ITMI971070A1 - Dispositivo elettronico di regolazione con un elemento riscaldante radiante - Google Patents

Description

Dispositivo elettronico di regolazione con un elemento riscaldante radiante

L'invenzione riguarda un dispositivo elettronico di regolazione con un elemento riscaldante radiante per una cucina, in particolare con piano di cottura in vetroceramica, collegata alla tensione elettrica di rete, che intorno alla tensione nominale ha un campo di tolleranza con un valore limite di tolleranza inferiore e un valore limite di tolleranza superiore.

Le aziende elettriche garantiscono per il fabbisogno domestico una tensione nominale (230 V) con una tolleranza di 5% e -10%. Il valore limite di tolleranza inferiore o superiore è quindi pari a 207 V o 241,5 V. Secondo lo stato della tecnica gli elementi riscaldanti radianti di cucine sono progettati in modo da fornire la propria potenza nominale, ad esempio 2100 W, a tensione di rete (230 V). Ciò ha per conseguenza che la potenza effettiva ammonta a soli 1700 W con il valore limite di tolleranza inferiore della tensione di rete, e a 2315 W con il valore limite di tolleranza superiore della tensione di rete, quindi si discosta significativamente dalla potenza nominale.

Se un elemento riscaldante radiante non sviluppa la propria potenza nominale il tempo di cottura, e in particolare la durata della prima cottura nonché il tempo di riscaldamento fino a incandescenza di esso, si allunga notevolmente. Tempi di cottura precedentemente impostati non conducono più al risultato di cottura desiderato. Ciò viene percepito come fastidioso dall'utente. Egli attribuirà il difetto al riscaldamento a elementi radianti, sebbene le cause risiedano nella tensione di rete.

Nella EP 0 393 506 B1 è descritta una cucina con piano in vetroceramica, nella quale la potenza dei punti di cottura è comandabile mediante temporizzazione della tensione di rete per mezzo di un microprocessore. Le oscillazioni della tensione di rete hanno effetto nella maniera sopra descritta.

Nella DE 4104 677 Al è descritto un adeguamento della potenza di un elemento riscaldante di una piastra di cottura in vetroceramica, nel quale l'alimentazione di energia viene modificata in modo che durante il funzionamento normale non venga superata una temperatura limite superiore. Anche qui non è prevista alcuna rilevazione della tensione di rete.

È compito dell'invenzione proporre un dispositivo del tipo detto inizialmente che compensi le oscillazioni della tensione di rete nel loro effetto sulla potenza del corpo riscaldante radiante, ove è disponibile per l'utente l'intera potenza nominale anche con il valore limite di tolleranza inferiore della tensione di rete.

Secondo invenzione il compito di cui sopra viene risolto mediante le caratteristiche della parte caratterizzante della rivendicazione 1.

Mediante il fatto che la potenza nominale dell'elemento riscaldante radiante è progettata per il valore limite di tolleranza inferiore della tensione di rete, e che il circuito di regolazione fa funzionare il corpo riscaldante radiante al 100% del rapporto di inserzione con il valore limite di tolleranza inferiore, è disponibile per l'utente l'intera potenza nominale anche con la minima tensione di rete garantita. Anche una tensione di rete situata sul valore limite di tolleranza inferiore non conduce quindi a un allungamento dei tempi di cottura, e dei tempi di prima cottura, o a un riscaldamento fino a incandescenza ritardato dell'elemento riscaldante radiante, visibile dall'utente attraverso la lastra in vetroceramica. Un riscaldamento fino a incandescenza rapido dell'elemento riscaldante radiante dopo l'inserzione è notoriamente desiderato affinché dopo l'inserzione l'utente veda rapidamente che il piano di cottura è pronto per l'uso.

Per impedire che l’elemento riscaldante radiante predisposto per il valore limite di tolleranza inferiore venga danneggiato o produca danni con una tensione di rete superiore, il rapporto di inserzione viene corrispondentemente abbreviato con una tensione di rete più elevata. Tali danni potrebbero consistere nell'abbreviazione della durata dell'elemento riscaldante radiante e/o nella riduzione della resistenza dei materiali isolanti sui quali agisce l'elemento riscaldante radiante.

Il dispositivo elettronico di regolazione può inoltre eseguire, oltre alla funzione descritta di compensazione delle oscillazioni della tensione di rete, anche un controllo della potenza, regolabile direttamente dall'utente o tramite un programmatore o una misurazione di temperatura, in modo che l'elemento riscaldante radiante possa funzionare non solo a pieno carico, ma anche sotto carico parziale. La compensazione delle oscillazioni della tensione di rete avviene anche con il funzionamento sotto carico parziale .

Quale elaborazione dell'invenzione i circuiti di comando del dispositivo elettronico di regolazione abbreviano il rapporto di inserzione ciclico con una tensione di rete superiore al valore limite di tolleranza inferiore rispettivamente in modo che l'elemento riscaldante radiante sviluppi - a pieno carico - la potenza nominale. Con ciò si ottiene che l'elemento riscaldante radiante funzioni alla propria potenza nominale indipendentemente dalla rispettiva tensione di rete quando è commutato sul funzionamento a pieno carico. Se è stato impostato su un carico parziale tramite il dispositivo elettronico di regolazione, allora funziona indipendentemente dalla rispettiva tensione di rete con la rispettiva potenza parziale.

In un'ulteriore elaborazione dell'invenzione la grandezza pilota abbrevia il rapporto di inserzione ciclico soltanto con una tensione di rete superiore al valore limite di tolleranza inferiore, ad esempio alla tensione nominale. Con ciò si è accettato il fatto che la potenza dell'elemento riscaldante radiante aumenti oltre la potenza nominale con una tensione di rete compresa fra il valore limite di tolleranza inferiore e la tensione maggiore, ad esempio la tensione nominale. Questo incremento di potenza è favorevole per ottenere un riscaldamento fino a incandescenza rapido e un impulso di prima cottura. Preferibilmente questo incremento di potenza viene limitato al tempo fino al raggiungimento di una temperatura desiderata, ad esempio della piastra di cottura in vetroceramica, o a una durata prestabilita, ad esempio alla fase di prima cottura e/o alla fase di riscaldamento fino a incandescenza, per evitare un surriscaldamento durevole dell'elemento riscaldante radiante e delle parti da esso irradiate.

Ulteriori elaborazioni vantaggiose dell'invenzione risultano da ulteriori sottorivendicazioni e dalla seguente descrizione di un esempio di esecuzione. Nel disegno sono visibili:

nella figura 1, uno schema a blocchi del dispositivo elettronico di regolazione con elemento riscaldante radiante,

nella figura 2a, schematicamente un diagramma tensione di rete -potenza dell'elemento riscaldante radiante,

nelle figure da 2bl a b3, rapporti di inserzione ciclici per valori caratteristici della tensione di rete di 241 V, 230 V, 207 V, secondo la figura 2a,

nella figura 3a, schematicamente un diagramma tensione di rete -potenza alternativo dell'elemento riscaldante radiante,

nelle figure da 3bl a b3, rapporti di inserzione ciclici per valori caratteristici della tensione di rete di 241 V, 230 V, 207 v, secondo la figura 3a,

nella figura 4a per confronto un diagramma tensione di rete -potenza di un elemento riscaldante radiante secondo lo stato della tecnica e

nelle figure da 4bl a b3 i rapporti di inserzione non interrotti per i valori caratteristici di tensione di rete di 241 V, 230 V, 207 V secondo la figura 4a.

Un dispositivo elettronico di regolazione presenta un microcontroller (1), che tramite un convertitore analogico/digitale (2) rileva il rispettivo valore della tensione di rete (N). Nel microcontroller (1) è previsto un blocco funzionale di confronto (3), che confronta la rispettiva tensione di rete (N) con la tensione nominale (230 V), e inoltra il risultato del confronto a un blocco di correzione (4) del microcontroller (1). Il blocco di correzione (4) è in collegamento con una memoria dei valori (5), nella quale sono associate in forma tabellare grandezze pilota a scostamenti valore teorico - valore effettivo. Una tale elaborazione del segnale è consueta nei microcontroller. Corrispondentemente al rispettivo scostamento della tensione di rete effettiva dalla tensione nominale il blocco di correzione (4) legge una grandezza pilota associata dalla memoria dei valori (5), e la applica a un controllo a pacchetti di impulsi (6).

Il controllo a pacchetti di impulsi (6) aziona un interruttore (7) elettronico, ad esempio un triac, collegato alla tensione di rete (N) in serie rispetto a un elemento riscaldante radiante (8) elettrico .

L'elemento riscaldante radiante (8) è dimensionato in lunghezza, diametro, e tipo del filo per resistor! che lo forma in modo da fornire con il valore limite inferiore (207 V) della tensione di rete (N) la propria potenza nominale, ad esempio 2100 W.

Il modo di funzionamento del dispositivo descritto è sostanzialmente il seguente:

Con il valore limite di tolleranza inferiore (207 V) della tensione di rete (N) l'elemento riscaldante radiante (8) funziona con la propria potenza nominale di 2100 W (cfr. fig. 2a). A tale scopo il controllo a pacchetti di impulsi (6) mantiene costantemente inserito per tutto il proprio tempo di ciclo (T), e con ciò nell'arco di più tempi di ciclo, l'elemento riscaldante radiante (8) (cfr. fig. 2b3). Il rapporto di inserzione ammonta quindi al 100%.

Il tempo di ciclo (T) comprende più periodi della tensione alternata di rete, ad esempio ammonta a 200 ms. Esso è comunque più breve del tempo di cui necessita l'elemento riscaldante radiante (8) per divenire incandescente. Mediante il fatto che la potenza nominale dell'elemento riscaldante radiante (8) è progettata per 207 V, e a 207 V sussiste un rapporto di inserzione del 100%, questo diviene rapidamente incandescente.

Se la tensione alternata di rete aumenta, allora viene applicata dal microcontroller (1) al controllo a pacchetti di impulsi (6) una grandezza pilota che riduce corrispondentemente il rapporto di inserzione nel proprio tempo di ciclo (T) (tasso di pulsazione). La figura 2b2 mostra il rapporto di inserzione (DI) nel tempo di ciclo (T) alla tensione nominale di 230 V.

Con un ulteriore aumento della tensione di rete il rapporto di inserzione (DI) nel tempo di ciclo (T) si abbrevia corrispondentemente, in modo che con il valore limite di tolleranza superiore (241 V) sia presente in ciascun ciclo il rapporto di inserzione (T2) (cfr. fig. 2bl).

Durante una fase di riscaldamento fino a incandescenza o una fase di prima cottura complessivamente mediata, l'elemento riscaldante radiante (8) funziona quindi indipendentemente dalla tensione di rete alla propria potenza nominale (2100 W), come raffigurato nella figura 2a.

Nell'esecuzione raffigurata nella figura 3 l'elemento riscaldante radiante (8) è dimensionato come sopra descritto, in modo da sviluppare la propria potenza nominale di 2100 W con il valore limite di tolleranza inferiore (207 V) e con un rapporto di inserzione del 100% (cfr. fig. 3b3). Nell'esecuzione secondo la figura 3 il rapporto di inserzione del 100% rimane in essere finché non è stata raggiunta la tensione nominale (230 V) (cfr. fig. 3a, fig. 3b2). Ciò ha per conseguenza che con tensioni di rete comprese fra 207 V e 230 V la potenza dell'elemento riscaldante radiante (8) aumenta corrispondentemente alla tensione. Questo aumento di potenza favorisce il riscaldamento fino a incandescenza rapido dell'elemento riscaldante radiante (8), e un processo di prima cottura rapido. Con ciò la potenza dell'elemento riscaldante radiante (8) può raggiungere valori compresi fra circa 2500 W e 2600 W.

Per non sollecitare continuamente l'elemento riscaldante radiante (8) con questa maggiore potenza per lungo tempo, tramite il microcontroller (1) il controllo a pacchetti di impulsi {6) può essere comandato in modo che l'aumento di potenza sia possibile soltanto per una durata limitata dopo l'inserzione dell'elemento riscaldante radiante . Questa durata corrisponde ad esempio approssimativamente a una fase di riscaldamento fino a incandescenza o a una fase di prima cottura, ed è compresa ad esempio fra 1 e .10 min. Dopo questa durata viene ridotto da parte del controllo a pacchetti di impulsi (6) il rapporto di inserzione. La durata della maggiore potenza può anche essere limitata significativamente mediante il fatto che al raggiungimento di una temperatura desiderata del punto di cottura il dispositivo elettronico di regolazione abbassa il rapporto di inserzione ciclico.

Al disopra della tensione nominale (230 V) non avviene alcun ulteriore aumento di potenza (cfr. fig. 3a). Il comando a pacchetti di impulsi abbrevia il rapporto di inserzione a D3, come mostrato nella figura 3bl. Invece della tensione nominale può anche essere scelto un altro valore di tensione fra il valore limite di tolleranza inferiore e superiore.

Dalla figura 4, che raffigura lo stato della tecnica, è visibile che la potenza nominale di 2100 W dell'esempio viene sviluppata soltanto con la tensione nominale di 230 V. Durante il tempo di ciclo (T) l'elemento riscaldante radiante (8) è costantemente inserito indipendentemente dalla tensione di rete, cosa che corrisponde a un rapporto di inserzione del 100%. La potenza cresce con il quadrato della tensione.

Claims (7)

1. Rivendicazioni 1. Dispositivo elettronico di regolazione con un elemento riscaldante radiante per una cucina, in particolare con piano di cottura in vetroceramica, collegata alla tensione elettrica di rete, che intorno alle tensione nominale ha un campo di tolleranza con un valore limite di tolleranza inferiore e un valore limite di tolleranza superiore, caratterizzato dal fatto che l'elemento riscaldante radiante (8) è progettato in modo da sviluppare la propria potenza nominale con il valore limite di tolleranza inferiore, che il dispositivo elettronico di regolazione (da 1 a 6) forma dalla rispettiva tensione di rete e dalla tensione nominale una grandezza pilota per il rapporto di inserzione ciclico dell'elemento riscaldante radiante (8), che la grandezza pilota, quando la tensione di rete si trova sul valore limite di tolleranza inferiore, imposta - a pieno carico - un tempo di inserzione ciclico del 100%, e che la grandezza pilota, quando la tensione di rete è superiore al valore limite di tolleranza inferiore, imposta un rapporto di inserzione (D1, D2, D3) ciclico abbreviato.
2. 2. Dispositivo elettronico di regolazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che con tensioni di rete superiori al valore limite di tolleranza inferiore la grandezza pilota abbrevia il rapporto di inserzione (Di, D2) ciclico rispettivamente in modo che l'elemento riscaldante radiante (8) sviluppi - a pieno carico - la potenza nominale .
3. 3. Dispositivo elettronico di regolazione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la grandezza pilota abbrevia il rapporto di inserzione ciclico soltanto con una tensione di rete al disopra del valore limite di tolleranza inferiore, ad esempio alla tensione nominale.
4. 4. Dispositivo elettronico di regolazione secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che questa abbreviazione è limitata dal raggiungimento di una temperatura desiderata del punto di cottura.
5. 5. Dispositivo elettronico di regolazione secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che questa abbreviazione è limitata alla fase di prima cottura o alla fase di riscaldamento fino a incandescenza dell'elemento riscaldante radiante (8).
6. 6. Dispositivo elettronico di regolazione secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che con esso è regolabile il pieno carico o il carico parziale dell'elemento riscaldante radiante (8).
7. 7. Dispositivo elettronico di regolazione secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che esso presenta un microcontroller (1), che tramite un convertitore analogico/digitale (2) confronta la rispettiva tensione di rete con la tensione nominale, e deriva da una memoria dei valori (5) una grandezza pilota corrispondente al risultato del confronto per un controllo a pacchetti di impulsi (6) di un interruttore (7) elettronico dell'elemento riscaldante radiante (8).