ES2648862B1 - Procedimiento para hacer funcionar y dispositivo para hacer funcionar un número n de bujias de incandescencia - Google Patents

Procedimiento para hacer funcionar y dispositivo para hacer funcionar un número n de bujias de incandescencia Download PDF

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Abstract

Procedimiento y aparato de control de tiempo de precalentamiento (2) para un número n de bujías de incandescencia que se excitan con una señal modulada por ancho de pulsos con periodo predeterminado, aplicando tensión a cada bujía de incandescencia (1) durante una fracción de encendido del periodo y no aplicando tensión durante el resto del periodo. Las fracciones de encendido de las bujías de incandescencia (1) se disponen durante el periodo para aplicar la tensión simultáneamente a un número mínimo de bujías de incandescencia (1) para que una corriente añadida a través de todas las bujías de incandescencia (1) permanezca uniforme. Además, están previstos medios que, cuando la fracción de encendido es menor que un del periodo, miden una diferencia de voltaje de las bujías de encendido (1) mientras a una bujía de incandescencia (1) se le aplica tensión.

Description

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PROCEDIMIENTO PARA HACER FUNCIONAR Y DISPOSITIVO PARA HACER FUNCIONAR UN NUMERO N DE BUJIAS DE INCANDESCENCIA
DESCRIPCION
Estado de la tecnica
La invencion parte de un procedimiento y un aparato de control del tiempo de precalentamiento para hacer funcionar un numero n de bujlas de incandescencia de acuerdo con el tipo generico de las reivindicaciones independientes. Por el documento DE 197 44 924 C2 ya se conoce un procedimiento para hacer funcionar bujlas de incandescencia en el que se realiza una medicion de una diferencia de voltaje.
Breve descripcion de la invencion
El procedimiento de acuerdo con la invencion, o el aparato de control del tiempo de precalentamiento de acuerdo con la invencion para hacer funcionar un numero n de bujlas de incandescencia tiene la ventaja, respecto a lo anterior, de que se mide una diferencia de voltaje, que se provoca cuando se aplica una corriente de filamento a las bujlas de incandescencia. As! no solamente se mide una diferencia de voltaje general, sino una diferencia de voltaje que depende de la intensidad de la corriente que fluye. Particularmente en este caso puede considerarse la influencia de un numero diferente de bujlas de incandescencia accionadas. Se alcanza de esta manera una calidad mejorada de la excitacion de las bujlas de incandescencia. Esta calidad mejorada se expresa en un control de temperatura mas exacto, por lo que se mejora la vida util de las bujlas de incandescencia. As! se reduce tambien el gasto de mantenimiento para un motor en el que se emplean las bujlas de incandescencia.
Ventajas y mejoras adicionales resultan gracias a las caracterlsticas de las reivindicaciones dependientes. Mediante una disposition ventajosa de las fracciones de encendido de las bujlas, la corriente global puede distribuirse de la manera mas uniforme posible a traves del periodo. As! puede reducirse la aparicion de oscilaciones del flujo de corriente y por tanto la aparicion de averlas electromagneticas. Particularmente la diferencia de voltaje se emplea para corregir una fraction de encendido de la senal PWM dependiendo de la diferencia de voltaje averiguada. En
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este caso mediante una medicion repetida puede mejorarse la calidad de la medicion. La diferencia de voltaje averiguada en cada caso para x-1 bujlas se emplea entonces siempre cuando, debido a la fraccion de encendido empleada de la senal PWM, el numero de las bujlas activadas durante un periodo de encendido se situa entre x y x-1. De esta manera se impide de manera fiable un sobrecalentamiento de las bujlas de incandescencia. Ademas la fraccion de encendido se averigua dependiendo de parametros de funcionamiento de un motor en el que estan insertadas las bujlas de incandescencia. De esta manera puede realizarse una adaptation de la fraccion de encendido o de la potencia de calentamiento a los parametros de funcionamiento respectivos del motor.
Dibujos
Ejemplos de realization de la invention estan representados en los dibujos y se explican con mas detalle en la siguiente description. Muestran:
figura 1 una vista esquematica de un aparato de control del tiempo de precalentamiento y cuatro bujlas de incandescencia, figura 2 un dispositivo para la medicion de la diferencia de voltaje y figuras 3 y 4 las corrientes que fluyen a traves de las cuatro bujlas de incandescencia en diferentes fracciones de encendido.
Descripcion detallada de ejemplos de realizacion
En la figura 1 se muestran esquematicamente cuatro bujlas de incandescencia 1 y un aparato de control del tiempo de precalentamiento 2. El aparato de control del tiempo de precalentamiento 2 esta conectado con una conexion 14 con una tension de la baterla positiva. Ademas el aparato de control 2 se conecta con una conexion a masa 11 que tambien se denomina masa de baterla o masa de vehlculo. El aparato de control del tiempo de precalentamiento 2 esta conectado mediante cuatro llneas de excitation con las cuatro bujlas de incandescencia 1, pudiendo conectarse cada una de estas cuatro bujlas de incandescencia 1 individualmente mediante el aparato de control del tiempo de precalentamiento 2 con la tension de la baterla 14 positiva. Cuando existe esta conexion, entonces partiendo de la tension de la baterla 14 positiva a traves de las bujlas de incandescencia 1 fluye una corriente a traves de las
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bujlas de incandescencia. El flujo de corriente se realiza en este caso a traves de una resistencia de compuesto 13. Las bujlas de incandescencia 1 estan conectadas habitualmente con el bloque del motor y el bloque del motor esta conectado mediante un cable de puesta a tierra con la masa de baterla o masa del vehlculo 11. En este caso puede producirse una resistencia nada despreciable que en la figura 1 esta representada como la resistencia de compuesto 13. Debido a esta resistencia de compuesto 13 una conexion a masa comun 12, que tambien se denomina masa de motor, sera diferente de la masa de baterla 11 desde el punto de vista del potencial. Es particularmente molesto que esta diferencia de potencial entre la masa de motor 12 y la masa de baterla 11 no sea fija, sino que varle, particularmente esta diferencia de potencial varla dependiendo del flujo de corriente a traves de las bujlas de incandescencia 1. La masa de motor 12 y la masa de baterla 11 se diferencian por tanto dependiendo de a cuantas bujlas de incandescencia 1 se les aplica corriente en cada caso. De acuerdo con la invention se proponen ahora un procedimiento y un dispositivo que averiguen esta diferencia de masa, y en particular tambien la diferencia de masa dependiente de la corriente.
En la figura 2 se representa esquematicamente el circuito para la medicion de la diferencia de voltaje. En la figura 2 se representa una unica bujla de incandescencia 1 de la figura 1. La bujla de incandescencia 1 esta conectada con la masa de motor 12. La otra conexion de la bujla de incandescencia 1 puede conectarse mediante un interruptor 20 con la tension de la baterla 14 positiva. Este interruptor 20 esta dispuesto en el aparato de control del tiempo de precalentamiento 2 y sirve para aplicar tension de la baterla 14 positiva a la bujla de incandescencia 1 dentro de la estrategia de excitation realizada por el aparato de control del tiempo de precalentamiento 2. Entre el interruptor 20 y 1 esta conectada una conexion de una primera resistencia 21. La otra conexion de la resistencia 21 esta conectada con la entrada de un convertidor analogico-digital 23. Ademas la entrada del convertidor analogico-digital 23 o de la segunda conexion de la primera resistencia 21 se conecta a traves de una segunda resistencia 22 con una tension de referencia 15. Esta tension de referencia 15 se desvio de la tension de la baterla positiva 14 y el convertidor analogico-digital 23 mide por tanto la tension en la entrada contra la masa de baterla 11. Cuando el interruptor 20 esta abierto la segunda resistencia 22, la primera resistencia 21 y la bujla de incandescencia 1 forman un divisor de tension, dependiendo el potencial en la entrada del convertidor analogico-digital 23 tambien de
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la diferencia entre la masa de motor 12 y la masa de baterla 11. Dado que la resistencia de la bujla de incandescencia 1 es muy reducida, la influencia de la resistencia de la bujla de incandescencia 1 en relacion con la primera resistencia 21 y segunda resistencia 22 es insignificante. La diferencia entre la masa de baterla 11 y la masa de motor 12, en el caso de tensiones tlpicas en un vehlculo, puede situarse en el orden de magnitud de 12 Volt, unos voltios por ejemplo ± 3 Volt. Mediante la medicion de la tension de entrada del convertidor analogico-digital 23 puede averiguarse por ello la diferencia de potencial entre masa de baterla 11 y masa de motor 12.
El aparato de control del tiempo de precalentamiento 2, dependiendo de los parametros de funcionamiento del motor, en el que estan insertadas las bujlas de incandescencia 1, selecciona una temperatura deseada para las bujlas de incandescencia 1 o una tension que se aplica a las bujlas de incandescencia 1. Esta tension que se aplica a las bujlas de incandescencia se realiza mediante una senal modulada por ancho de pulso en las bujlas de incandescencia 1. Para ello se selecciona una duracion de periodo de la senal modulada por ancho de pulso y entonces se aplica tension de la baterla 14 a la bujla de incandescencia 1 durante una fraccion de este periodo. Durante la parte restante del periodo la bujla de incandescencia no se conecta entonces con la tension 14. La fase en la que la bujla de incandescencia se conecta con la tension 14 se denomina en lo sucesivo fraccion de encendido. Cuanto mayor se selecciona la fraccion de encendido mas intensamente se calientan las bujlas de incandescencia 1. Tambien a la fraccion de encendido se le denomina a menudo con el termino ingles „duty cycle". La fraccion de encendido puede indicarse o bien como dato porcentual o tambien como fraccion entre 0 y 1. Una fraccion de encendido de 50% o % significa que a la bujla de incandescencia se le aplica la tension de la baterla 14 durante la mitad de la duracion de periodo y durante la otra mitad no. Una fraccion de encendido de % o 25% significa que la bujla de incandescencia 1 se carga en un cuarto con la tension de la baterla 14 y no en un %.
En las figuras 3 y 4 se muestran las corrientes a traves de cuatro bujlas de incandescencia, tal como se muestran en la figura 1, en diferentes fracciones de encendido. En la figura 3 se muestra una fraccion de encendido de 14% y en la figura 4 una fraccion de encendido de 72%. En el diagrama 3.1 y 4.1 se muestran las corrientes a traves de la primera bujla de incandescencia. En los diagramas 3.2 y 4.2 se muestran las corrientes a traves de la segunda bujla de incandescencia. En el
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diagrama 3.3 y 4.3 se muestran las corrientes a traves de la tercera bujla de incandescencia. En el diagrama 3.4 y 4.4 se muestran las corrientes a traves de la cuarta bujla de incandescencia. En los diagramas 3.5 y 4.5 se muestran las corrientes de suma, es decir las corrientes anadidas a traves de todas las bujlas de incandescencia. Las corrientes a traves de las bujlas de incandescencia individuales estan normalizadas en cada caso en una, por lo que resulta una corriente de suma maxima de 4, cuando todas las bujlas estan conectadas simultaneamente con la tension de la baterla 14.
En la figura 3 se muestra una fraccion de encendido de 14%. Para ello las bujlas de incandescencia se encienden consecutivamente durante el 14% del periodo de manera que en la corriente de suma 3.5 de 0% a 56% se aplica una corriente de 1 y durante el resto del periodo una corriente de 0. Solamente cuando la fraccion de encendido asciende a un divisor de numeros enteros del numero n de las bujlas de incandescencia, la corriente de suma adoptara un valor continuamente en toda la duracion del periodo. En todos los valores entre divisores de numeros enteros de este tipo del numero de bujlas n la corriente de suma modificara su nivel durante el periodo. Si por ejemplo la fraccion de encendido asciende a 25% (es decir a %) entonces las duraciones de encendido de las bujlas podrlan disponerse de manera que es posible de manera constante una corriente de suma de 1. Si la fraccion de encendido asciende a 50% o 2/4, entonces las duraciones de encendido de las bujlas individuales pueden disponerse de manera que la corriente de suma adopta de manera constante un valor de 2. Si la fraccion de encendido asciende a %, entonces las duraciones de encendido pueden disponerse de manera que la corriente de suma adopta de manera constante el valor 3. En el caso de una fraccion de encendido de 4/4 la corriente de suma indicarla de manera constante el valor 4 durante todo el periodo. Si la fraccion de encendido se situa entre estos divisores de numeros enteros, entonces en una cierta fraccion debe aplicarse la tension de la baterla 14 a un numero superior de bujlas de incandescencia y durante una fraccion determinada a un numero inferior de bujlas de incandescencia
Para optimizar una corriente de suma de las bujlas, las fracciones de encendido de las bujlas individuales pueden disponerse de manera ventajosa durante el periodo. Si por ejemplo en la figura 3 todas las bujlas se suministran con corriente al comienzo del periodo simultaneamente, entonces durante un corto espacio de tiempo
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(14% del periodo) fluira una gran corriente a traves de todas las bujlas y durante el resto del periodo ninguna corriente. Un proceso de este tipo proporciona una gran desigualdad de la corriente global y es desventajoso porque aparecen graves averlas electromagneticas. Para conseguir que la corriente anadida en su magnitud sea lo mas uniforme posible las fracciones de encendido en la figura 3 se distribuyen de la manera mas uniforme posible en el periodo, de manera que durante una fraccion de encendido entre (x-1):n y x:n, se aplica tension o bien a x o x-1 bujlas de incandescencia. La disposition mostrada en la figura 3 de los procesos de encendido en cada caso consecutivamente de manera continua proporciona como resultado una corriente de suma lo mas uniforme posible, en la que el flujo de corriente esta por encima de un intervalo coherente de 56% en el valor de 1 y 44% en el valor de 0. Para ello la duration de encendido de una bujla comienza entonces siempre cuando la duration de encendido de otra bujla termina. Se alcanza de esta manera una distribution uniforme.
Un procedimiento alternativo establece el comienzo del encendido de la primera bujla al comienzo del periodo, el comienzo del encendido de la segunda bujla en 25% del periodo, el comienzo del encendido de la tercera bujla en 50% y de la cuarta bujla en 75% del periodo. La corriente de suma esta distribuida tambien de esta manera mas uniforme en el periodo, sin embargo, de esta manera se producen flancos de conmutacion mas frecuentes dado que la corriente oscila repetidas veces entre un valor de 1 y 0. Aunque este modo de proceder es al mismo tiempo mejor que un encendido simultaneo sin embargo no es tan bueno como el procedimiento mostrado en la figura 3.
De manera correspondiente en la figura 4 se representa una fraccion de encendido de 72%. En una disposicion optimizada en la que como maximo siempre se aplica tension de la baterla 14 solamente a tres bujlas de incandescencia, de esta manera durante 88% se aplica tension de la baterla 14 a tres bujlas y durante 12% solamente a dos bujlas. Tambien en este caso el modo de proceder alternativo serla posible con un comienzo del encendido de una bujla en cada caso en 0%; 25%, 50% y 75% del periodo, lo que sin embargo lleva tambien de nuevo a una aparicion intensificada de los flancos de conmutacion de la corriente de suma.
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En las figuras 3 y 4 se muestra en cada caso un ejemplo con cuatro bujlas de incandescencia. Generalizando, en n bujlas de incandescencia, en el caso de la excitacion segun la selection de la fraction de encendido puede aplicarse tension de la baterla a entre una y n bujlas de incandescencia. Mediante la disposition logica en la que se aplica tension simultaneamente en cada caso a un numero mlnimo de bujlas de incandescencia, sin embargo, la magnitud de la corriente anadida puede configurarse tambien en el caso de n bujlas de la manera mas uniforme posible. Para la description de esta cuestion se emplea un numero x. En el caso de un numero se trata siempre de un numero natural, es decir 1, 2, 3 hasta un maximo de n. Cuando la fraccion de encendido se situa entre (x-1):n y x:n, entonces aplica tension o bien a x o x-1 bujlas de incandescencia. La corriente de masa se limita se limita por tanto a una corriente, que fluye como maximo a traves de x bujlas de incandescencia simultaneamente. Puede limitarse de esta manera la corriente anadida mediante disposicion logica.
Se ha comprobado ahora que la diferencia de voltaje, es decir la diferencia de tension entre la masa de motor 12 y la masa de baterla 11 depende de la corriente de suma que fluye a traves de las bujlas de incandescencia 1. La diferencia de voltaje depende por tanto de la magnitud del numero x maximo de bujlas alimentadas con corriente. De acuerdo con la invention se propone ahora en el caso de la figura 3, es decir cuando la fraccion de encendido sea menor que 1:n llevar a cabo la medicion de diferencia de voltaje, cuando a una de las bujlas de incandescencia se le aplica la tension de la baterla 14.
Cuando la fraccion de encendido se situa entre (x-1):n y x:n, siendo x mayor que 1 y siendo un numero natural menor que n, entonces la medicion de la diferencia de voltaje se realiza cuando se aplica tension a x-1 bujlas de incandescencia. En el ejemplo de acuerdo con la figura 4 para cuatro bujlas de incandescencia la medicion de la diferencia de voltaje se realiza por tanto no cuando se aplica tension a tres bujlas, sino en un momento en el que la corriente de suma asciende a 2, es decir se aplica la tension de la baterla 14 a dos bujlas de incandescencia . Esto esta basado en que la diferencia de voltaje aumenta con corriente ascendente y por tanto en el caso de tres bujlas de incandescencia es mayor que en el caso de dos bujlas de incandescencia, a las que se aplica la tension de la baterla 14. Dado que la diferencia de voltaje se utiliza para corregir la fraccion de encendido, por tanto cuando se aplica
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la diferencia de voltaje medida en el caso de tres bujlas de incandescencia solamente a dos bujlas, se producirla un intenso calentamiento de las bujlas de incandescencia, lo que esta unido a una vida util reducida. A la inversa, un empleo de la diferencia de voltaje de las bujlas de incandescencia a las que se aplica tension de la baterla en el caso de tres bujlas llevarla a un descenso de la temperatura, lo que en cualquier caso no esta unido a una vida util reducida. Por lo tanto durante una fraccion de encendido entre (x-1):n y x:n se propone averiguar la diferencia de voltaje, cuando a x-1 bujlas de incandescencia se les aplica tension y emplear este entonces para la correction de la fraccion de encendido.
En el ejemplo de acuerdo con la figura 4 la medicion de masa de diferencia de voltaje se realiza por tanto entre 88% a 100% de la duration de periodo, es decir en el intervalo de tiempo en el que solamente se aplica tension de la baterla simultaneamente a dos bujlas.
Dado que cada medicion tiene un determinado error de medicion, es ademas ventajoso efectuar no solamente una unica medicion sino varias mediciones y formar a partir de estas mediciones un valor medio. En este caso puede realizarse o bien varias mediciones unas tras otras dentro de un espacio breve de tiempo o tambien pueden considerarse mediciones entre diferentes periodos modulados por ancho de pulso.
Dado que la dimension de la diferencia de voltaje depende de como la masa de motor 12 este conectada con la masa de baterla 11 la diferencia de voltaje puede estar sometida a determinadas oscilaciones. Estas oscilaciones pueden realizarse de manera muy rapida, por ejemplo, en el caso de un cable de puesta a tierra suelto o tambien realizarse muy lentamente por ejemplo mediante corrosion. Cuando la modification de la diferencia de voltaje se realiza muy lentamente entonces puede ser suficiente efectuar una medicion de este tipo de la diferencia de voltaje solamente de vez en cuando. En este caso, bastarla por lo tanto efectuar de vez en cuando la diferencia de voltaje dependiendo de que numero x, siendo x menor que n, de n bujlas de incandescencia se activen. Estos valores podrlan almacenarse entonces y aplicarse durante un largo espacio de tiempo para la compensation de la diferencia de voltaje. Cuando la diferencia de voltaje oscila de manera muy frecuente, entonces la medicion de la diferencia de voltaje deberla realizarse continuamente durante el funcionamiento de las bujlas de incandescencia para garantizar que en cada caso se
facilita un desfase actual en masa para la compensacion. La frecuencia de medicion correspondiente debe adaptarse de manera correspondiente al motor en el que estan insertadas las bujlas de incandescencia 1. La selection de la frecuencia de medicion puede realizarse tambien de manera automatizada al medirse primeramente con 5 intervalos temporales relativamente grandes. Sin embargo si se constatan intensas diferencias con la medicion anterior, entonces como reaction a ello aumenta la frecuencia de medicion. De manera correspondiente la frecuencia de medicion puede reducirse cuando se mide siempre de nuevo el mismo valor.
10 La compensacion de la fraction de encendido se realiza mediante un
acortamiento o alargamiento correspondiente de las fracciones de encendido. Si por ejemplo en el caso de una tension de la baterla de 12 voltios la diferencia de voltaje asciende a 1,2 voltios, entonces la fraccion de encendido deberla aumentarse en 10%, por ejemplo de 25% a 27,5%. Cuando la diferencia de voltaje en el caso de una 15 tension de la baterla de 12 voltios asciende a 1,5 voltios, entonces la fraccion de encendido deberla reducirse en 10%, por ejemplo de 25% a 22,5%.

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Procedimiento para hacer funcionar un numero n de bujlas de incandescencia (1), que se excitan por un aparato de control del tiempo de precalentamiento (2) con una senal modulada por ancho de pulsos con periodo predeterminado, en el que, durante un periodo, mediante el aparato de control del tiempo de precalentamiento (2) a cada bujla de incandescencia (1) se le aplica una tension durante una fraccion de encendido predeterminada del periodo y durante el resto del periodo no se le aplica la tension, caracterizado por que cuando la fraccion de encendido es menor que 1/n del periodo, se realiza una medicion de una diferencia de voltaje de las bujlas de incandescencia (1), cuando a una bujla de incandescencia (1), se le aplica tension, y por que cuando la fraccion de encendido se situa entre (x- 1)/n y x/n, siendo el numero x menor o igual al numero n y mayor que 1, o bien a un numero x o x-1 bujlas de incandescencia (1) se les aplica tension, y se realiza una medicion de una diferencia de voltaje de las bujlas de incandescencia, cuando a x-1 bujlas de incandescencia (1) se les aplica tension.
  2. 2. - Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que las fracciones de encendido de las bujlas de incandescencia (1) estan dispuestas durante el periodo, de forma que en cada caso, a un numero mlnimo de bujlas de incandescencia (1) se aplica simultaneamente la tension, para que una corriente anadida a traves de todas las bujlas de incandescencia (1) mantenga su magnitud uniforme.
  3. 3. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la diferencia de voltaje medido se emplea para corregir la fraccion de encendido dependiendo de la diferencia de voltaje.
  4. 4. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fraccion de encendido se determina dependiendo de parametros de funcionamiento de un motor en el que estan insertadas las bujlas de incandescencia (1).
  5. 5. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la diferencia de voltaje durante un periodo se mide repetidas
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    veces y se emplea un valor medio de la diferencia de voltaje para la correction de la fraction de encendido.
  6. 6. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la diferencia de voltaje se determina para todos los numeros x entre x=2 y x=n, y por que la diferencia de voltaje respectivo se emplea para la correccion de las fracciones de encendido.
  7. 7. - Aparato de control del tiempo de precalentamiento (2) para hacer funcionar un numero n de bujlas de incandescencia (1) que se excitan con una senal modulada por ancho de pulsos con periodo predeterminado, en el que durante un periodo a cada bujla de incandescencia (1) se le aplica una tension durante una fraccion de encendido predeterminada del periodo, y durante el resto del periodo no se aplica la tension, caracterizado por que estan previstos medios que, cuando la fraccion de encendido es menor que 1/n del periodo efectuan una medicion de una diferencia de voltaje de las bujlas de incandescencia (1) cuando a una bujla de incandescencia (1) se le aplica tension, y cuando la fraccion de encendido se situa entre (x-1)/n y x/n, siendo el numero x menor o igual al numero n, y mayor que 1, o bien se aplica tension a un numero x o x-1 de bujlas de incandescencia (1) y efectuan una medicion de una diferencia de voltaje de las bujlas de incandescencia cuando se aplica tension a x-1 bujlas de incandescencia (1).
  8. 8. - Aparato de control del tiempo de precalentamiento (2) de acuerdo con la revindication 7, caracterizado por que las fracciones de encendido de las bujlas de incandescencia (1) estan dispuestas durante el periodo de manera que, en cada caso, a un numero mlnimo de bujlas de incandescencia (1) se aplica tension simultaneamente, para que una corriente anadida a traves de todas las bujlas de incandescencia (1) mantenga en su magnitud lo uniforme.
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