EP4083519A1 - Dunstabzugshaube und verfahren zum steuern einer dunstabzugshaube - Google Patents

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EP4083519A1
EP4083519A1 EP22165744.8A EP22165744A EP4083519A1 EP 4083519 A1 EP4083519 A1 EP 4083519A1 EP 22165744 A EP22165744 A EP 22165744A EP 4083519 A1 EP4083519 A1 EP 4083519A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
asynchronous motor
control unit
extractor hood
fan
frequency
Prior art date
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Pending
Application number
EP22165744.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Graw
Dietmar Jordan
Markus Wössner
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.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/20—Removing cooking fumes
    • F24C15/2021—Arrangement or mounting of control or safety systems

Definitions

  • the present invention relates to an extractor hood and a method for controlling an extractor hood.
  • blowers are used through which the vapors and vapors are sucked into the extractor device.
  • the blower can also be referred to as a fan or ventilator.
  • the fan usually includes a motor that drives the fan wheel of the fan. Due to the low-cost construction, an asynchronous motor is preferably used as the drive motor for the fan.
  • the drive motor is usually a capacitor or shaded-pole motor.
  • the power of the drive motor is usually regulated via winding taps or phase control.
  • the fluid dynamic efficiency (FDE) of the vapor extraction device which can also be referred to as FDE hood , is negatively influenced at the winding taps.
  • the efficiency of the electrical machine, ie the drive motor is significantly lower, especially at low fan levels.
  • extractor devices are mainly operated at low fan speeds, the motor is operated in a very poor range of the FDE hood with low motor efficiency. This type of power regulation is therefore disadvantageous.
  • the phase angle control has a better efficiency compared to the step taps or winding taps, even with low fan speeds.
  • oscillating torque and noise occur depending on the mains frequency.
  • unpleasant noises are caused by the signal shape, in particular the rapid change in voltage and thus rapid change in current.
  • pendulum moments produce an unpleasant 100Hz hum. It is therefore the object of the present invention to provide a solution by means of which an extractor hood can be controlled without the disadvantages of the prior art.
  • the invention relates to an extractor hood that has a fan with an asynchronous motor and a control unit.
  • the extractor hood is characterized in that a frequency converter is connected upstream of the asynchronous motor in the control unit.
  • the control unit can have software that is used to control and regulate the fan of the extractor hood.
  • the control unit can be designed in particular as a microprocessor.
  • the output frequency and output amplitude can be changed.
  • the asynchronous motor can be controlled in a targeted manner.
  • the slip that is to say the loss in the machine, is minimized. Due to the higher efficiency, the amplitude of the voltage can be reduced. The lower amplitude reduces the noise.
  • the control unit includes a storage unit for storing a characteristic map of the fan.
  • the map consists of a sufficient number of fixed operating points of the motor and the fan.
  • the characteristic map of the blower can also be referred to as a characteristic map by connecting working points.
  • the map can be described by a wide variety of pairs of values.
  • Pressure-delivery-volume characteristics of the blower or, alternatively, torque-speed characteristics of the motor are preferably used.
  • the map can be determined via preliminary investigations and stored in the memory unit. Because the map is stored in the control unit, it can be used to control and regulate the blower.
  • the asynchronous motor can be controlled via the torque/speed characteristic map take place depending on a selected fan level.
  • the characteristic field(s) can be stored in the form of value tables and/or a formula-based relationship.
  • control unit can include a tachometer.
  • the tachometer is used to measure the speed of the asynchronous motor.
  • the speed recorded by the tachometer can be used as a control variable.
  • the speed can be used as an input variable for a characteristic map and the amplitude and frequencies can be controlled by the frequency converter.
  • control unit includes an ammeter.
  • the ammeter is preferably provided in such a way that it can measure the current supplied to the asynchronous motor via the frequency converter.
  • the frequency and amplitude can be regulated in the frequency converter as a function of the detected current.
  • the slip in the asynchronous machine can be minimized in particular by the feedback generated via the measurements. Due to the possibility of changing the frequency (not equal to 50Hz-60Hz mains frequency), the optimal frequency can always be set, which minimizes the slip and thus the losses.
  • the amplitude of these controls can also be adapted to the respective requirements, such as ambient conditions, whereby the efficiency of the extractor hood can be increased and noise development can be prevented.
  • the invention relates to a method for controlling an extractor hood according to the invention.
  • the method is characterized in that the amplitude and frequency of the asynchronous motor is controlled via the frequency converter.
  • the amplitude and frequency are controlled as a function of a characteristic map.
  • the regulation preferably takes place as a function of a selected fan level.
  • a map for a selected fan level can be used. As a result, the control is more precisely adapted to the desired load case.
  • the regulation is carried out as a function of the speed of the engine.
  • a measured speed is used here as feedback to the frequency converter, possibly via a characteristic map.
  • the regulation is carried out as a function of a measured current.
  • an asynchronous motor 1 is connected to the network.
  • a frequency converter 2 is connected upstream of the asynchronous motor 1 .
  • an ammeter 4 is provided between the frequency converter 2 and the asynchronous motor 1 .
  • the measured current is used as feedback to the frequency converter 2 via a characteristic map 3 .
  • the frequency and amplitude are therefore regulated by current measurement.
  • the second embodiment, shown in figure 2 is shown differs from the first embodiment in that instead of the current measurement, a speed measurement is carried out on the asynchronous motor 1 .
  • the rotational speed recorded in this way is used as feedback to the frequency converter 2 via a characteristic map 3 .
  • the frequency and amplitude are therefore controlled by measuring the rotational speed.
  • the control of the map 3 takes place depending on the selected fan level of the blower in which the asynchronous motor 1 is used. In this embodiment, the control can be done without feedback from the asynchronous motor 1.
  • FIG 4 a diagram is shown which shows the energy efficiency of an extractor hood according to the invention compared to a conventional extractor hood.
  • the diagram shows the course of the fluid-dynamic efficiency in an extractor hood in which the power is controlled via a stage tap.
  • the course of the fluid dynamic efficiency is shown for an extractor hood, in which the power control takes place via a control unit with frequency converter ((FDE) with inverter).
  • the pressure-displacement characteristic curve of a condenser fan with stage tapping in stage 3 is shown.
  • the input voltage was 230V/50Hz.
  • the pressure-delivery volume characteristic was simulated with a frequency converter and the two efficiency curves (FDE) were compared.
  • the numerical values given on the FDE curve of the embodiment of the extractor hood according to the invention next to the measuring points are the underlying voltage and frequency at the measuring point.
  • the invention achieves a gain in energy efficiency. With the same delivery volume and pressure, an improvement in fluid-dynamic energy efficiency of 10% is achieved. At a fan speed of the blower that is lower than the in figure 4 fan speed shown is 3, an even greater gain in efficiency is achieved.
  • the present invention has a number of advantages.
  • the efficiency is significantly increased compared to asynchronous motors with step taps.
  • by reducing slip and amplitude noise will be significantly minimized compared to phased or tapped asynchronous motors.
  • EC motors electronically commutated motors
  • control is simpler and cheaper.
  • a lower minimum speed and infinitely variable control is possible compared to power control via a step tap. In comparison to phase angle control and step tapping, higher speeds than the rated speed of the motor are also possible.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dunstabzugshaube, die ein Gebläse mit einem Asynchronmotor (1) und eine Steuereinheit aufweist. Das Gebläse ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit dem Asynchronmotor (1) ein Frequenzumrichter (2) vorgeschaltet ist. Zudem wird ein Verfahren zum Steuern einer Dunstabzugshaube beschrieben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dunstabzugshaube und ein Verfahren zum Steuern einer Dunstabzugshaube.
  • Bei Dunstabzugsvorrichtungen, insbesondere Dunstabzugsvorrichtungen, wie Dunstabzugshauben, die in der Küche eingesetzt werden, um Dünste und Wrasen von einem Kochfeld abzuziehen und zu reinigen, werden Gebläse verwendet, durch die die Dünste und Wrasen in die Dunstabzugsvorrichtung eingesaugt werden. Das Gebläse kann auch als Lüfter oder Ventilator bezeichnet werden. Das Gebläse umfasst in der Regel einen Motor, der das Lüfterrad des Gebläses antreibt. Aufgrund des kostengünstigen Aufbaus wird vorzugsweise ein Asynchronmotor als Antriebsmotor des Gebläses verwendet. Der Antriebsmotor stellt meist einen Kondensator oder Spaltpolmotor dar. Die Leistungsregulierung des Antriebsmotors erfolgt in der Regel über Wicklungsabgriffe oder Phasenanschnittsteuerung.
  • Bei den Wicklungsabgriffen wird die fluiddynamische Effizienz (FDE) der Dunstabzugsvorrichtung, die auch als FDEhood bezeichnet werden kann, negativ beeinflusst. Vor allem bei niedrigen Lüfterstufen ist der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine, das heißt des Antriebsmotors, wesentlich geringer. Da aber Dunstabzugsvorrichtungen vorwiegend bei niedrigen Lüfterstufen betrieben werden, wird der Motor in einem sehr schlechten Bereich der FDEhood mit geringem Wirkungsgrad des Motors betrieben. Daher ist diese Art der Leistungsregulierung nachteilig.
  • Die Phasenanschnittsteuerung hat zwar gegenüber den Stufenabgriffen oder Wicklungsabgriffen eine bessere Effizienz auch bei geringen Lüfterstufen. Allerdings entstehen Pendelmoment und Geräusche in Abhängigkeit der Netzfrequenz. Insbesondere werden durch die Signalform, insbesondere die schelle Änderung der Spannung und damit schnelle Änderung des Stroms unangenehme Geräusche verursacht. Zudem erzeugen Pendelmomente ein unangenehmes 100Hz-Brummen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Lösung zu schaffen, mittels derer eine Dunstabzugshaube ohne die Nachteile des Standes der Technik angesteuert werden kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Dunstabzugshaube, die ein Gebläses mit einem Asynchronmotor und eine Steuereinheit aufweist. Die Dunstabzugshaube ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit dem Asynchronmotor ein Frequenzumrichter vorgeschaltet ist.
  • Die Steuereinheit kann Software aufweisen, die zur Steuerung und Regelung des Gebläses der Dunstabzugshaube dient. Die Steuereinheit kann insbesondere als Mikroprozessor ausgeführt sein.
  • Indem in der Steuereinheit ein Frequenzumrichter verwendet wird, kann die Ausgangsfrequenz und Ausgangsamplitude verändert werden. Hierdurch kann der Asynchronmotor gezielt angesteuert werden. Insbesondere kann durch die Regelung der Amplitude und Frequenz des Asynchronmotors über den Frequenzumrichter eine erhöhte Effizienz und verringerte Geräuschentwicklung im Vergleich zu anderen Leistungsregulierungen erzielt werden. Insbesondere wird durch die Anpassung und insbesondere Reduzierung der Frequenz der Schlupf, das heißt der Verlust in der Maschine minimiert. Durch den höheren Wirkungsgrad kann die Amplitude der Spannung reduziert werden. Durch die geringere Amplitude reduziert sich das Geräusch.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuereinheit eine Speichereinheit zum Speichern eines Kennfeldes des Gebläses. Das Kennfeld besteht aus einer ausreichenden Anzahl an festgelegten Arbeitspunkten des Motors und des Gebläses. Das Kennfeld des Gebläses kann auch durch das Verbinden von Arbeitspunkten als Kennlinienfeld bezeichnet werden. Das Kennfeld kann durch unterschiedlichste Wertepaare beschrieben werden. Vorzugsweise werden Druck-Fördervolumen-Kennlinien des Gebläses oder alternativ Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien des Motors verwendet. Das Kennfeld kann über Voruntersuchungen bestimmt und in der Speichereinheit gespeichert werden. Indem dass Kennfeld in der Steuereinheit gespeichert ist, kann dieses bei der Steuerung und Regelung des Gebläses verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuerung des Asynchronmotors über das Drehmoment-Drehzahl-Kennfeld in Abhängigkeit einer gewählten Lüfterstufe erfolgen. Das oder die Kennfelder können in Form von Wertetabellen und/oder einen formelmäßigen Zusammenhang hinterlegt sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Steuereinheit einen Drehzahlmesser umfassen. Der Drehzahlmesser dient zur Messung der Drehzahl des Asynchronmotors. Die durch den Drehzahlmesser erfasste Drehzahl kann als Steuergröße verwendet werden. Insbesondere kann über die Drehzahl als Eingangsgröße für ein Kennfeld verwendet werden und darüber die Amplitude und Frequenzen durch den Frequenzumrichter geregelt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steuereinheit einen Strommesser. Vorzugsweise wird der Strommesser so vorgesehen, dass dieser den über den Frequenzumrichter dem Asynchronmotor zugeführten Strom messen kann. Bei dieser Ausführungsform kann die Regelung der Frequenz und Amplitude in dem Frequenzumrichter in Abhängigkeit des detektieren Stroms erfolgen.
  • Bei der Regelung der Frequenz und Amplitude über Strommessung oder Drehzahlmessung, kann insbesondere durch das über die Messungen erzeugte Feedback der Schlupf in der Asynchronmaschine minimiert werden. Durch die Möglichkeit der Frequenzänderung (ungleich 50Hz-60Hz Netzfrequenz) kann immer die optimale Frequenz eingestellt werden, was den Schlupf und damit die Verluste minimiert.
  • Gleichzeitig kann auch bei diesen Regelungen die Amplitude an die jeweiligen Anforderungen, wie beispielsweise Umgebungsbedingungen, angepasst werden, wodurch die Effizienz der Dunstabzugshaube gesteigert werden kann und Geräuschentwicklung verhindert werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Dunstabzugshaube. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude und Frequenz des Asynchronmotors über den Frequenzumrichter geregelt wird.
  • Vorteile und Merkmale, die bezüglich der Dunstabzugshaube beschrieben wurden, gelten - soweit anwendbar - entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt und werden gegebenenfalls nur einmalig beschrieben.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die Regelung der Amplitude und Frequenz in Abhängigkeit eines Kennfeldes durchgeführt. Vorzugsweise erfolgt hierbei die Regelung in Abhängigkeit einer gewählten Lüfterstufe. Insbesondere kann ein Kennfeld für eine gewählte Lüfterstufe verwendet werden. Hierdurch wird die Regelung präziser an den gewünschten Lastfall angepasst.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die Regelung in Abhängigkeit der Drehzahl des Motors durchgeführt. Insbesondere wird hierbei eine gemessene Drehzahl als Feedback an den Frequenzumrichter, gegebenenfalls über ein Kennfeld verwendet.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die Regelung in Abhängigkeit eines gemessenen Stroms durchgeführt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden erneut unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1: eine schematische Blockdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Steuereinheit einer Dunstabzugshaube;
    • Figur 2: eine schematische Blockdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Steuereinheit einer Dunstabzugshaube;
    • Figur 3: eine schematische Blockdarstellung einer dritten Ausführungsform einer Steuereinheit einer Dunstabzugshaube; und
    • Figur 4: ein Diagramm der Energie-Effizienz einer erfindungsgemäßen Dunstabzugshaube und einer herkömmlichen Dunstabzugshaube.
  • Bei der Ausführungsform der Steuereinheit nach Figur 1 ist ein Asynchronmotor 1 an dem Netz angeschlossen. Dem Asynchronmotor 1 ist ein Frequenzumrichter 2 vorgeschaltet. Zudem ist zwischen dem Frequenzumrichter 2 und dem Asynchronmotor 1 ein Strommesser 4 vorgesehen. Der gemessene Strom wird als Feedback an den Frequenzumrichter 2 über ein Kennfeld 3 verwendet. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Regelung der Frequenz und Amplitude daher über Strommessung.
  • Die zweite Ausführungsform, die in Figur 2 gezeigt ist, unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass statt der Strommessung eine Drehzahlmessung an dem Asynchronmotor 1 erfolgt. Die so erfasste Drehzahl wird als Feedback an den Frequenzumrichter 2 über ein Kennfeld 3 verwendet. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Regelung der Frequenz und Amplitude daher über Drehzahlmessung.
  • Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform erfolgt die Steuerung des Kennfeldes 3 in Abhängigkeit der gewählten Lüfterstufe des Gebläses, in dem der Asynchronmotor 1 eingesetzt ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Regelung ohne Feedback von dem Asynchronmotor 1 erfolgen.
  • In Figur 4 ist ein Diagramm gezeigt, das die Energieeffizienz einer erfindungsgemäßen Dunstabzugshaube im Vergleich zu einer herkömmlichen Dunstabzugshaube zeigt. Insbesondere ist in dem Diagramm der Verlauf der fluiddynamischen Effizienz bei einer Dunstabzugshaube, bei der die Leistungsregelung über Stufenabgriff erfolgt, gezeigt. Im Vergleich dazu ist der Verlauf der fluiddynamischen Effizienz bei einer Dunstabzugshaube, bei der die Leistungsregelung über eine Steuereinheit mit Frequenzumrichter ((FDE) mit Inverter) erfolgt, gezeigt. Zudem ist die Druck-Fördervolumen-Kennlinie eines Kondensatorlüfters mit Stufenabgriff in Stufe 3 gezeigt. Hierbei betrug die Eingangsspannung 230V/50Hz. Die Druck-Fördervolumen-Kennlinie wurde mit einem Frequenzumrichter nachgebildet und die beiden Effizienzkurven (FDE) verglichen.
  • Die fluiddynamische Effizienz (FDE), die auch als FDEhood bezeichnet wird, kann wie folgt berechnet werden: FDE hood = Q BEP × P BEP 3600 × W BEP × 100
    Figure imgb0001
     wobei:
    • QBEP: Volumenstrom der Dunstabzugshaube
    • PBEP: statische Druckunterschied
    • WSEP: elektrische Eingangsleistung
  • Die an der FDE-Kurve der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dunstabzugshaube angegebenen Zahlenwerte neben den Messpunkten sind die zugrunde gelegte Spannung und Frequenz im Messpunkt.
  • Wie in Figur 4 durch den Pfeil angedeutet, wird durch die Erfindung ein Gewinn an Energieeffizienz erzielt. Bei gleichem Fördervolumen und Druck wird eine Verbesserung der fluiddynamischen Energieeffizienz von 10% erzielt. Bei einer Lüfterstufe des Gebläses, die geringer als die in Figur 4 gezeigte Lüfterstufe 3 ist, wird ein noch größeren Effizienzgewinn erzielt.
  • Durch die variable Frequenz und Spannung wurde gleichzeitig das 100Hz Brummen minimiert beziehungsweise eliminiert.
  • Die vorliegende Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere kann durch die Regelung er Amplitude und Frequenz in Abhängigkeit der Drehzahl, Stromaufnahme und/oder einem definierten Kennfeld, wird der Wirkungsgrad im Vergleich zu Asynchronmotoren mit Stufenabgriffen wesentlich erhöht. Zudem wird durch die Reduzierung des Schlupfes und der Amplitude das Geräusch im Vergleich zu phasenangesteuerten oder stufenabgriffgesteuerten Asynchronmotoren wesentlich minimiert werden. Im Vergleich zu elektronisch kommutierten Motoren (EC-Motoren) ist die Ansteuerung einfacher und kostengünstiger. Zudem ist im Vergleich zur Leistungsregelung über Stufenabgriff eine geringere Mindestdrehzahl und eine stufenlose Regelung möglich. Im Vergleich zu Phasenanschnittsteuerung und Stufenabgriff sind auch höhere Drehzahlen als die Nenndrehzahl des Motors möglich.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Asynchronmotor
    2
    Frequenzumrichter
    3
    Kennfeld
    4
    Strommessung

Claims (9)

  1. Dunstabzugshaube, die ein Gebläse mit einem Asynchronmotor (1) und eine Steuereinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit dem Asynchronmotor (1) ein Frequenzumrichter (2) vorgeschaltet ist.
  2. Dunstabzugshaube nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit eine Speichereinheit zum Speichern eines Kennfeldes (3) des Gebläses und/oder Asynchronmotors umfasst.
  3. Dunstabzugshaube nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Steuereinheit einen Drehzahlmesser umfasst.
  4. Dunstabzugshaube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit einen Strommesser (4) umfasst.
  5. Verfahren zur Steuerung einer Dunstabzugshaube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude und Frequenz des Asynchronmotors (1) über den Frequenzumrichter (2) geregelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Regelung in Abhängigkeit eines Kennfeldes (3) des Gebläses und/oder Asynchronmotors durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Regelung in Abhängigkeit einer gewählten Lüfterstufe erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Regelung in Abhängigkeit der Drehzahl des Asynchronmotors (1) durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem Ansprüche 5 bis 8, wobei die Regelung in Abhängigkeit einer Strommessung (4) durchgeführt wird.
EP22165744.8A 2021-04-27 2022-03-31 Dunstabzugshaube und verfahren zum steuern einer dunstabzugshaube Pending EP4083519A1 (de)

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