EP0719072A2 - Leistungssteuerung für elektrische Verbraucher, vorzugsweise Heizkörper für Kochfelder - Google Patents

Leistungssteuerung für elektrische Verbraucher, vorzugsweise Heizkörper für Kochfelder Download PDF

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EP0719072A2
EP0719072A2 EP95118381A EP95118381A EP0719072A2 EP 0719072 A2 EP0719072 A2 EP 0719072A2 EP 95118381 A EP95118381 A EP 95118381A EP 95118381 A EP95118381 A EP 95118381A EP 0719072 A2 EP0719072 A2 EP 0719072A2
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control
heating
power control
power
zone
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Ralf Dipl.-Ing. Schneider (Fh)
Wolfgang Dipl.-Ing. Beifuss
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
Bosch Siemens Hausgerate GmbH
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/0252—Domestic applications
    • H05B1/0258—For cooking
    • H05B1/0261—For cooking of food
    • H05B1/0266—Cooktops
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
    • H05B3/746—Protection, e.g. overheat cutoff, hot plate indicator

Definitions

  • the invention relates to a power control for electrical consumers, preferably relating to radiators for cooktops, wherein the radiator radiators below glass ceramic cooktops can also be suitable for multi-circuit operation.
  • halogen hob heaters the power consumption of which is highly temperature-dependent.
  • Such consumers require a much longer period compared to operation with nominal power at a low input power because of the strong and too high inrush currents.
  • the radiator cools down considerably due to the short on and long downtime and thus remains low-resistance, which has the consequence of large flicker values. If there is a conventional power control for hotplates, the total period must be very long, which results in an uneven power control.
  • the object of the invention is therefore to develop a power control for electric radiators for cooktops, which optimizes the heating power required in each case without mains feedback, while avoiding impermissible flicker rates.
  • the solution to the problem according to the invention is characterized in that a control is arranged which optimizes the power control for predominantly radiant heaters while avoiding network feedback effects, with switching frequency, heat distribution and parboiling behavior being control parameters and that the control controls the consumers in a power-limiting and / or variable manner.
  • control is an electronic hob control, which selects a switching element specifically assigned to it for each radiant heater, in the case of radiant heaters with multi-zone heaters, and controls it in a manner that is permissible for the supply network, depending on a preselected cooking level.
  • the period duration of the power control varies. As the power of the selected hotplate increases, the period becomes shorter. This can occur with almost all adjustable power levels of the selected hotplate. It is usually sufficient to use two different periods, a longer one for small services and a shorter one for medium to large services. It has been found that further fine gradations are only of little advantage purely for the cooking process.
  • Electronic power controls for hotplates preferably control radiators, which are radiant heaters under glass ceramic cooktops, in a concentric single version or a multi-circuit radiator version with a concentric or oval shape. Corresponding combinations of such heating systems are known.
  • the electronic hotplate control can switch to the various heating circuits and additional heaters, or can automatically control the heating output by means of pan detection. In most cases, the heating power is provided by clocking the energy supply.
  • control 1 shows a control 1, input elements 2, display elements 3, power controller 4 and a consumer 5.
  • control cycles 21, 22, 23, 24 and 25 are specified which, depending on the radiators used, are to be seen as output heating output sequences in terms of control by the electronic hotplate control.
  • circuit diagrams are indicated which correspond to connection contacts 31 to 34 which are selected by the electronic hotplate control and which correspond to radiators 35 to 38.
  • 1 is a hotplate control scheme that the control 1, selected by input elements 2 and acting on the output side on displays 3, is shown.
  • the controller 1 selects power controllers 4, which in turn activate radiators 5, the consumers 5 being acted upon by control sequences output by the electronic controller, as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the solution according to the invention is based on the fact that in electronic cooking zone controls for each partial heating in multi-zone heating systems that have two or more cooking zones, a switching element that is independent of the other partial heating systems, for example a power relay or power semiconductor, is used.
  • Each switching element is clocked by a switching logic as a function of the set cooking level, other electronic functions, for example pan detection, playing a role, with zone connections and basic heating loads operating according to control cycles according to FIG. 2.
  • the electronic hob control optimizes the heat distribution between the base load and zone heating and tries to find an optimum so as not to exceed the permissible flicker value in relation to the supply network.
  • the power control is characterized in that the controller 1, taking into account a pan detection function, controls parboiling powers that are optimized for parboiling time and heat distribution.
  • the control specifies a control cycle 21 related to the hotplate in the standard heating case.
  • the control cycle 22 is characterized in that the control specifies a control cycle related to the hotplate for an increased internal heating with zone activation, the heating outputs being clocked, preferably the internal heating output.
  • the control cycle 23 according to FIG.
  • control system outputs the cycle sequence 23 referred to the cooking point for a flicker-optimized normal heating with a switchable zone heating.
  • control cycle 24 (FIG. 2), the control keeps the output sequence shown ready for a flicker-optimized amplified and clocked internal heating with switchable zone heating.
  • the control cycle 25 according to FIG. 2 is finally provided for a flicker-optimized internal normal heating system with switchable zone heating and is used for more frequent switching cycles.
  • the controller 1 is an electronic hotplate controller which, for each radiant heater, in the case of radiant heaters with multi-zone heaters also for each partial heater, selects a switching element specifically assigned to it and controls the supply network reaction-dependent as a function of a preselected cooking level. According to FIG. 3, this is represented by the parallel circuits mentioned, which all have their own dial contact.
  • the internal heating output is usually quite low in order to obtain an even heat distribution when the ring heating is switched on.
  • the internal heating output can initially be optimized for the small zone, for example 1400 watts with a heating ring diameter of 145 mm.
  • the unit on-time of the inner heating can then only be designed to be half as long as the on-time of the zone that is clocked at maximum heating power of the inner heating.
  • roaster heaters these are specially switchable zone heaters, or can be used with any combination of heaters and zone heaters.
  • the zone heaters usually have a high heating capacity, which limits the clock rate relatively strongly due to the permissible flicker rate mentioned. Therefore, clocking is very rare.
  • zone heating according to the control cycles from FIG. 2 there are already advantages such that different flickering disturbances can occur due to different clock rates between the different zones.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungssteuerung für elektrische Verbraucher, vorzugsweise Heizkörper für Kochfelder betreffend, wobei die Heizkörper unterhalb Glaskeramik-Kochflächen, geeignet auch für Mehrkreisbetrieb, angeordnet sein können, wobei eine Steuerung (1) angeordnet ist, die die Leistungssteuerung für vorwiegend Strahlungsheizkörper unter Vermeidung von Netzrückwirkungseffekten optimiert, wobei Schalthäufigkeit, Wärmeverteilung und Ankochverhalten Steuerungsparameter sind, und daß die Steuerung (1) die Verbraucher ggf. leistungsbegrenzend und/oder periodendauervariierend steuert. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungssteuerung für elektrische Verbraucher, vorzugsweise Heizkörper für Kochfelder betreffend, wobei die Heizkörper-Strahlungsheizkörper unterhalb Glaskeramik-Kochflächen, geeignet auch für Mehrkreisbetrieb, sein können.
  • Elektrische Verbraucher, beispielsweise Kochstellen in Haushaltgeräten, dürfen zur Vermeidung von Netzrückwirkungen nicht beliebig häufig ein- und ausgeschaltet werden. Dadurch würden auf das öffentliche Stromversorgungsnetz Rückwirkungen, sogenannte Flicker, also Netzspannungsschwankungen, die durch das Schalten von starken Verbrauchern entstehen, zunehmen. Die zulässige Schalthäufigkeit nimmt mit der Höhe der zu schaltenden Leistung ab. Elektronische Leistungssteuerungen für Kochsstellen, die die Leistung der Kochstellenheizung durch Ein- und Ausschalten steuern, tun dies in aller Regel durch variable Einschaltzeiten für die angewählte Kochstelle bei einer konstanten Periodendauer. Das Ziel einer Kochstellen-Leisstungssteuerung, möglichst gleichmäßige Leistungsabgabe, fordert eine möglichst kurze Steuerungsperiodendauer. Dies wird mit zunehmender Schaltleistung durch die sogenannte Flickerrate begrenzt. Damit wird bei größeren Leistungsschaltungen die noch zulässige Periodendauer der Leistungssteuerungs-Schaltfrequenz sehr lang.
  • Neben konventionellen Strahlungsheizquellen gibt es beispielsweise Halogen-Kochstellenheizungen, deren Leistungsaufnahme stark temperaturabhängig ist. Solche Verbraucher bedingen bei geringer eingesteuerter Leistung wegen der starken und zu hohen Einschaltströme eine gegenüber Betrieb mit Nennleistung sehr viel größere Periodendauer. Der Heizkörper kühlt durch die kurze Ein- und lange Auszeit stark ab und bleibt somit niederohmig, was die Konsequenz großer Flickerwerte hat. Ist eine konventionelle Leistungssteuerung für Kochstellen vorhanden, muß dadurch die Periodendauer insgesamt sehr lang werden, was eine zu ungleichmäßige Leistungseinsteuerung zur Folge hat.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Leistungssteuerung für elektrische Heizkörper für Kochfelder zu entwickeln, die unter Vermeidung unzulässiger Flickerraten die jeweils notwendige Heizleistung netzrückwirungsfrei optimiert.
  • Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabenstellung ist dadurch gekennzeichnet daß eine Steuerung angeordnet ist, die die Leistungssteuerung für vorwiegend Strahlungsheizkörper unter Vermeidung von Netzrückwirkungseffekten optimiert, wobei Schalthäufigkeit, Wärmeverteilung und Ankochverhalten Steuerungsparameter sind und daß die Steuerung die Verbraucher leistungsbegrenzend und/oder Periodendauer variierend steuert.
  • Eine weitere vorteilhafte Lösung der Aufgabenstellung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine elektronische Kochstellensteuerung ist, die für jede Strahlungsheizung, bei Strahlungsheizungen mit Mehrzonenheizungen für jede Teilheizung, ein dieser speziell zugeordnetes Schaltelement anwählt und in Abhängigkeit von einer vorgewählten Kochstufe versorgungsnetz-rückwirkungszulässig steuert.
  • Weitere vorteilhafte Lösungen der Aufgabenstellung sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Bei einer Leistungssteuerung gemäß der Erfindung variiert die Periodendauer der Leistungseinsteuerung. Mit zunehmender Leistung der jeweils angewählten Kochstelle wird die Periodendauer kürzer. Dies kann bei fast allen einstellbaren Leistungsstufen der jeweilig angewählten Kochstelle auftreten. Normalerweise ist es ausreichend, zwei verschiedene Periodendauern zu verwenden, eine längere für kleine Leistungen und eine kürzere für mittlere bis große Leistungen. Es hat sich ergeben, daß weitere Feinabstufungen rein für den Kochvorgang nur noch wenig vorteilhaft sind. Elektronische Leistungssteuerungen für Kochstellen steuern vorzugsweise Heizkörper, die Strahlungsheizkörper unter Glaskeramik-Kochflächen sind, in konzentrischer Einzelausführung oder einer Mehrkreis-Heizkörperausführung mit konzentrischer oder ovaler Form. Entsprechende Kombinationen solcher Heizsysteme sind bekannt. Die elektronische Kochstellensteuerung kann eingabeseitig auf die verschiedenen Heizkreise auch der Zusatzheizungen abstellen bzw. durch Topferkennung eine automatische Heizleistungssteuerung vornehmen. In den meisten Fällen wird die Heizleistung über Taktung der Energiezuführung bereitgestellt.
  • Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine Grundschaltung für eine Kochstellensteuerung,
    Fig. 2
    verschiedene Steuerungszyklen für Mehrkreis-Heizkörper und
    Fig. 3
    ein Zuschaltschema von Leistungsschaltelementen gemäß Fig. 2.
  • Die Grundschaltung einer Kochstellensteuerung gemäß Fig. 1 zeigt eine Steuerung 1, Eingabeelemente 2, Anzeigenelemente 3, Leistungssteller 4 und einen Verbraucher 5.
  • Gemäß Fig. 2 sind Steuerungszyklen 21, 22, 23, 24 und 25 angegeben die in Abhängigkeit von den verwendeten Heizkörpern steuerungsmäßig durch die elektronische Kochstellensteuerung als Ausgabe-Heizleistungsfolgen gesehen werden sollen.
  • Gemäß Fig. 3 sind Schaltschemata angedeutet, die über Zuschaltkontakte 31 bis 34, die von der elektronischen Kochstellensteuerung angewählt werden und mit Heizkörpern 35 bis 38 korrespondieren. Gemäß Fig. 1 ist ein Kochstellen-Steuerungschema, daß die Steuerung 1, angewählt von Eingabeelementen 2 und ausgabeseitig auf Anzeigen 3 wirkend, dargestellt. Die Steuerung 1 wählt Leistungssteller 4 an, die ihrerseits Heizkörper 5 aktivieren, wobei die Verbraucher 5 entsprechend Fig. 2 und 3 von durch die elektronische Steuerung ausgegebenen Steuerungsfolgen beaufschlagt sind.
  • Die erfindungsgemäße Lösung stellt darauf ab, daß bei elektronischen Kochstellensteuerungen für jede Teilheizung bei Mehrzonenheizungen, die zwei oder mehr Kochzonen haben, ein von den anderen Teilheizungen unabhängiges Schaltelement, beispielsweise ein Leistungsrelais oder Leistungshalbleiter, verwendet wird. Jedes Schaltelement wird von einer Schaltlogik in Abhängigkeit von eingestellter Kochstufe, wobei andere elektronische Funktionen, beispielsweise Topferkennung, eine Rolle spielen, getaktet, wobei Zonenzuschaltungen und Heizungsgrundlasten nach Steuerungszyklen gemäß Fig. 2 arbeiten. Die elektronische Kochstellensteuerung optimiert dabei die Wärmeverteilung zwischen Grundlast und Zonenheizungen und versucht ein Optimum zu finden, um zulässige Flickerwert, bezogen auf das Versorgungsnetz, nicht zu überschreiten. Bei konzentrischen Zonenheizungen ist die innere Heizleistung meistens recht niedrig, um bei zugeschalteter Ringheizung eine gleichmäßige Wärmeverteilung zu erhalten. Die Leistungssteuerung ist gekennzeichnet dadurch, daß die Steuerung 1 unter Berücksichtigung einer Topferkennungsfunktion, Ankochleistungen steuert, die auf Ankochzeit und Wärmeverteilung optimiert sind. Dabei ist gemäß Fig. 2 in Zyklus 21 erkennbar, daß die Steuerung einen Steuerungszyklus 21 kochstellenbezogen im Standardheizungsfall vorgibt. Der Steuerungszyklus 22 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung einen Steuerungszyklus kochstellenbezogen für eine verstärkte innere Heizung mit Zonenzuschaltung vorgibt, wobei die Heizleistungen getaktet sind, vorzugsweise die innere Heizleistung. Der Steuerungszyklus 23 gemäß Fig. 2 zeigt, daß die Steuerung kochstellenbezogen für eine flickeroptimierte Normalheizung mit zuschaltfähiger Zonenheizung die genannte Zyklenfolge 23 ausgibt. Gemäß Steuerungszyklus 24 (Fig. 2) hält die Steuerung kochstellenbzogen für eine flickeroptimeirte verstärkte und getaktete innere Heizung mit zuschaltfähiger Zonenheizung die dargestellte Ausgabefolge bereit.
  • Der Steuerungszyklus 25 gemäß Fig. 2 ist schließlich kochstellenbezogen für eine flickeroptimierte innere Normalheizung mit zuschaltfähiger Zonenheizung vorgesehen und wird für häufigere Schaltspiele angewendet. Den Schaltschemata nach Fig. 3 ist entnehmbar, daß die Steuerung 1 eine elektronische Kochstellensteuerung ist, die für jede Strahlungsheizung, bei Strahlungsheizungen mit Mehrzonenheizungen auch für jede Teilheizung, ein dieser speziell zugeordnetes Schaltelement anwählt und in Abhängigkeit von einer vorgewählten Kochstufe versorgungsnetz-rückwirkungszulässig steuert. Gemäß Fig. 3 ist das durch die angeführten Parallelschaltkreise, die alle über einen eigenen Anwählkontakt verfügen, dargestellt.
  • Bei konzentrischen Zonenheizungen ist die innere Heizleistung in der Regel recht niedrig, um bei zugeschalteter Ringheizung eine gleichmäßige Wärmeverteilung zu erhalten. Bei den nach der Erfindung behandelten Steuerungszyklen kann die innere Heizleistung zunächst für die kleine Zone optimiert werden, das sind beispielsweise 1400 Watt bei einem Heizringdurchmesser von 145 mm. Bei einer zugeschalteten Zone ist es möglich, durch Takten die innere Heizleistung so zu verringern, daß die Wärme-Gesamtverteilung über den zugeschalteten Gesamtkochstellenbereich optimiert ist. Im Taktbetrieb kann bei reduzierter Kochstellung dann beispielsweise die Einheit Einzeit der inneren Heizung jeweils nur halb so lang gestaltet werden, wie die Einzeit der Zone, die bei maximaler Heizleistung der inneren Heizung getaktet wird. Zusätzlich ist auch beim Ankochen eine Sonderfunktion möglich, so daß auch die innere Heizung im Anheizstadium mit maximaler Heizleistung betrieben werden kann, womit man die Ankochdauer für größere Kochgutmengen, beispielsweise größere Wassermenge, stark verringert. Ähnlich kann auch bei sogenannten Bräterheizungen, das sind speziell zuschaltbare Zonenheizungen, oder bei beliebigen Kombinationen von Heizungen und Zonenheizungen verfahren werden. Die Zonenheizungen sind meist mit hoher Heizleistung behaftet, was die Taktrate wegen der genannten zulässigen Flickerrate relativ stark einschränkt. Daher darf nur sehr selten getaktet werden. Bei Zonenheizungen gemäß der Steuerzyklen aus Fig. 2 ergeben sich bereits solche Vorteile, daß durch unterschiedliche Taktraten zwischen den verschiedenen Zonen geringere Flickerstörungen entstehen können. Wenn man weiter bedenkt, daß die verschiedenen Heizzonen selten gemeinsam, sondern mit zeitlicher Verzögerung geschaltet werden, lassen sich die Flickerwerte weiter verringern, womit die Taktraten erhöht werden können. Die elektronische Steuerung wird daher für Fälle ausgelegt, die den maximalen Flickerwert eben noch unterschreiten. Für die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich damit in vorteilhafter Weise, je nach dem von der Leistungsteuerung ausgegebenen Steuerungszyklus, eine günstige Verteilung der Heizleistung auf verschliedene Heizkreise und damit eine elektronisch gesteuerte, für den jeweiligen Kochprozeß optimierte Wärmeleistungsverteilung.

Claims (8)

  1. Leistungssteuerung für elektrische Verbraucher, vorzugsweise Heizkörper für Kochfelder betreffend, wobei die Heizkörper unterhalb Glaskeramik-Kochflächen, geeignet auch für Mehrkreisbetrieb, angeordnet sein können, dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Steuerung (1) angeordnet ist, die die Leistungssteuerung für vorwiegend Strahlungsheizkörper unter Vermeidung von Netzrückwirkungseffekten optimiert, wobei Schalthäufigkeit, Wärmeverteilung und Ankochverhalten Steuerungsparameter sind, und daß die Steuerung (1) die Verbraucher ggf. leistungsbegrenzend und/oder periodendauervariierend steuert.
  2. Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (1) eine elektronische Kochstellensteuerung ist, die für jede Strahlungsheizung, bei Strahlungsheizungen mit Mehrzonenheizungen auch für jede Teilheizung, ein dieser speziell zugeordnetes Schaltelement anwählt und in Abhängikeit von einer vorgewählten Kochstufe versorgungsnetz-rückwirkungszulässig steuert.
  3. Leistungssteuerung nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (1) gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Topferkennungsfunktion Ankochleistungen steuert die auf Ankochzeit und Wärmevertellung optimiert sind.
  4. Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (1) einen Steuerungszyklus (21) kochstellenbezogen im Standardheizungsfall vorgibt.
  5. Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (1) einen Steuerungszyklus (22) kochstellenbezogen für eine verstärkte und getaktete innere Heizung mit Zonenzuschaltung vorgibt.
  6. Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (1) einen Steuerungszyklus (23) kochstellenbezogen für eine flickeroptimierte Normalheizung mit zuschaltfähiger Zonenheizung vorgibt.
  7. Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (1) einen Steuerungszyklus (24) kochstellenbezogen für eine flickeroptimierte verstärkte und getaktete innere Heizung mit zuschaltfähiger Zonenheizung vorgibt.
  8. Leistungssceuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (1) einen Steuerungszyklus (25) kochstellenbezogen für eine flickeroptimierte innere Normalheizung mit zuschaltfähiger Zonenheizung vorgibt.
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