DE10160912B4

DE10160912B4 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung des von mindestens zwei elektrischen Verbrauchern gleicher Leistungsaufnahme, insbesondere Heizkörpern, aufgenommenen Wechselstroms

Info

Publication number: DE10160912B4
Application number: DE2001160912
Authority: DE
Inventors: Georg Barthel
Original assignee: Lauda Dr R Wobser GmbH and Co KG
Current assignee: Lauda Dr R Wobser GmbH and Co KG
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: DE10160912A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung des von mindestens zwei elektrischen Verbrauchern gleicher Nennleistung, insbesondere Heizkörpern aufgenommenen Wechselstroms in aufeinanderfolgenden Steuerungsperioden, die jeweils eine durch 3 teilbare Anzahl Halbwellen des Wechselstroms umfassen, wobei nach Maßgabe mindestens einer Leistungsstellgröße für die Verbraucher die Halbwellen auf dem Prinzip des Durchsteuerns jeder 3. Halbwelle zu den Verbrauchern durchsteuerbar sind, indem:
– für jeden Verbraucher ein Durchsteuerstatus jeder 3. Halbwelle während der Steuerungsperiode in drei Halbwellen-Ordnungszahlbereichen eines Zwischenspeichers setzbar ist, wobei
in einem ersten der 3 Halbwellen-Ordnungszahlbereiche der Durchsteuerstatus jeder 3. Halbwelle, beginnend mit der 1. Halbwelle in jeweils einer Steuerungsperiode setzbar ist, in einem zweiten der drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche der Durchsteuerstatus jeder 3. Halbwelle beginnend mit der 2. Halbwelle setzbar ist,
in einem dritten der drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche der Durchsteuerstatus jeder 3. Halbwelle beginnend mit der 3. Halbwelle setzbar ist,
– vor Beginn jeder Steuerungsperiode aus der Leistungsstellgröße eine proportionale Anzahl Halbwellen selbsttätig ermittelt...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des von mindestens zwei elektrischen Verbrauchern gleicher Leistungsaufnahme, insbesondere Heizkörpern aufgenommenen Wechselstroms in aufeinanderfolgenden Steuerungsperioden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem derartigen bekannten Verfahren wird die von einem Heizkörper aufgenommene elektrische Leistung eines Wechselstroms mit gesteuerten Halbleitern in einem Heizkörperstromkreis eingestellt. Die Halbleiter werden nach dem Pulsweitenmodulationsverfahren in aufeinanderfolgenden Pulsperioden, die nachfolgend auch als Steuerungsperioden bezeichnet werden, gesteuert. Durch eine Zusatzsteuerung der Halbleiter ist während einer Grundleistungssteuerungsperiode eine von vier vorgegebenen Grundleistungen einstellbar, die um ein Drittel einer Nennleistung des Heizkörpers gestuft sind. Dabei wird in einer ersten Grundleistungseinstellung auf Null durch die Zusatzsteuerung keine Halbwelle des Heizwechselstroms durch gesteuert. In einer zweiten Grundleistungseinstellung auf 1/3 der Nennleistung des Heizkörpers wird nur jede 3. Halbwelle während jeder Grundleistungssteuerungsperiode durchgesteuert. In einer dritten Grundleistungseinstellung auf 2/3 der Nennleistung erfolgt eine Durchsteuerung nur jeder 2. und jeder 3. Halbwelle während einer Grundleistungssteuerungsperiode. In der 4. Grundleistungseinstellung auf Nennleistung wird hingegen jede Halbwelle während der Grundleistungssteuerungsperiode durchgesteuert ( DE 197 24 292 C2 ). Die Grundleistungseinstellung erfolgt über aufeinanderfolgende Grundleistungssteuerungsperioden, die jeweils einen Bruchteil der Pulsperiode betragen und mindestens 3 Halbwellen des Heizwechselstroms umfassen, in der Weise, dass von den in der Grundleistungssteuerungsperiode auftretenden Halbwellen jeweils eine der Grundleistungseinstellung entsprechende Anzahl Halbwellen durchgesteuert wird, und dass dieser Zusatzsteuerung die Steuerung nach dem Pulsweitenmodulationsverfahren überlagert wird. Die Pulsperiode umfasst somit einen Zeitabschnitt hoher Heizleistung und einen Heizabschnitt niedriger Heizleistung. Jeder Zeitabschnitt hoher und niedriger Heizleistung beinhaltet wenigstens jeweils eine Grundleistungssteuerungsperiode. Dabei ist die Ordnungszahl der durchgesteuerten Halbwellen in der Grundsteuerungsperiode willkürlich, es kommt lediglich darauf an, wie viele Halbwellen während einer Grundsteuerungsperiode durchgesteuert werden und wie viele nicht. Die Belastungsdifferenz aus hoher Heizleistung während eines Zeitabschnitts und niedriger Heizleistung während eines anderen Heizabschnitts braucht jeweils nur 1/3 der maximalen Belastung bzw. Leistungsaufnahme des Verbrauchers zu betragen. – Eine weitere Reduzierung der Belastungsdifferenz lässt sich nach diesem Prinzip dadurch erreichen, dass der Heizkörper in wenigstens zwei Teilheizkörper unterteilt ist, deren getrennte Heizwechselströme mit je einer Zusatzsteuerung und je einer Steuerung nach dem Pulsmodulationsverfahren durchgesteuert werden. Dabei weisen die Teilheizkörper vorzugsweise unterschiedliche Teilnennleistungen auf, insbesondere der erste Teilheizkörper eine Teilnennleistung von 1/3 der Nennleistung der beiden Teilheizkörper zusammen und der zweite Teilheizkörper eine Teilnennleistung von 2/3 der Nennleistung der beiden Teilheizkörper zusammen. – Trotzdem kann in einigen Anwendungsfällen die Belastungsschwankung, die sich in Helligkeitsschwankungen angeschlossener Leuchtmittel ausdrückt, noch stören. Andererseits können nicht weitere Grundleistungseinstellungen über wesentlich mehr als drei Halbwellen des Heizwechselstroms vorgegeben werden, da die Grundleistungssteuerungsperiode nicht wesentlich länger als drei Halbwellen des Heizwechselstroms sein soll, um nicht in einen Frequenzbereich hoher Wahrnehmungsempfindlichkeit des Menschen für Helligkeitsschwankungen zu gelangen. Der Wunsch nach Teilheizkörpern unterschiedlicher Teilnennleistungen beschränkt weiterhin die Anwendbarkeit dieses bekannten Prinzips.

Aus der EP 1 150 419 A2 sind ein Verfahren zum Betrieb parallel geschalteter Leistungssteller an einem Wechselstromnetz und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens bekannt, mit denen zur Steuerung des von mindestens zwei elektrischen Verbrauchern gleicher Nennleistung, insbesondere Infrarot-Heizstrahlern aufgenommenen Wechselstroms in aufeinanderfolgenden Steuerungsperioden nach Maßgabe mindestens einer Leistungsstellgröße für die Verbraucher Halbwellen des Wechselstroms auf dem Prinzip des Durchsteuerns entsprechend vorgegebenen Halbwellenmustern zu den Verbrauchern durchsteuerbar sind. Die Verbraucher können mit voneinander unabhängigen Leistungsstellgrößen über die parallelen Leistungssteller angesteuert werden. Zur gleichmäßigen Netzbelastung werden die Steuerungsperioden bzw. Taktzyklen jeweils nach Ende der Einschaltzeit eines der Leistungssteller um eine Netzperiode verzögert gestartet.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Netzrückwirkungen weiter zu verringern und eine gleichmäßige oder gesteu ert unterschiedliche Leistungsaufnahme von mindestens zwei elektrischen Verbrauchern, insbesondere Heizkörpern, zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Das Lösungsprinzip beruht darauf, dass zum Durchsteuern des Wechselstroms über je mindestens ein Stellglied drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche gebildet werden, die jeweils einer 3. Halbwelle in unterschiedlichem Abstand zu dem Beginn je einer Steuerungsperiode zugeordnet sind, in denen die durchzusteuernden Halbwellen bzw. deren Durchsteuerstatus in der im einzelnen angegebenen Welse sequenziell bzw. zyklisch modelliert und zwischengespeichert werden, wobei durch die Staffelung der Halbwellen in den drei Halbwellen-Ordnungszahlbereichen eine sehr, wenn nicht vollständig gleichmäßige Durchsteuerungsbelegung während jeweils einer Steuerungsperiode eintritt. Sobald die drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche, die zu einem Stellglied gehören, einfach oder mehrfach komplett belegt sind, hat dies am Netzanschluß die gleiche Auswirkung wie ein durch das Stellglied dauerhaft eingeschalteter Verbraucher, insbesondere Heizkörper. Für die Flickerbewertung hat dies somit keine Bedeutung. Lediglich ein nicht vollständig gesetzter Halbwellen-Ordnungszahlbereich geht in den Flickerbemessungswert ein, der aber nur demjenigen des zugeordneten Verbrauchers bzw. Heizkörpers entspricht. – Mit diesem Verfahren werden die Verbraucher, insbesondere Heizkörper, so synchronisiert, daß sie sich hinsichtlich der Flickerbewertung wie ein einzelner Verbraucher bzw. Heizkörper auswirken.

Bei Durchführung des Verfahrens mit einer logisch einheitlichen Stellgröße, nach deren Maßgabe mehrere quasi stetige Stellglieder, insbesondere Triacs gesteuert werden, wobei jedes Stellglied einem von mindestens zwei elektrischen Verbrauchern zugeordnet ist, können alle Stellglieder und Verbraucher gleich belastet werden. Dies hat eine höhere Lebensdauer der Stellglieder und Verbraucher, insbesondere bei Heizkörpern deren Wärmeträgerflüssigkeit zur Folge.

Das Verfahren kann jedoch gemäß Anspruch 3 auch mit mehreren logisch voneinander unabhängigen, d.h. individuellen Leistungsstellgrößen für mehrere Verbraucher ausgeübt werden, wobei wiederum die flickerrelevante Netzrückwirkung für sämtliche mit den Leistungsstellgrößen gesteuerten Stellglieder derjenigen eines einzelnen Stellgliedes entspricht.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur für zwei gleichwertige Verbraucher, d.h. Verbraucher mit gleicher Nennleistung, sondern auch für deren drei gemäß Anspruch 2. Im letzteren Fall sind zusätzliche drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche zu setzen, nämlich ab der letzten Halbwelle des zuletzt gesetzten Halbwellen-Ordnungszahlbereichs des zweiten Verbrauchers in einer Steuerungsperiode. Anschließend sind wiederum die Halbwellen zu den drei Verbrauchern parallel nach Maßgabe der zwischengespeicherten Setzzustände deren je drei Halbwellenordnungszahlbereichen durchzusteuern.

Weiterhin läßt sich das erfindungsgemäße Prinzip auf Heizbatterien an Drehstromnetzen mit logisch gleicher oder gewichteter Beaufschlagung der Heizgeräte, die zu der Heizbatterie gehören, einsetzen. Insbesondere können als Heizgeräte zehn Rohrheizkörper vorgesehen sein.

Zum Erreichen einer hohen Regeldynamik werden die Halbwellenordnungszahlbereiche des Zwischenspeichers zyklisch mit wesentlich höherer Frequenz als diejenige des Wechselstromnetzes gesetzt, insbesondere, wenn eine große Anzahl von Verbrauchern gewichtet, bzw. logisch unabhängig voneinander zu beaufschlagen sind.

Das Durchschalten des Wechselstroms zu den Verbrauchern erfolgt danach durch netzsynchrones Auslesen des Zwischenspeichers und davon abhängige Ansteuerung der Leistungshalbleiter, über welche die einzelnen Verbraucher mit Wechselstrom beaufschlagt werden.

Eine hardwaremäßige Realisierung einer Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens, welches die logisch unabhängige Beaufschlagung von mehreren Verbrauchern über je ein Stellglied in Form eines Leistungshalbleiters gestattet, ist in Anspruch 5 angegeben. In der Praxis kann die Implementierung bevorzugt durch einen Mikrokontroller oder ASIC erfolgen.

Die Leistungshalbleiter brauchen gemäß Anspruch 6 nicht direkt von dem Zwischenspeicher angesteuert zu werden, sondern können es über Verstärker sein.

Bevorzugt sind als Leistungshalbleiter Triacs.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit 9 Figuren beschrieben, woraus sich weitere Konkretisierungen der Merkmale und Vorteile ergeben können. Es zeigt:
1 Eine hardwaremäßige Realisierung der Einrichtung zur Steuerung von drei Heizkörpern gleicher Nennleistung in Abhängigkeit von drei individuellen Leistungsstellgrößen;
2 einen Schritt des Verfahrens zur Steuerung von drei Heizkörpern gleicher Nennleistung, nämlich den Schritt des Setzens des Durchsteuerstatus jeder 3. Halbwelle des Wechselstroms in drei Halbwellen-Ordnungszahlbereichen, die dem ersten Heizkörper zugeordnet sind, in Abhängigkeit von einer diesen individuell zugeordneten Leistungsstellgröße;
3 den darauf folgenden Verfahrensschritt des Setzens des Durchsteuerstatus in drei Halbwellen-Ordnungszahlbereichen für einen zweiten Heizkörper und abhängig von einer dem zweiten Heizkörper zugeordneten individuellen Leistungsstellgröße;
4 einen nachfolgenden Schritt des Setzens des Durchsteuerstatus in drei Halbwellen-Ordnungszahlbereichen, die dem dritten Heizkörper zugeordnet sind, in Abhängigkeit von einer individuellen Leistungsstellgröße für den dritten Heizkörper;
5 die jeweils drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche der drei Heizkörper zusammengefaßt;
6 durchgesteuerte Halbwellen an einem Netzanschluß entsprechend den Halbwellenordnungszahlen in den drei Halbwellen-Ordnungszahlbereichen;
7 eine Echtzeitdarstellung der gleichzeitig durch die die Leistungshalbleiter durchgeleiteten Halbwellen;
8 eine für die Flickerbewertung bereinigte Tabelle aus 7 und
9 eine Echtzeitdarstellung der für die Flickerbewertung relevanten durchgeleiten Halbwellen gemäß der Tabelle in 8
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der Hardware-Struktur gemäß 1 erläutert:
Damit werden drei Heizkörper 1, 2, 3 über Triacs 4, 5, 6 einzeln angesteuert von einem Anschluß 7 eines Ein-Phasen-Wechselstromnetz 7 mit Wechsel strom versorgt. Die Stromversorgung erfolgt dabei individuell für jeden Heizkörper 1, 2, 3 nach Maßgabe einer Stellgröße Y₁, Y₂, Y₃. Die Stellgrößen können dabei unterschiedlich sein.
Die Steuerung erfolgt in aufeinanderfolgenden Steuerungsperioden durch einen Steuerungsperiodengeber (8) mit dem Wechselstromnetz sychronisiert.
Die Steuerungsperiode ist so eingestellt, daß die Anzahl der Halbwellen (HW) des Wechselstroms innerhalb einer Periode durch 3 teilbar ist, so daß sich drei gleichgroße Teilbereiche ergeben, die im nachfolgenden als drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche definiert werden.
Beispielsweise umfaßt eine Steuerungsperiode vorteilhaft 198 Halbwellen eines 50 Hz-Wechselstromnetzes. Damit lassen sich die Flickergrenzwerte der EN 61000/3/3 gut einhalten.
Daraus ergeben sich drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche zu je 66 Halbwellen.
Ein von einer Modellier- und Setzeinheit 9 setzbarer Zwischenspeicher 10 ist für jeden der drei Heizkörper 1, 2, 3 mit je drei Halbwellen-Ordnungszahlbereichen B1, B2, B3 konfiguriert, die wie folgt definiert sind:
Der erste Halbwellen-Ordnungszahlbereich B1 erfaßt eine Folge von jeder 3. Halbwelle beginnend mit der 1. Halbwelle einer Steuerungsperiode, also die 1., 4., 7. usw. bis zur 196. Halbwelle. Die Summe der erfaßten Halbwellen beträgt 66.
Der zweite Halbwellen-Ordnungszahlbereich B2 erfaßt eine Folge von jeder 3. Halbwelle, beginnend mit der 2. Halbwelle der Steuerungsperiode, also die 2., 5., 8., 11. bis zur 197. Halbwelle. Die Summe der erfaßten Halbwellen beträgt wiederum 66.
Der dritte Halbwellen-Ordnungszahlbereich B3 umfaßt eine Folge von jeder 3. Halbwelle beginnend mit der 3. Halbwelle innerhalb einer Steuerungsperiode, also die 3., 6., 9., 12. bis zur 198. Halbwelle. Die Summe der erfaßten Halbwellen ist wiederum 66.
Vor jeder Steuerungsperiode wird mit der Modellier- und Setzeinheit 9 bestimmt, welche Halbwellen für die einzelnen Heizkörper 1, 2, 3 mittels der Triacs 4, 5, 6 durchgeschaltet werden sollen.
Hierzu werden zunächst die individuellen Stellgrößen Y₁, Y₂, Y₃ mittels eines Umsetzers 11 in eine proportionale Anzahl Halbwellen umgerechnet. Es entspricht also eine Stellgröße – als Abkürzung für Leistungsstellgröße – von 0% 0 Halbwellen; eine Stellgröße von 100% entspricht 198 Halbwellen. Die Anzahl der Halbwellen für die drei Stellgrößen Y₁, Y₂, Y₃ sind mit n₁, n₂ und n₃ bezeichnet.
Hieraus wird in der Modellier- und Setzeinheit zur Steuerung jedes der Heizkörper 1, 2, 3 die Anzahl der Halbwellen pro Halbwellen-Ordnungszahlbereich ermittelt. Für das obige Beispiel der Summe von 66 Halbwellen für jeden Ordnungszahl-Halbwellenbereich ist die Anzahl Halbwellen n₁ für den ersten Halbwellen-Ordnungszahlbereich B1 maximal 66 Halbwellen bzw. jede klei nere Anzahl Halbwellen. Für den zweiten Halbwellen-Ordnungszahlbereich B2 ist die Anzahl der Halbwellen die Differenz von n₁ abzüglich der Anzahl der Halbwellen in den ersten Halbwellen-Ordnungszahlbereich. In dem dritten Halbwellenordnungszahlbereich werden die verbleibenden Halbwellen untergebracht, bis n₁ erreicht ist.
Entsprechend den somit belegten Halbwellen-Ordnungszahlen in den drei Halbwellen-Ordnungszahlbereichen wird ein Setzstatus in entsprechenden drei Halbwellen-Ordnungszahlbereichen in dem Zwischenspeicher 10 gesetzt, wobei jeder Ordnungszahl ein Halbwellenplatz zugeordnet ist.
Der Halbwellen-Ordnungszahlbereich, in dem sich zum ersten mal während des sequentiellen Setzens ein nicht gesetzter Halbwellenplatz befindet, wird als aktueller Halbwellen-Ordnungszahlbereich bezeichnet und der erste nicht gesetzte Halbwellenplatz als aktueller Halbwellenplatz.
Nachdem die Modellierung der drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche und deren Zwischenspeicherung durch Setzen des Zwischenspeichers 10 für die erste Stellgröße Y₁ erfolgt ist, werden die Halbwellen-Ordnungszahlbereiche B1, B2, B3 für die zweite Stellgröße Y₂ modelliert und durch Setzen des Zwischenspeichers 10 zwischengespeichert. Dabei werden die Halbwellen Ordnungszahlbereiche für die zweite Stellgröße ebenfalls wie die drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche für die erste Stellgröße Y₁ zyklisch gesetzt, jedoch beginnend mit dem aktuellen Halbwellenplatz des aktuellen Halbwellen-Ordnungszahlbereichs, der ersten Stellgröße. Wenn der dritte Halbwellen-Ordnungszahlbereich für Y₁ vollständig gesetzt ist, wird zyklisch mit dem ersten Halbwellenplatz des ersten Halbwellen-Ordnungszahlbereichs für Stellgröße Y₂ fortgefahren.
Schließlich erfolgt das Setzen der drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche in dem Zwischenspeicher 10 entsprechend der Modellierung dieser Bereiche in der Modellier- und Setzeinheit 9 für die dritte Stellgröße Y₃, und zwar beginnend mit dem aktuellen Halbwellenplatz und dem aktuellen Halbwellen-Ordnungszahlbereich, der bei dem Modellieren bzw. Setzen entsprechend der zweiten Stellgröße als erste nicht mehr gesetzt wurde. Wenn der dritte Halbwellen-Ordnungszahlbereich für Y₂ vollständig gesetzt ist, wird mit dem ersten Halbwellenplatz des ersten Halbwellenordnungszahlbereichs für Stellgröße Y₃ fortgefahren. Auch dieses. Modellieren bzw. Setzen erfolgt zyklisch, um die Reihe der Halbwellenplätze in den drei Halbwellen-Ordnungszahlbereichen nacheinander und nach dem letzten Halbwellenplatz in dem dritten Halbwellen-Ordnungszahlbereich wieder beginnend mit dem ersten Halbwellenplatz für den ersten Halbwellen-Ordnungszahlbereich für die dritte Stellgröße zu setzen.
In 2 ist das Modellieren der drei Ordnungszahl-Halbwellenbereiche B1, B2, B3 bzw. das Setzen der Speicherplätze für die drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche B1, B2, B3 in dem Zwischenspeicher 10 für den ersten Heizkörper H1 veranschaulicht.
In dem Beispiel soll Y₁ 90% entsprechend n₁ = 178 Halbwellen betragen. In dem ersten Halbwellen-Ordnungszahlbereich B1 werden demgemäß sämtliche Halbwellenplätze nacheinander bis zu dem 66. Halbwellenplatz belegt; entsprechendes gilt anschließend für den zweiten Halbwellen-Ordnungszahlbereich B2. Die bis zur Gesamtzahl n₁ verbleibenden 46 Halbwellen füllen dann die Halbwellenplätze des dritten Halbwellen-Ordnungszahlbereichs nicht mehr vollständig aus.
In einem nächsten Schritt wird der letzte aktuelle Halbwellen-Ordnungszahlbereich, der der ersten Stellgröße Y₁ zugeordnet war, aus der Stellgröße Y₂ – innerhalb der für Y₂ vorgesehenen drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche – weiter aufgefüllt. Dies ist aus 3 der unteren Zeile für den dritten Halbwellen-Ordnungszahlbereich B3 rechts ersichtlich.
Es sei für die zweite Stellgröße Y₂ ein Wert von 80% des Maximums angenommen, woraus sich n₂ = 158 Halbwellen ergibt. Nachdem davon mit 20 Halbwellen die Halbwellenplätze ab dem aktuellen Halbwellenplatz des dritten Halbwellen-Ordnungszahlbereichs belegt sind, erfolgt beginnend mit dem ersten Halbwellenplatz des ersten Halbwellen-Ordnungszahlbereich B1 die weitere Belegung der Halbwellen-Ordnungszahlbereiche B1 und B2 bis jeweils deren maximaler Belegung mit je 66 Halbwellen zyklisch, wobei für die anschließende Belegung des dritten Halbwellen-Ordnungszahlbereichs B3 noch 6 Halbwellen bis zur 158. Halbwelle übrig bleiben, die ebenfalls belegt werden.
Dementsprechend erfolgt in einem nächsten Schritt, mit der die Belegung nach Maßgabe der Stellgröße Y₃ für deren drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche durchgeführt wird, entsprechend dem aktuellen Halbwellenplatz des aktuellen Halbwellen-Ordnungszahlbereichs der Belegung für H2 mit dem 7. Halbwellenplatz in dem dritten Ordnungszahlbereich B3 wie in 4 dargestellt.
Da die Stellgröße Y₃ zu 40% angenommen sei, entsprechen dem 79 Halbwellen, mit denen zunächst der 3. Halbwellen-Ordnungszahlbereich B3 und dann weiter zyklisch beginnend mit dem 1. Halbwellenplatz des ersten Halbwellen-Ordnungszahlbereichs B1 fortgefahren wird, bis dort 19 Halb wellenplätze für insgesamt 79 Halbwellen für den dritten Heizkörper (H3) belegt sind.
Nach Abschluß der Modellierung der drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche für die die Heizungen H1, H2, H3 und entsprechendes Setzen des Zwischenspeichers sind dessen Halbwellen-Ordnungszahlbereiche für die drei Heizungen H1, H2, H3 insgesamt wie in 5 dargestellt gesetzt.
Während der darauffolgenden Steuerungsperiode werden netzsynchron beispielsweise alle 10ms bei 50 Hz die Setzzustände für jeden der drei Heizungen H1, H2, H3 bzw. Heizkörper 1, 2, 3 getrennt ausgelesen und damit die zu den Heizkörpern 1, 2, 3 gehörenden Triacs 4, 5, 6 individuell parallel angesteuert. Am Netzanschluß 7 ergibt sich dann eine Belastung mit Halbwellen in den drei Halbwellen-Ordnungszahlbereichen wie in 6 gezeigt.
In Echtzeitdarstellung sieht die Belastung von der ersten Halbwelle bis zu der 198. Halbwelle einer Steuerungsperiode, d.h. innerhalb 1,98 Sekunden wie in 7 dargestellt aus. Die von den Triacs 4, 5, 6 zu den Heizkörpern 1, 2, 3 gleichzeitig geleiteten Halbwellen sind – wie in 6 – summiert. Die Zahl der Halbwellen gibt also an, wieviele Triacs bei jeder der aufeinanderfolgenden 198 Halbwellen gleichzeitig durchgeschaltet sind.
Da für die Flickerbewertung nach Flickernorm EN 61000/3/3 nur Stromänderungen pro Zeiteinheit relevant sind, kann ein in der Zeiteinheit – hier Steuerungsperiode – fließender Dauerstrom insofern unberücksichtigt bleiben. Der Dauerstrom ist in dem vorliegenden Beispiel durch zwei gleichzeitige Triac-Durchschaltungen gegeben, so daß sowohl in der Netzanschlußdarstellung nach Maßgabe der Halbwellen-Ordnungszahlbereiche gemäß 6 als auch in der Echtzeitdarstellung nach 7 jeweils zwei Halbwellen abzuziehen sind.
Die für die Flickenbewertung somit bereinigten Tabellen sind in 8 für die Halbwellen-Ordnungszahldarstellung nach 6 und in 9 für die Echtzeitdarstellung gemäß 7 veranschaulicht.
In dem obigen Beispiel wird bei einem einphasigen 16A-Netzanschluß mit drei Heizkörpern zu je 1200W die Flickernorm EN 61000/3/3 eingehalten.
Zusammenfassend sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Heizungen so synchronisiert, daß sie sich hinsichtlich der Flickerbewertung wie eine einzelne Heizung auswirken. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine quasi stufenlose Leistungsregelung beispielsweise in obigem Beispiel in 198 Stufen. Es läßt sich universell bei einem ein- oder mehrphasigen Netzanschluß für ein Stellglied oder mehrere Stellglieder, die ebenfalls ein- bzw. mehrphasig sein können, einsetzen.
Bezugszeichenliste Legende zur Figur 1

Claims

Verfahren zur Steuerung des von mindestens zwei elektrischen Verbrauchern gleicher Nennleistung, insbesondere Heizkörpern aufgenommenen Wechselstroms in aufeinanderfolgenden Steuerungsperioden, die jeweils eine durch 3 teilbare Anzahl Halbwellen des Wechselstroms umfassen, wobei nach Maßgabe mindestens einer Leistungsstellgröße für die Verbraucher die Halbwellen auf dem Prinzip des Durchsteuerns jeder 3. Halbwelle zu den Verbrauchern durchsteuerbar sind, indem: – für jeden Verbraucher ein Durchsteuerstatus jeder 3. Halbwelle während der Steuerungsperiode in drei Halbwellen-Ordnungszahlbereichen eines Zwischenspeichers setzbar ist, wobei in einem ersten der 3 Halbwellen-Ordnungszahlbereiche der Durchsteuerstatus jeder 3. Halbwelle, beginnend mit der 1. Halbwelle in jeweils einer Steuerungsperiode setzbar ist, in einem zweiten der drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche der Durchsteuerstatus jeder 3. Halbwelle beginnend mit der 2. Halbwelle setzbar ist, in einem dritten der drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche der Durchsteuerstatus jeder 3. Halbwelle beginnend mit der 3. Halbwelle setzbar ist, – vor Beginn jeder Steuerungsperiode aus der Leistungsstellgröße eine proportionale Anzahl Halbwellen selbsttätig ermittelt wird, die zu jedem der Verbraucher während der Steuerungsperiode durchzuschalten ist, – anschließend nach Maßgabe der ermittelten Anzahl Halbwellen des ersten der beiden Verbraucher dessen drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche zyklisch ab der 1. Halbwelle des ersten Halbwellen-Ordnungszahlbereichs gesetzt werden, – anschließend nach Maßgabe der ermittelten Anzahl Halbwellen des zweiten der beiden Verbraucher dessen drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche zyklisch ab der letzen Halbwelle des zuletzt gesetzten Halbwellen-Ordnungszahlbereichs des ersten der beiden Verbraucher gesetzt werden, – und schließlich in der Steuerungsperiode die Halbwellen zu den beiden Verbrauchern parallel nach Maßgabe der zwischengespeicherten Setzzustände deren je drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche durchgesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei drei Verbrauchern nach Setzen der drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche des zweiten Verbrauchers in dem Zwischenspeicher weiterhin drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche des dritten Verbrauchers zyklisch ab der letzten Halbwelle des zuletzt gesetzten Halbwellen-Ordnungszahlbereichs des zweiten Verbrauchers für die Steuerungsperiode gesetzt werden und daß schließlich in der Steuerungsperiode die Halbwellen zu den drei Verbrauchern parallel nach Maßgabe der zwischengespeicherten Setzzustände der ihnen zugeordneten drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche durchsteuerbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verbraucher nach Maßgabe einer individuellen Leistungsstellgröße mit dem Wechselstrom beaufschlagbar ist, in dem vor Beginn jeder Steuerungsperiode aus jeder der Leistungsstellgrößen eine proportionale Anzahl Halbwellen selbsttätig ermittelt wird, die zu dem zugehörigen Verbraucher durchzuschalten ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Durchschalten des Wechselstroms zu den Verbrauchern durch netzsynchrones Auslesen des Zwischenspeichers und davon abhängiger Ansteuerung der Leistungshalbleiter erfolgt.
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1–4, umfassend: – einen Umsetzer (11), in dem die Leistungsstellgröße in eine ihr proportionale Anzahl Halbwellen des Wechselstroms umgerechnet wird, – einen Steuerungsperiodengeber (8), der aufeinanderfolgenden Steuerungsperioden abgibt, die jeweils eine durch 3 teilbare Anzahl Halbwellen des Wechselstroms umfassen, – eine durch den Umsetzer (11) und den Steuerungsperiodengeber (8) gesteuerte Modellier- und Setzeinheit (9), die mit Setzeingängen (12) eines Zwischenspeichers in Verbindung steht, in dem für jeden Verbraucher drei Halbwellen-Ordnungszahlbereiche enthalten sind, die abhängig von der Modellier- und Setzeinheit (9) setzbar sind, womit je ein erster Halbwellen-Ordnungszahlbereich mit einem Durchsteuerstatus jeder 3. Halbwelle, beginnend mit der 1. Halbwelle in einer Steuerungsperiode setzbar ist, je ein zweiter Halbwellen-Ordnungszahlbereich mit einem Durchsteuerstatus jeder 3. Halbwelle, beginnend mit der 2. Halbwelle setzbar ist, und je ein 3. Halbwellen-Ordnungszahlbereich mit einem Durchsteuerstatus jeder 3. Halbwelle, beginnend mit der 3. Halbwelle setzbar ist, – netzsynchron gesteuerte Auslesemittel (13) des Zwischenspeichers (10), mit denen während einer folgenden Steuerungsperiode der erste Halbwellen-Ordnungszahlbereich, der zweite Halbwellen-Ordnungs-zahlbereich und der dritte Halbwellen-Ordnungszahlbereich für jeden Verbraucher parallel auslesbar sind, – und je einem, mit einem Ausleseausgang (14, 15, 16) des Auslesespeichers (10) in Verbindung stehenden Leistungshalbleiter in einer Wechselstromzuführung jedes Verbrauchers.
Einrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Ausleseausgänge (14, 15, 16) des Zwischenspeichers (10) über Verstärker mit den Leistungshalbleitern in Verbindung stehen.
Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungshalbleiter Triacs (4, 5, 6) sind.