DE19748134A1 - Verfahren und Anordnung zur Verteilung einer begrenzten elektrischen Gesamtleistung auf mindestens zwei Verbraucher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verteilung einer begrenzten elektrischen Gesamtleistung auf mindestens zwei Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Anordnung zur Durch­ führung des Verfahrens.

Die Situation, daß eine begrenzte elektrische Gesamtleistung auf zwei oder mehrere Verbraucher mit zeitlich variierendem Leistungsbedarf verteilt werden muß, tritt beispielsweise bei einem Bügeleisen mit externem Dampferzeuger auf, wobei der erste Verbraucher der Heizkörper im Bügeleisen ist und der zweite Verbraucher der Heizkörper im externen Dampfer­ zeuger ist, dessen Dampf dem Bügeleisen über eine Schlauchleitung zuführt wird. Der Zwang zur Begrenzung der Gesamtleistung ergibt sich dabei beispielsweise aus der ma­ ximalen Belastbarkeit der Spannungsquelle, aus der das Bü­ geleisen gespeist wird, zum Beispiel dem Anschlußwert ans öffentliche Versorgungsnetz. Die Leistungsanforderungen des das Bügeleisen aufheizenden Heizkörpers und des dampfer­ zeugenden Heizkörpers sind stark vom augenblicklichen Be­ triebszustand des Bügeleisens abhängig und pendeln in star­ kem Maße zwischen den beiden Heizkörpern hin und her. Bei­ spielsweise kann in einer Betriebssituation der Leistungsbe­ darf des Heizkörpers im Bügeleisen 20% und der Leistungsbe­ darf des Heizkörpers im Dampferzeugers 80% der verfügbaren Gesamtleistung betragen, während in einer anderen Betriebs­ situation dieses Zahlenverhältnis umgekehrt ist.

Um eine optimale und schnell variierende Verteilung der Ge­ samtleistung zu erreichen, werden beide Verbraucher (Heizkörper) in Reihe mit einem elektronischen Schaltglied (Leistungsschaltglied), zum Beispiel einem Triac, geschal­ tet, und diese beiden Schaltglieder werden von einem Steuer­ glied im Sinne einer optimalen Leistungsverteilung derart in relativ schneller Folge ein- und ausgeschaltet (zweipunktgesteuert), daß in jedem Augenblick höchstens ein Schaltglied stromdurchlässig geschaltet ist.

Bei bestimmten Anwendungsfällen, zum Beispiel dem oben ge­ nannten Fall eines Bügeleisens, befinden sich die genannten elektronischen Schaltglieder in einer heißen Umgebung, so daß Probleme bei der Abführung der nicht unerheblichen Ver­ lustleistung eines stromdurchlässig geschalteten elektroni­ schen Schaltgliedes auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der oben genannten Art das Problem der schwerabführbaren Verlustleistung der elektronischen Schalt­ glieder zu beheben. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfin­ dung ist im Unteranspruch 2 genannt.

Zur Lösung des zweiten Teils der Aufgabe wird eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 3 genannten Merkmale hat.

Weitere Ausgestaltungen der Anordnung gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen 4 und 5 genannt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß während des überwie­ genden Teils eines Zeitintervalles, in welchem einer der mindestens zwei Verbraucher stromführend ist, die Erzeugung von Verlustwärme an dem zugehörigen elektronischen Schalt­ glied verhindert wird. Gemäß der Erfindung ist das elektro­ nische Schaltglied nur am Anfang und am Ende des Zeitinter­ valls stromführend, während in der übrigen Zeit des Zeitin­ tervalls das elektronische Schaltglied durch das mechanische Schaltglied kurzgeschlossen ist. Bei dem mechanischen Schaltglied handelt es sich vorzugsweise um einen Relaiskon­ takt, wobei das Relais von dem Steuerglied entsprechend ge­ steuert wird. Bei zwei Verbrauchern können entweder zwei Re­ lais mit je einem Arbeitskontakt (Schließer) verwendet wer­ den oder nur ein Relais mit einem Wechselkontakt, der abwechselnd das eine oder das andere elektronische Schalt­ glied kurzschließt.

Die ausschließliche Verwendung von Relais unter Verzicht auf elektronische Schaltglieder kommt nicht in Betracht, weil die Betätigung der Relaiskontakte kurzfristig zu einer vollständigen Unterbrechung der Leistungsaufnahme durch die zwei oder mehreren Verbraucher führen würde und dies zu Spannungsschwankungen im speisenden Netz führen würde, die bei den vom Steuerglied diktierten relativ hohen Schaltfre­ quenzen die zulässigen Werte bestehender Flickernormen über­ schreiten würden.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 bis 5 Zeitdiagramme über den Betriebszustand der elektronischen und mechanischen Schaltglieder.

Die in Fig. 1 gezeigte Prinzipschaltung mit zwei Verbrau­ chern kann die eines Bügeleisens mit externem Dampferzeuger sein. Der Heizkörper 1a dient dabei der Aufheizung des Bü­ geleisens und der Heizkörper 1b der Erzeugung von Dampf im Dampferzeuger. Beide Heizkörper sind über je ein Triac 2a, 2b an eine Wechselspannung L, N angeschlossen. Parallel zu jedem Triac liegt ein Relaiskontakt a beziehungsweise b, der zu dem Relais A beziehungsweise B gehört. Die Triacs und die Relais werden von einem im Steuerglied 5 enthaltenen Mikro­ prozessor gesteuert. Diese Steuerung erfolgt in erster Linie in Abhängigkeit von Temperaturmeßgliedern, welche die Tempe­ ratur der Sohle des Bügeleisens und die Temperatur im Dampf­ erzeuger messen.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen als Funktion der Zeit die Vertei­ lung der einzelnen Ströme über die beiden Triacs und die beiden Relaiskontakte bei einer angenommen Verteilung der Leistung im Verhältnis 60/40 auf die beiden Heizkörper 1a und 1b.

Fig. 2 zeigt den Strom i_2a, der nur zu Beginn und am Ende des zugehörigen Zeitintervalls T_a, in welchem der Heizkörper 1a stromführend ist, durch den Triac 1a fließt. Fig. 3 zeigt, wie der Strom während des überwiegenden Teils des Zeitintervalls T_a über den Relaiskontakt a fließt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen die entsprechenden Verhältnisse während des Zeitintervalls T_b, in welchem der Heizkörper 1b stromführend ist.

Da der Übergangswiderstand eines Relaiskontaktes bedeutend kleiner als der eines stromdurchlässig geschalteten elektro­ nischen Schaltgliedes ist, ist das Problem der Abführung der Verlustwärme der elektronischen Schaltglieder praktisch be­ hoben.

Im Falle der Verwendung eines Relais mit einem Wechselkon­ takt ist stets einer der beiden Verbraucher stromführend. Bei Verwendung getrennter Relais mit je einem Arbeitskontakt kann die Steuerung auch so erfolgen, daß in bestimmten Zei­ tintervallen keiner der beiden oder mehreren Verbraucher stromführend ist.

Grundsätzlich können die elektronisches Schaltglieder, zum Beispiel bei Verwendung von Unipolartransistoren, auch pha­ senanschnittsgesteuert werden. Praktische Bedeutung kommt dem jedoch nicht zu, da dies den Aufwand vergrößern würde und eine "Schwingungspaket"-Steuerung bereits eine ausrei­ chend feine Dosierung der Leistungsverteilung ermöglicht.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verteilung einer begrenzten elektrischen Gesamtleistung auf mindestens zwei Verbraucher (1a, 1b), beispielsweise auf die beiden Heizkörper eines Bügeleisens mit externer Dampferzeugung, wobei jeder Verbraucher über ein elektronisches Schaltglied (2a, 2b) aus einer gemeinsamen Spannungsquelle (L, N) gespeist wird und die elektronischen Schaltglieder von einem Steuerglied (5) in schneller Folge derart ein- und ausgeschaltet werden (Zweipunktsteuerung), daß die Mittelwerte der über die mindestens zwei Verbraucher fließenden Ströme in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, dadurch gekennzeichnet, daß während jedes Zeitintervalls (Ta, Tb), in welchem ein Ver­ braucher (1a, 2a) zur Spannungsquelle (L, N) durchgeschaltet ist, diese Durchschaltung nur zu Beginn und am Ende des Zei­ tintervalls (Ta, Tb) über das elektronische Schaltglied (2a, 2b) erfolgt und während der restlichen Zeit des Zeitin­ tervalls (Ta, Tb) über ein mechanisches Schaltglied (a, b) er­ folgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in jedem Augenblick einer der minde­ stens zwei Verbraucher (2a, 2b) an die speisende Span­ nungsquelle (L, N) durchgeschaltet ist.

3. Anordnung zur Verteilung einer begrenzten elektrischen Gesamtleistung auf mindestens zwei Verbraucher (1a, 1b), beispielsweise auf die beiden Heizkörper eines Bügeleisens mit externer Dampferzeugung, wobei jeder Verbraucher über ein elektronisches Schaltglied (2a, 2b) an eine gemeinsame Spannungsquelle (L, N) angeschlossen ist und die elektroni­ schen Schaltglieder von einem Steuerglied (5) in schneller Folge derart ein- und ausgeschaltet werden können (Zweipunktsteuerung), daß die Mittelwerte der über die min­ destens zwei Verbraucher fließenden Ströme in einem be­ stimmten Verhältnis zueinander stehen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß parallel zu den elektronischen Schaltgliedern (2a, 2b) mechanische Schaltglieder (a, b) lie­ gen und daß die genannten elektronischen und mechanischen Schaltglieder derart steuerbar sind, daß während jedes Zei­ tintervalls (Ta, Tb), in welchem ein Verbraucher (1a, 2a) zur Spannungsquelle (L, N) durchgeschaltet ist, diese Durchschal­ tung nur zu Beginn und am Ende des Zeitintervalls (Ta, Tb) über das elektronische Schaltglied (2a, 2b) erfolgt und wäh­ rend der restlichen Zeit des Zeitintervalls (Ta, Tb) über das mechanische Schaltglied (a, b) erfolgt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektronischen Schaltglieder (2a, 2b) Triacs sind.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mechanischen Schaltglieder (a, b) Relaiskontakte sind.