DE102011052798A1

DE102011052798A1 - Waschgut-behandlungsgerät mit spannungserfassung

Info

Publication number: DE102011052798A1
Application number: DE102011052798A
Authority: DE
Inventors: Jason P. Kachorek; David J. Kmet; Jason W. Parker; David M. Williams; Christopher J. Woerdehoff
Original assignee: Whirlpool Corp
Current assignee: Whirlpool Corp
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2012-04-26
Also published as: US8441248B2; US20120098521A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln einer Spannung und einer Phase über einem elektrischen Heizelement in einem Waschgut-Behandlungsgerät wie einem Wäschetrockner.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Waschgut-Behandlungsgeräte wie Wäschetrockner können diverse Systembestandteile enthalten, die dem Netzanschluss einen Strom erheblicher Stärke entnehmen, bspw. das elektrische Heizelement und das Luftführungssystem des Wäschetrockners. Der Netzanschluss für das Heim und den Waschsalon ist zuweilen falsch verdrahtet, so dass die an den Wäschetrockner gegebene elektrische Leistung nicht den Sollwerten entspricht. Auch ist nicht immer bekannt, ob es sich um ein 2- oder ein 3-Phasen-Netz handelt. Ist die Netzart nicht bekannt oder das Heim oder der Waschsalon falsch angeschlossen, arbeiten die Systembestandteile des Wäschetrockners u. U. nicht richtig. Eine geringere als die Soll-Leistungszufuhr zum elektrischen Heizelement kann zu einer unzureichenden Wärmeabgabe führen, die potenziell längere als die Soll-Trockenzeiten verursacht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Spannung über einem elektrischen Heizelement in einem Wäschetrockner, der aus einem WS-Netz (L1, L2 und N) gespeist wird. Die an das Heizelement gelegten Spannungen L1 sowie L2 jeweils gegen N werden nacheinander ermittelt. Ein Nulldurchgang-Signal der gleichen Frequenz wie das WS-Netz wird aus den Nulldurchgängen des L1-N-Signals erzeugt und auf eine Steuerung gegeben. Es werden eine Spitzenzeit entsprechend einer Amplitudenspitze des an das elektrische Heizelement gelegten L2-Signals und aus dem Nulldurchgang-Signal eine Zeitdifferenz zwischen der Spitzenzeit und einem Nulldurchgang ermittelt. Eine Phasenbeziehung zwischen L1 und L2 wird bestimmt durch Prüfen der Übereinstimmung der Zeitdifferenz mit mindestens einem Zeitfenster, die eine erwartete Phasenbeziehung hinweist und die Spannung L1-L2 wird ermittelt auf Grund der Spannung L1-N und der Spannung L2-N und der Phasenbeziehung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen:
1 zeigt graphisch verschiedene zeitvariable Netzspannungen für 2- und 3-Phasen-Netze;
2 ist ein Schnitt durch den Wäschetrockner der 1 und zeigt eine Systemsteuerung und eine 2-Phasen-Netzeinspeisung;
3 zeigt eine elektrische Schaltung des Wäschetrockners mit verschiedenen an die Steuerung angeschlossenen Systemkomponenten und einer 2-Phasen-Netzeinspeisung;
4 zeigt einen Teil der elektrischen Schaltung der 3 bei offenem Heizrelais;
5 zeigt einen Teil der elektrischen Schaltung der 3 bei geschlossenem Heizrelais;
6 zeigt graphisch ein L1-getriggertes Nulldurchgang-Zeitsignal an einem Knoten der Steuerung der 3;
7 zeigt graphisch das L1-Nulldurchgang-Triggersignal der 6 mit verschiedenen zeitvariablen Phasenspannungen für 2- und 3-Phasen-Speisung mit Zeitfenstern zum Erfassen der verschiedenen Phasenspannungen nach einer Ausführungsform der Erfindung; und
8 zeigt als Flussdiagramm das Verfahren zum Ermitteln der Spannung L1-L2.
BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Ermitteln der phasenkompensierten Phasenspannung L1-L2 über einem elektrischen Heizelement in einem Wäschetrockner. Insbesondere wird die phasenkompensierte Phasenspannung L1-L2 ermittelt ohne zusätzliche Hardware im Wäschetrockner und ohne gleichzeitig auch sowohl die Phasenspannung L1-N als auch die Phasenspannung L2-N messen zu müssen.
Die Leistungszufuhr mittels L1, L2 und N kann aus einem 2-Phasennetz eines örtlichen Stromversorgers erfolgen, die mit einem Standard-Hausnetz im Gebäude verteilt wird. Der Wäschetrockner kann an eine Wandsteckdose (nicht gezeigt) mit den Leitern L1, L2 und N angeschlossen sein, der Sinus-Wechselstrom liefert. Die Leitungen L1, L2 können beide 120 V/60 Hz WS und 180° (π rad) Phasenversatz mit einer Spannung L1-L2 von 240 V_eff führen, der vorherrschenden Stromquelle in Nordamerika und Teilen von Südamerika. Alternativ kann es sich bei L1, L2 jeweils um sinusförmigen 230 V/50 Hz WS mit einem Phasenversatz von 180° (π rad) und einer Spannung L1-L2 von 240 V_eff handeln, dem vorherrschenden Netzanschluss in Europa, dem größten Teil von Asien, Australien und Afrika sowie Teilen von Südamerika. Als weitere Alternative kann der Wäschetrockner aus einem 3-Phasennetz mit den Leitern L1, L2, L3 und N gespeist werden, die jeweils um 120° (2π/3 rad) voneinander getrennt sind.
2 zeigt graphisch mehrere Phasen einer 2-Phasen oder einer 3-Phasen-Einspeisung. Der Phasenversatz zwischen L1 und L2 in einem 2-Phasensystem beträgt 180° (π rad), jedoch 120° (2π/3 rad) in einem 3-Phasennetz. Der Phasenversatz zwischen L1 und L3 in einem 3-Phasennetz beträgt 240° (4π/3 rad). Zuweilen ist das Hausnetz in einem Wohngebäude falsch verdrahtet. Ist bspw. L2 oder L3 eines 3-Phasennetzes an den Anschluss L2 einer 2-Leiter-Wandsteckdose gelegt, beträgt die Phasendifferenz L1-L2 entweder 120° (2π/3 rad) oder 240° (4π/3 rad) an Stelle der aus einem 2-Phasenanschluss zu erwartenden 180° (π rad). Anstatt 240 V_eff gibt der Netzanschluss also nur 208 V_eff ab. Wird dieser Netzanschluss an die Bestandteile eines Wäschetrockners gelegt, kann die für jedes von ihnen verfügbare Leistung erheblich zu gering ausfallen. Bspw. kann das elektrische Heizelement des Wäschetrockners 25% weniger Leistung erhalten, was die Gesamt-Wärmeabgabe des Heizelements verringert und die Trockendauer für das Trockengut im Wäschetrockner verlängert. Die verringerte verfügbare Leistung am Gebläse des Wäschetrockners kann auch den Luftstrom in der Trockenkammer abschwächen, was die Trockendauer ebenfalls verlängert. Zusätzlich ist es möglich, dass auch bei richtig verdrahteten Netzphasen die abgegebene Spannung nicht dem Sollwert entspricht, was die den verschiedenen Systembestandteilen des Wäschetrockner zur Verfügung stehende Leistung signifikant verringert. Ist bspw. die Anschlussspannung 20% niedriger als der Sollwert (198 V anstatt 240 V), sinkt die an die Systembestandteile – bspw. das Heizelement – des Wäschetrockners abgegebene Leistung um 35%.
Längere Trockenzeiten in Folge geringerer Verfügbarkeit von elektrischer Leistung für den Wäschetrockner kann Kunden verärgern. Bspw. können hinsichtlich der Trockenzeit aus Verkaufsinformationen, der Werbung, den Leistungsdaten des Wäschetrockners oder Verkaufsdemos für eine bestimmte Trockengut-Charge gewisse Erwartungen herrschen. Liegt die Leistung des Wäschetrockners regelmäßig unter diesen Erwartungen, kann dies zu Verstimmung, Rückgabe des Produkts oder negativen Konsumentenurteilen führen. Zusätzlich kann die Steuerung des Wäschetrockners ein Ende der Programmdauer auf Grund der Annahme vorhersagen, dass der Trockner aus dem Netz und den Anschlüssen L1, L2 den erwarteten Strom erhält. Erhält der Wäschetrockner aus den Netzanschlüssen L1, L2 weniger als die erwartete Leistung, kann die Steuerung das Ende der Programmlaufzeit regelmäßig zu kurz ansetzen – dies wiederum mit dem Ergebnis einer Frustration des Kunden. Daher kann es für den Wäschetrockner nützlich sein, die Ist-Spannung L1-L2 und die phasenkompensierte Spannung L1-L2 zu ermitteln. Die Spannung L1-L2 kann vom Wäschetrockner dem Kunden oder Wartungspersonal gemeldet werden, um anzuzeigen, ob ein Problem mit der Stromversorgung des Wäschetrockners besteht. Die Spannung L1-L2 würde darauf hinweisen, ob längere Trockenzeiten am Wäschetrockner an oder an seiner Stromspeisung liegen. Ebenfalls nützlich kann es sein, an Hand der Spannung L1-L2 die Trockenzeiten und die Restlaufzeit des Trockenprogramms vorherzusagen. Es wird ein Verfahren zum Ermitteln der phasenkompensierten Spannung L1-L2 ohne zusätzliche Hardware im Wäschetrockner offenbart.
2 zeigt einen schaubildlichen Schnitt eines Wäschetrockners 10 mit einem Schrankgehäuse 24, in dessen Innenraum eine Trommel 28 drehbar gelagert ist, die eine Trockenkammer 24 umschließt, sowie der Luftführung, Sensoren und Bedienelementen. Die Luftführung weist einen Lufteinlass 42 zur Trockenkammer 34, dem Luft über einen Zuluftkanal 38 zugeführt wird, und einen Luftauslass 46 aus der Trockenkammer 34 auf, aus dem Luft mittels eines Abluftkanals 62 entnommen wird. Im Zuluftkanal 38 kann ein elektrisches Heizelement 40 angeordnet sein, um die durch die Luftführung strömende Luft zu erwärmen. Ein im Abluftkanal 62 angeordnetes Gebläse 60 kann Luft durch das Luftführungssystem drücken. Die in die Trockenkammer 34 strömende Luft kann durch Ein-/Ausschalten des elektrischen Heizelements wahlweise erwärmt werden. Ein Motor 54 kann zum Drehen der Trommel 28 mittels eines Antriebsriemens 52 vorgesehen sein. Der Motor 54 kann ein permanentmagnetischer bürstenloser GS- oder ein WS-Induktionsmotor mit einer Anlass- und einer Hauptwicklung sein, wobei entweder die Anlass- oder die Hauptwicklung wahlweise oder wechselseitig erregt werden kann.
Ein Zulufttemperatur-Sensor 44 kann in Strömungsverbindung mit der Luftführung angeordnet sein, um die Zulufttemperatur zu erfassen. Der Zulufttemperatur-Sensor 44 kann im Lufteinlass 42 oder beliebig anderswo im Zuluftkanal 38 liegen. Ein Ablufttemperatur-Sensor 48 kann ebenfalls in Strömungsverbindung mit der Luftführung angeordnet sein, um die Ablufttemperatur zu ermitteln. Der Ablufttemperatur-Sensor 48 kann am Luftauslass 46 oder beliebig anderswo im Abluftkanal 62 vorgesehen sein. Der Zu- und der Ablufttemperatur-Sensor 42, 48 können Thermistoren oder jede andere bekannte Temperaturfühleinrichtung sein. In der Trockenkammer 34 kann sich ein Feuchte-Sensor 70 zum Erfassen der Feuchte im Trockengut befinden.
Eine Steuerung 80 kann über elektrische Übertragungsleitungen mit den verschiedenen elektronischen Bestandteilen des Wäschetrockners 10 verbunden sein – einschl. dem elektrischen Heizelement 40, dem Zu- und dem Abluftttemperatur-Sensor 44, 48, dem Feuchte-Sensor 70, dem Motor 54 und dem Gebläse 60. Bei der Steuerung 80 kann es sich um eine Steuerplatine mit einem Mikroprozessor, Mikrocontroller, feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA), anwendungsspezifischem integriertem Schaltkreis (ASIC) oder jeder anderen bekannten Schaltung zum Ansteuern elektronischer Systemkomponenten handeln.
Der Wäschetrockner 10 weist auch die Netzanschlussleitungen L1 und L2 sowie N (Neutral-Leiter) auf. Der mit den Leitern L1, L2, N zugeführte elektrische Strom speist alle elektrischen Bestandteile des Wäschetrockners 10, und die Steuerung 80 steuert die Stromzufuhr an jede Systemkomponente des Wäschetrockners 10, einschl. des elektrischen Heizelements 40 und des Gebläses 60.
3 zeigt die elektrische Schaltung eines Wäschetrockners 10 mit an die verschiedenen Komponenten und Sensoren angeschlossener Steuerung 80 und die Verdrahtung der Leiter L1, L2 und N. L1 kann an den L1-Eingang 106 und den Heizrelais-Eingang 108 gelegt sein. Am L1-Eingang 106 liegt eine Nulldurchgang-Schaltung 104, die aus der Spannung am L1-Eingang 106 ein periodisches Signal erzeugt. L2 kann an einen Heizkontakt 124 im Zentrifugalschalter 120 gelegt sein. Der Zentrifugalschalter enthält auch einen Motorwicklungsschalter 122, der zwischen eine Motor-Anlasswicklung 130 und eine Motor-Hauptwicklung 134 schaltet oder nur die Hauptwicklung 134 des Motors 54 ausschaltet. Die Wicklungen 130, 134 des Motors 54 lassen sich auch nur dann erregen, wenn bei geschlossener Tür (nicht gezeigt) des Wäschetrockners 10 ein Türkontakt 110 geschlossen ist. Am Heizrelais-Rückleitungseingang 140 liegt eine in der Steuerung 80 enthaltene Spannungserfassungsschaltung (150 in 4 und 5), mit der die am Eingang 140 liegende Spannung nach N messbar ist. Die Steuerung 80 enthält auch ein Heizrelais 152, das den Heizrelais-Eingang 108 wahlweise mit dem Heizrelais-Rückleitungseingang 140 elektrisch verbinden kann.
Aus der Schaltung ist ersichtlich, dass die Spannungen L1 und L2 sich mit der Spannungserfassungsschaltung 150 am Heizrelais-Rückleitungseingang 140 nicht gleichzeitig ermitteln lassen. Diese Schaltung ist ausgeführt, um einen Überlastzustand zu verhindern, der auftreten kann, wenn der Motor 54 gleichzeitig mit dem Heizelement angelassen wird. Der zum Anlassen des Motors 54 erforderliche Strom ist erheblich höher als der zum Weiterlaufen des Motors nach dem Anlassen. Daher müssen die Spannungen L1, L2 nacheinander erfasst werden, wie jede von ihnen an die Spannungserfassungsschaltung 150 gelegt wird. Bspw. kann beim Anlaufen des Arbeitsprogramms des Wäschetrockners eine Gelegenheit zum Messen von L2 und dann L1 am Heizrelais-Rückleitungseingang 140 bestehen, da bei anlaufendem Motor 54 die Spannungen L2 und L1 am Heizelement nacheinander auftreten, so dass eine übermäßige Leistungsaufnahme durch den Wäschetrockner 10 verhindert wird. Zusätzlich müssen Zeitinformationen für mindestens die Spannung L1 oder L2 gleichzeitig mit der Zeitinformation zum Scheitelwert für die jeweils andere Spannung L2 bzw. L1 vorliegen, um die Phasendifferenz zwischen L1 und L2 ermitteln zu können. Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Ermitteln von L1 und L2 in Folge und dann der L1-L2-Zeitinformationen gleichzeitig zum Extrahieren der L1-L2-Phaseninformation und Ermitteln der Spannung L1-L2 unter Benutzung der Steuerung 80.
Angemerkt sei, dass beim Anlaufen des Wäschetrockners 10 das elektrische Heizelement 40 nicht erregt werden darf, wenn durch den gleichzeitig anlaufenden Motor 54 der gezogene Strom übermäßig hoch ist. Daher können bei Anlaufen die Anlass- und die Hauptwicklung 130, 134 des Motors 54 von der Steuerung 80 gleichzeitig, währenddessen aber das elektrische Heizelement 40 nicht erregt werden. Daher ist bei erregter Anlass- und Laufwicklung 130, 132 des Motors der Heizkontakt 124 des Zentrifugalschalters 120 offen. Hat der Motor 54 eine kritische Drehzahl erreicht, wird die Anlasswicklung 130 des Motors durch geeignetes Betätigen des Wicklungskontakts 122 stromlos geschaltet, so dass bei weiter erregter Hauptwicklung 134 der Heizkontakt 124 schließt. An diesem Punkt wird L2 elektrisch an den Heizrelais-Rückleitungseingang 124 gelegt, wie in 4 vereinfacht gezeigt. Da der Heizkontakt 124 geschlossen und das Heizrelais 152 offen ist, erscheint die Spannung L2 an der Spannungsermittlungsschaltung 150, die in diesem Zustand des Heizkontakts 124 und des Relais 150 die Spannung L2-N ermitteln kann. Danach schließen das Heizrelais 152 und auch der Heizkontakt des Zentrifugalschalters, wie in 5 vereinfacht gezeigt. In diesem Zustand kann die Spannungsermittlungsschaltung 150 die Spannung L1-N ermitteln, da das elektrische Heizelement 40 ohmisch und daher die Spannung am Heizrelais-Rückleitungsanschluss 140 im Wesentlichen die Spannung L1 ist. Bei der Spannungsermittlungsschaltung 150 kann es sich um ein Voltmeter, einen Scheitelwertdetektor, einen Effektivwertdetektor oder jede andere bekannte Schaltung handeln, mit der sich verschiedene Spannungsgrößen bestimmen lassen.
Es sind nun die Spannungen L1-N und L2-N ermittelt; die Phasenbeziehung zwischen L1 und L2 ist unbekannt. Um diese Phasenbeziehung zu ermitteln, erzeugt die Spannung L1 am L1-Eingang 106 der Steuerung 80 über die Nulldurchgang-Schaltung 104 ein periodisches L1-Nulldurchgang-Zeitsignal, wie es in 6 gezeigt ist. Insbesondere hat dieses Signal H-Pegel, wenn die Spannung 11 positiv ist, und L-Pegel bei negativem L1. Daher kann das L1-Nulldurchgang-Zeitsignal eine feste Periode t₂ gleich der von L1 und ein festes Tastverhältnis (t₁/t₂) aufweisen. Für ein 60-Hz-L1-Phasensignal kann die feste Periode t₂ gleich 16,67 ms und das feste Tastverhältnis (t₁/t₂) gleich 0,5 sein, wie in 6 gezeigt. Alternativ können für ein 50-Hz-L1-Phasensignal die feste Periode t₂ gleich 20 ms und das feste Tastverhältnis (t₁/t₂) gleich 0,5 sein. Drei volle Perioden des L1-Nulldurchgang-Zeitsignals sind dargestellt, die jeweils eine ansteigende Flanke zu den Zeiten 0, t₂, t₄ und eine fallende Flanke zu den Zeiten t₁, t₃, t₅ enthalten. Das von den Nulldurchgängen des von der Steuerung aufgenommenen L1-Signals erzeugte Nulldurchgang-Zeitsignal stellt eine Zeitreferenz zum Bestimmen einer Phasenbeziehung eines anderen Signals relativ zu L1 bereit. Zusätzlich lässt sich die Frequenz des Nulldurchgang-Signals von der Nulldurchgangsschaltung 104 messen, um die WS-Netzfrequenz zu bestimmen.
7 zeigt graphisch das Verfahren zum Bestimmen der Phasenbeziehung des WS-Netzes (Phase L1-L2) unter Verwendung des L1-Zeitsteuersignals der 6. In diesem Graph sind L2 (2-phasig), L2 (3-phasig) und L3 (3-phasig) zusammen mit drei Zeitfenstern entsprechend den Phasenbeziehungen 120° (2π/3 rad), 180° (π rad) und 240° (4π/3 rad) relativ zu L1 aufgetragen. In einer Ausführungsform überlappen die drei Zeitfenster nicht. Die Spannungserfassungsschaltung 150 überwacht die Phasenspannung am Heizrelais-Rückleitungseingang 140 und erfasst dort deren Scheitelwert. Beim Erfassen eines Scheitelwerts in der Amplitude der Spannung L2 ermittelt die Steuerung 80 den Zeitpunkt des Scheitels entsprechend dem Scheitelwert der Amplitude des Signals L2 am elektrischen Heizelement 40. Ist dieser Scheitel-Zeitpunkt ermittelt, ermittelt die Steuerung 80 weiterhin aus dem Nulldurchgang-Zeitsignal den zeitlichen Abstand zwischen dem Scheitel-Zeitpunkt und einem Nulldurchgang sowie die Phasenbeziehung durch Gegenüberstellen dieses zeitlichen Abstands mit mindestens einem Zeitfenster, das eine erwartete Phasenbeziehung anzeigt. Jede erwartete Phasenbeziehung weist daher ein Zeitfenster relativ zu einem Nulldurchgang im Nulldurchgang-Zeitsignal auf. Ein Bestimmen des Zeitfensters, in das der Scheitelpunkt fällt, kann zu der Phasendifferenz der Spannung am Heizrelais-Rückleitungseingang 140 führen, an dem L2 liegt. Fällt bspw. die Scheitelspannung in das 120°-(2π/3 rad)-Fenster, beträgt die Phasendifferenz L1-L2 eben jene 120° (2π/3 rad). M. a. W.: Um die Phasendifferenz L1-L2 zu ermitteln, werden Zeitfenster relativ zu speziellen Punkten auf dem L1-Triggersignal definiert und dann aus der Spannung L2 das Zeitfenster bestimmt, in dem die Spannung L2 ihren Scheitelwert annimmt. Auf diese Weise ”kennt” die Steuerung die Phasenbeziehung zwischen L1 und L2.
In diesem Beispiel sind die drei Zeitfenster auf die fallende Flanke t₁ des L1-Triggersignals bezogen (6). Der Mittelpunkt des Zeitfensters relativ zum Referenzpunkt des L1-Triggersignals kann im erwarteten Scheitelpunkt der entsprechenden erwarteten Phasenbeziehung liegen. In diesem Beispiel gilt für den zeitlichen Mittelpunkt jedes der Zeitfenster relativ zur fallenden Flanke des L1-Triggersignals: t = ((Phasenfensfer/360) – 0,25)·(1/f) mit

”Phasenfenster”: = Phasenbeziehung entsprechend dem jeweiligen Zeitfenster und
f: = Netzfrequenz.

Mit dieser Gleichung liegt für ein 60-Hz-Netz der Mittelpunkt des 120°-(2π/3 rad)-, des 180°-(π rad)- und des 240°-(4π/3 rad)-Phasenfensters bei 1,39 ms, 4,17 ms bzw. 6,94 ms von der fallenden Flanke des L1-Triggersignals entfernt. M. a. W.: t₆–t₁ kann 1,30 ms, t₈–t₁ kann 4,17 ms und t₁₀–t₁ kann 6,94 ms betragen. Für ein 50-Hz-Netz können für das 120°-(2π/3 rad)-, das 180°-(π rad)- das 240°-(4π/3 rad)-Phasenfenster die drei Zeitfenster um 1,67 ms, 5 ms bzw. 8,33 ms zentriert sein. Da die Steuerung die Netzfrequenz (50 oder 60 Hz) mittels der Nulldurchgang-Schaltung 104 ermitteln kann, können die Mittelpunkte der Fenster jeweils als fest (bei Annahme der Eingangssignalfrequenz) angenommen oder auf Grund der in der Nulldurchgangsschaltung 104 ermittelten gemessenen Frequenz bestimmt werden.
Die Breite der Zeitfenster lässt sich als festes Zeitintervall auf Grund der erwarteten Bedingungen vorbestimmen oder aus der Frequenz der Netzspannung ermitteln. Bspw. kann die vorbestimmte zeitliche Breite 2,78 ms betragen, so dass für ein 60-Hz-Netz sich das 120°-(2π/3 rad)-Zeitfenster von 0 bis 2,78 ms, das 180°-(π rad)-Fenster von 2,78 ms bis 5,56 ms und das 240°-(4π/3 rad)-Fenster von 5,56 ms bis 8,34 ms nach der fallenden Flanke des L1-Triggersignals bei t₁ erstreckt. In einem solchen Fall grenzen die Zeitfenster zeitlich aneinander. Alternativ kann ein gewisser zeitlicher Abstand zwischen den drei Zeitfenstern vorliegen.
Erfolgt eine Bestimmung des L2-Scheitels nicht nach der ersten fallenden Flanke des L1-Triggersignals bei t₁, kann eine Bestimmung nach der zweiten fallenden Flanke des L2-Triggersignals bei t₃ erfolgen, wobei die Zeitfenster (nicht gezeigt) um t₁₂, t₁₃ und t₁₄ zentriert sind entsprechend dem 120°-(2π/3 rad)-, dem 180°-(π rad)- bzw. dem 240°-(4π/3 rad)-Phasenfenster. Mit wiederholten Messwerten über mehrere Perioden der Netzspannung lässt sich das Vertrauen in die ermittelte Phasenbeziehung vergrößern.
Wenn der Scheitelwert der Spannung L2 von der Schaltung 150 am Heizrelais-Rückleitungseingang 140 ermittelt wird, kann das Heizrelais 152 offen sein; so stört das Signal L1 die Schaltung 150 beim Ermitteln der Spannung L2 nicht. Die Spannungsermittlungsschaltung 150 kann einen Analog-Digital-Wandler (ADC) enthalten, der die Spannungen L2-N als Zeitfolge an die Steuerung 80 liefert, die ihrerseits eine punktweise Differenzbildung durchführt und in der Zeitfolge eine Differenz nahe null der Spannungswerte sucht, um den Scheitelwert der Spannung L2 und den entsprechenden Zeitpunkt zu identifizieren. Alternativ kann die Steuerung 80 eine punktweise Differenzbildung der Zeitfolge von Spannungswerten durchführen und den Scheitelwert und dessen Zeitpunkt ermitteln durch Identifizieren des Übergangs der punktweisen Differenzen von einem positiven auf einen negativen Wert. Als Alternative lässt sich eine analog arbeitende Scheitelwert-Erfassungsschaltung einsetzen, um der Steuerung 80 den Zeitpunkt des Scheitelwerts bereit zu stellen.
Ist die Phasenbeziehung zwischen L1 und L2 bekannt, lässt sich der Scheitelwert der Spannung ermitteln: Bei 180° (π rad) Phasendifferenz zwischen L1 und L2 kann für die Spannung L1-L2 gelten: L1-L2 = (L1-N) + (L2-N);
Ergeben sich die Spannungen (L1-N) und (L2-N) jeweils zu 120 V, beträgt die Effektivspannung 240 V für einen Phasenabstand L1-L2 von 180° (π rad). Ist andererseits der Phasenabstand zwischen L1 und L2 gleich 120° (2π/3 rad) oder 240° (4π/3 rad), kann für die Spannung L1-L2 gelten: L1-L2 = 0,866·((L1-N) + (L2-N)).
Werden die Spannungen (L1-N) und (L2-N) zu 120 V bestimmt, kann bei einer (L1-L2)-Phasendifferenz von 120° (2π/3 rad) oder 240° (4π/3 rad) die Effektivspannung 208 V betragen.
8 zeigt zusammenfassend als Flussdiagramm das Verfahren zum Bestimmen der phasenkompensierten Spannung (L1-L2) 199 des Wäschetrockners 10. Zunächst wird bei 200 ermittelt, ob es sich um ein 50-Hz- oder ein 60-Hz handelt, um die Zeitfenster zu bestimmen. Hierzu sind verschiedene Verfahren geeignet – einschl. einer direkten Benutzereingabe, einer Annahme auf Grund des Markts, auf dem das Gerät verkauft wird oder für den es konstruiert ist, das Messen der Periodendauer einer Periode durch die Spannungserfassungsschaltung 150 am Heizrelais-Rückleitungseingang 140 oder Auswertung des von der Nulldurchgang-Schaltung 104 erzeugten Triggersignals. Ist die Netzfrequenz ermittelt, lässt sich der Ort und die Breite der Zeitfenster nach den in Verbindung mit 7 offenbarten Verfahren bestimmen. Als Nächstes wird, wenn der Heizkontakt 124 des Zentrifugalschalters 120 schließt, bei 202 die Spannung L2-N bestimmt. Hierzu ist die elektrische Ersatzschaltung im Pfad des elektrischen Heizelements 40 in 4 gezeigt, wo die Spannung L2 am Heizrelais-Rückleitungseingang 104 anliegt und die Spannung L2-N von der Spannungsermittlungsschaltung 150 am Eingang 140 bestimmt wird. Nach dem Bestimmen von L2-N wird bei 204 die Spannung L1-N ermittelt, sobald das elektrische Heizelement 40 eingeschaltet wird, weil das Heizrelais 152 schließt, um den Heizrelais-Anschluss 108 elektrisch mit dem Heizrelais-Rückleitungseingang 140 zu verbinden. Die elektrische Ersatzschaltung auf dem Pfad des Heizelements 40 ist an diesem Punkt in 5 gezeigt, wo die Spannung L1 am Heizrelais-Rückleitungseingang 140 liegt und die Spannung L1-N dort von der Spannungsermittlungsschaltung 150 ermittelt wird. Bei 206 wird danach das Nulldurchgang-Zeitsignal am L1-Eingang aus dem L1-Signal ermittelt, wo das Nulldurchgang-Zeitsignal eine Rechteckwelle mit der gleichen Frequenz wie L1 und bei positiver Spannung L1 positiv und bei negativer Spannung L1 negativ ist. Als Nächstes wird bei 208 nach der an Hand der 7 offenbarten Verfahrensweise das L2-Scheitelsignal ermittelt und der entsprechende Scheitel-Zeitpunkt registriert. Bei 210 wird dann eine Zeitdifferenz durch Differenzbildung im Scheitelpunkt von einem Punkt auf dem Nulldurchgang-Zeitsignal – bspw. dessen ansteigender oder fallender Flanke – aus bestimmt. Dann wird bestimmt, ob der Scheitel des Signals L2 in einem der drei Zeitfenster liegt, indem bei 212, 216 und 220 ermittelt wird, ob die Zeitdifferenz in das Zeitfenster relativ zur fallenden Flanke des Nulldurchgang-Zeitsignals fällt. Die Zeitfenster entsprechen einer (L1-L2)-Phase von 120° (2π/3 rad), 180° (π rad) bzw. 240° (4π/3 rad). Liegt bei 212 der Scheitel im ersten Zeitfenster, beträgt der Phasenwinkel 120° (2π/3 rad) entsprechend einem 3-Phasen-Netz bei 214. Liegt bei 216 der Scheitel im zweiten Zeitfenster, beträgt bei 218 der Phasenwinkel 180° (π rad) entsprechend einem 2-Phasen-Netz. Liegt bei 220 der Scheitel im dritten Zeitfenster, beträgt bei 220 der Phasenwinkel 240° (4π/3 rad) entsprechend einem 3-Phasen-Netz. Falls der Scheitelpunkt in einem der drei Zeitfenster nicht einwandfrei ermittelt wurde, springt das Verfahren zurück nach 206, um weiter das Nulldurchgang-Zeitsignal zu erzeugen und um die Phasenbeziehung in dessen nächster oder den nachfolgenden Perioden zu bestimmen. Sobald die Phasenbeziehung, die Spannungen und die Netzart (Anzahl der Phasen) identifiziert sind, kann bei 224 die (L1-L2)-Information gemeldet werden, und zwar an einer Benutzerschnittstelle (nicht gezeigt) des Wäschetrockners 10, einem Bedienfeld oder einer anderen Service-, Prüf- oder Benutzereinrichtung wie einem Telefon, einem Computer, einem Prüf-Endgerät usw.
Alternativ kann die (L1-L2)-Information von der Steuerung 80 genutzt werden, um die Steuerung des Wäschetrockners abzuändern oder die Trockendauer oder Restlaufzeit des Arbeitsprogramms vorauszusagen. Ist bspw. bekannt, dass das elektrische Heizelement 40 weniger als die erwartete Leistung erhält, kann die Steuerung 80 einen Ausgleich schaffen, indem sie das Heizelement 40 länger als sonst erregt.
Die dargestellte Schrittfolge gilt nur erläuternd und soll das Verfahren 199 in keiner Weise einschränken, da seine Schritte sich auch in anderer Reihenfolge ausführen lassen und andere, zusätzliche, überlappende oder zusätzliche Schritte eingefügt werden können, ohne die Erfindung zu verlassen.
Eine Feststellung der Spannung L1-L2 ist in mehrfacher Hinsicht nützlich. Bspw. lassen sich damit Ursachen für Funktionsabweichungen des Wäschetrockners ermitteln, Verdrahtungsfehler im Haus bzw. des Waschsalons feststellen, die Komponenten des Wäschetrockners – einschl. des Heizelements und der Luftführung – besser steuern und die Gesamtdauer des Arbeitsprogramms und seine Restlaufzeit genauer voraussagen. Bei falsch verdrahtetem Netzanschluss zum Wäschetrockner oder geringerer als der erwarteten Leistungsaufnahme können die Programmlaufzeiten länger als beim Einhalten der Sollwerte sein, so dass die Zufriedenheit des Kunden mit dem Wäschetrockner beeinträchtigt wird, falls er meint, dass sein Wäschetrockner nicht vorgabengerecht arbeitet. Auch die Einkünfte eines Waschsalons können beeinflusst werden, wo der Kundendurchsatz sich verbessern lässt, wenn man die Programmlaufzeiten verkürzen kann.
Das hier offenbarte Verfahren hat den Vorteil, dass eine phasenkompensierte Spannung L1-L2 sich mit nur einer einzigen Schaltung ermitteln lässt. Hierzu wird an einem Erfassungspunkt die Spannung L2-N und dann am gleichen Erfassungspunkt die Spannung L1-N bestimmt. Nach den Spannungen L1-N und L2-N ist die Kenntnis des Phasenwinkels zwischen L1 und L2 erforderlich, um die Spannung L1-L2 zu bestimmen. Der Phasenwinkel lässt sich ermitteln, indem man ein Nulldurchgang-Triggersignal entsprechend L1 an einem Knotenpunkt der Steuerung erzeugt und dann am Spannungsermittlungsknoten den Scheitelwert von L2 relativ zu einem Punkt des Nulldurchgang-Triggersignals erfasst. Durch Feststellen des Zeitpunkts des Scheitelwerts des Signals L2 relativ zu einem Nulldurchgang des Nulldurchgang-Triggersignals und Ermitteln, ob dieses Zeitsignal in eines von drei Fenstern entsprechend dem gleichen Nulldurchgang fällt, lässt sich der Phasenwinkel zwischen L1 und L2 bestimmen. Dieses Verfahren erfordert keine Hardware zusätzlich zu der in einem Wäschetrockner typischerweise vorhandenen und ist eine kostengünstige Methode, die L1-L2-Spannungsinformationen zu erlangen.
Während die Erfindung oben in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen derselben beschrieben ist, ist einzusehen, dass dies nur zur Erläuterung, nicht zur Einschränkung der Erfindung erfolgte. Im Rahmen der voranstehenden Offenbarung und der Zeichnungen sind sinnvolle Varianten und Änderungen möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Bezugszeichenliste
TEILELISTE

10: Wäschetrockner
24: Schrankgehäuse
28: Trommel
24: Trockenkammer
38: Zuluftkanal
40: elektr-Heizelement
42: Luft-Zulauf
44: Zulufttemperatur-Sensor
46: Luft-Ablauf
48: Ablufttemperatur-Sensor
52: Antriebsriemen
54: Motor
60: Gebläse
62: Abluftkanal
70: Feuchte-Sensor
80: Steuerung
L1: Netzanschlussleiter L1
L2: Netzanschlussleiter L2
N: Neutral-Leiter
104: Nulldurchgangsschaltung
106: L1-Eingang
108: Heizrelais-Eingang
110: Türkontakt
120: Zentrifugalschalter
122: Motorwicklung-Umschalter
124: Heizelement-Schalter
130: Motor-Anlasswicklung
134: Motor-Hauptwicklung
140: Heizrelais-Rückleitungseingang
150: Spannungsermittlungsschaltung
152: Heizrelais

2 phase: 2-Phasen
3 phase: 3-Phasen
time...: Zeit [s]
Volts: Spannung [v]

Centrifugal...: Zentrifugalschalter
Door: Tür
GND: Masse
Heater: Heizelement (HE)
Inlet Temp: Zulufttemperatur (ZLT)
Inlet thermistor: Zuluftthermistor
Model: Modell
Motor: Motor
Moist: Feuchte
Neutral: Neutral
Outlet Temp: Ablufttemperatur (ALT)
Outlet Thermistor: Abluftthermistor
...RTN: Rückleitung (RL)
Sensor: Sensor

L1: trigger L1-Triggersignal
time: Zeit [s]
Volts: Spannung [V]

2 phase: 2-phasig
3 phase: 3-phasig
3 phase window: 3-Phasen-Fenster
2 phase window: 2-Phasen-Fenster
time: Zeit [s]
Volts: Spannung [v]

200: Netz 50 Hz oder 60 Hz bestimmen, Zeitfenster definieren
202: L2 ermitteln, wenn Zentrifugalschalter geschlossen
204: L1 bestimmen, wenn elektrisches Heizelement einschaltet
206: Nulldurchgangssignal aus L1 erzeugen
208: L2-Scheitelwert-Signal bestimmen und entsprechenden Scheitel-Zeitpunkt registrieren
210: Zeitdifferenz bestimmen
212: Liegt Zeitdifferenz in einem ersten Zeitfenster?
214: Phasenwinkel ist 120° entsprechend 3-Phasen-Anschluss
216: Liegt Zeitdifferenz in einem zweiten Zeitfenster?
218: Phasenwinkel ist 180° entsprechend 2-Phasen-Anschluss
220: Liegt Zeitdifferenz in einem dritten Zeitfenster?
222: Phasenwinkel ist 240° entsprechend 3-Phasen-Anschluss
224: L1-L2-Information bestimmen und melden

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Phasenbeziehung zwischen den WS-Netzleitern (L1 und L2), die einen Elektromotor und ein elektrisches Heizelement in einem Wäschetrockner mit elektrischem Strom speisen, der eine von dem Elektromotor gedrehte Trockenkammer, ein Luftführungssystem, mit dem Luft der Trockenkammer zuführbar und aus ihr abführbar ist, wobei die Zuluft mittels des elektrischen Heizelements erwärmbar ist, und eine Steuerung aufweist, die mit dem Elektromotor und dem elektrischen Heizelement gekoppelt ist und sie steuert, um ein Arbeitsprogramm auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Nulldurchgängen des von der Steuerung aufgenommenen Signals L1 ein Nulldurchgang-Zeitsignal erzeugt wird; im an das elektrische Heizelement gelegten Signals L2 einen Scheitel-Zeitpunkt entsprechend einem Scheitelpunkt der Amplitude des Signals L2 ermittelt; aus dem Nulldurchgang-Zeitsignal eine Zeitdifferenz zwischen dem Scheitel-Zeitpunkt und einem Nulldurchgang ermittelt; und durch Abstimmen der Zeitdifferenz mit mindestens einem eine erwartete Phasenbeziehung anzeigenden Zeitfenster die Phasenbeziehung ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erwartete Phasenbeziehung mindestens 120°, 180° oder 240° beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Breite des mindestens einen Zeitfensters von der Frequenz des elektrischen Stroms aus dem WS-Anschluss abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort des mindestens einen Zeitfensters von der Frequenz des Stroms aus dem WS-Anschluss abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zeitfenster mehrere Zeitfenster aufweist, die jeweils einer anderen erwarteten Phasenbeziehung entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Zeitfenster mindestens drei Zeitfenster entsprechend 120°, 180° und 240° sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Zeitfenster jeweils eine vorbestimmte zeitliche Breite haben.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Zeitfenster zeitlich aneinandergrenzen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte zeitliche Breite für alle Zeitfenster gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitfenster jeweils um eine entsprechende erwartete Zeitdifferenz herum zentriert liegen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erwartete Zeitdifferenz für jedes der Zeitfenster einen zeitlichen Abstand nach einer fallenden Flanke des Nulldurchgang-Zeitsignals gleich der erwarteten Phasenbeziehung in Winkelgraden, geteilt durch 360, vermindert um ein Viertel, und geteilt durch die Frequenz des elektrischen WS-Netzanschlusses beinhaltet ((erwartete Phasenbeziehung/360–0,25)/Netzfrequenz).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Phasenbeziehung weiterhin einen Vergleich mehr als einer Zeitdifferenz mit mindestens einem eine erwartete Phasenbeziehung anzeigenden Zeitfenster beinhaltet.
Verfahren zum Ermitteln einer Spannung an einem elektrischen Heizelement in einem Wäschetrockner mit einer drehbaren Trockenkammer, einem die Trockenkammer drehenden Elektromotor, einem Luftführungssystem, mit dem der Trockenkammer Luft zuführbar und aus ihr abführbar ist, wobei die Zuluft von dem elektrischen Heizelement erwärmt wird, einem WS-Netzanschluss (L1, L2 und N) zur Zufuhr von elektrischem Strom an das elektrische Heizelement und den Elektromotor und einer Steuerung, mit der der Elektromotor und das elektrische Heizelement steuerbar sind, um ein Arbeitsprogramm auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die dem elektrischen Heizelement zugeführten Spannungen L1-N und L2-N nacheinander ermittelt werden; aus den Nulldurchgängen im von der Steuerung aufgenommenen Signal L1 ein Nulldurchgang-Zeitsignal erzeugt wird; ein einem Scheitelwert in der Amplitude des an das elektrische Heizelement gelegten Signals L2 ein Scheitelwert-Zeitpunkt ermittelt wird; eine Zeitdifferenz zwischen dem Scheitelwert-Zeitpunkt und dem Nulldurchgang-Zeitsignal ermittelt wird; durch Abgleich der Zeitdifferenz mit mindestens einem eine erwartete Phasenbeziehung anzeigenden Zeitfenster eine Phasenbeziehung zwischen L1 und L2 ermittelt wird; und aus den Spannungen L1-N und L2-N und der Phasenbeziehung die Spannung L1-L2 ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erwartete Phasenbeziehung mindestens 120°. 180° oder 240° ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Breite des mindestens einen Zeitfensters von der Frequenz des WS-Netzanschlusses abhängt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort des mindestens einen Zeitfensters von der Frequenz des WS-Netzanschlusses abhängt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zeitfenster mehre Zeitfenster beinhaltet, die jeweils einer anderen erwarteten Phasenbeziehung entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitfenster mindestens drei Zeitfenster entsprechend 120°, 180° und 240° beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitfenster jeweils eine vorbestimmte zeitliche Breite aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitfenster zeitlich aneinandergrenzen.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte zeitliche Breite für alle der Zeitfenster gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitfenster jeweils um eine entsprechende erwartete Zeitdifferenz zentriert sind.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erwartete Zeitdifferenz für jedes Zeitfenster einen zeitlichen Abstand nach einer nach einer fallenden Flanke des Nulldurchgang-Zeitsignals gleich der erwarteten Phasenbeziehung in Winkelgraden, geteilt durch 360, vermindert um ein Viertel, und geteilt durch die Frequenz des elektrischen WS-Netzanschlusses beinhaltet ((erwartete Phasenbeziehung/360–0,25)/Netzanschlussfrequenz).