EP0442139A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Leistung mindestens eines Verbrauchers - Google Patents

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EP0442139A2
EP0442139A2 EP90125370A EP90125370A EP0442139A2 EP 0442139 A2 EP0442139 A2 EP 0442139A2 EP 90125370 A EP90125370 A EP 90125370A EP 90125370 A EP90125370 A EP 90125370A EP 0442139 A2 EP0442139 A2 EP 0442139A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power
consumer
consumers
switching
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP90125370A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0442139A3 (en
Inventor
Georg Von Blanquet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gaggenau Werke Haus und Lufttechnik GmbH
Original Assignee
Gaggenau Werke Haus und Lufttechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gaggenau Werke Haus und Lufttechnik GmbH filed Critical Gaggenau Werke Haus und Lufttechnik GmbH
Publication of EP0442139A2 publication Critical patent/EP0442139A2/de
Publication of EP0442139A3 publication Critical patent/EP0442139A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/0033Heating devices using lamps
    • H05B3/009Heating devices using lamps heating devices not specially adapted for a particular application

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling the power of at least one ohmic consumer, such as a heating field of a cooking device or the like.
  • the power can be controlled in that the power supplied is interrupted for a considerable time, in particular in the range of several seconds, either thermostatically controlled or by a timer.
  • GB-A-2132060 therefore provides for switching several infrared lamps in series and / or in parallel in order to achieve several switching stages.
  • EP-A-188 886 sees the combination of series and / or parallel connections in order to achieve a larger width more cost-effectively, in particular towards low power values several radiators together with a symmetrical vibration package control in the form of a third or a two-third cycle.
  • a disadvantage of this method is that in order to achieve relatively low power consumption (and output) from a heating field, several individual radiators must be provided, which are correspondingly more expensive, and that with the proposal of the publication only a minimal output power (apart from the complete deactivation) of 15 % of the usual total output can be achieved, which is relatively high.
  • the invention has for its object to provide a power control method for ohmic consumers, which avoids the aforementioned disadvantages.
  • the above-mentioned object is achieved in a method for controlling the power of an ohmic consumer in power ranges that are small compared to its maximum power in that symmetrical oscillation packet controls with pause times that are below the times, within which like-minded processes as one, in power ranges that are small compared to the maximum power of the consumer Changes are considered, such as in particular third or fifth cycles, combined with switch-off times that are longer than switching times that cause flickering.
  • the switch-off times relate to the average power (on average) for the mentioned clock cycles of the vibration package controls.
  • ohmic consumers means that the consumer has no or negligible capacitive and inductive impedance components; however, it can have a non-linear resistance characteristic.
  • the invention thus ensures that flickering does not occur by switching times above that of the European one Part 3 (DIN VDE 838, Part 3) given "waiting time" (according to this standard; there in particular Figure 4b).
  • a preferred embodiment provides for a combination of symmetrical vibration packet controls with pause times that are below the times within which like-minded processes are regarded as a change, such as one-third or fifth intervals, with additional switch-off times that also lie in times within which same-minded operations are seen as a change, in medium and higher power ranges below the maximum power of the consumer.
  • short switch-off times are within time ranges in which two changes in the same direction (in the sense of point 4 of the standard mentioned) are regarded as a single change, or it is achieved by the vibration packet control that the relative ones to be taken into account with regard to the switch-off times Voltage changes come to lie in areas in which the flicker curve of the standard is no longer defined (relative voltage change below 0.3% in Figure 4 a, b of the standard).
  • a DC-free half-wave control is also preferably provided in higher power ranges.
  • the invention provides a method which allows the power control of a single consumer with a high maximum output, such as a hob with a consumer, such as a radiant heater, etc., to low relative outputs of significantly less than 10% of the total output. This makes it possible to train hobs by one or fewer individual consumers than was previously the case.
  • a radiator with a large maximum output is much cheaper than several smaller radiators, the total output of which (in parallel) corresponds to that of the larger individual radiator.
  • the method according to the invention enables inexpensive control electronics.
  • a preferred embodiment is characterized in each case by a power section in the form of a triac for an electrical consumer, the triac being controlled by an electronic control section via an optocoupler.
  • the optocoupler ensures electrical isolation between the power electronics and control electronics.
  • the diagram in FIG. 1 shows switchable power levels of a hob with a total electrical power of approximately 1800 watts, which is supplied by alternating current at a frequency of 50 Hertz.
  • stage 9 with a full power of 100%, the AC voltage is permanently applied, so that it gives the continuous sine curve of the AC current as a waveform.
  • FIG. 2 shows the waiting time according to the European standard EN 60 555 part 3 (according to DIN VDE 838, part 3), which must be observed at least between two relative switching voltage changes in order to avoid the so-called flicker effect. Areas below the curve are permissible areas, while areas above the curve are prohibited because they can cause the flicker effect.
  • Stage 8 with 66% is achieved by means of a two-third clocking, in which a half-wave is faded out from three half-waves, by virtue of the fact that three half-waves each leave a full wave with positive and negative half-waves, a DC component is avoided.
  • a level with 50% performance is not shown, since it is not necessary for the other grading of the hob used. In principle, however, it could be obtained by full wave control, in which a full wave is alternately hidden and the subsequent full wave is let through.
  • Level 7 with 40% power is achieved by 1/3 timing with the suppression of another half-wave of the following full wave. There are pause times of 10 and 20 msec, which are within the time up to which two changes in the same direction are regarded as a single change. This power level could also be achieved by a 3/5 half-wave control, in which a full wave is passed through in succession and three half-waves are masked out.
  • Level 6 with 33% is achieved by a one-third clocking, in which only one half-wave is passed through from three half-waves. These controls also ensure that they are free of direct current, as can be seen from FIG. 1.
  • Stage 5 with 25% power is achieved according to the invention by one-third clocking with additional suppression of a solid wave. After two one-third clocking full periods (six half-periods of the AC voltage), one full period of the AC voltage is faded out. DC freedom is ensured. The blanking time of an additional full period of the output frequency results in switching distances, which are in time ranges within which shifting operations in the same direction are regarded as a single change.
  • Level 4 with an output of 17% is obtained by means of a 1/5 cycle combined with additional switch-off times.
  • the fade-out times of half-waves of the AC voltage caused by the 1/5 clocking themselves are in the times within which changes are considered as individual, while the additional switch-off leads to a switch-off time of 80 msec, which is above the flicker curve of the standard EN 60 555 :
  • the flicker curve is defined up to a relative voltage change of 0.3%, at which the "waiting times" should be over 60 msec, which corresponds to the above. Value is easily met. Moreover, the limit "waiting time” of 60 msec also gives practically the time within which two changes in the same direction are perceived as one, while the value specified in the standard is actually too short.
  • stage 3 with a power of 10%, three full periods of one-third clocking are combined with a subsequent switch-off of 220 ms.
  • the one-third cycle requires an output power of 600 W (1/3 of the maximum power). This corresponds to a current of 2.6 A and thus a voltage change of absolutely 1.04 volts or relatively 0.45% due to the internal resistance of the network of 0.4 ohms, which is shown in curve 4 b of the EN 60 555 part 3 results in a waiting time of 110-120 msec. The actual waiting time is longer than this, so that the norm is observed.
  • stage 2 with an output of approx.6.6%, two one-third cycle full periods are combined with an additional 240 ms switch-off time. Since the output power is the same as before, flicker problems are also excluded here.
  • Stage 1 with 3% power corresponding to 54 W or 100 W for a halogen radiator with usually approx. 3300 W (maximum power) assumes a 1/5 cycle and combines this with a switch-off time of 600 msec, which, like is easy to see, is outside of any flicker problem and moreover is below the times from the switching operations on the radiator by its red connection. Decolorization can be seen when heating or cooling, so that such an adverse impression is avoided. Level 0 denotes the complete switch-off of the hob.
  • FIG. 1 designates a power unit in the form of a triac for switching the supply 2 of a connected load 3, such as a hob.
  • the power section 1 is controlled by a control section 4 via optocouplers 6.
  • the control part 4 has a plurality of corresponding outputs to corresponding optocouplers for different power units, so that the control part 4 can be used to control several consumers, such as hobs.
  • the control part 4 receives the information about the desired switching level for the respective hob from switches (not shown), such as BCD switches.
  • the switching patterns of the respective power levels can be stored as a bit pattern in a permanent memory such as a ROM, PROM or the like.
  • a permanent memory such as a ROM, PROM or the like.
  • shift registers by means of which it is achieved that at least when at least two hotplates of a stove are in the same Power stage are operated, the respective (on and off) switching operations carried out by the circuit pattern (bit pattern) are shifted from one another by predetermined delay times (FIG. 5), for example by 10 msec (corresponding to 100 Hz), ie by the time of a half-wave of the mains voltage 4, or multiples thereof.
  • the shift register for the hotplate F1 receives the control bit pattern corresponding to the desired power level 5 and gives this without delay to the associated triac 1.1. continue.
  • the shift register for hotplate F2 receives the same bit pattern, but gives this to the associated triac 1.2 with a delay of 10 msec.
  • the power applied to the hotplate F 2 corresponds to that of the hotplate F 1, but is just shifted by a half-wave (and thus inverted with respect to the times), as can be seen on the right in FIG. 4.
  • Your performance may also be delayed by another 10 msec. Insofar as switching operations of different power levels take place simultaneously at certain times, these are permissible according to the standard, since they do not systematically coincide regularly or this happens only from time to time.
  • the shift registers of different radiators always and always carry out a different delay of the circuits from radiator to radiator.
  • a monitoring device can also be provided which monitors whether one or more radiators are already in one works for another radiator selected power level and then performs a suitable delay.
  • Fig. 4 shows a circuit on a (simple 2-wire) AC voltage network.
  • this is preferably connected to a multi-phase network (three-phase network) that the hotplates are distributed over different phases, whereby a further The switching times are equalized.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

Zur Verbesserung der Abstufung der Leistungsabgabe von elektrischen Verbrauchern sieht die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Leistung mindestens eines Verbrauchers vor mit einer Kombination einer symmetrischen Schwingungspaketsteuerung, insbesondere Drittel-Taktung mit Pausenzeiten, die unterhalb der Zeiten liegen, innerhalb derer gleichsinnige Vorgänge als eine Änderung angesehen werden, mit Ausschaltzeiten, die länger als ein Flickern bewirkendes Schaltzeiten sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Leistung mindestens eines ohmschen Verbrauchers, wie eines Heizfeldes einer Kocheinrichtung oder dergleichen.
  • Es ist wünschenswert, elektrische Verbraucher, wie Heizfelder, insbesondere Halogenheizfelder, oder dergleichen in kleinen Stufen der Gesamtleistung schalten zu können, insbesondere auch zu relativ niedrigen Leistungen. Bei herkömmlichen Heizplatten kann die Leistungssteuerung dadurch erfolgen, daß die zugeführte Leistung für eine erhebliche Zeit insbesondere im Bereich mehrerer Sekunden unterbrochen wird, entweder thermostatgesteuert oder durch eine Zeitschaltung.
  • Ein solches Schalten ist bei weniger trägen Heizfeldern, deren Schaltzustand im übrigen optisch sichtbar ist, wie bei Halogen- oder Infrarotheizfeldern unerwünscht. Die GB-A-2132060 sieht daher vor, mehrere Infrarotlampen in Reihe und/oder parallel zu schalten, um mehrere Schaltstufen zu erreichen. Um kostengünstiger eine größere Breite, insbesondere zu niedrigen Leistungswerten hin zu erreichen, sieht die EP-A-188 886 die Kombination von Reihen- und/oder Parallelschaltungen mehrerer Heizkörper zusammen mit einer symmetrischen Schwingungspaketsteuerung in Form einer Drittel- oder einer Zwei-Drittel-Taktung vor.
  • Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß zur Erzielung relativ geringer Leistungsaufnahme (und -abgabe) eines Heizfeldes mehrere Einzelheizkörper vorgesehen sein müssen, die entsprechend teurer sind und daß mit dem Vorschlag der Druckschrift auch nur eine minimal Abgabeleistung (abgesehen von der vollständigen Ausschaltung) von 15 % der üblichen Gesamtleistung erzielbar ist, was relativ hoch ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Leistungssteuerungsverfahren für ohmsche Verbraucher zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile vermeidet.
  • Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einem Verfahren zur Steuerung der Leistung eines ohmschen Verbrauchers in gegenüber seiner Maximalleistung kleinen Leistungsbereichen dadurch gelöst, daß in gegenüber der Maximalleistung des Verbrauchers kleinen Leistungsbereichen symmetrische Schwingungspaketsteuerungen mit Pausenzeiten, die unterhalb der Zeiten liegen, innerhalb derer gleichsinnige Vorgänge als eine Änderung angesehen werden, wie insbesondere Drittel- oder Fünftel-Taktungen, mit Ausschaltzeiten, die länger als ein Flickern bewirkende Schaltzeiten sind, kombiniert werden.
  • Die Ausschaltzeiten beziehen sich auf die mittlere Leistung (im Zeitmittel) bei den genannten Taktungen der Schwingungspaketsteuerungen. Im Rahmen der Anmeldung heißt ohmscher Verbraucher, daß der Verbraucher keine bzw. vernachlässigbare kapazitiven und induktiven Impedanzanteile aufweist; er kann aber durchaus eine nichtlineare Widerstands-Kennlinie haben. Die Erfindung gewährleistet damit, daß ein Flickern nicht auftritt, indem die Schaltzeiten oberhalb der durch die europäische Teil 3 (DIN VDE 838, Teil 3) gegebenen "Wartezeit" (gemäß dieser Norm; dort insbesondere Bild 4b) liegen.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, eine Kombination symmetrischer Schwingungspaketsteuerungen mit Pausenzeiten, die unterhalb der Zeiten liegen, innerhalb derer gleichsinnige Vorgänge als eine Änderung angesehen werden, wie eine Drittel- oder Fünftel-Taktungen, mit zusätzlichen Ausschaltzeiten, die ebenenfalls in Zeiten liegen, innerhalb derer gleichsinnige Vorgänge als eine Änderung angesehen werden, in mittleren und höheren Leistungsbereichen unterhalb der Maximalleistung des Verbrauchers. Kurze Ausschaltzeiten liegen gemäß dieser Ausgestaltung innerhalb von Zeitbereichen, in denen zwei Änderungen in dieselbe Richtung (im Sinne des Punktes 4 der genannten Norm) als eine einzelne Änderung angesehen werden bzw. es wird durch die Schwingungspaketsteuerung erreicht, daß die bezüglich der Ausschaltzeiten zu berücksichtigenden relativen Spannungsänderungen in Bereiche zu liegen kommen, in den die Flickerkurve der Norm nicht mehr definiert ist (relative Spannungsänderung unterhalb 0,3 % im Bild 4 a, b der Norm). Dabei hat sich im übrigen herausgestellt, daß die Zeiten, innerhalb derer zwei gleichsinnige Änderungen als einzelne Änderung gesehen werden, gerade der Wartezeit des unteren Endpunkts der Flickerkurve der Norm entspricht, und grundsätzlich über weite Leistungsbereiche, insbesondere bei solchen wie Koch- und Backeinrichtungen gegeben sind, bei etwa 60 msec und nicht schon bei 30 msec liegt, wie dies die Norm unter Ziff. 4 angibt. Dies mag auch der Grund sein, daß die Flickerkurve zu kürzeren Wartezeiten als 60 msec eben nicht definiert ist.
  • In bevorzugter Weise ist weiterhin eine gleichstromfreie Halbwellensteuerung in höheren Leistungsbereichen vorgesehen.
  • Weitere bevorzugte Ausgestaltungen sehen vor, daß mehrere Verbraucher derart synchronisiert werden, daß sie nicht gleichzeitigen Schaltvorgängen unterliegen und insbesondere daß Leistungszeiten eines Verbrauchers in Ausschaltzeiten eines anderen Verbrauchers gelegt sind.
  • Durch die Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, welches die Leistungssteuerung eines einzigen Verbrauchers mit hoher Maximalleistung, wie eines Kochfeldes mit einem Verbraucher, wie einem Strahlungsheizkörper etc. bis zu geringen relativen Leistungen von deutlich unter 10 % der Gesamtleistung gestattet. Hierdurch wird es ermöglicht Kochfelder durch einen oder weniger Einzelverbraucher auszubilden, als dies bisher der Fall war. Ein Heizkörper mit einer großen Maximalleistung ist wesentlich preiswerter als mehrere kleinere Heizkörper, deren Gesamtleistung zusammen (in Parallelschaltung) der des größeren Einzelheizkörpers entspricht. Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine preiswerte Steuerelektronik.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht vor einen für unterschiedliche in gegenüber der Maximalleistung des Verbrauchers kleinen Leistungsbereichen symmetrische Schwingungpaketsteuerungen mit Pausenzeiten, die unterhalb der Zeit liegen, innerhalb derer gleichsinnige Vorgänge als eine Änderung angesehen werden, wie insbesondere Drittel- oder Fünftel-Faktungen, mit Aufschaltzeiten, die länger als ein Flickern bewirkende Schaltzeiten sind, kombiniert werden.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich aus durch jeweils einen Leistungsteil in Form eines Triacs für einen elektrischen Verbraucher, wobei der Triac über einen Optokoppler von einem Elektroniksteuerteil angesteuert wird. Der Optokoppler gewährleistet eine galvanische Trennung zwischen Leistungselektronik und Steuerelektronik.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
  • Fig. 1
    die Darstellung einer Leistungsabstufung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren für ein Kochfeld;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung der "Wartezeit" nach einer relativen Spannungsänderung zur Vermeidung des Flickereffekts gemäß der Norm EN 60 555 Teil 3;
    Fig. 3
    ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
    Fig. 4
    eine Darstellung der Verzögerung der Schaltvorgänge bei verschiedenen Kochfeldern.
  • Das Diagramm der Fig.1 zeigt schaltbare Leistungsstufen eines Kochfeldes mit einer elektrischen Gesamtleistung von etwa 1800 Watt, das durch Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hertz versorgt wird. Bei der Stufe 9 mit einer Volleistung von 100% liegt die Wechselspannung permanent an, so daß sie als Wellenform die durchgehende Sinuskurve des Wechselstroms ergibt.
  • Die Figur 2 zeigt die Wartezeit gemäß der europäischen Norm EN 60 555 Teil 3 (entsprechend DIN VDE 838, Teil 3), die mindestens zwischen zwei relativen Schaltspannungsänderungen einzuhalten sind, um den sogenannten Flickereffekt zu vermeiden. Jeweils Bereiche unterhalb der Kurve sind also zulässige Bereiche, während Bereiche oberhalb der Kurve verboten sind, da sie den Flickereffekt hervorrufen können.
  • Die Stufe 8 mit 66% wird durch eine Zwei-Drittel-Taktung erreicht, bei der aus drei Halbwellen jeweils eine Halbwelle ausgeblendet wird, dadurch daß jeweils von drei Halbwellen eine Vollwelle mit positiver und negativer Halbwelle verbleibt wird ein Gleichstromanteil vermieden.
  • Eine Stufe mit 50% Leistung ist nicht dargestellt, da sie bei der sonstigen Abstufung des herangezogenen Kochfelds nicht notwendig ist. Sie könnte aber grundsätzlich durch Vollwellensteuerung erhalten werden, bei der jeweils abwechselnd eine Vollwelle ausgeblendet und die nachfolgende Vollwelle durchgelassen wird.
  • Die Stufe 7 mit 40% Leistung wird durch 1/3-Taktung mit Ausblendung einer weiteren Halbwelle der jeweils nachfolgenden Vollwelle erreicht. Es ergeben sich Pausenzeiten von 10 und 20 msec, die damit innerhalb der Zeit liegen, bis zu der zwei gleichsinnige Änderungen als einzelne Änderung angesehen werden. Diese Leistungsstufe könnte auch durch eine 3/5 Halbwellensteuerung, bei der jeweils aufeinanderfolgend eine Vollwelle durchgelassen und drei Halbwellen ausgeblendet werden, verwirklicht werden.
  • Die Stufe 6 mit 33% wird durch eine Ein-Drittel-Taktung erreicht, bei der von drei Halbwellen nur eine Halbwelle durchgelassen wird. Auch bei diesen Steuerungen ist die Gleichstromfreiheit, wie sich aus der Fig. 1 ergibt, gewährleistet.
  • Die Stufe 5 mit 25% Leistung wird erfindungsgemäß durch Ein-Drittel-Taktung mit zusätzlicher Ausblendung einer Vollwelle erreicht. Dabei wird also nach zwei Ein-Drittel-Taktungs-Vollperioden (sechs Halb-Perioden der Wechselspannung) eine Vollperiode der Wechselspannung ausgeblendet. Gleichstromfreiheit ist dabei gesichert. Die Ausblendezeit von zusätzlich einer vollen Periode der Ausgangsfrequenz ergibt Schaltabstände, die in Zeitbereichen liegen, innerhalb derer gleichsinnige Schaltvorgänge als einzelne Änderung angesehen werden.
  • Stufe 4 mit einer Leistung von 17% wird durch 1/5-Taktung verbunden mit zusätzlichen Ausschaltzeiten erhalten. Die durch die 1/5-Taktung selbst bewirkten Ausblendzeiten von Halbwellen der Wechselspannung liegen in den Zeiten, innerhalb der Änderungen als einzelne angesehen werden, während die zusätzliche Ausschaltung zu einer Ausschaltzeit von 80 msec führt, die oberhalb der Flickerkurve der Norm EN 60 555 liegt: Die 1/5-Taktung führt zu einer Leistung von 1/5 x 1800 W = 360 W, wodurch bei 230 V ein Strom von 1,57 A gegeben ist, bei dessen Schaltung sich eine Änderung der Netzspannung aufgrund des Innenwiderstandes des Netzes von 0,4 Ohm zu 0,628 Volt und damit eine relative Spannungsänderung von 0,27 % ergibt. Diese liegt in einem Bereich, in den die Flickerkurve nicht mehr definiert ist, so daß sie grundsätzlich nicht mehr zu berücksichtigen ist. Die Flickerkurve ist bis zu einer relativen Spannungsänderung von 0,3 % definiert, bei der die "Wartezeiten" über 60 msec liegen sollte, was mit dem o.a. Wert ohne weiteres erfüllt ist. Im übrigen gibt die Grenz-"Wartezeit" von 60 msec auch praktisch die Zeit, innerhalb derer zwei gleichsinnige Änderungen als eine empfunden werden, während der in der Norm genannte Wert tatsächlich zu kurz gewählt ist.
  • Bei der Stufe 3 mit einer Leistung von 10 % werden drei Vollperioden der Ein-Drittel-Taktung mit einer anschließenden Ausschaltung von 220 ms kombiniert. Die Ein-Drittel-Taktung bedingt eine Ausgangsleistung von 600 W (1/3 der Maximalleistung). Dies entspricht einem Strom von 2,6 A und damit einer durch den Innenwiderstand des Netzes von 0,4 Ohm bedingten Spannungsänderung von absolut 1,04 Volt bzw. relativ 0,45 % , was an der Kurve 4 b der Norm EN 60 555 Teil 3 eine Wartezeit von 110 - 120 msec ergibt. Die tatsächliche Wartezeit liegt über dieser, so daß die Norm eingehalten ist.
  • Bei der Stufe 2 mit einer Leistung von ca. 6,6 % sind entsprechend zwei Ein-Drittel-Taktungs-Vollperioden mit zusätzlich 240 ms Ausschaltzeit kombiniert. Da die Ausgangsleistung die gleiche wie vorher ist, sind auch hier Flickerprobleme ausgeschlossen.
  • Stufe 1 mit 3 % Leistung, entsprechend 54 W bzw. 100 W bei einem Halogen-Heizkörper mit üblicherweise ca. 3300 W (Maximalleistung) geht aus von einer 1/5-Taktung und kombiniert diese mit einer Ausschaltzeit von 600 msec, die, wie leicht ersichtlich ist, außerhalb jeder Flickerproblematik liegt und darüberhinaus unterhalb der Zeiten liegt ab der Schaltvorgänge am Heizkörper durch dessen Rotverbzw. Entfärbung beim Aufheizen bzw. Abkühlen erkennbar sind, so daß auch ein solcher nachteiliger Eindruck vermieden wird. Stufe 0 bezeichnet die vollständige Abschaltung des Kochfeldes.
  • Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild. Mit 1 ist ein Leistungsteil in Form eines Triacs zur Schaltung der Versorgung 2 einer angeschlossenen Last 3 wie eines Kochfeldes bezeichnet. Der Leistungsteil 1 wird durch einen Steuerteil 4 über Optokoppler 6 angesteuert. Das Steuerteil 4 weist mehrere entsprechende Ausgänge zu entsprechenden Optokopplern für verschiedene Leistungsteile auf, so daß mit dem Steuerteil 4 mehrere Verbraucher, wie Kochfelder angesteuert werden können.
  • Das Steuerteil 4 erhält die Information über die gewünschte Schaltstufe für das jeweilige Kochfeld von (nicht dargestellten) Schaltern, wie BCD-Schaltern.
  • Die Schaltmuster der jeweiligen Leistungsstufen können als Bit-Muster in einen Permanentspeicher wie einem ROM, PROM oder dergleichen abgelegt sein. Es sind weiter Schieberegister vorgesehen, mittels derer erreicht wird, daß zumindestens dann, wenn wenigstens zwei Kochstellen eines Herdes in der gleichen Leistungsstufe betrieben werden, die jeweilige durch das Schaltungsmuster (Bitmuster) erfolgenden (Ein- und Aus-) Schaltvorgänge gegeneinander um vorbestimmte Verzögerungszeiten verschoben sind (Fig. 5), beispielsweise um 10 msec (entsprechend 100 Hz) d.h. um die Zeit einer Halbwelle der Netzspannung, wie der Fig. 4 zu entnehmen ist, bzw. Vielfachen hiervon. So wird erreicht, daß die Schaltvorgänge zweier Kochfelder gleicher Leistungsstufe nicht gleichzeitig erfolgen und daher sich auch nicht die entsprechenden Strom- bzw. Spannungswechsel addieren, wodurch möglicherweise die Bedingungen der Flickervermeidung nicht mehr gewährleistet wären, was aber durch das beschriebene Vorgehen sichergestellt ist. So erhält beispielsweise in Fig. 4 das Schieberegister für die Kochstelle F1 das der gewünschten Leistungsstufe 5 entsprechende Steuer-Bitmuster und gibt dies unverzögert zum zugehörigen Triac 1.1. weiter. Das Schieberegister für die Kochstelle F2 erhält das gleiche Bitmuster, gibt dieses aber mit einer Verzögerung von 10 msec zum zugehörigen Triac 1.2. weiter, so daß die Leistungsbeaufschlagung der Kochstelle F 2 zwar im Ablauf derjenigen der Kochstelle F 1 entspricht, aber gerade um eine Halbwelle verschoben (und damit hinsichtlich der Vorzeiten invertiert) ist, wie rechts aus der Fig. 4 entnehmbar ist. Entsprechendes gilt für die weiteren in der Fig. 4 dargestellten Kochstellen F3 und F4, die auf die Leistungsstufe 6 eingestellt sind. Ihre Leistungsbeaufschlagung kann ebenfalls jeweils um weitere 10 msec verschoben sein. Soweit zu gewissen Zeiten Schaltvorgänge verschiedener Leistungsstufen gleichzeitig erfolgen, so sind diese nach der Norm zulässig, da sie nicht regelmäßig systematisch zusammenfallen bzw. dies nur von Zeit zu Zeit zufällig erfolgt.
  • Es kann vorgesehen sein, daß die Schieberegister verschiedener Heizkörper grundsätzlich und immer eine von Heizkörper zu Heizkörper unterschiedliche Verzögerung der Schaltungen durchführen. Es kann auch eine Überwachungseinrichtung vorgesehen sein, die überwacht, ob schon ein oder mehrere Heizkörper in einer für einen anderen Heizkörper gewählten Leistungsstufe arbeitet und dann eine geeignete Verzögerung durchführt.
  • Die Fig. 4 stellt eine Schaltung an einem (einfachen 2-Leiter-) Wechselspannungsnetz dar. Bei einer Kocheinrichtung mit noch mehreren Kochstellen wird diese vorzugsweise derart an ein Mehrphasennetz (Dreiphasennetz) angeschlossen, daß die Kochstellen auf verschiedene Phasen verteilt werden, wodurch eine weitere Entzerrung der Schaltzeitpunkte erfolgt.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Steuerung der Leistung mindestens eines ohmschen Verbrauchers, wie eines Heizfeldes einer Kocheinrichtung oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß in gegenüber der Maximalleistung des Verbrauchers kleinen Leistungsbereichen symmetrische Schwingungspaketsteuerungen mit Pausenzeiten, die unterhalb der Zeiten liegen, innerhalb derer gleichsinnige Vorgänge als eine Änderung angesehen werden, wie insbesondere Drittel- oder Fünftel-Taktungen, mit Ausschaltzeiten, die länger als ein Flickern bewirkende Schaltzeiten sind, kombiniert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kombination symmetrischer Schwingungpaketsteuerungen mit Pausenzeiten, die unterhalb der Zeiten liegen, innerhalb derer gleichsinnige Vorgänge als eine Änderung angesehen werden, wie Drittel- oder Fünftel-Taktungen, mit zusätzlichen Ausschaltzeiten, die ebenenfalls in Zeiten liegen, innerhalb derer gleichsinnige Vorgänge als eine Änderung angesehen werden, in mittleren und höheren Leistungsbereichen unterhalb der Maximalleistung des Verbrauchers.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine gleichstromfreie Halbwellensteuerung in höheren Leistungsbereichen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verbraucher derart synchronisiert werden, daß sie nicht regelmäßig gleichzeitigen Schaltvorgängen unterliegen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Leistungszeiten eines Verbrauchers in Ausschaltzeiten eines anderen Verbrauchers gelegt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichen Leistungsstufen zweier Verbraucher die Schaltung des einen Verbrauchers gegenüber der Schaltung des anderen nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit durch Taktung mit einer der doppelten Frequenz der Netzspannungsfrequenz entsprechenden Frequenz bestimmt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Verbraucher einer Anlage mit mehreren Verbrauchern grundsätzlich mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten versehen werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einschalten eines Verbrauchers geprüft wird, ob ein weiterer Verbraucher in der gleichen Leistungsstufe eingeschaltet ist und bejahendenfalls der neu eingeschaltete Verbraucher mit einer geeigneten Verzögerung geschaltet wird.
  10. Vorrichtung zur Steuerung der Leistungsabgabe eines ohmschen Verbrauchers, wie Kochplatten oder dergleichen, gekennzeichnet durch einen für unterschiedliche Schalt-Leistungsstufen der Verbraucher unterschiedliche Bitmuster speichernden Permanentspeicher, eine Steuereinheit zum Abrufen der einer gewünschten Leistungsstufe entsprechenden Bitmuster, und durch einen hierdurch ansteuerbaren Leistungs-Schalter für den Verbraucher (3) und Leistungsteilschalter (2) und die Steuereinheit (4).
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch galvanische Trennung von Steuerteil (4) und Leistungsteil (1).
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsteil (1) vom Steuerteil (4) durch einen Optokoppler (6) beaufschlagbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch Schieberegister zur voreingestellten oder einstellbaren Verzögerung der Schaltvorgänge der Leistungsschalter (1).
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinheit zur Überwachung der für unterschiedliche Verbraucher (3) eingeschalteten Leistungen und dementsprechende Verzögerungen der Schaltvorgänge des zugehörigen Leistungsteils zumindestens eines der auf gleiche Leistungsstufen eingestellten Verbrauchers (3).
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch Anschaltung der Verbraucher an unterschiedliche Phasen eines Mehrphasennetzes.
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