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EP0868110A1 - Flickerminimiertes Ansteuerverfahren für mindestens ein Heizelement eines netzbetriebenen Wärmegerätes - Google Patents

Flickerminimiertes Ansteuerverfahren für mindestens ein Heizelement eines netzbetriebenen Wärmegerätes Download PDF

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EP0868110A1
EP0868110A1 EP98105522A EP98105522A EP0868110A1 EP 0868110 A1 EP0868110 A1 EP 0868110A1 EP 98105522 A EP98105522 A EP 98105522A EP 98105522 A EP98105522 A EP 98105522A EP 0868110 A1 EP0868110 A1 EP 0868110A1
Authority
EP
European Patent Office
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waves
period
power
heating element
polarity
Prior art date
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Granted
Application number
EP98105522A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0868110B1 (de
Inventor
Werner Fertig
Peter Anthes
Martin Liebeck
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.)
Procter and Gamble Deutschland GmbH
Original Assignee
Wella GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Wella GmbH filed Critical Wella GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of EP0868110B1 publication Critical patent/EP0868110B1/de
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    • 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
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/0288—Applications for non specified applications
    • H05B1/0291—Tubular elements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A45—HAND OR TRAVELLING ARTICLES
    • A45D—HAIRDRESSING OR SHAVING EQUIPMENT; EQUIPMENT FOR COSMETICS OR COSMETIC TREATMENTS, e.g. FOR MANICURING OR PEDICURING
    • A45D20/00—Hair drying devices; Accessories therefor
    • A45D20/22—Helmets with hot air supply or ventilating means, e.g. electrically heated air current
    • A45D20/30—Electric circuitry specially adapted for hair drying devices

Definitions

  • the invention relates to a control method according to the Genus of the preamble of claim 1 and the Claim 3.
  • heating resistor in series switch one sensitive influencing of the temperature of the dispensed Warm air depending on an adjustable setpoint possible.
  • the switch is used in a known manner controlled by a pulse packet controller.
  • the ones from The heating power emitted by the heating resistor is pulsed activation of the switch, generally one Triac, set in the voltage zero crossing. Since that Any ratio of pulse lengths to pulse pauses can be selected, the heating output in this way between zero and the maximum by the radiator feasible performance can be varied almost arbitrarily.
  • the object of the present invention is therefore a to create a flicker-minimized triggering process that simple measures keeping an undivided Radiator allowed, but optionally also in systems with divided heating strands can be used.
  • the invention is based on several exemplary embodiments described in more detail.
  • Figure 1 shows a basic block diagram of a Flicker-minimized power control using electronic switch for at least one heating element a network-operated heating device, wherein a Microcontroller by means of a zero crossing detection of the Network half-waves detects positive and negative half-waves and a circuit breaker with corresponding half-wave pulse packets controls. Via a power setting facility a certain performance can be specified.
  • FIG. 2 A basic block diagram of a temperature-dependent (regulated) power control is shown in FIG. 2, wherein a temperature setpoint is specified, which by means one thermally coupled to the heating element Temperature sensor detected actual temperature from Microcontroller is compared and the circuit breaker controlled with appropriate pulse packets.
  • the power control method in a first exemplary embodiment is described in more detail using the example of seven pulse packets 2, 3, 11-14, 21.
  • the power per period T is controlled by the size of pulse packets 1-21.
  • the pulse packets 1-21 consist of a series of network half-waves A, B, C, the half-waves A, B of a first polarity in the same number being arranged in succession depending on the power at the beginning and end of the period T.
  • the pulse packet 12-21 is assigned further half waves C of a second polarity in succession depending on a further power, the polarities of the network half waves A, B, C being exchanged cyclically after each period T. Cyclical swapping has the advantage that the network is loaded with few DC components.
  • 21 power levels from 0% to 100% are possible, as the following table shows.
  • the half-waves C can - as shown - in the middle as well be arranged at the beginning or end of the period T.
  • the power control method is described in more detail in a second exemplary embodiment, using the example of seven pulse packets 2 ', 3', 11'-14 ', 21'.
  • the power per period T is controlled via the size of pulse packets 1'-21 '.
  • the pulse packets 1'-21 ' consist of a series of network half-waves D, E, the half-waves D of a first polarity at the beginning of the period T and the half-waves E of a second polarity at the end of the period T being arranged in succession in equal numbers depending on the power .
  • the 21 pulse packets 1'-21 '(corresponding to 21 power levels) only the pulse packets 2', 3 ', 11'-14' and 21 'are shown here.
  • the corresponding 21 power levels could be controlled manually by means of a corresponding step switch or the like via a microcontroller, or a temperature control according to FIG. 2 could optionally be provided. After the selected period T, the 21 power levels (0% to 100%) are built up in 5% power steps, which is shown in the following table.
  • the half-waves D, E - each after further power - in corresponding full waves about.
  • the resulting DC component is at its maximum permissible value incorporated in the standard EN 61000-3-2 and may be a maximum of approx. 1160 W with pure half-wave control be.
  • the direct current load of Contacts u. reduced.
  • FIG. 5 shows two successive periods T 1 and T 2 with two identical pulse packets 13 ', 13' (FIG. 4), a full-wave jump X occurring here when the period changes, which is avoided in a further development of the invention according to FIG. 6 (as well as the duration of half-waves of the same polarity) that the polarities of the half-waves D ', E' are cyclically exchanged after each period T 1 (T 1 , T 2 etc.).
  • a first heating element with the first and a second heating element with the second polarity of half-waves A, B, C or D, E be applied, or that a first heating element be cyclically applied with the first period T 1 and a second heating element with the second period T 2 is applied.
  • the power process is integrated in a temperature control, and a heat treatment device for head hair can be provided as the heating device.

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  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)

Abstract

Flickerminimiertes Leistungssteuerungsverfahren mittels elektronischer Schalter für mindestens ein Heizelement eines netzbetriebenen Wärmegeräts, wobei die Leistung pro Periode (T) über die Größe von Pulspaketen (1'-21') gesteuert wird, und die Pulspakete (1'-21') aus einer Reihe von Netzhalbwellen (D, E) bestehen, wobei die Halbwellen (D) einer ersten Polarität anfangsseitig der Periode (T) und die Halbwellen (E) einer zweiten Polarität endseitig der Periode (T) in gleicher Anzahl in Abhängigkeit von der Leistung aufeinanderfolgend angeordnet sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Ansteuerverfahren nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3.
Bei bekannten Wärmegeräten ist mittels eines zu einem Heizwiderstand in Reihe geschalteten Schalters eine feinfühlige Beeinflussung der Temperatur der abgegebenen Warmluft in Abhängigkeit eines einstellbaren Sollwertes möglich. Hierfür wird der Schalter in bekannter Weise mit einer Impulspaketsteuerung gesteuert. Die vom Heizwiderstand abgegebene Heizleistung wird dabei durch impulsartiges Ansteuern des Schalters, im allgemeinen eines Triac, im Spannungsnulldurchgang eingestellt. Da das Verhältnis von Impulslängen zu Impulspausen beliebig gewählt werden kann, kann die Heizleistung auf diese Weise zwischen Null und der maximal durch den Heizkörper umsetzbaren Leistung nahezu beliebig variiert werden.
An die Spannungsrückwirkung auf Stromnetze werden in jüngster Zeit erhöhte Anforderungen gestellt (Flickernorm EN 61000-3-3). So sind zum Beispiel bei einer für Handhaartrockner oder Trockenhauben gebräuchlichen zu schaltenden Leistung von normalerweise > 1000 W vorschriftsbedingt so große Schaltintervalle erforderlich, daß die Zeitkonstanten schneller Heizkörpersysteme deutlich überschritten werden und somit zu starke Temperaturschwankungen der Ausblasluft auftreten. Die erlaubten Schaltzeiten werden erst bei für Handhaartrocknern und Trockenhauben deutlich zu geringeren Nennleistungen annehmbar klein. Eine Lösung nach der DE 40 23 250 A1 geht den Weg, den Heizkörper in zwei oder mehrere Teilwiderstände niedriger Leistung aufzuteilen, und ein schnell aufeinanderfolgendes, gleichzeitiges Schalten der Teilwiderstände in geeigneter Weise zu verhindern. Dieses Verfahren ist jedoch technisch/konstruktiv aufwendig und zur Nachrüstung in bestehenden Geräten nur beschränkt geeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein flickerminimiertes Ansteuerverfahren zu schaffen, das durch einfache Maßnahmen ein Beibehalten eines ungeteilten Heizkörpers erlaubt, wahlweise aber auch in Systemen mit aufgeteilten Heizsträngen einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1
ein Blockschaltbild einer Leistungssteuerung;
Figur 2
ein Blockschaltbild einer Temperaturregelung,
Figur 3
verschiedene Pulspakete eines ersten Ausführungsbeispiels;
Figur 4
verschiedene Pulspakete eines zweiten Ausführungsbeispiels, und
Figur 5-7
jeweils zwei aufeinanderfolgende Pulspakete.
Figur 1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer flickerminimierten Leistungssteuerung mittels elektronischer Schalter für mindestens ein Heizelement eines netzbetriebenen Wärmegeräts, wobei ein Mikrokontroller mittels einer Nulldurchgangserkennung der Netzhalbwellen positive und negative Halbwellen erkennt und einen Leistungsschalter mit entsprechenden Halbwellen-Pulspaketen ansteuert. Über eine Leistungseinstelleinrichtung kann eine bestimmte Leistung vorgegeben werden.
Ein prinzipielles Blockschaltbild einer temperaturabhängigen (geregelten) Leistungssteuerung zeigt Figur 2, wobei ein Temperatur-Sollwert vorgegeben wird, der mittels eines mit dem Heizelement thermisch gekoppelten Temperatursensors erfaßten Temperatur-Istwerts vom Mikrokontroller verglichen wird und den Leistungsschalter mit entsprechenden Pulspaketen ansteuert.
In der Figur 3 wird am Beispiel von sieben Pulspaketen 2, 3, 11-14, 21 das Leistungssteuerverfahren in einem ersten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Leistung pro Periode T wird über die Größe von Pulspaketen 1-21 gesteuert. Die Pulspakete 1-21 bestehen aus einer Reihe von Netzhalbwellen A, B, C, wobei die Halbwellen A, B einer ersten Polarität in gleicher Anzahl in Abhängigkeit von der Leistung anfangs- und endseitig der Periode T aufeinanderfolgend angeordnet sind. Bei über 50 % Leistungssteuerung werden dem Pulspaket 12-21 in Abhängigkeit von einer weiteren Leistung weitere Halbwellen C einer zweiten Polarität aufeinanderfolgend zugeordnet, wobei die Polaritäten der Netzhalbwellen A, B, C nach jeder Periode T zyklisch getauscht werden. Das zyklische Tauschen hat den Vorteil, daß das Netz mit wenig Gleichstromanteilen belastet wird. Aus Darstellungsgründen ist hier (wie auch nach der Figur 4) eine Periodenzeit T entsprechend 20 Netzvollwellen (= 40 Netzhalbwellen) gewählt. In der Praxis dürfte eine Periodenzeit T entsprechend 50 Netzvollwellen (= 50 Hz = 1 s) gebräuchlich sein. Nach der gewählten Periode T sind 21 Leistungsstufen von 0 % bis 100 % möglich, was die folgende Tabelle zeigt.
Halbwellen Leistung in % Pulspaket
A B C
0 0 0 0 1
1 1 0 5 2
2 2 0 10 3
3 3 0 15 4
4 4 0 20 5
5 5 0 25 6
6 6 0 30 7
7 7 0 35 8
8 8 0 40 9
9 9 0 45 10
10 10 0 50 11
10 10 2 55 12
10 10 4 60 13
10 10 6 65 14
10 10 8 70 15
10 10 10 75 16
10 10 12 80 17
10 10 14 85 18
10 10 16 90 19
10 10 18 95 20
10 10 20 100 21
Die Halbwellen C können - wie dargestellt - mittig wie auch anfangs - oder endseitig der Periode T angeordnet sein.
In der Figur 4 wird am Beispiel von sieben Pulspaketen 2', 3', 11'-14', 21' das Leistungssteuerverfahren in einem zweiten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Leistung pro Periode T wird über die Größe von Pulspaketen 1'-21' gesteuert. Die Pulspakete 1'-21' bestehen aus einer Reihe von Netzhalbwellen D, E, wobei die Halbwellen D einer ersten Polarität anfangsseitig der Periode T und die Halbwellen E einer zweiten Polarität endseitig der Periode T in gleicher Anzahl in Abhängigkeit von der Leistung aufeinanderfolgend angeordnet sind. Auch hier sind von den 21 Pulspaketen 1'-21' (entsprechend 21 Leistungsstufen) nur die Pulspakete 2', 3', 11'-14' und 21' dargestellt. Die entsprechenden 21 Leistungsstufen könnten manuell mittels eines entsprechenden Stufenschalters oder dergleichen über einen Mikrokontroller gesteuert oder wahlweise eine Temperaturregelung nach der Figur 2 vorgesehen werden. Nach der gewählten Periode T sind die 21 Leistungsstufen (0 % bis 100 %) in 5 %-Leistungsschritten aufgebaut, was die folgende Tabelle zeigt.
Halbwellen Leistung in % Pulspaket
D E
0 0 0 1'
1 1 5 2'
2 2 10 3'
3 3 15 4'
4 4 20 5'
5 5 25 6'
6 6 30 7'
7 7 35 8'
8 8 40 9'
9 9 45 10'
10 10 50 11'
11 11 55 12'
12 12 60 13'
13 13 65 14'
14 14 70 15'
15 15 75 16'
16 16 80 17'
17 17 85 18'
18 18 90 19'
19 19 95 20'
20 20 100 21'
Ab einer Leistung von 55 % gehen die Halbwellen D, E - je nach weiterer Leistungshöhe - in entsprechende Vollwellen über. Der sich ergebende Gleichanteil ist in seinem maximal zulässigen Wert in der Norm EN 61000-3-2 eingearbeitet und darf maximal ca. 1160 W bei reiner Halbwellenansteuerung betragen. Zur weiteren Entlastung des Stromnetzes wird vorgeschlagen, die Polarität der Pulspakete in für die Flickernorm unschädlichen Zeitabständen, zyklisch zu tauschen, um im Mittelwert den Gleichanteil zu reduzieren (Figur 6). Desweiteren wird so die Gleichstrombelastung von Kontakten u. ä. reduziert. Wie Messungen zeigen, kann bei guter Regelgüte und schnellem ungeteiltem Heizkörpersystem mehr als 1000 W unter Einhaltung der Grenzwerte der Norm EN 6100-3-2 mit diesem Verfahren eine Kurzzeitleistung Pst (Power short time/Meßzeit = 10 Minuten) auf Werte weit unter den Grenzwert von 1 gesenkt werden.
In der Figur 5 sind zwei aufeinanderfolgende Perioden T1 und T2 mit zwei gleichen Pulspaketen 13', 13' (Figur 4) dargestellt, wobei hier beim Periodenwechsel ein Vollwellensprung X entsteht, der in einer Weiterbildung der Erfindung nach der Figur 6 dadurch vermieden wird (wie auch die Dauer von Halbwellen gleicher Polarität), daß die Polaritäten der Halbwellen D', E' nach jeder Periode T1 zyklisch getauscht werden (T1, T2 usw.).
In der Figur 7 sind zwei Pulspakete 13, 13 (Figur 3) dargestellt, wobei die Polaritäten der Halbwellen A, B, C der Periode T1 zyklisch getauscht werden (T2 = A', B', C'/T1 = A, B, C), wodurch der Gleichanteil minimiert wird.
Für ein Ansteuern über ein Heizelement hinaus wird vorgeschlagen, daß ein erstes Heizelement mit der ersten und ein zweites Heizelement mit der zweiten Polarität von Halbwellen A, B, C bzw. D, E beaufschlagt wird, oder daß zyklisch ein erstes Heizelement mit der ersten Periode T1 und ein zweites Heizelement mit der zweiten Periode T2 beaufschlagt wird. In einer Weiterbildung ist das Leistungsverfahren in einer Temperaturregelung integriert, wobei als Wärmegerät ein Wärmebehandlungsgerät für Kopfhaar vorgesehen werden kann.

Claims (8)

  1. Flickerminimiertes Leistungssteuerungsverfahren mittels elektronischer Schalter für mindestens ein Heizelement eines netzbetriebenen Wärmegeräts,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Leistung pro Periode (T) über die Größe von Pulspaketen (1-21) gesteuert wird,
    daß die Pulspakete (1-21) aus einer Reihe von Netzhalbwellen (A, B, C) bestehen, wobei die Halbwellen (A, B) einer ersten Polarität in gleicher Anzahl in Abhängigkeit von der Leistung anfangs- und endseitig der Periode (T) aufeinanderfolgend angeordnet sind,
    daß dem Pulspaket (12-21) über 50 % Leistungssteuerung in Abhängigkeit von einer weiteren Leistung weitere Halbwellen (C) einer zweiten Polarität aufeinanderfolgend zugeordnet werden, und
    daß die Polaritäten der Netzhalbwellen (A, B, C) nach jeder Periode (T) zyklisch getauscht werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Halbwellen (C) der zweiten Polarität im wesentlichen mittig der Periode (T) angeordnet werden.
  3. Flickerminimiertes Leistungssteuerungsverfahren mittels elektronischer Schalter für mindestens ein Heizelement eines netzbetriebenen Wärmegeräts,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Leistung pro Periode (T) über die Größe von Pulspaketen (1'-21') gesteuert wird, und
    daß die Pulspakete (1'-21') aus einer Reihe von Netzhalbwellen (D, E) bestehen, wobei die Halbwellen (D) einer ersten Polarität anfangsseitig der Periode (T) und die Halbwellen (E) einer zweiten Polarität endseitig der Periode (T) in gleicher Anzahl in Abhängigkeit von der Leistung aufeinanderfolgend angeordnet sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polaritäten der Halbwellen (D, E) nach jeder Periode (T) zyklisch getauscht werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Heizelement mit der ersten und ein zweites Heizelement mit der zweiten Polarität von Halbwellen (A, B, C) bzw. (D, E) beaufschlagt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zyklisch ein erstes Heizelement mit der ersten Periode (T1) und ein zweites Heizelement mit der zweiten Periode (T2) beaufschlagt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungssteuerungsverfahren in einer Temperaturregelung integriert ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmegerät ein Wärmebehandlungsgerät für Kopfhaar vorgesehen ist.
EP98105522A 1997-03-26 1998-03-26 Flickerminimiertes Ansteuerverfahren für mindestens ein Heizelement eines netzbetriebenen Wärmegerätes Expired - Lifetime EP0868110B1 (de)

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DE (2) DE19813421A1 (de)
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DE19813421A1 (de) 1998-10-01
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