DE102019123962A1 - Method for operating an electrical heater - Google Patents

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Inventor
Arnold Wohlfeil
Stefan Roth
Antje Winkler
Andreas Klasen
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Vaillant GmbH
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Vaillant GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/26—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/50—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Heizgerätes mit einem Leistungsteil, wobei das Leistungsteil einphasig betreibbar ist und wobei das Heizgerät mit einem mehrphasigen Stromversorgungsnetz verbindbar ist. Erfindungsgemäß werden zunächst die Spannungen der Phasen des mehrphasigen Stromversorgungsnetzes gemessen und danach das Leistungsteil mit einer Phase verbunden wird, für die eine überdurchschnittlich hohe Spannung, bevorzugt die höchste Spannung gemessen wurde.The invention relates to a method for operating an electrical heater with a power section, wherein the power section can be operated in one phase and wherein the heater can be connected to a multi-phase power supply network. According to the invention, the voltages of the phases of the multiphase power supply network are first measured and then the power section is connected to a phase for which an above-average voltage, preferably the highest voltage, was measured.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Heizgerätes.The invention relates to a method for operating an electrical heater.

Viele elektrische Heizgeräte wie elektrische Widerstandsheizer oder Wärmepumpen werden an das elektrische Netz ohne Stecker angeschlossen. Benötigen diese Geräte nur eine Phase, haben jedoch eine vergleichsweise große Leistung, kann es in Verbindung mit ähnlichen Geräten zu einer asymmetrischen Belastung des Stromnetzes führen. Zur Zeit verlangen die ersten Netzbetreiber Maßnahmen, um die Asymmetrie in ihren Netzen durch Geräte nicht weiter zu verschärfen.Many electrical heating devices such as electrical resistance heaters or heat pumps are connected to the electrical network without a plug. If these devices only need one phase, but have a comparatively high output, in connection with similar devices this can lead to an asymmetrical load on the power grid. The first network operators are currently demanding measures to prevent devices from exacerbating the asymmetry in their networks.

Daher sind Installateure angehalten, die elektrischen Lasten gleichmäßig auf die Phasen zu verteilen. Die manuelle Verteilung der Lasten erfolgt statisch. Das heißt, die Anschlusssituation kann nicht flexibel geändert werden. Dabei wird die elektrische Last eines Anschlusses (Gebäudes) berücksichtigt. Die Belastung des elektrischen Netzes ist jedoch ein Problem, das durch die Summe der Einzelbelastungen auftritt. Dies kann nicht von dem Installateur an einem Anschluss berücksichtigt werden.Installers are therefore advised to distribute the electrical loads evenly over the phases. The manual distribution of the loads is static. This means that the connection situation cannot be changed flexibly. The electrical load of a connection (building) is taken into account. However, the load on the electrical network is a problem that arises as a result of the sum of the individual loads. This cannot be taken into account by the installer at a connection.

Für größere Leistungen wird je nach Anschlussbedingungen der Netzbetreiber ein dreiphasiger Anschluss verlangt. Elektrische Geräte, die die Phasen gleichmäßig auslasten, sind aufwendiger und entsprechend komplizierter und teurer. Zusätzlich werden andere Effekte, z.B. Oberwellen im Netz erzeugt.Depending on the connection conditions, the network operator may request a three-phase connection for higher outputs. Electrical devices that evenly load the phases are more complex and correspondingly more complicated and expensive. In addition, other effects, e.g. harmonics, are generated in the network.

In einem mehrphasigen System ist die Spannung einer Phase gegenüber dem Bezugspotential abhängig von der Last. Ist also die Spannung am höchsten, ist die Last auf dieser Phase am geringsten.In a multi-phase system, the voltage of a phase with respect to the reference potential depends on the load. So if the voltage is highest, the load on this phase is the lowest.

Es wird vorgeschlagen, das entsprechende Gerät an alle drei Phasen anzuschließen. Hierbei wird die Regeleinheit, die normalerweise vergleichsweise wenig Leistung benötigt, von einer beliebigen Phase gespeist.It is suggested that the appropriate device be connected to all three phases. The control unit, which normally requires comparatively little power, is fed by any phase.

In dem Gerät wird die Spannung jeder Phase gemessen und von der Regeleinheit ausgewertet. Wird Leistung abgerufen (z.B. bei einer Wärmepumpe der Kompressor), wird die Phase, die zu diesem Zeitpunkt die höchste Spannung hat, mit Hilfe eines Relais geschaltet. Dadurch wird sichergestellt, dass die am wenigsten belastete Phase verwendet wird und somit das Stromnetz symmetrischer belastet wird.The voltage of each phase is measured in the device and evaluated by the control unit. If power is called up (e.g. the compressor in a heat pump), the phase that has the highest voltage at this point in time is switched with the aid of a relay. This ensures that the phase with the least load is used and that the load on the power grid is more symmetrical.

Die Elektronik, die für das hier vorgeschlagene Verfahren benötigt wird, ist deutlich einfacher zu realisieren als eine gleichmäßige Belastung der drei Phasen im Gerät selbst. Hierfür wird in der Regel ein Zwischenkreis benötigt, der nicht nur aus teurer Leistungselektronik besteht, sondern auch den Wirkungsgrad des Gerätes senkt.The electronics that are required for the method proposed here are much easier to implement than an even load on the three phases in the device itself. This usually requires an intermediate circuit that not only consists of expensive power electronics, but also the efficiency of the Device lowers.

Die Erfindung wird nun anhand der Figur erläutert.

  • 1 zeigt eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Regler ist mittels mehreren Spannungsmessgeräten V die Spannung der Phasen L1, L2, L3. und verbindet das Leistungsteil mittels einer der Relais mit einer der Phasen L1, L2, L3, die zum Zeitpunkt der Messung die höchste Spannung hat. Das Leistungsteil ist hierbei zum Beispiel der elektrische Verbraucher des Heizgeräts. Dies kann im Fall einer elektrischen Widerstandsheizung der Heizwiderstand sein oder im Fall einer Wärmepumpe der Kompressor sein.
The invention will now be explained with reference to the figure.
  • 1 shows an apparatus for carrying out the method according to the invention. A regulator is the voltage of the phases by means of several voltage measuring devices V. L1 , L2 , L3 . and connects the power unit to one of the phases by means of one of the relays L1 , L2 , L3 that has the highest voltage at the time of measurement. The power unit is, for example, the electrical consumer of the heater. In the case of electrical resistance heating, this can be the heating resistor or, in the case of a heat pump, the compressor.

Claims (5)

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Heizgerätes mit einem Leistungsteil, wobei das Leistungsteil einphasig betreibbar ist und wobei das Heizgerät mit einem mehrphasigen Stromversorgungsnetz verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Spannungen der Phasen des mehrphasigen Stromversorgungsnetzes gemessen werden und danach das Leistungsteil mit einer Phase verbunden wird, für die eine überdurchschnittlich hohe Spannung, bevorzugt die höchste Spannung gemessen wurde.Method for operating an electrical heater with a power section, wherein the power section can be operated in single phase and wherein the heater can be connected to a multiphase power supply network, characterized in that the voltages of the phases of the multiphase power supply network are first measured and then the power section is connected to a phase for which an above-average voltage, preferably the highest voltage, was measured. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen der Spannungen vor dem erstmaligen Einschalten des Leistungsteils oder nach einer Betriebsunterbrechung erfolgt.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the voltages are measured before the power unit is switched on for the first time or after an interruption in operation. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen der Spannungen kontinuierlich oder periodisch während des Betriebes erfolgt und dass das Leistungsteil mit der Phase verbunden wird, die eine um einen bestimmten Schwellenwert höhere Spannung aufweist als die Phase, mit der das Leistungsteil momentan verbunden ist.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the voltages are measured continuously or periodically during operation and that the power section is connected to the phase that has a voltage that is higher by a certain threshold value than the phase to which the power section is currently connected. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert 20 %, bevorzugt 10 % ist.Procedure according to Claim 3 , characterized in that the threshold value is 20%, preferably 10%. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert dynamisch so angepasst wird, dass ein periodisches hin und her schalten zwischen zwei Phasen vermieden wird.Procedure according to Claim 3 or 4th , characterized in that the threshold value is adjusted dynamically so that a periodic switching back and forth between two phases is avoided.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011078047A1 (en) * 2011-06-24 2012-12-27 Siemens Aktiengesellschaft Device for controlling the loading of the phases of a three-phase power network

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011078047A1 (en) * 2011-06-24 2012-12-27 Siemens Aktiengesellschaft Device for controlling the loading of the phases of a three-phase power network

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