值范围,每个数值范围与多个电气负载中的相应电气负载相关联;和多个开关,每个电气开关电耦合到电源、控制器和多个电气负载中的相应电气负载;其中该器具被配置为迭代地:通过控制器从数字序列中选择多个数字;通过控制器为多个电气负载中的与相应数值范围相关联的任何电气负载生成开关信号,该相应数值范围包括多个数字中的数字;以及针对每个开关信号在一段时间内激活多个开关中的相应开关以将相应电气负载电连接至电源。
在某些实施方案中,多个数字包括n个数字,使得经由同时激活多个电气负载中的n个电气负载而产生的最大功率消耗不超过电气器具的功率阈值。
在某些实施方案中,数字序列是元组序列。
在某些实施方案中,每个元组包括n个元组元素。
在某些实施方案中,数字序列是基于低差异序列来生成的。
在某些实施方案中,低差异序列是Halton(霍尔顿)序列。
在某些实施方案中,该序列是基于随机或伪随机序列。
在某些实施方案中,数字序列以非易失性方式存储在存储器中。
在某些实施方案中,数字序列由处理器动态地生成并且以易失性方式存储在存储器中。
在某些实施方案中,电气器具所消耗的电功率具有小于或等于1.0的短期闪烁严重度。
在某些实施方案中,该器具包括一个或多个用户输入设备,以用于设定多个负载中的至少一些电气负载的操作,其中处理器被配置为基于由一个或多个用户输入设备生成的一个或多个输入信号来动态地缩放多个数值范围。
在某些实施方案中,控制器被配置为基于由PID控制器生成的一个或多个PID控制变量来动态地缩放多个数值范围,其中PID控制器是控制器的一部分或者与控制器电连通。
在某些实施方案中,多个电气负载包括一个或多个加热元件,其中电气器具还包括一个或多个温度传感器,以用于测量由一个或多个加热元件中的至少一些加热元件加热的介质或物体的温度,其中一个或多个输入信号包括由一个或多个温度传感器生成的一个或多个温度测量信号。
在某些实施方案中,多个电气负载包括一个或多个马达,其中电气器具还包括用于一个或多个马达中的至少一些马达的一个或多个转速计,其中一个或多个输入信号包括由一个或多个转速计生成的一个或多个转速计测量信号。
在某些实施方案中,电气器具还包括过零点检测器,其中控制器被配置为响应于从过零点检测器接收到过零点检测信号而针对每个开关信号激活多个开关中的相应开关。
在某些实施方案中,电气器具是厨房器具。
在另一个方面,提供了一种电气器具,该电气器具包括:控制器,该控制器包括耦合到存储器的处理器,其中存储器在其中存储了数字序列和多个数值范围;多个电气负载元件,其中该多个电气负载元件中的至少一个电气负载元件与所存储的多个数值范围中的一个数值范围相关联,其中控制器被配置为:读取序列的第一部分,其中该第一部分包括至少一个数字;确定序列的第一部分落入其中的数值范围;以及基于该确定,选择性地为电气负载元件中的至少一个电气负载元件供电。
在某些实施方案中,数字序列是元组序列。
在某些实施方案中,数字序列是基于低差异序列来生成的。
在某些实施方案中,低差异序列是Halton序列。
在某些实施方案中,Halton序列是以n为基数的Halton序列(a base n,Haltonsequence),其中n等于多个电气负载内的电气负载的数目。
在某些实施方案中,数字序列以非易失性方式存储在存储器中。
在某些实施方案中,数字序列由处理器动态地生成并且以易失性方式存储在存储器中。
在某些实施方案中,数字序列的第二部分是在下一个过零点处按顺序读取。
在某些实施方案中,数字序列的第二部分是在已经过去预定时间段之后按顺序读取,该第二部分包括至少一个数字。
在某些实施方案中,该序列与小于1.0的短期闪烁严重度相关联。
在某些实施方案中,多个数值范围是固定的。
在某些实施方案中,多个数值范围是由处理器基于电气器具的当前配置来设定的。
附图说明
现在将参考附图仅以举例的方式来描述本发明的优选实施方案,在附图中:
图1是表示电气器具的示例的示意图。
图2是表示由图1的电气器具执行的方法的流程图。
图3A是表示图1的电气器具的功能框图。
图3B是图1的电气器具的控制器的示意性框图。
图4是示出使用第一开关技术的图1的电气器具的多个电气负载随时间的消耗功率的示例的图。
图5是表示电气器具的又一示例的示意图。
图6是示出使用第二开关技术的图3的电气器具的多个电气负载随时间的消耗功率的又一示例的图。
图7是示出使用第三开关技术的图3的电气器具的多个电气负载随时间的消耗功率的又一示例的图。
图8A是示出为了控制图3的电气器具的多个电气负载的激活而根据时间发生变化的控制变量的图。
图8B是示出根据图3并且基于如图8A所示的控制变量和基于第三开关技术的电气器具的多个电气负载的消耗功率的又一示例的图。
具体实施方式
参考图1,示出了电气器具100的示例的示意图。
电气器具100包括多个电气负载130。每个电气负载130a、130b、...、130n选择性地由公共电源105供电。在一种形式中,电源105可以是交流(AC)电源。在另一种形式中,电源可以是直流(DC)电源。
电气器具100还包括控制器110,该控制器包括耦合到存储器309(见图3A)的处理器305(见图3A)。存储器309在其中存储了数字序列和多个数值范围,其中每个数值范围与多个电气负载130中的相应电气负载130a、130b、...、130n相关联。
电气器具100还包括多个开关120。多个开关120能够以多个固态继电器的形式提供,诸如多个三端双向可控硅开关元件(TRIAC)和/或硅控整流器(SCR)。每个电气开关120a、120b、...、120n电耦合到电源105、控制器110和多个电气负载130中的相应电气负载130a、130b、...、130n。在激活开关120之一时,相应开关120a、120b、...、120n向相应电气负载130a、130b、...、130n提供一定量的功率。
参考图3A,示出了电气器具100的又一功能框图,其中示出了与控制器110相关的具体细节。
如图3A所示,控制器110具有双向地耦合到内部存储模块309的处理单元(或处理器)305。存储模块309可由非易失性半导体只读存储器(ROM)360和半导体随机存取存储器(RAM)370形成,如图3B所示。RAM 370可以是易失性存储器、非易失性存储器或易失性存储器和非易失性存储器的组合。
电气器具100可包括一个或多个用户输出设备314,诸如显示器314,例如液晶显示器(LCD)面板等。一个或多个输出设备可被配置用于根据从控制器110接收的指令在显示器314上显示图形图像。控制器110可包括或连接至显示控制器110,以控制一个或多个用户输出设备对图形图像的呈现。然而,应当理解,一个或多个用户输出设备可能不那么复杂,例如一个或多个用户输出设备能够以一个或多个发光二极管等的形式提供。
电气器具100还包括一个或多个用户输入设备313。在一种形式中,一个或多个用户输入设备可由键、小键盘或类似控件形成。在一些具体实施中,一个或多个用户输入设备313可包括与显示器314物理地相关联的触敏面板以共同地形成触摸屏。这种触摸屏可因此作为一种形式的图形用户接口(GUI)来操作,这与通常与小键盘-显示器组合一起使用的提示或菜单驱动的GUI相反。然而,在一些情况下,一个或多个用户输入设备可能不那么复杂,采用一个或多个按钮、开关、旋钮等形式。
在一些示例中,电气器具100可包括通信接口150,以使得电气器具能够从另一设备发射和/或接收数据。例如,通信接口可以是无线通信接口,以允许电气器具无线接收来自无线设备的输入。
本文所述的方法可至少部分地使用嵌入式控制器110来实施,其中这些方法的步骤中的至少一些步骤可被实施为可在嵌入式控制器110内执行的一个或多个软件应用程序333。参考图2,所描述的方法200的步骤中的一些步骤由在控制器110内执行的软件333中的指令实施。软件指令可形成为一个或多个代码模块,每个代码模块用于执行一个或多个任务。软件也可分成两个单独部分,其中第一部分和对应的代码模块执行所描述的方法,并且第二部分和对应的代码模块管理在第一部分与用户之间的用户接口。
嵌入式控制器110的软件333通常存储在内部存储模块309的非易失性ROM 360中。可在需要时从计算机可读介质更新存储在ROM 360中的软件333。软件333可被加载到处理器305中并由其执行。在一些实例中,处理器305可执行位于RAM 370中的软件指令。软件指令可通过处理器305发起将一个或多个代码模块从ROM 360复制到RAM 370中来加载到RAM370中。另选地,一个或多个代码模块的软件指令可由制造商预安装在RAM 370的非易失性区域中。在一个或多个代码模块已经位于RAM 370中之后,处理器305可执行该一个或多个代码模块的软件指令。
应用程序333通常在电气器具100的配送之前由制造商预安装并存储在ROM 360中。可执行上文提及的应用程序333的第二部分和对应的代码模块以实施要在图3A的显示器314上渲染或以其他方式表示的一个或多个图形用户接口(GUI)。通过操纵用户输入设备313(例如,小键盘),器具100和应用程序333的用户能够以功能上可调适的方式操纵接口以向与GUI相关联的应用程序提供控制命令和/或输入。
图3B详细地示出了具有用于执行应用程序333的处理器305和内部存储装置309的嵌入式控制器110(还示出为302)。内部存储装置309包括只读存储器(ROM)360和随机存取存储器(RAM)370。处理器305能够执行存储在所连接的存储器360和370中的一者或两者中的应用程序333。当电气器具100最初通电时,执行驻留在ROM 360中的系统程序。持久地存储在ROM 360中的应用程序333有时称为“固件”。处理器305对固件的执行可实现各种功能,包括处理器管理、存储器管理、设备管理、存储管理和用户接口。
处理器305通常包括多个功能模块,包括控制单元(CU)351、算术逻辑单元(ALU)352、数字信号处理器(DSP)353和包括通常包含原子数据元素356、357的一组寄存器354的本地或内部存储器,以及内部缓冲区或高速缓存存储器355。一个或多个内部总线359将这些功能模块互连。处理器305通常还具有用于使用连接361经由系统总线381与外部设备通信的一个或多个接口358。
应用程序333包括指令序列362至363,该指令序列可包括条件分支和循环指令。程序333还可包括在程序333的执行中使用的数据。该数据可被存储作为指令的一部分或存储在ROM 360或RAM 370内的单独位置364。
一般来讲,处理器305被给予在其中执行的指令集。该指令集可被组织成块,该块执行特定任务或处理在电气器具100中发生的特定事件。通常,应用程序333等待事件,并且随后执行与该事件相关联的代码块。可以响应于如由处理器305检测到的来自用户的经由图3A的用户输入设备313进行的输入而触发事件。也可响应于电气器具100中的其他传感器140和接口而触发事件。
指令集的执行可能需要读取和修改数值变量。此类数值变量存储在RAM 370中。所公开的方法使用存储在存储器370中的已知位置372、373的输入变量371。处理输入变量371以产生存储在存储器370中的已知位置378、379的输出变量377。中间变量374可存储在存储器370的位置375、376中的附加存储器位置。另选地,一些中间变量可能仅存在于处理器305的寄存器354中。
指令序列的执行通过重复应用取出-执行循环来在处理器305中实现。处理器305的控制单元351维持称为程序计数器的寄存器,该寄存器包含要执行的下一指令在ROM 360或RAM 370中的地址。在取出执行循环开始时,由程序计数器编索引的存储器地址的内容加载到控制单元351中。如此加载的指令控制处理器305的后续操作,从而使例如数据从ROM存储器360加载到处理器寄存器354中、寄存器的内容与另一个寄存器的内容进行算术组合、寄存器的内容写入存储在另一个寄存器中的位置等。在取出执行循环结束时,程序计数器更新以指向系统程序代码中的下一指令。取决于刚执行的指令,这可涉及递增程序计数器中包含的地址或加载具有新地址的程序计数器,以便实现分支操作。
下文所述的方法的过程中的每个步骤或子过程与应用程序333的一个或多个段相关联,并且通过处理器305中的取出-执行循环的重复执行或电气器具100中的其他独立处理器块的类似编程操作来执行。
本文参考图2描述电气器具100的操作。在步骤210处,方法200包括控制器110从存储在存储器309中的数字序列中选择多个数字。该多个数字是总数字序列的一部分。多个数字包括n个数字,使得同时激活多个电气负载130中的n个电气负载130而产生的最大功率消耗不超过电气器具100的功率阈值。
在步骤220处,方法200包括通过控制器110为多个电气负载130中的与相应数值范围相关联的任何电气负载130a、130b、...、130n生成开关信号,该相应数值范围可包括(即涵盖)多个数字中的数字。在一些情况下,数值范围可不涵盖多个数字中的任何数字,从而导致不生成开关信号。
在步骤230处,方法200包括针对每个开关信号在一段时间内激活多个开关120中的相应开关120a、120b、...、120n以将相应电气负载130a、130b、...、130n电连接至电源105。
应当理解,虽然上述方法200已被描述为执行迭代,但是可能的情况是控制器可执行单次迭代。
有利地,与利用查找表的先前方法相比,所描述的方法使用更少的存储器。如将在下面进一步的实施方案中描述的,使用数学函数能够简化数字序列的生成,从而避免生成查找表的困难过程。
在特定形式中,数字序列是元组序列。这些数字可以是由整数或浮点数据结构表示的整数、小数或分数。每个元组是包括多个部分的数据结构。例如,元组可以是数组、字典或其他类似的数据结构。元组的每个部分是元组元素,使得每个元组包括多个元组元素。多个数字是从元组序列中选择的相应元组的多个元组元素。每个元组包括n个元组元素,其中n被设定为可同时操作而不超过功率阈值的电气负载130的最大数目。
在某些实施方案中,数字序列以非易失性方式存储在存储器中。数字序列可在制造时存储在存储器中。然而,在其他实施方案中,数字序列由处理器305动态地生成并且以易失性方式存储在存储器中。更具体地,数字序列可由处理器305响应于以下情况而动态地生成:响应于电气器具100接收到开始操作的输入(例如,电气器具100包括加热器元件,该加热器元件接收到开始加热的用户输入,其中控制器110响应于接收到开始加热的用户输入而生成数字序列),或响应于电气器具100被激活以用于未来操作(例如,电气器具100通电,其中数字序列在启动时生成)。
本文将参考图4中所示的图来描述使用关于方法200描述的方法的图1的电气器具的示例性操作。
在该示例中,示例性电气器具100包括第一加热器和第二加热器以及马达,该第一加热器和第二加热器各自汲取最大500瓦的功率,该马达汲取最大400瓦的功率。电气器具100具有总功耗限制,其中电气器具100不能超过1000瓦。电气器具100的一个或多个输入设备被用户用来指示电气器具100将以如下方式操作:第一加热器随时间汲取150瓦的平均功率,第二加热器随时间汲取300瓦的平均功率,并且马达随时间汲取400瓦的平均功率。在该示例中,对于交流电源105的每个半周期,第一加热器和第二加热器以及马达的电气负载130可被选择性地激活或去激活。数字序列被划分成数值范围,其中第一数值范围与第一加热器相关联,第二数值范围与第二加热器相关联,马达与第三数值范围相关联,并且第四数值范围不与任何电气负载130a、130b、...、130n相关联。在该示例中,对于任何给定的半周期,可同时接通零个、一个或两个电气负载130。当电气设备由50Hz交流电源105供电并且电气负载130可在每个半周期(即每个周期2个开关点)期间被接通或关断时,可定义数字序列的100(即50×2)个不同的数字值。因此,数字序列S1可按组或元组来定义,其中每个组或元组包括选自介于0至99之间的数值范围(即100个值)的两个数字,诸如根据下面的序列1作为示例示出的:
在该示例性序列中,元组的每个第二元组元素等于相应元组的相应第一元组元素递增偏移常数,偏移常数在该示例中等于50并且可存储于存储器中。每个元组包括多个元组元素,其中第一元素是从0增加到49的固定数,并且每个元组的第二元素相对于相应元组的第一元素增加偏移常数50。
数值范围可由控制器110的处理器305在存储器中基于用户经由一个或多个输入设备提供的期望输入来设定。在这种情况下,给定每个电气负载130a、130b、...、130n所需的上述平均功率,处理器305能够以如下方式在存储器中设定数值范围:第一数值范围:[0,15);第二数值范围:[15,45);和第三数值范围:[45,95),其中“[”或“]”表示包括在内,并且“(”或“)”表示不包括在内。例如,第一数值范围包括0至14,但不包括15及以上。
基于上述内容,处理器305被配置为按照每个时间步长(即,交流电源105的每个半周期)的顺序次序从元组序列中选择元组,并且确定包括所选元组的每个元组元素的相应数值范围。例如,处理器305可被配置为最初选择元组序列的第一元组,该第一元组为一对(0,50)。第一元组元素0落在与第一加热器相关联的第一数值范围内。第二元组元素50落在与马达相关联的第三数值范围内。这导致第一加热器和马达在交流电源105的第一半周期被激活。第二元组(1,51)提供相同的结果,其中第一加热器和马达在交流电源105的第二半周期被激活。如图4所示,在元组序列的这50个元组上循环为第一加热器提供150瓦的平均功率,为第二加热器提供300瓦的平均功率,并且为马达提供400瓦的平均功率。
本文将参考图6中所示的图来描述使用关于方法200描述的方法并且利用第二开关技术的图3的电气器具100的示例性操作。该示例将基于早前描述的示例性电气器具100,然而将被配置为使闪烁最小化。在该示例中,元组序列S1的元组被重新排序以减少闪烁,从而定义如序列2中所定义的元组序列S2
可直接或间接使用低差异或伪随机序列来为元组序列S1重新排序以减少闪烁,从而定义元组序列S2。在间接使用低差异或伪随机序列的情况下,可使用低差异或伪随机序列来为递增序列重新排序,如序列2所例示的,或者可直接使用低差异或伪随机序列,如本文档中稍后讨论的序列3所例示的。在一个示例中,低差异或伪随机序列可以是以5为基数的Halton序列。
应当理解,S2具有与S1相同的所有对,但是被重新排序以减少闪烁。对于S1,短期闪烁严重度为1.1,但是在重新排序之后,对于S2的短期闪烁严重度为0.8,使用如上文关于较早示例所定义的相同数值范围。所导致的对电气器具100的电气负载130的激活将总功率的周期从50个时间步长更改为10个时间步长,如图6中所示,从而增加电气器具100的消耗功率的频率,这又导致对于连接至电气器具100的主电源的任何灯,减少了人类可感知的闪烁。
在一种形式中,数字序列是基于多维低差异序列。例如,低差异序列是以n为基数的Halton序列。然而,在其他情况下,元组序列是基于随机或伪随机序列。在一种特定形式中,每个元组的第一元组元素是基于以n为基数的Halton序列的所选元素,并且相应元组的随后元组元素从第一元组元素偏移了偏移常数。第一元组元素等于乘子常数乘以以n为基数的Halton序列的所选元素。有利地,使用数学序列(诸如Halton序列)可简化数字序列的生成,从而避免生成查找表的困难过程,特别是当可能存在可能需要同时激活的大量电气负载时。
本文将参考图7、图8A和图8B中所示的图来描述使用关于方法200描述的方法并且利用基于Halton序列的第三开关技术的图3的电气器具100的示例性操作。特别地,元组序列S3可由下面的序列3定义:
其中si是五十乘以四舍五入的以2为基数的Halton序列,如以下序列4中所表达的:
应用与电气器具100的早前示例中描述的相同的数值范围和方法会导致加热器和马达之间的相同功率分布,但是会提供不太规则的模式。特别地,提供了如图7所示的更伪随机模式,其利用由S3定义的元组序列,该模式可被认为对人类用户来说不太明显。S3的短期闪烁严重度为0.9,其大于S2但仍低于S1的短期闪烁严重度。
虽然可基于用于操作一个或多个电气负载130的一个或多个用户输入来定义数值范围的特定比率或百分比,但是在一种特定形式中,可基于从与多个负载130相关联的一个或多个传感器接收的反馈信号来动态地缩放存储在控制器110的存储器中的数值范围。例如,处理器305可被配置为基于由PID控制器160生成的一个或多个PID控制变量来动态地缩放多个数值范围,如关于如下文所述的图5所示的实施方案所论述。更具体地,这在图8A和图8B中例示,其中图8A示出了由PID控制器160生成的随时间变化的控制变量,并且图8B示出了多个电气负载130在相同时间段内并且利用上述元组序列S3所消耗的功率。在该特定示例中,控制变量与第一数值范围至第三数值范围的数值范围相乘。然而,在该示例中,剩余的数值范围不由控制变量进行缩放。
应当理解,要么电气器具100的控制器110的处理器305可生成元组序列,要么单独的处理系统可用于生成元组序列,其中元组序列被传送到并存储在电气器具100的存储器中。以一般方式,可根据下面提供的序列5来定义元组序列:
其中元组k的长度对应于可在不超过预定最大功率阈值的情况下汲取功率的电气负载130的最大数目。然后在时间步长M处,令0≤j=M mod N<N,对于任何r=0,1,...,k-1,如果al≤sj,r<bl,则将特定电气负载130a、130b、...、130n接通,否则将其关断。在多个电气负载130的情况下,al,bl被设定为使得bl≤al+1。这样,k个或更少的电气负载130可在任何时间步长处汲取功率,从而防止总最大功率消耗超过预定最大功率阈值。
在元组序列具有长度L和数值范围Rl=[al,bl=al+L)的情况下,数值范围的长度与负载130被接通的时间分数近似成比例。
在元组序列具有长度L并且数值范围Rl=[al,bl=al+L)与功率汲取近似成比例的情况下,若干特点是共同的,其导致共享相同交流电源105的一个或多个灯的人类可感知闪烁减少。特别地,如果si,j由控制器110的处理器305或由另一处理系统设定,使得对于Sa={si,j∈[a,a+L)},Sb={si,j∈[b,b+L)},以及a<b,L>0,其中a等于或大于最小值si,j并且b+L等于或低于最大值,则si,j具有以下特性以使人类可感知的闪烁最小化:
1.card(Sa)≈card(Sb),其中card表示元素的基数或数目。
2.对于Ia={i:si,j∈Sa},Ib={i:si,j∈Sb},则Ia和Ib中的值分布在0至N-1之间。
在以上关于S1的示例中,该元组序列满足特性(1)但不满足特性(2),而S2和S3满足这两个特性。存在许多方式使器具100的处理器305或单独的处理系统设定si,j,诸如si,j=CH(ki+j,k),其中C是常数并且H是以k为基数的Halton序列。在另一种形式中,处理器305可被配置为针对si,j或si,0使用另一个公共低差异序列,其中对于适当的D值,si,j=si,0+jD,。特别地,S可被设定为的置换。例如,元素可由处理器305随机置换,直到元素满足元组扩展的测量,诸如min0≤i≤N-1|si+1,0-s1,0|>M或/>其中si+N,0=si,0
由于控制器110可被配置为依次(即,按照顺序次序)按顺序前进通过元组序列,所以一旦处理器305处理了序列中的最后一个元组,处理器305就可返回到元组序列中的第一个元组。因此,所生成的激活信号可在元组序列的长度上在多次迭代期间重复。
参考图5,示出了被配置为减少或消除人类可感知的闪烁的电气器具100的另一示例的又一示意图。特别地,电气器具100的控制器110被配置为生成一个或多个激活信号以控制高功率电气负载130的切换,以用于减少相关联输电线中的电压/电流波动,该电压/电流波动可导致共享交流电源105的灯的可见/可观察的闪烁。已经被识别为影响人类可观察(或可见)的灯闪烁的因素包括:(a)由每个分别主动打开的负载130引起的所有伪像的总和导致组合的伪像被引入到(或存在于)主电源或电路上;以及(b)引入到(或存在于)主电源或电路上的伪像可导致以可观察到的频率出现的光强度的变化;以及(c)人通常不能感知以大于人类可感知的闪烁频率阈值的频率发生的视觉事件。为了解决该问题,电气器具100还包括过零点检测器150。控制器110被配置为响应于接收到指示交流电源105的过零点事件的过零点检测信号而针对相应迭代激活一个或多个电气负载130中的至少一些电气负载。通过将图5的器具100配置为控制高功率负载130的过零点切换,使得短期闪烁严重度小于或等于1.0,可消除或至少减少从连接至同一电源或电路的一个或多个灯观察到的闪烁。短期闪烁严重度是由国际电工技术委员会(IEC)(特别是国际标准IEC 61000-4-15)定义的电能质量指数。避免导致大于1.0的短期闪烁严重度的频率分量会减少或消除引入到(或覆盖在)电源或电路上的伪像——从而人不会观察到(内部或外部)连接至相关电源电路的灯的闪烁。
更具体地参考图5,其中图1和图5之间的相似部件使用相同的附图标记,电气器具100包括多个电气负载130。每个电气负载130a、130b、...、130n能够选择性地由公共交流电源105供电。电气器具100还包括控制器110,该控制器包括耦合到存储器309(见图3B)的处理器305(见图3A)。存储器309在其中存储了数字序列和多个数值范围,其中多个电气负载130中的每个相应电气负载130a、130b、...、130n与特定数值范围相关联。器具100还包括多个开关120。在非限制性示例中,多个开关120能够以多个固态继电器的形式提供,诸如多个三端双向可控硅开关元件(TRIAC)和/或硅控整流器(SCR)。每个电气开关120a、120b、...、120n电耦合到交流电源105、控制器110和多个电气负载130中的相应电气负载130a、130b、...、130n。
图5的电气器具100还包括过零点检测器150,该过零点检测器电耦合到交流电源105和控制器110。过零点检测器150被配置为检测交流电源105的过零点事件并且将检测信号传送到控制器110。控制器110被配置为响应于接收到过零点检测信号而生成一个或多个激活信号。过零点检测器150能够以过零点电路的形式提供,该过零点电路可以是在接近零度或180度的相位处检测输入AC电源的电路,从而使得控制器能够激活开关120中的一个或多个开关,以提供AC波形的每个半周期,该AC波形要被选择性地传递到多个电气负载130的选择或者从多个电气负载130的选择中被限制。该电路的目的是在电压跨过零伏时开始导通,使得输出电压处于完整的正弦波半周期中。
图5的电气器具100还包括用于监测电气器具的操作的多个一个或多个传感器。在一些实施方案中,一个或多个传感器可监测一个或多个电气负载130。在电气负载130之一是加热元件的某些示例中,相关联的传感器可以是温度传感器,该温度传感器被配置为测量与加热元件相关联的烹饪室中的温度。在电气负载130之一是马达的情况下,相关联的传感器可以是转速计,该转速计被配置为测量由马达执行的转数。
图5的电气器具100特别与高功率负载130(诸如高功率电阻加热元件)的切换相关,因为高功率负载130会导致电力线上的电流和/或电压变化。在该实施方案中,器具100被配置为使用一个或多个加热元件来控制温度。应当理解,温度的反馈控制可使用任何常规或已知的反馈方法来实现,包括但不限于:开-关控制、比例控制、比例-微分控制、比例-积分控制、比例-积分-微分控制(PID控制)和三阶控制系统。如图5所示,电气器具100还可包括PID控制器160,该PID控制器电连接至控制器110和多个传感器。然而,应当理解,控制器110可被配置为实现PID控制程序并且因此充当PID控制器,而不具有用于执行该任务的单独的和专用的硬件设备。在该实施方案中,PID控制器160从一个或多个传感器接收一个或多个传感器测量结果。PID控制器160使用一个或多个传感器测量结果生成一个或多个控制变量。然后将该一个或多个控制变量传送到控制器110。在一种形式中,控制器110的处理器305被配置为基于一个或多个PID控制变量来动态地缩放多个数值范围,其中一个或多个PID控制变量是基于由处理器305接收的一个或多个输入信号。关于图1的电气器具100讨论的也关于图5的电气器具100呈现的一个或多个用户输入设备允许用户提供输入以便为电气负载130中的一个或多个电气负载设定一个或多个设定点。控制器110可将指示每个设定点的电信号传送到PID控制器160,以用于生成一个或多个控制变量。
应当理解,取决于AC电源的频率(即,50Hz与60Hz相比),器具100可使用不同的数字序列。
应当理解,还能够对开关信号进行调制,使得负载130a、130b、...、130n被接通或关断达全周期而不是由过零点检测器150产生的半周期。
在某些方面,器具100是厨房器具,并且高功率电气负载130中的至少一些负载可以是厨房器具的加热元件。然而,应当理解,器具100可包括不同类型的电气负载130。例如,示例性电气器具100可包括一个或多个加热元件和一个或多个马达。在一种特定形式中,厨房器具100可以是多功能厨房台面器具,其可在由其他器具和灯使用的电路上操作。
在一种形式中,多个电气负载可包括较大电气负载,该较大电气负载的最大功率消耗是该多个电气负载内的每个其余较小电气负载的较小最大功率消耗的倍数(即,整数倍)。在这种情况下,较大电气负载可表示为多个较小电气负载,其中上述方法可由处理器基于较大电气负载是多个较小电气负载来执行,其中每个较小电气负载具有较小的最大功率消耗。
应当理解,一些实施方案在本文中被描述为可由计算机系统的处理器或由执行该功能的其他装置实现的方法或方法的元素的组合。因此,具有用于执行此类方法或方法的元素的必要指令的处理器形成用于执行该方法或方法的元素的装置。此外,本文所述的器具实施方案的元件是用于执行由元件出于执行本发明的目的而执行的功能的装置的示例。
除非上下文另有明确要求,否则在整个说明书和权利要求书中,词语“包括(comprise/comprising)”等应被解释为包括性意义,而不是排他性或穷尽含义;也就是说,含义为“包括但不限于”。
类似地,应当注意,当在权利要求中使用时,术语“耦合”不应被解释为仅限于直接连接。可使用术语“耦合”和“连接”以及它们的派生词。应当理解,这些术语并不旨在作为彼此的同义词。因此,表述“设备A耦合到设备B”的范围不应限于其中设备A的输出直接连接至设备B的输入的设备或系统。这意味着在A的输出和B的输入之间存在路径,该路径可以是包括其他设备或装置的路径。“耦合”可意味着两个或更多个元件直接物理接触或电接触,或者两个或更多个元件彼此不直接接触但仍彼此协作或交互。
如本文所用,除非另有说明,否则使用序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等来描述共同的对象时,这仅指示提及相似对象的不同实例,并且不旨在暗示如此描述的对象必须在时间上、在空间上、在等级上或以任何其他方式处于给定的顺序。
贯穿本说明书对“一个实施方案”或“实施方案”的引用意味着结合该实施方案描述的特定特征、结构或特点被包括在至少一个实施方案中。因此,短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”在整个本说明书中的不同地方的出现不一定都指相同的实施方案,但也可指相同的实施方案。此外,在一个或多个实施方案中,特定特征、结构或特点能够以任何合适的方式进行组合,这对于本领域的普通技术人员而言从本公开内容将是显而易见的。
类似地,应当理解,在本发明的示例性实施方案的以上描述中,本发明的各种特征有时在单个实施方案、附图或其描述中被组合在一起,以便简化本公开并且帮助理解各种发明方面中的一个或多个发明方面。然而,该公开方法不应被解释为反映所要求保护的发明需要比每条权利要求中明确叙述的特征更多的特征的意图。相反,如以下权利要求所反映的,发明方面在于少于单个前述公开的实施方案的所有特征。因此,具体实施方式之后的权利要求书特此明确地并入该具体实施方式中,其中每条权利要求独立地作为本发明的单独实施方案。
此外,虽然本文所述的一些实施方案包括其他实施方案中所包括的一些特征但不包括其他实施方案中所包括的其他特征,但是不同实施方案的特征的组合旨在处于本发明的范围内,并且形成不同的实施方案,如本领域技术人员将理解的。例如,在以下权利要求中,任何所要求保护的实施方案能够以任何组合进行使用。
在本文提供的描述中,阐述了许多具体细节。然而,应当理解,可在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施方案。在其他情况下,没有详细示出公知的方法、结构和技术,以便不模糊对本说明书的理解。尽管已经参考特定示例描述了本发明,但是本领域技术人员应当理解,本发明能够以许多其他形式实施。
应当理解,本发明的实施方案可基本上由本文公开的特征组成。另选地,本发明的实施方案可由本文公开的特征组成。本文示例性公开的本发明可适当地在不存在本文未具体公开的任何要素的情况下实践。

Claims (30)

1.一种电气器具,所述电气器具包括:
多个电气负载,每个电气负载由公共电源供电;
控制器,所述控制器包括耦合到存储器的处理器,其中所述存储器在其中存储了数字序列和多个数值范围,每个数值范围与所述多个电气负载中的相应电气负载相关联;和
多个开关,每个电气开关电耦合到所述电源、所述控制器和所述多个电气负载中的相应电气负载;
其中所述器具被配置为迭代地:
通过所述控制器从所述数字序列中选择多个数字;
通过所述控制器为所述多个电气负载中的与相应数值范围相关联的任何电气负载生成开关信号,所述相应数值范围包括所述多个数字中的数字;以及
针对每个开关信号在一段时间内激活所述多个开关中的相应开关以将所述相应电气负载电连接至所述电源。
2.根据权利要求1所述的电气器具,其中所述多个数字包括n个数字,使得经由同时激活所述多个电气负载中的n个电气负载而产生的最大功率消耗不超过所述电气器具的功率阈值。
3.根据权利要求1所述的电气器具,其中所述数字序列是元组序列。
4.根据权利要求3所述的电气器具,其中每个元组包括n个元组元素。
5.根据权利要求4所述的电气器具,其中所述数字序列是基于低差异序列来生成的。
6.根据权利要求5所述的电气器具,其中所述低差异序列是以n为基数的Halton序列。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的电气器具,其中所述序列是基于随机或伪随机序列。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电气器具,其中所述数字序列以非易失性方式存储在所述存储器中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电气器具,其中所述数字序列由所述处理器动态地生成并且以易失性方式存储在所述存储器中。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电气器具,其中所述电气器具所消耗的电功率具有小于或等于1.0的短期闪烁严重度。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电气器具,其中所述器具包括一个或多个用户输入设备,以用于设定所述多个负载中的至少一些所述电气负载的操作,其中所述处理器被配置为基于由所述一个或多个用户输入设备生成的一个或多个输入信号来动态地缩放所述多个数值范围。
12.根据权利要求11所述的电气器具,其中所述控制器被配置为基于由PID控制器生成的一个或多个PID控制变量来动态地缩放所述多个数值范围,其中所述PID控制器是所述控制器的一部分或者与所述控制器电连通。
13.根据权利要求12所述的电气器具,其中所述多个电气负载包括一个或多个加热元件,其中所述电气器具还包括一个或多个温度传感器,以用于测量由所述一个或多个加热元件中的至少一些加热元件加热的物体或介质的温度,其中所述一个或多个输入信号包括由所述一个或多个温度传感器生成的一个或多个温度测量信号。
14.根据权利要求12或13所述的电气器具,其中所述多个电气负载包括一个或多个马达,其中所述电气器具还包括用于所述一个或多个马达中的至少一些马达的一个或多个转速计,其中所述一个或多个输入信号包括由所述一个或多个转速计生成的一个或多个转速计测量信号。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的电气器具,其中所述电气器具还包括过零点检测器,其中所述控制器被配置为响应于从所述过零点检测器接收到过零点检测信号而针对每个开关信号激活所述多个开关中的所述相应开关。
16.根据权利要求15所述的电气器具,其中所述控制器被配置为迭代地响应于每个过零点检测信号而从所述数字序列中选择多个数字。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的电气器具,其中所述多个数值范围是由所述处理器基于所述电气器具的当前配置来设定的。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的电气器具,其中所述电气应用是厨房器具。
19.一种电气器具,所述电气器具包括:
控制器,所述控制器包括耦合到存储器的处理器,其中所述存储器在其中存储了数字序列和多个数值范围;
多个电气负载元件,其中所述多个电气负载元件中的至少一个电气负载元件与所存储的多个数值范围中的一个数值范围相关联,其中所述控制器被配置为:
读取所述序列的第一部分,其中所述第一部分包括至少一个数字;
确定所述序列的所述第一部分落入其中的所述数值范围;以及
基于所述确定,选择性地为所述电气负载元件中的至少一个电气负载元件供电。
20.根据权利要求19所述的电气器具,其中所述数字序列是元组序列。
21.根据权利要求20所述的电气器具,其中所述数字序列是基于低差异序列来生成的。
22.根据权利要求21所述的电气器具,其中所述低差异序列是Halton序列。
23.根据权利要求22所述的电气器具,其中所述Halton序列是以n为基数的Halton序列,其中n等于所述多个电气负载内的电气负载的数目。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的电气器具,其中所述数字序列以非易失性方式存储在所述存储器中。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的电气器具,其中所述数字序列由所述处理器动态地生成并且以易失性方式存储在所述存储器中。
26.根据权利要求19至25中任一项所述的电气器具,其中所述数字序列的第二部分是在下一个过零点处按顺序读取。
27.根据权利要求19至25中任一项所述的电气器具,其中所述数字序列的第二部分是在已经过去预定时间段之后按顺序读取,所述第二部分包括至少一个数字。
28.根据权利要求19至27中任一项所述的电气器具,其中所述序列与小于1.0的短期闪烁严重度相关联。
29.根据权利要求18至28中任一项所述的电气器具,其中所述多个数值范围是固定的。
30.根据权利要求18至28中任一项所述的电气器具,其中所述多个数值范围是由所述处理器基于所述电气器具的当前配置来设定的。
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