EP2543228B1

EP2543228B1 - Verfahren zur leistungssteuerung der heizleistung bei netzbetriebenen haushaltsgeräten

Info

Publication number: EP2543228B1
Application number: EP11711251.6A
Authority: EP
Inventors: Marius Hilckmann
Original assignee: Severin Elektrogeraete GmbH
Current assignee: Severin Elektrogeraete GmbH
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: DE102010010316A1; EP2543228A1; WO2011107065A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungssteuerung der Heizleistung bei netzbetriebenen Haushaltsgeräten, insbesondere elektrischen Getränkezubereitungsmaschinen, insbesondere zur Minimierung von Flickerstörungen, mittels einer elektronischen Schaltungsanordnung.
Zum Steuern der Heizleistung werden üblicherweise Heizelemente großer Leistung mit Pulspaketen angesteuert. Bei dieser Art der Leistungssteuerung werden von jeweils h Halbwellen (Paket) p (pulsweise) durchgesteuert. Dabei ist auf ein Schalten im Nulldurchgang der Netzspannung zu achten, um Netzrückwirkungen zu minimieren.
Wenn die Anzahl der Halbwellen eines Paketes (h) sehr groß gewählt wird, wird das System sehr träge, da ein neuer Vorgabewert nur alle h Halbwellen eingestellt werden kann. Die Temperaturen wenig träger Systeme, insbesondere Heizkörper mit wenig Masse wie Durchlauferhitzer, beginnen dann zu schwanken. Wird die Anzahl der Halbwellen h kleiner gewählt (im Bereich von 5 bis 100) führen die häufigen Schaltvorgänge zu so genannten Flickerstörungen im Netz. Diese lassen sich durch eine Wahl eines noch kleineren Halbwellenpaketes h vermeiden (2 bis 4). Dann jedoch ist die Auflösung der einstellbaren Heizleistung nur noch sehr gering und für eine schnelle und genaue Regelung einer Heizung ungeeignet.
Die im Stand der Technik bekannte Verfahrensweise ist beispielsweise in der EP 0 868 110 B 1 beschrieben.
Eine Möglichkeit, ein flickerminimiertes Ansteuer-Verfahren zu schaffen, ist ebenfalls in dieser Druckschrift angegeben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine sowohl schnelle als auch ausreichend genaue Regelung der Heizleistung unter Vermeidung von FlickerStörungen zu erreichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die Leistung pro Periode in unterschiedlichen Ebenen gesteuert wird, wobei in einer unteren Ebene eine schnelle, ungenaue Steuerung erfolgt und in einer oberen Ebene eine langsame, fein abgestufte Steuerung erfolgt, indem in der unteren Ebene Pulspakete aus Netzhalbwellen zu jeweils einem Block zusammengesetzt werden, eine Anzahl dieser Blöcke zu Abschnitten durchgeschalteter Halbwellen aneinandergereiht werden und in der oberen Ebene die Abschnitte zu einem Zyklus aneinandergereiht werden.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass Pulspakete aus 2 bis 4 Netzhalbwellen zu jeweils einem Block zusammengesetzt werden.
Gemäß der Erfindung werden zunächst auf der unteren Ebene Pulspakete bestehend aus einer Anzahl von h Halbwellen definiert (im Folgenden Block genannt). Bevorzugt bestehen diese Pulspakete aus 2 bis 4 Halbwellen.
Demzufolge beträgt die Auflösung hier also 1/h x Pmax, wobei Pmax der maximalen Leistung entspricht.
Die benötigte Zeit für einen Block ist $T_{h} = \frac{1}{2 f} \cdot h$
mit f als Netzfrequenz. Tn ist damit in der Größenordnung 20..40 ms. Eine Anzahl b dieser Blöcke wird nun mit fester Anzahl p im Bereich 0..h durchgeschalteter Halbwellen aneinandergereiht und im folgenden als Abschnitt bezeichnet. Die mittlere Leistung während dieses Abschnitts P_A entspricht der mittleren Leistung während jedes einzelnen Blocks P_B und ist gleich $P_{A} = P_{B} = P_{\max} \cdot \frac{p}{h}$
Auf der nächsten Ebene werden nun a dieser Abschnitte aneinandergereiht, wobei jeder der Abschnitte n=1..a eine Anzahl pn durchgeschalteter Halbwellen aufweist, die im Bereich $p_{n} = p_{1} \dots (p_{1} + 1) für n = 2 \dots a$
liegt. Damit ist ein Zyklus Z beendet (sofern nicht weitere Ebenen hinzugefügt werden).
Daraus ergibt sich im Mittel über einen Zyklus beziehungsweise eine Zeit Tz von $T_{Z} = b \cdot T_{h} \cdot a$

eine mittlere Leistung $P_{Z} = \frac{1}{a} \cdot \sum_{n = 1.. a} P_{A, n}$

mit einer Auflösung von $\frac{1}{a \cdot h} \cdot P_{\max}$
Umgekehrt lässt sich pn für einen Sollwert der Leistung P_soll berechnen nach $p_{n} = ⌊ (\frac{P_{soll}}{P_{\max}} \cdot (a \cdot h) + n) / a ⌋$
Typische Werte liegen bei h = 3, b = 7, a = 3 und einer daraus resultierenden Auflösung von 9 bezogen auf eine Zeit von 630 ms.
Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird eine Steuerung der Heizleistung in Stufen und Ebenen erreicht, was zu einer Reduzierung der EM-Störungen/Flicker bei Erhöhung einer Auflösung führt.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird somit vorzüglich gelöst.
Eine schematische Darstellung der Verfahrensweise ist beigefügt. Dabei ist ein Zyklus Z mit Pulspaketen _P, die aus einer Anzahl h von Halbwellen bestehen, gezeigt.
Eine Anzahl dieser Blöcke B werden zu einem Abschnitt A zusammengefasst.
Auf der nächsten Ebene werden eine Anzahl dieser Abschnitte A aneinandergereiht und bilden damit einen Zyklus Z.

Claims

Verfahren zur Leistungssteuerung der Heizleistung bei netzbetriebenen Haushaltsgeräten, insbesondere elektrischen Getränkezubereitungsmaschinen, insbesondere zur Minimierung von Flickerstörungen, mittels einer elektronischen Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung pro Periode in unterschiedlichen Ebenen gesteuert wird, wobei in einer unteren Ebene eine schnelle, ungenaue Steuerung erfolgt und in einer oberen Ebene eine langsame, fein abgestufte Steuerung erfolgt, indem in der unteren Ebene Pulspakete aus Netzhalbwellen zu jeweils einem Block zusammengesetzt werden, eine Anzahl dieser Blöcke zu Abschnitten durchgeschalteter Halbwellen aneinandergereiht werden und in der oberen Ebene die Abschnitte zu einem Zyklus aneinandergereiht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Pulspakete aus 2 bis 4 Netzhalbwellen zu jeweils einem Block zusammengesetzt werden.