DE19541869C1 - Verfahren zur Ansteuerung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere Heizwiderständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere Heizwiderständen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem derartigen, aus der DE 43 09 031 A1 bekannten Ver­ fahren werden die Schaltelemente jeweils nacheinander mit ei­ ner Verzögerungszeit eingeschaltet, die in Abhängigkeit von der Einschaltdauer und der Stromamplitude aller Schaltele­ mente derart eingestellt ist, daß innerhalb der Periodendauer der Effektivwert des Gesamtstromes aller Schaltelemente minimiert wird.

Da bei dem bekannten Verfahren die Berechnung der Verzöge­ rungszeiten den Einsatz eines Personalcomputers verlangt, wird in der DE 44 37 966 C1 vorgeschlagen, die Einschaltdauer jeweils desjenigen Schaltelements, das bei seinem Einschalten die größte Stromamplitude des Gesamtstromes aller Schaltele­ mente hervorruft, schrittweise von Periode zu Periode um ei­ nen vorgegebenen Betrag zeitlich zu der nächstliegenden Ein­ schaltdauer eines anderen Schaltelements zu verschieben. Zur Realisierung dieses bekannten Verfahrens ist für jedes Schal­ telement ein Mikrocomputer mit entsprechender Software vorge­ sehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf möglichst ein­ fache Weise eine geringstmögliche Überlappung der Einschalt­ dauern der Schaltelemente zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch das in Patent­ anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Anspruch 2 enthält eine vorteilhafte Weiterbildung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens.

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, von denen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Erwärmungsvorrich­ tung,

Fig. 2 ein Beispiel für eine zu Spitzenbelastungen der Stromversorgung führende Ansteuerung der Heizwider­ stände und

Fig. 3 ein Beispiel für die erfindungsgemäße spitzenbela­ stungsfreie Ansteuerung der Heizwiderstände zeigen.

Die in Fig. 1 gezeigte Erwärmungsvorrichtung weist mehrere Heizwiderstände 1 . . . 6 auf, die einzeln über steuerbare Schaltelemente 7 . . . 12 an einer Stromversorgung 13, hier ein Dreiphasen-Wechselstromnetz, angeschlossen sind. Jedem Heiz­ widerstand 1 . . . 6 ist jeweils ein Temperaturregler 14 . . . 19 zugeordnet, der ausgangsseitig eine Steuergröße erzeugt, nach deren Maßgabe das jeweilige steuerbare Schaltelement 7 . . . 12 ein- bzw. ausgeschaltet wird. Das Ein- und Ausschalten der steuerbaren Schaltelemente 7 . . . 12 erfolgt periodisch, wobei die Steuergröße, die zwischen 0% und 100% der Vollaussteue­ rung variieren kann, das Verhältnis von Einschaltdauer zu Periodendauer bestimmt. In einer Logikschaltung 20 werden die von den Reglern 14 . . . 19 einzeln vorgegebenen Einschalt­ dauern derart auf die Periodendauer aufgeteilt, daß sie sich so wenig wie möglich überlappen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils ein einfaches Beispiel für die Ansteuerung von drei Heizwiderständen in einem Zeitraster von 1/10 der Ansteuerperiode T. Die mittlere Stromversorgung der einzelnen Heizwiderstände während der Ansteuerperiode T beträgt entsprechend der Darstellung von oben nach unten 10%, 20% und 30% der Vollaussteuerung.

Bei dem Beispiel nach Fig. 2 erfolgt die Ansteuerung der Heizwiderstände unabhängig voneinander und somit unkoordi­ niert, so daß zu Beginn der Ansteuerperiode T alle drei Heizwiderstände an die Stromversorgung geschaltet sind und eine Spitzenstrombelastung auftritt.

Fig. 3 zeigt dagegen ein Beispiel für eine hier völlig über­ lappungsfreie Ansteuerung der Heizwiderstände, wobei zu jedem Zeitpunkt nur ein Heizwiderstand an die Stromversorgung ge­ schaltet ist und dementsprechend keine Spitzenstrombelastun­ gen auftreten.

Im folgenden wird an einem Beispiel erläutert, wie eine An­ steuerung der den Heizwiderständen zugeordneten Schaltele­ mente mit geringstmöglicher Überlappung erreicht werden kann. Es sei angenommen, daß drei Heizwiderstände in Abhängigkeit von drei Steuergrößen periodisch an eine Wechselstromversor­ gung geschaltet werden, wobei die Periodendauer 20 Wechsel­ stromschwingungen und die Einschaltdauer einem ganzzahligen Vielfachen einer Wechselstromschwingung entspricht. Die Auf­ lösung der Stellgrößen, mit denen die Heizwiderstände ange­ steuert werden, beträgt somit 1/20. Für jeden Heizwiderstand wird die Periodendauer durch ein 20-stelliges Bitmuster defi­ niert, in dem die Summe aller Bitstellen mit der Wertigkeit "1" die jeweilige Einschaltzeit bezeichnet. Werden die im folgenden mit 1 . . . 3 numerierten Heizwiderstände z. B. mit 25%, 50% und 10% der Vollaussteuerung angesteuert, so er­ geben sich folgende Bitmuster:

Die Bitstellen mit der Wertigkeit "1" in den unterschied­ lichen Bitmustern werden nun in der Logikschaltung (20; vgl. Fig. 1) in der Weise sortiert, daß sich eine geringstmög­ liche Überlappung ergibt. Hierzu werden nacheinander bei je­ dem Bitmuster die Bitstellen jeweils um diejenige Stellen­ anzahl nach rechts in Richtung auf das Ende des Bitmusters verschoben, die der Summe der Bitstellen mit der Wertigkeit "1" aller vorangehenden Bitmuster entspricht. Da dem ersten Bitmuster kein anderes Bitmuster vorangeht, erfolgt dort keine Verschiebung der Bitstellen. Die Verschiebung der Bit­ stellen erfolgt in einem geschlossenen Kreis, wobei bei jedem Verschiebeschritt die letzte Bitstelle des Bitmusters an des­ sen Anfang rückt.

Damit ergeben sich folgende neue Bitmuster, deren Bitstellen mit der Wertigkeit "1" einander geringstmöglich überlappen und mit denen die den Heizwiderständen zugeordneten Schalt­ elemente angesteuert werden:

Claims (2)

1. Verfahren zum Ansteuern von elektrischen Verbrauchern, insbesondere Heizwiderständen (1 . . . 6), die über steuerbare Schaltelemente (7 . . . 12) an einer gemeinsamen Stromversor­ gung (13) angeschlossen sind, wobei jeder elektrische Ver­ braucher (1 . . . 6) nach Maßgabe einer Steuergröße über das ihm zugeordnete Schaltelement (7 . . . 12) periodisch während einer mittleren Einschaltdauer, deren Verhältnis zur Peri­ odendauer T der jeweiligen Steuergröße entspricht, mit der Stromversorgung (13) verbunden wird und wobei die Einschalt­ dauern mit einer geringstmöglichen gegenseitigen Überlappung gewählt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß für jeden anzusteuernden Verbraucher (1 . . . 6) die Perio­ dendauer T durch ein mehrstelliges Bitmuster definiert wird, in dem die Summe aller Bitstellen mit einer vorgegebenen Wer­ tigkeit, z. B. logisch Eins, die jeweilige Einschaltzeit be­ zeichnet, und
daß zunächst die Bitstellen mit der vorgegebenen Wertigkeit entweder am Anfang oder am Ende der Bitmuster angeordnet wer­ den und daß anschließend nacheinander bei jedem Bitmuster die rage der Bitstellen mit der vorgegebenen Wertigkeit um die­ jenige Stellenanzahl in Richtung zum Ende bzw. Anfang des Bitmusters verschoben wird, die der Summe der Bitstellen mit der vorgegebenen Wertigkeit aller vorangehenden Bitmuster entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stromversorgung (13) mit Wechselstrom erfolgt, wobei bei jeder Bitstelle mit der vorgegebenen Wer­ tigkeit das zugeordnete Schaltelement (7 . . . 12) für die Dauer einer Wechselstromschwingung geschlossen wird.