DE3712242A1 - Schaltung zur stromversorgung einer induktiven kochstelle - Google Patents
Schaltung zur stromversorgung einer induktiven kochstelleInfo
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Description
Bei Kochstellen mit sogenannter induktiver Heizung werden
mit einer unterhalb der Kochplatte befindlichen Induktions
spule in dem das Kochgut enthaltenden, aus ferromagnetischen
Metall bestehenden Behälter Induktionsströme erzeugt, die
den Behälter und dadurch das darin befindliche Kochgut erwärmt.
Diese Lösung hat den Vorteil, daß die bei bisherigen Her
den vorhandenen, mit Heizspiralen geheizten Kochplatten ent
fallen und der Wirkungsgrad erhöht wird.
Die Speisung der Kochplatten erfolgt z. B. von einer Strom
quelle, die einen Wechselstrom mit einer Amplitude Spit
ze/Spitze von etwa 18-45 A und einer Frequenz zwischen 25
und 40 kHz liefert. Die jeweils einer Platte zugeführte Lei
stung beträgt dabei z. B. zwischen 300 W und 3 kW.
Bei einer bekannten Stromversorgungsschaltung für eine induk
tive Kochstelle (DE-PS 34 00 671) enthält die Stromquelle
eine sogenannte Halbbrücke mit zwei in Reihe geschalteten
Leistungstransistoren, die abwechselnd mit der Arbeitsfre
quenz leitend gesteuert und gesperrt werden und an ihrem Ver
bindungspunkt die Wechselspannung für die Heizspule liefern.
An die Transistoren ist dabei eine Betriebsspannung ange
legt, die durch Gleichrichtung der Netzwechselspannung gewon
nen ist. Diese Betriebsspannung ist keine reine Gleichspan
nung, sondern eine pulsierende Gleichspannung mit einer Fre
quenz von 100 Hz. Das ist dadurch bedingt, daß für die verar
beiteten Leistungen der Aufwand für eine Siebung zu einer
echten Gleichspannung untragbar hoch wäre.
Es ist auch bekannt, eine Stromquelle zeitlich nacheinander
an zwei oder mehr Kochplatten anzuschließen, um mit einer
einzigen Stromquelle mehrere Kochplatten betreiben zu kön
nen. Es hat sich gezeigt, daß bei einer derartigen Umschal
tung hörbare Störgeräusche auftreten. Diese sind besonders
nachteilig, weil die Umschaltung zwischen den einzelnen Koch
platten relativ häufig, etwa in einem Abstand von 2-100 s
erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Stö
rungen bei der Umschaltung einer Stromquelle zwischen ver
schiedenen Kochplatten zu verringern. Diese Aufgabe wird
durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst. Vor
teilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran
sprüchen beschrieben.
Der Mikroprozessor wird von der Stromquelle mit einer Span
nung gesteuert, die eine Information über den jeweiligen
Nulldurchgang der Netzspannung beinhaltet. Außerdem enthält
der Mikroprozessor die Werte über die Anzugszeit und die Ab
fallzeit der die Umschaltung bewirkenden Relais. Mittels die
ser Informationen steuert der Mikroprozessor die zwei Koch
platten zugeordneten Relais derart, daß im Bereich des Null
durchgangs der Netzspannung zunächst die eine Kochplatte ab
geschaltet und danach die andere Kochplatte eingeschaltet
wird. Die unvermeidbare Anzugszeit und Abfallzeit des Relais
wird also durch den Mikroprozessor einkalkuliert, derart,
daß trotz dieser Zeiten und unabhängig von der jeweiligen Ar
beitsfrequenz, der Dauer der Anschaltung der einzelnen Plat
ten an die Stromquelle und der jeweils einer Platte zugeführ
ten Leistung die Umschaltung zwischen den Platten stets im
Bereich des Nulldurchgangs der Netzspannung mit einer Tole
ranz von etwa ±1-2 ms erfolgt.
Vorzugsweise ist zusätzlich die Stromquelle im Umgebungsbe
reich des Nulldurchgangs der Netzspannung abgeschaltet, da
mit die Relaiskontakte immer im stromlosen Zustand geschal
tet werden.
Durch die Umschaltung der Kochplatten im Umgebungsbereich
des Nulldurchgangs der Netzspannung werden die an sich auf
tretenden hörbaren Störungen vermieden. Ein Vorteil besteht
darin, daß das Netz während der hohen Amplituden, also in
der Mitte zwischen zwei Nullstellen, praktisch nicht bela
stet ist und somit keine nennenswerten Störungen durch die
Umschaltung auf das Netz gelangen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläu
tert. Darin zeigt
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen
Umschaltung,
Fig. 2 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der
Schaltung nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung einer für die
Umschaltung bestehenden Vorschrift und
Fig. 4 eine Umschaltung gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung.
In Fig. 1 sind zwei Kochplatten P 1, P 2 über zwei Relais A
und B an den Ausgang der Stromquelle G angeschlossen. Diese
liefert an die Kochplatten P 1 und P 2 einen Wechselstrom mit
einer Amplitude Spitze/Spitze von 20-40 A, einer Frequenz
von 20-40 kHz und einer Leistung von 300 W-3 kW. An die
Stromquelle G ist die Betriebsspannung Ua angelegt, die eine
aus der Netzspannung gewonnene pulsierende Gleichspannung
mit 100 Hz ist. Der Mikroprozessor M steuert die Relais A
und B sowie die Stromquelle G und wird außerdem von der
Stromquelle G mit der Spannung Uo versorgt, die eine Informa
tion über den jeweiligen Nulldurchgang der Spannung Ua be
inhaltet.
Anhand der Fig. 2 wird die Umschaltung zwischen den Kochplat
ten P 1 und P 2 beschrieben. Bei t 0 ist durch die Spannung Ua
das Relais A angezogen und die Kochplatte P 1 an die Strom
quelle G angeschlossen. Das Relais B ist durch die Spannung
UB nicht angezogen, so daß die Kochplatte P 2 nicht an die
Stromquelle G angeschlossen ist. Bei t 1 wird die Spannung UA
abgeschaltet. Das Relais A fällt jedoch aufgrund der Abfall
zeit noch nicht ab. Bei t 2 erscheint die Spannung UB vom Mi
kroprozessor M, wobei jedoch wegen der Anzugszeit des Relais
B zunächst keine Umschaltung erfolgt. Bei t 3 wird durch die
Spannung Us die Stromquelle G vom Prozessor M abgeschaltet.
Der in die Platte P 1 hineinfließende Strom wird also unter
brochen. Bei t 4 erfolgt nach Ablauf der Abfallzeit t 1-t 4
des Relais A die Abschaltung der Kochplatte P 1 durch Öffnen
der Kontakte des Relais A. t 4 liegt innerhalb des Umgebungs
bereiches T der Nullstelle bei t 5 in der Spannung Ua. Bei t 6
spricht nach Ablauf der Anzugszeit von t 2-t 6 das Relais B
an. Dessen Kontakt wird geschlossen und somit die Platte P 2
an die Stromquelle G angeschaltet. Bei t 7 wird durch die
Stellgröße Us die Stromquelle G wieder eingeschaltet, so daß
jetzt die Platte P 2 gespeist wird. Es wird also sicherge
stellt, daß die Umschaltung der Stromquelle G zwischen den
Platten P 1 und P 2 immer im Umgebungsbereich T von etwa ±1-2
ms der Nullstelle bei t 5 und außerdem bei abgeschalteter
Stromquelle G erfolgt.
Anhand der Fig. 3 wird eine Vorschrift erläutert. Un ist die
Netzspannung. Bis t 8 ist in der Kochstelle keine Platte an
das Netz angeschlossen, die dem Netz entnommene Leistung N =
0. Von t 8-t 9 ist eine Platte an das Netz angeschlossen,
so daß die dem Netz entnommene Leistung N = NP ist. Von t 9-
t 10 ist wiederum die Kochplatte abgeschaltet und N = 0. Es
besteht jetzt die Vorschrift, daß die Periode dieses Umschalt
zyklus Tu von t 8-t 10 einen bestimmten Mindestwert hat,
der von der Leistung NP abhängig ist. Einige Werte sind in
Fig. 3 dargestellt. Diese Vorschrift besteht, um Störungen
anderer Verbraucher wie insbesondere von Leuchtkörpern in
der Nähe der Kochstelle zu vermeiden.
Fig. 4 zeigt eine Lösung für die Umschaltung, bei der auch
bei größeren Leistungen bis 3 kW geringere Werte für Tu ge
wählt werden können, als sie an sich durch die Vorschrift ge
mäß Fig. 3 gegeben sind. Ab t 11 wird die Platte P 1 mit der
Leistung NP 1 von 3 kW gespeist. Bei t 12 wird die Platte P 1
abgeschaltet und statt dessen die Platte P 2 mit einer Lei
stungsaufnahme von NP 2 = 1 kW angeschaltet. Von t 13-t 14
ist die Platte P 2 abgeschaltet. Diese vorübergehende Abschal
tung dient zur Steuerung der von der Platte P 2 aufgenommenen
mittleren Leistung. Bei t 15 wird wieder auf die Platte P 1
umgeschaltet. t 15 entspricht also t 11 und Tu von Fig. 3 der
Zeit von t 11-t 15. Wenn bei t 12 die Platte P 1 ganz abge
schaltet würde, also auf N = 0, wäre gemäß der Vorschrift
von Fig. 3 eine Periode Tu von 80 s erforderlich. Da gemäß
Fig. 4 aber nur eine Umschaltung von NP 1 auf NP 2 erfolgt,
die Differenz in der Leistung also nur 2 kW beträgt, gilt
für den Mindestwert von Tu gemäß Fig. 3 der Wert von 20 s.
Trotz der hohen Leistungsaufnahme der Platte P 1 von NP 1 = 3
kW kann also die relativ geringe Periode Tu von 20 s gewählt
werden. Darüber hinaus kann für die Dauer der Speisung der
Platte P 2 von t 12-t 15 der relativ geringe Wert von 2 s ge
wählt werden, weil dort die Differenz in der der Platte P 2
zugeführten Leistung nur 1 kW beträgt. Durch die Umschaltung
gemäß Fig. 4 kann also mit der Maximalleistung von 3 kW und
der relativ geringen Periode Tu von 20 s gearbeitet werden.
Eine geringere Periode der Anschaltung hat den Vorteil, daß
bei gegebener Wärmeträgkeit des Topfes ein geringerer Tempe
raturabfall zwischen zwei Heizvorgängen und somit eine zeit
lich gleichmäßigere Erwärmung erzielt werden kann.
Die Erfindung wurde für die Umschaltung zwischen zwei Plat
ten P 1, P 2 beschrieben. Die Umschaltung gemäß Fig. 1, 2 ist
auch für eine größere Zahl von Platten anwendbar, wenn z. B.
die Stromquelle G zeitlich nacheinander auf vier verschiede
ne Platten geschaltet wird.
Bei einem praktisch erprobten Ausführungsbeispiel lagen fol
gende Werte vor.
Mikroprozessor M: Typ 6805 Motorola.
Relais A, B: Typ ON-SH 112 DM Original Electric Manufacturing Co, Ltd.
Anzugszeit von t 2-t 6: 5 ms.
Abfallzeit von t 1-t 4: 10-15 ms.
Relais A, B: Typ ON-SH 112 DM Original Electric Manufacturing Co, Ltd.
Anzugszeit von t 2-t 6: 5 ms.
Abfallzeit von t 1-t 4: 10-15 ms.
Claims (6)
1. Schaltung zur Stromversorgung einer induktiven Kochstel
le mit zwei nacheinander an eine von einer Netzspannung
(Ua) gespeiste Stromquelle (G) anschließbaren Kochplat
ten (P 1, P 2), dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Kochplatten (P 1, P 2) über je ein Relais (A, B) an die
Stromquelle (G) angeschlossen und die Relais (A, B)
durch einen Mikroprozessor (M) jeweils entsprechend der
Anstiegs- und Abfallzeit der Relais (A, B) vor dem Null
durchgang (t 5) der Netzspannung (Ua) so gesteuert sind,
daß das Öffnen (t 4) eines Relais (A) und das Schließen
(t 6) des anderen Relais (B) jeweils nacheinander im Um
gebungsbereich (T) des Nulldurchgangs (t 5) der Netzspan
nung (Ua) erfolgen.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Umgebungsbereich (T) etwa ±1-2 ms zum Nulldurch
gang (t 5) beträgt.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Platten (P 1, P 2) abwechselnd ohne zeitliche
Unterbrechung der Einspeisung beim Übergang von einer
Platte (P 1) zur anderen Platte (P 2) mit unterschiedli
chen Leistungen (NP 1, NP 2) gespeist werden (Fig. 4).
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
jeweils die Speisung einer Platte (P 2) in sich Unterbre
chungen (t 13-t 14) aufweist (Fig. 4).
5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Umschaltung zwischen den Platten (P 1, P 2) vom Mikro
prozessor (M) in derart zeitlichen Abständen er
folgt, daß der zur Vermeidung von Störungen anderer
elektrischer Verbraucher vorgeschriebene, von der Lei
stung (NP) abhängige Mindestwert der Periode (Tu) des
Umschaltzyklus (t 11-t 15) eingehalten wird.
6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stromquelle (G) während des Umgebungsbereiches (T)
durch den Mikroprozessor (M) abgeschaltet ist.
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