DE10060423A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers mit einer vorbestimmten elektrischen Leistung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers mit einer vorbestimmten Leistung. Dem Verbraucher wird die Versorgungsspannung in Form von Spannungspulsen zugeführt und durch die Häufigkeit der Spannungspulse innerhalb aufeinander folgender Steuerperioden wird die elektrische Leistung gesteuert. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird eine niedrige und hohe Versorgungsspannung verwendet, wobei niedrige Leistungsstufen mit der niedrigen Versorgungsspannung angesteuert werden. Hierdurch ist die pro Spannungspuls zugeführte Leistung geringer und die Pausen zwischen den einzelnen Spannungspulsen innerhalb einer Steuerperiode sind kürzer. Beide Effekte wirken sich positiv auf das Flicker-Verhalten des Verbrauchers aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers mit einer vorbestimmten elektri­ schen Leistung und ein Verfahren zum Ansteuern eines elektri­ schen Verbrauchers mit einer vorbestimmten elektrischen Lei­ stung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei welchem die elektrische Leistung den Verbraucher in Form von Spannungspulsen zugeführt wird, wobei durch die Häufigkeit der Spannungspulse innerhalb aufeinan­ derfolgender Steuerperioden die vorbestimmte am Verbraucher erzeugte elektrische Leistung einstellbar ist.

Ein solches gepulstes Ansteuern von elektrischen Verbrauchern ist in unterschiedlichsten Anwendungen üblich, denn hierdurch können unterschiedliche Leistungsstufen einfach und dennoch präzise gesteuert werden. So werden z. B. Heizlampen in Fi­ xierstationen von Druckvorrichtungen mit Spannungspulsen an­ gesteuert, wobei die Heizleistung durch die Häufigkeit der aufeinanderfolgenden Spannungspulse gesteuert wird. Fallen am Verbraucher beträchtliche Leistungen ab, so dass entsprechend hohe Ströme erzeugt werden, kann das gepulste Ansteuern des Verbrauchers Auswirkungen auf die Spannung des Stromversor­ gungsnetzwerkes haben, an das der Verbraucher angeschlossen ist. Hierdurch kann die Netzspannung Schwankungen unterworfen sein, die ein sogenanntes Flickern erzeugen.

Unter Flickern versteht man den subjektiven Eindruck einer Instabilität der visuellen Wahrnehmung, hervorgerufen durch einen Lichtreiz, dessen Leuchtdichte oder Spektralverteilung mit der Zeit schwankt.

Gemäß der europäischen Norm EN 61000-3-3 sind ein Kurzzeit- Flicker P_st und ein Langzeit-Flicker P_lt definiert. Die maxi­ mal zulässige Flickerstärke des Kurzzeit-Flicker beträgt P_st = 1.

Ein hohes Maß an Flicker tritt insbesondere dann auf, wenn der Verbraucher ein Kaltleiter (PTC-Charakteristik) ist, da er beim Einschalten durch seinen geringen Widerstand einen hohen Strom zieht, der zu einem schlagartigen Spannungsabfall führt, der sich auf alle angeschlossenen elektrischen Kompo­ nenten auswirken kann.

Um einer solchen Belastung entgegen zu wirken sind Netzgeräte bekannt, in die ein Heißleiter alleine oder in Kombination mit einem Widerstand und einem von einem Triac bzw. einem Re­ lais gesteuerten Bypaß aufweist. In der Einschaltphase ist der Bypaß unterbrochen, so dass der Strom durch den Wider­ stand fließen muss. Dabei wird der den Widerstand überbrüc­ kende Bypaß geschlossen, wodurch der Gesamtwiderstand verrin­ gert wird.

Durch solche Maßnahmen kann lediglich das Einschaltverhalten bzgl. Flicker verbessert werden. Während des normalen Betrie­ bes eines Gerätes haben diese Netzgeräte keinen Einfluss auf die entsprechenden Flickereigenschaften.

In dem Artikel "Voltage and Lamp Flicker Issues: Should the IEEE adopt the IEC Approach?", S. M. Halpin at al. sind die Probleme des bei Heizlampen auftretenden Flickern erörtert. Hierin wird vorgeschlagen, sogenannte Flicker-freie Lampen zu verwenden. Für Fixierstationen einer Druckvorrichtung sind jedoch keine flickerfreien Lampen im Handel erhältlich. Da bei derartigen Heizlampen bzw. Heizstrahlern beträchtliche Leistungen, z. B. bis zu 1500 W, erzeugt werden müssen und die Heizleistung sehr präzise auch auf niedrige Leistungswerte geregelt werden muss, ergibt sich durch diese Heizstrahler eine beträchtliche Flickerbelastung bei einer gepulsten An­ steuerung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Verbrau­ chers mit einer vorbestimmten elektrischen Leistung zu schaf­ fen, mit welchem auf einfache Art und Weise das Flickern bei einer gepulsten Ansteuerung des Verbrauchers vermindert wird.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An­ spruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ansteuern eines elektri­ schen Verbrauchers mit einer vorbestimmten elektrischen Lei­ stung umfasst
eine Spannungsquelle, welche eine vorbestimmte Versorgungs­ spannung zum Betreiben des Verbrauchers über einen elektri­ schen Stromkreis liefert,
eine Schalteinrichtung, die in Abhängigkeit der vorgegebenen elektrischen Leistung den Stromkreis für bestimmte Zeitinter­ valle durchschaltet, so dass dem Verbraucher die Versorgungs­ spannung in Form von Spannungspulsen zugeführt wird.

Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine erste und eine zweite Spannungsquelle vorgesehen sind, wobei die Versorgungsspannung der ersten Spannungsquelle geringer als die der zweiten Spannungsquelle ist, und die Spannungsquellen jeweils über einen Stromkreis mit dem Verbraucher verbunden sind. Die Schalteinrichtung weist zwei Schaltelemente auf, wobei eines der Schaltelemente in dem die erste Spannungs­ quelle mit dem Verbraucher verbindenden ersten Stromkreis und das andere Schaltelement in dem die zweite Spannungsquelle mit dem Verbraucher verbindenden zweiten Stromkreis angeordnet sind. Die Schalteinrichtung ist derart ausgebildet, dass beim Ansteuern einer elektrischen Leistung unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes das erste Schaltelement, das die geringere Versorgungsspannung an dem Verbraucher anlegt, ge­ schaltet wird, und oberhalb dieses Schwellwertes das zweite Schaltelement, das die höhere Versorgungsspannung an den Ver­ braucher anlegt, geschaltet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern eines elektri­ schen Verbrauchers mit einer vorbestimmten elektrischen Lei­ stung zum verringern von Flicker führt dem Verbraucher eine Versorgungsspannung in Form von Spannungspulsen zu, wobei durch die Häufigkeit der Spannungspulse innerhalb aufeinan­ derfolgender Steuerperioden die vorbestimmte elektrische Lei­ stung einstellbar ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine erste und eine zweite Versorgungsspannung ver­ wendet werden, und die erste Versorgungsspannung geringer als die zweite Versorgungsspannung ist, und der Verbraucher mit Spannungspulsen der ersten, niedrigeren Versorgungsspannung versorgt wird, wenn die elektrische Leistung der Verbraucher kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist, und der Ver­ braucher mit Spannungspulsen der zweiten, höheren Versor­ gungsspannung versorgt wird, wenn die elektrische Leistung am Verbraucher größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellwert ist.

Den erfindungsgemäßen Lösungen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Flicker bei geringer Häufigkeit von Spannungspulsen in­ nerhalb einer Steuerperiode besonders ausgeprägt ist. Messun­ gen der Erfinder haben gezeigt, dass die gemessenen Flicker­ werte bei wenigen Spannungspulsen innerhalb einer Steuerperi­ ode erheblich höher als die theoretisch berechneten Flicker­ werte sind. Durch die Verwendung einer geringeren Versor­ gungsspannung bei einem geringeren Leistungsbedarf steigt die Häufigkeit der Spannungspulse, wodurch die Werte für Kurz­ zeit-Flicker P_st unterhalb des Grenzwertes von 1 für einen Heizstrahler einer Fixierstation einer Druckvorrichtung mit einer maximalen Heizleistung von 1500 W gehalten werden konn­ ten.

Es ist überraschend, dass auf derart einfache Art und Weise ein erhebliches Flicker-Problem beseitigt werden konnte.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die­ se technisch sehr einfach realisierbar, indem an einem Trans­ formator, der die Versorgungsspannung bereitstellt, Abgriffe für wenigstens zwei unterschiedliche Versorgungsspannungen vorgesehen werden. In den sich hierbei ergebenden wenigstens zwei Stromkreisen zwischen den Abgriffen am Transformator und dem Verbraucher wird jeweils ein Steuerelement eingebracht, die die Stromkreise zur Erzeugung der Spannungspulse entspre­ chend durchschalten.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird beim Einschaltvorgang eines Verbrauchers, das heißt wenn dieser eine vorbestimmte Zeitdauer nicht angesteuert worden ist, dieser zunächst mit Spannungspulsen der kleineren Ver­ sorgungsspannung für eine vorbestimmte Zeitdauer angesteuert. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn der Verbraucher ein Kaltleiter ist, da durch die geringere Versorgungsspannung hohe Eingangsströme und damit hohe Flickerwerte vermieden werden.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand dem in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch in ei­ nem Schaltbild,

Fig. 2 eine Tabelle mit Pulsmusters für den Betrieb mit einer einzigen Versorgungsspannung,

Fig. 3 eine Tabelle mit Pulsmustern für den Betrieb mit zwei Versorgungsspannungen, und

Fig. 4a bis 4c einen Einschaltvorgang mit einer einzigen Ver­ sorgungsspannung schematischen Diagrammen, und

Fig. 5a bis 5c einen Einschaltvorgang mit zwei Versorgungs­ spannungen schematisch in Diagrammen.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Schaltbild einer erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung zum Ansteuern eines elektrischen Verbrau­ chers. Die Schaltung weist einen Transformator 1 mit zwei Spulen 2, 3 auf. Die eingangsseitige Spule 2 ist mit zwei An­ schlüssen 4 mit einem Stromnetz verbunden. Die ausgangsseiti­ ge Spule 3 weist an beiden Enden jeweils einen Abgriff 5, 6 und einen zusätzlichen Abgriff 7 im Bereich zwischen den bei­ den Abgriffen 5, 6 auf. Vom Abgriff 5 führt ein Leitungsab­ schnitt 8 zu einem Verbraucher 9, der im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel eine Heizlampe für eine Fixierstation 23 einer elektrografischen Druckvorrichtung 24 mit einer maximalen Heizleistung von 1500 W ist. Eine entsprechende Druckvorrich­ tung mit Halogenstrahlern zum Beheizen der Fixierstation ist beispielsweise in der EP-B1-505 404 und der dazu korrespon­ dierenden US-A-5,301,000 beschrieben. Der Inhalt dieser bei­ den Veröffentlichungen wird hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.

Vom Verbraucher 9 führt ein Leitungsabschnitt 10 zu einer Zweigstelle 11, an der sich der Leitungsabschnitt 10 in zwei Leitungsabschnitte 12, 13 verzweigt. Die beiden Leitungsab­ schnitte 12, 13 führen zu den Abgriffen 7, 6 des Transforma­ tors 1, wobei in diesen Leitungsabschnitten 12, 13 jeweils ein Nullpunktschalter 14, 15 angeordnet ist.

Die beiden Nullpunktschalter 14, 15 weisen jeweils einen Triac 16 auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel optisch mittels einer Leuchtdiode 17 angesteuert wird. Die Leuchtdioden 17 sind jeweils Bestandteil eines Niederspannungs­ stromkreises 18, 19. Die Niederspannungsstromkreise 18, 19 besitzen jeweils eine Gleichspannungsquelle 20, die z. B. eine Spannung von 12 V liefert. Die Verbraucher der Niederspan­ nungsstromkreise 18, 19 sind schematisch durch Widerstände 21 dargestellt. Die Niederspannungsstromkreise 18, 19 sind je­ weils an eine Mikroprozessor-gesteuerte Steuereinrichtung 22 angeschlossen, die an den Niederspannungsstromkreis 18 ein Signal 1 und an den Niederspannungsstromkreis 19 ein Signal 2 anlegt.

Da die Triacs 16 optisch an die Niederstromkreise 18, 19 ge­ koppelt sind, sind die vom Transformator 1 zum Verbraucher 9 führenden Stromkreise galvanisch von den Niederspannungs­ stromkreisen 18, 19 entkoppelt.

Wie es bereits eingangs erwähnt worden ist, ist es bekannt, die an einen Verbraucher abfallende Leistung durch eine ge­ pulste Ansteuerung zu steuern, wobei Spannungspulse der Ver­ braucher mit unterschiedlichen Häufigkeiten zugeführt werden. Fig. 2 zeigt eine Tabelle, in der entsprechende Pulsmuster für 16 unterschiedliche Leistungsstufen dargestellt sind.

In der Tabelle aus Fig. 2 sind in der ersten Spalte die Num­ mern der Leistungsstufen angegeben. In der zweiten Spalte sind die am Verbraucher abfallende Leistung in Prozenten be­ züglich der Maximalleistung angegeben. Die einzelnen Lei­ stungsstufen sind in Schritten von 6,25% gestaffelt. In der dritten Spalte sind die Pulsmuster angegeben, die jeweils 64 Stellen mit den Ziffern "1" und "0" aufweisen. Diese Pulsmu­ ster stellen Steuerperioden mit jeweils einer Dauer von 640 ms dar. Ein Spannungspuls beträgt somit 10 ms, was der Dauer einer Halbwelle eines Wechselspannungssignals mit der Fre­ quenz von 50 Hz entspricht. Die Ziffer "1" bedeutet, dass dem Verbraucher ein Spannungspuls zugeführt wird. Die Ziffer "0" bedeutet, dass dem Verbraucher kein Spannungspuls zugeführt wird. Die in Fig. 2 angegebenen Pulsmuster sind für den Heizstrahler des vorliegenden Ausführungsbeispieles bereits opti­ miert. Für die einzelnen Pulsmuster wurde das Kurzzeit- Flicker P_st theoretisch berechnet wobei bei der Berechnung angenommen worden ist, dass der Verbraucher ein ohmscher Ver­ braucher mit konstantem Widerstand ist. Die Berechnungen er­ gaben für alle Pulsmuster Ergebnisse, die deutlich unter dem kritischen Wert von 1 liegen. Zudem wurde Kurzzeit-Flicker P_st gemäß der europäischen Norm EN 61000-3-3 gemessen. Die Messergebnisse ergaben jedoch erhebliche Abweichungen, insbe­ sondere bei geringen Leistungsstufen bezüglich des theore­ tisch berechneten Wertes. So liegen die Werte für Kurzzeit- Flicker für die Leistungsstufen von 6,25% bis 25% über dem kritischen Wert von 1. Die Ursache der Abweichung liegt im wesentlichen darin, dass der tatsächliche Verbraucher, der Heizstrahler, ein Kaltleiter ist, der folglich bei einer niedrigen Betriebstemperatur einen geringen Widerstand be­ sitzt. Die Impulsmuster für die geringen Leistungsstufen wei­ sen Abschnitte mit relativ langen Pausen zwischen aufeinan­ derfolgenden Spannungspulsen auf. In diesen Pausen kann die Heizlampe 9 abkühlen, wodurch sich der Widerstand vermindert. Dies hat wiederum zur Folge, dass nach den Pausen die Span­ nungspulse aufgrund des geringen Widerstandes der Heizlampe hohe Ströme verursachen, welche sich in einem hohen Flicker- Messwert widerspiegeln.

Die Pulsmuster für höhere Leistungsstufen weisen keine derart langen Pausen auf, weshalb sich die Heizlampe nicht so stark abkühlt und der Widerstand sich nicht entsprechend stark ver­ mindert. Bei hohen Heizstufen entspricht somit die Heizlampe eher einem ohmschen Verbraucher mit konstanten Widerstand als bei niedrigen Leistungsstufen.

Erfindungsgemäß werden zum Ansteuern des Verbrauchers deshalb zumindest zwei unterschiedliche Versorgungsspannungen verwen­ det. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die geringe­ re Wechselspannung 175 Volt und die höhere Wechselspannung 230 Volt. Die Leistungsstufen von 6,25%, 12,50%, 18,75% und 25,00% werden jeweils mit der geringeren Versorgungsspannung angesteuert.

Unter einem Schwellwert von 25% bis 30% wird somit die Ver­ sorgungsspannung von 175 V zum Ansteuern des Verbrauchers 9 verwendet. Oberhalb des Schwellwerts wird die größere Span­ nung von 230 V verwendet. Im Rahmen der Erfindung sind Schwellwerte im Bereich von 10% bis 35% zweckmäßig.

Dies hat zur Folge, dass aufgrund der geringeren Spannung entsprechend geringere Ströme erzeugt werden, die entspre­ chend geringere Auswirkungen auf das Flickern erzeugen. Wei­ terhin sind bei geringeren Spannungen mehr Spannungspulse pro Periode vorzusehen, da mit jedem Spannungspuls eine geringere Leistung am Verbraucher erzeugt wird. Dies hat zur Folge, dass die Pausen zwischen den einzelnen Spannungspulsen kürzer sind, wodurch sich die Heizlampe zwischen den einzelnen Span­ nungspulsen nicht so stark abkühlen kann, wie es in den lan­ gen Pausen bei den geringen Leistungsstufen mit hoher Versor­ gungsspannung der Fall ist.

Die Verringerung der Versorgungsspannung bei niedrigen Lei­ stungsstufen wirkt sich somit zweifach positiv auf das Flic­ ker-Verhalten aus, nämlich zum einen durch die geringere Lei­ stung der einzelnen Pulse und zum anderen durch die kürzeren Pausen zwischen den einzelnen Pulsen. Dies führt zu einer deutlichen Reduktion der Flickerwerte unter den kritischen Wert von 1.

Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 wird die geringere Spannung zwischen den Abgriffen 5 und 7 an der Spule 3 des Transformators 1 abgegriffen und die höhere Spannung zwischen den Abgriffen 5 und 6 der Spule 3 des Transformators 1 abge­ griffen.

Werden die Nullpunktschalter 14, 15 von der Steuereinrichtung 22 angesteuert, so bedeutet dies, dass sie bei einem Nullpunkt der jeweiligen Versorgungsspannung durchschalten und zumindest für eine Halbwelle den durchgeschalteten Zustand beibehalten. Wird die Ansteuerung der Nullpunktschalter 14, 15 während des Durchschaltens durch die Steuereinrichtung 22 aufrecht erhalten, so bleiben die Nullpunktschalter 14, 15 auch während der nächsten Halbwelle durchgeschaltet. Wird die Ansteuerung der Nullpunktschalter 14, 15 während sie durchge­ schaltet sind, aufgehoben, so werden beim folgenden Null­ durchgang einer der Versorgungsspannungen die Durchschaltung aufgehoben, das heißt, der jeweilige Stromkreis unterbrochen.

Mit diesem Nullpunktschalter 14, 15 kann somit relativ ein­ fach exakt eine Halbwelle als Spannungspuls dem Verbraucher 9 zugeführt werden. Derartige Nullpunktschalter sind als Stan­ dardbauteile im Handel erhältlich.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird beim Ansteuern des Verbrauchers, nachdem dieser für eine vor­ bestimmte Zeitdauer nicht angesteuert worden ist, mit Span­ nungspulsen der kleineren Versorgungsspannung für eine vorbe­ stimmte Zeitdauer angesteuert. Die vorbestimmte Zeitdauer, während der der Verbraucher nicht angesteuert sein muss, da­ mit er zunächst mit der kleineren Versorgungsspannung ange­ steuert wird, beträgt z. B. 640 ms (= 1 Steuerperiode) und liegt vorzugsweise im Bereich von 600 ms bis 700 ms. Soll der Verbraucher nach einer solchen Pause mit einer Leistungsstufe oberhalb des Schwellwertes angesteuert werden, so wird der Verbraucher zunächst für eine vorbestimmte Anfahrperiode, von z. B. einer Steuerperiode der Länge 640 ms, mit Impulsmustern für die Leistungsstufe von 18,75% und der geringeren Spannung angesteuert.

Fig. 5a zeigt die Signale der Steuereinrichtung 22, mit wel­ cher die Nullpunktschalter 14, 15 angesteuert werden. Mit dem Signal 1 wird während der Anfahrperiode der Nullpunktschalter 15 angesteuert, weshalb der Nullpunktschalter während dieser Anfahrperiode durchgeschaltet ist. Nach der Anfahrperiode wird mit dem Signal 2 der Nullpunktschalter 14 angesteuert. Das entsprechende Spannungssignal ist in Fig. 5b gezeigt, das zunächst während der Anfahrperiode eine geringere Amplitude als während des darauf folgenden Ansteuervorganges aufweist. Fig. 5c zeigt schematisch den Stromverlauf. Aufgrund des Kaltleitereffektes ist der Strom während der ersten Steuerpe­ riode mit geringer Spannung etwa genauso groß wie in den dar­ auf folgenden Steuerperioden.

Würde man lediglich eine Versorgungsspannung zur Verfügung haben, mit der der Verbraucher 9 angesteuert werden würde (Fig. 4a), so würde dies zur Folge haben, dass die Spannung konstant wäre (Fig. 4b) und der Strom aufgrund des Kaltleite­ reffektes sehr groß sein würde und allmählich abfallen würde (Fig. 4c). Dieses für Flicker sehr nachteilige Phänomen wird somit beim Anfahren mit zunächst einer geringeren Versor­ gungsspannung vermieden.

Die in den Fig. 4a bis 5c gezeigten Signale sind vereinfachte Darstellungen und berücksichtigen nicht die gepulste Ansteue­ rung mit einem der Pulsmuster aus Fig. 2 oder 3. Sie dienen lediglich zur Veranschaulichung der zugrunde liegenden Wir­ kungen.

Die Erfindung ist oben anhand eines Ausführungsbeispiels nä­ her erläutert worden. Sie ist jedoch nicht auf das konkrete Ausführungsbeispiel beschränkt. Im Rahmen der Erfindung ist es z. B. möglich mehrere Spannungsabgriffe am Transformator vorzusehen, so dass mehr als nur zwei unterschiedliche Span­ nungspegel vorhanden sind. Damit kann die Ansteuerung des Verbrauchers weiter verfeinert bzw. bezüglich Flicker weiter optimiert werden. Beispielsweise können statt der 2 Span­ nungspegel auch 3, 4, 5 oder noch mehr Spannungspegel verwen­ det werden, wodurch die Leistungsansteuerung noch genauer er­ folgen kann. Der Schaltungsaufwand ist dabei allerdings etwas erhöht.

Bei einer vereinfachten Ausführungsform wird ein sogenannter Spartransformator verwendet, der lediglich eine einzige Spule besitzt, an der die Spannungen abgegriffen werden.

Bei einer weiteren vereinfachten Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Steuerung werden kurzzeitige Flickerwerte P_ST über einem Grenzwert (z. B. 1) erlaubt, wobei aber darauf ge­ achtet wird, dass der Flickerwert P_ST über eine vorbestimmte Zeitdauer von z. B. 10 Minuten kleiner als der Grenzwert ist. Dabei können Ansteuertabellen entsprechend den Fig. 2 bzw. 3 verwendet werden, die einerseits kurzzeitig z. B. über 5 oder 10 bis zu einigen 100 Millisekunden eine höhere Leistung bewirken und andererseits bewirken, dass der Flickerwert im Mittel, d. h. über einen längeren Zeitraum von z. B. mehreren Sekunden nicht über dem vorgegebenen Grenzwert liegt.

Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefasst wer­ den:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers mit einer vorbe­ stimmten Leistung. Dem Verbraucher wird die Versorgungsspan­ nung in Form von Spannungspulsen zugeführt und durch die Häu­ figkeit der Spannungspulse innerhalb aufeinanderfolgender Steuerperioden wird die elektrische Leistung gesteuert.

Erfindungsgemäß wird eine niedrige und hohe Versorgungsspan­ nung verwendet, wobei niedrige Leistungsstufen mit der nied­ rigen Versorgungsspannung angesteuert werden. Hierdurch ist die pro Spannungspuls zugeführte Leistung geringer und die Pausen zwischen den einzelnen Spannungspulsen innerhalb einer Steuerperiode sind kürzer. Beide Effekte wirken sich positiv auf das Flicker-Verhalten des Verbrauchers aus. Die Erfindung ist insbesondere zum Ansteuern eines Heizstrahlers in der Fi­ xierstation eines elektrografischen Gerätes geeignet.

Bezugszeichenliste

1

Transformator

2

Spule

3

Spule

4

Netzanschluss

5

Abgriff

6

Abgriff

7

Abgriff

8

Leitungsabschnitt

9

Verbraucher

10

Leitungsabschnitt

11

Zweigstelle

12

Leitungsabschnitt

13

Leitungsabschnitt

14

Nullpunktschalter

15

Nullpunktschalter

16

Triac

17

Leuchtdiode

18

Niederspannungsstromkreis

19

Niederspannungsstromkreis

20

Gleichspannungsquelle

21

Widerstand

22

Steuereinrichtung

23

Fixierstation

24

Druckgerät

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers mit einer vorbestimmten elektrischen Leistung, mit
einer Spannungsquelle (1), welche eine vorbestimmte Versor­ gungsspannung zum Betreiben des Verbrauchers (9) über einen elektrischen Stromkreis liefert,
einer Schalteinrichtung (14, 15, 22), die in Abhängigkeit der vorgegebenen elektrischen Leistung den Stromkreis für be­ stimmte Zeitintervalle durchschaltet, so dass dem Verbraucher (9) die Versorgungsspannung in Form von Spannungspulsen zuge­ führt wird, wobei
die Vorrichtung eine erste und eine zweite Spannungsquelle (1, 5, 6, 7) aufweist, wobei die Versorgungsspannung der er­ sten Spannungsquelle (5, 7) geringer als die der zweiten Spannungsquelle (5, 6) ist, und die Spannungsquellen jeweils über einen Stromkreis mit dem Verbraucher (9) verbunden sind, und die Schalteinrichtung (14, 15, 22) zwei Schaltelemente (14, 15) aufweist, wobei eines der Schaltelemente (15) in dem die erste Spannungsquelle mit dem Verbraucher (9) verbinden­ den ersten Stromkreis und das andere Schaltelement (14) in dem die zweite Spannungsquelle mit dem Verbraucher (9) ver­ bindenden zweiten Stromkreis angeordnet sind, und die Schalt­ einrichtung (14, 15, 22) derart ausgebildet ist, dass beim Ansteuern einer elektrischen Leistung unterhalb eines vorbe­ stimmten Schwellwertes das erste Schaltelement (15), das die geringere Versorgungsspannung an den Verbraucher (9) anlegt, geschaltet wird, und oberhalb dieses Schwellwertes das zweite Schaltelement (14), das die höhere Versorgungsspannung an den Verbraucher (9) anlegt, geschaltet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Transformator (1), der an seiner ausgangsseitigen Spule (3) drei Spannungsabgriffe (5, 6, 7) aufweist, zwischen wel­ chen die beiden Versorgungsspannungen abgegriffen werden kön­ nen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente Nullpunktschalter (14, 15) sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nullpunktschalter (14, 15) jeweils einen Triac (16) aufweisen, der mittels eines Niederspannungsstromkreises schaltbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Triac (16) galvanisch vom Niederspannungsstromkreis mittels einer Optokopplung entkoppelt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung eine mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung (22) zum Ansteuern der Schaltelemente (14, 15) aufweist.

7. Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers mit einer vorbestimmten elektrischen Leistung zum Verringern von Flicker, wobei
dem Verbraucher (9) eine Versorgungsspannung in Form von Spannungspulsen zugeführt wird, und durch die Häufigkeit der Spannungspulse innerhalb aufeinanderfolgender Steuerperioden die vorbestimmte elektrische Leistung einstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine erste und eine zweite Versorgungsspannung verwendet werden, und die erste Versorgungsspannung geringer als die zweite Versorgungsspannung ist, und
der Verbraucher (9) mit Spannungspulsen der ersten, niedrige­ ren Versorgungsspannung versorgt wird, wenn die elektrische Leistung am Verbraucher (9) kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist, und der Verbraucher (9) mit Spannungspulsen der zweiten, höheren Versorgungsspannung versorgt wird, wenn die elektrische Leistung am Verbraucher (9) größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellwert ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ver­ wendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbraucher (9) ein Kaltleiter, insbesondere ein Heizstrahler für eine Fixierstation einer Druckvorrichtung, angesteuert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ansteuern des Verbrauchers (9), nachdem dieser für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht angesteuert worden ist, dieser mit Spannungspulsen der kleineren Versorgungsspannung für eine vorbestimmte Zeitdauer angesteuert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Versorgungsspannung jeweils Wech­ selspannungen sind und die Spannungspulse jeweils exakt eine Halbwelle der Versorgungsspannung umfassen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
dass jeweils eine Periode 64 Spannungspulse umfasst und die Leistung am Verbraucher mit 17 Stufen angesteuert wird, wobei jeder Stufe ein Pulsmuster für eine Periode zugeordnet ist, wobei das Pulsmuster als eine Ziffernfolge der beiden Ziffern "1" und "0" darstellbar ist und die Ziffer "1" bedeutet, dass ein Spannungspuls an den Verbraucher angelegt wird, und die Ziffer "2" bedeutet, dass kein Spannungspuls an den Verbraucher angelegt wird, und folgende Pulsmuster für die 17 Lei­ stungsstufen verwendet werden,
wobei bei den Leistungsstufen 0 bis 3 die geringere Versor­ gungsspannung und bei den Leistungsstufen 4 bis 15 die höhere Versorgungsspannung verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die geringere Versorgungsspannung 175 Volt und die höhe­ re Versorgungsspannung 230 Volt beträgt.