Schaltung zur Stromversorgung einer induktiven Kochstelle

Abstract

 Bei der Umschaltung der Stromquelle (G) auf zwei Koch­platten (P1, P2) können akustische Störgeräusche auftre­ten. Diese sollen vermieden werden.
Die Umschaltung erfolgt mit zwei Relais (A, B), die durch einen Mikroprozessor (M) im Umgebungsbereich des Nulldurchgangs der Netzspannung (Ua) umgeschaltet wer­den.
Insbesondere für eine induktive Kochstelle mit zwei Platten im Leistungsbereich von 300 - 3000 W.

Beschreibung

[0001] Bei Kochstellen mit sogenannter induktiver Heizung werden mit einer unterhalb der Kochplatte befindlichen Induktions­spule in dem das Kochgut enthaltenden, aus ferromagnetischen Metall bestehenden Behälter Induktionsströme erzeugt, die den Behälter und dadurch das darin befindliche Kochgut erwär­mt. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die bei bisherigen Her­den vorhandenen, mit Heizspiralen geheizten Kochplatten ent­fallen und der Wirkungsgrad erhöht wird.

[0002] Die Speisung der Kochplatten erfolgt z.B. von einer Strom­quelle, die einen Wechselstrom mit einer Amplitude Spit­ze/Spitze von etwa 18 - 45 A und einer Frequenz zwischen 25 und 40 kHz liefert. Die jeweils einer Platte zugeführte Lei­stung beträgt dabei z.B. zwischen 300 W und 3 kW.

[0003] Bei einer bekannten Stromversorgungsschaltung für eine induk­tive Kochstelle (DE-PS 34 00 671) enthält die Stromquelle eine sogenannte Halbbrücke mit zwei in Reihe geschalteten Leistungstransistoren, die abwechselnd mot der Arbeitsfre­quenz leitend gesteuert und gesperrt werden und an ihrem Ver­bindungspunkt die Wechselspannung für die Heizspule liefern. An die Transistoren ist dabei eine Betriebsspannung ange­legt, die durch Gleichrichtung der Netzwechselspannung gewon­nen ist. Diese Betriebsspannung ist keine reine Gleichspan­nung, sondern eine pulsierende Gleichspannung mit einer Fre­quenz von 100 Hz. Das ist dadurch bedingt, daß für die verar­beiteten Leistungen der Aufwand für eine Siebung zu einer echten Gleichspannung untragbar hoch wäre.

[0004] Es ist auch bekannt, eine Stromquelle zeitlich nacheinander an zwei oder mehr Kochplatten anzuschließen, um mit einer einzigen Stromquelle mehrere Kochplatten betreiben zu kön­nen. Es hat sich gezeigt, daß bei einer derartigen Umschal­ tung hörbare Störgeräusche auftreten. Diese sind besonders nachteilig, weil die Umschaltung zwischen den einzelnen Koch­platten relativ häufig, etwa in einem Abstand von 2 - 100 s erfolgt.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Stö­rungen bei der Umschaltung einer Stromquelle zwischen ver­schiedenen Kochplatten zu verringern. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst. Vor­teilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­sprüchen beschrieben.

[0006] Der Mikroprozessor wird von der Stromquelle mit einer Span­nung gesteuert, die eine Information über den jeweiligen Nulldurchgang der Netzspannung beinhaltet. Außerdem enthält der Mikroprozessor die Werte über die Anzugszeit und die Ab­fallzeit der die Umschaltung bewirkenden Relais. Mittels die­ser Informationen steuert der Mikroprozessor die zwei Koch­platten zugeordneten Relais derart, daß im Bereich des Null­durchgangs der Netzspannung zunächst die eine Kochplatte ab­geschaltet und danach die andere Kochplatte eingeschaltet wird. Die unvermeidbare Anzugszeit und Abfallzeit des Relais wird also durch den Mikroprozessor einkalkuliert, derart, daß trotz dieser Zeiten und unabhängig von der jeweiligen Ar­beitsfrequenz, der Dauer der Anschaltung der einzelnen Plat­ten an die Stromquelle und der jeweils einer Platte zugeführ­ten Leistung die Umschaltung zwischen den Platten stets im Bereich des Nulldurchgangs der Netzspannung mit einer Tole­ranz von etwa ± 1-2 ms erfolgt.

[0007] Vorzugsweise ist zusätzlich die Stromquelle im Umgebungsbe­reich des Nulldurchgangs der Netzspannung abgeschaltet, da­mit die Relaiskontakte immer im stromlosen Zustand geschal­tet werden.

[0008] Durch die Umschaltung der Kochplatten im Umgebungsbereich des Nulldurchgangs der Netzspannung werden die an sich auf­tretenden hörbaren Störungen vermieden. Ein Vorteil besteht darin, daß das Netz während der hohen Amplituden, also in der Mitte zwischen zwei Nullstellen, praktisch nicht bela­stet ist und somit keine nennenswerten Störungen durch die Umschaltung auf das Netz gelangen.

[0009] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläute­rt. Darin zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Umschaltung,

Fig. 2 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung einer für die Umschaltung bestehenden Vorschrift und

Fig. 4 eine Umschaltung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung.

[0010] In Fig. 1 sind zwei Kochplatten P1, P2 über zwei Relais A und B an den Ausgang der Stromquelle G angeschlossen. Diese liefert an die Kochplatten P1 und P2 einen Wechselstrom mit einer Amplitude Spitze/Spitze von 20 - 40 A, einer Frequenz von 20 - 40 kHz und einer Leistung von 300 W - 3 kW. An die Stromquelle G ist die Betriebsspannung Ua angelegt, die eine aus der Netzspannung gewonnene pulsierende Gelichspannung mit 100 Hz ist. Der Mikroprozessor M steuert die Relais A und B sowie die Stromquelle G und wird außerdem von der Stromquelle G mit der Spannung Uo versorgt, die eine Informa­tion über den jeweiligen Nulldurchgang der Spannung Ua be­inhaltet.

[0011] Anhand der Fig. 2 wird die Umschaltung zwischen den Kochplat­ten P1 und P2 beschrieben. Bei to ist durch die Spannung Ua das Relais A angezogen und die Kochplatte P1 an die Strom­ quelle G angeschlossen. Das Relais B ist durch die Spannung UB nicht angezogen, so daß die Kochplatte P2 nicht an die Stromquelle G angeschlossen ist. Bei t1 wird die Spannung UA abgeschaltet. Das Relais A fällt jedoch aufgrund der Abfall­zeit noch nicht ab. Bei t2 erscheint die Spannung UB vom Mi­kroprozessor M, wobei jedoch wegen der Anzugszeit des Relais B zunächst keine Umschaltung erfolgt. Bei t3 wird durch die Spannung Us die Stromquelle G vom Prozessor M abgeschaltet. Der in die Platte P1 hineinfließende Strom wird also unter­brochen. Bei t4 erfolgt nach Ablauf der Abfallzeit t1 - t4 des Relais A die Abschaltung der Kochplatte P1 durch Öffnen der Kontakte des Relais A. t4 liegt innerhalb des Umgebungs­bereiches T der Nullstelle bei t5 in der Spannung Ua. Bei t6 spricht nach Ablauf der Anzugszeit von t2 - t6 das Relais B an. Dessen Kontakt wird geschlossen und somit die Platte P2 an die Stromquelle G angeschaltet. Bei t7 wird durch die Stellgröße Us die Stromquelle G wieder eingeschaltet, so daß jetzt die Platte P2 gespeist wird. Es wird also sicherge­stellt, daß die Umschaltung der Stromquelle G zwischen den Platten P1 und P2 immer im Umgebungsbereich T von etwa ± 1-2 ms der Nullstelle bei t5 und außerdem bei abgeschalteter Stromquelle G erfolgt.

[0012] Anhand der Fig. 3 wird eine Vorschrift erläutert. Un ist die Netzspannung. Bis t8 ist in der Kochstelle keine Platte an das Netz angeschlossen, die dem Netz entnommene Leistung N = 0. Von t8 - t9 ist eine Platte an das Netz angeschlossen, so daß die dem Netz entnommene Leistung N = NP ist. Von t9 - ­t10 ist wiederum die Kochplatte abgeschaltet und N = 0. Es besteht jetzt die Vorschrift, daß die Periode dieses Umscha­ltzyklus Tu von t8 - t10 einen bestimmten Mindestwert hat, der von der Leistung NP abhängig ist. Einige Werte sind in Fig. 3 dargestellt. Diese Vorschrift besteht, um Störungen anderer Verbraucher wie insbesondere von Leuchtkörpern in der Nähe der Kochstelle zu vermeiden.

[0013] Fig. 4 zeigt eine Lösung für die Umschaltung, bei der auch bei größeren Leistungen bis 3 kW geringere Werte für Tu ge­wählt werden können, als sie an sich durch die Vorschrift ge­mäß Fig. 3 gegeben sind. Ab t11 wird die Platte P1 mit der Leistung NP1 von 3 kw gespeist. Bei t12 wird die Platte P1 abgeschaltet und stattdessen die Platte P2 mit einer Lei­stungsaufnahme von NP2 = 1 kW angeschaltet. Von t13 - t14 ist die Platte P2 abgeschaltet. Diese vorübergehende Abschal­tung dient zur Steuerung der von der Platte P2 aufgenommenen mittleren Leistung. Bei t15 wird wieder auf die Platte P1 umgeschaltet. t15 entspricht also t11 und Tu von Fig. 3 der Zeit von t11 - t15. Wenn bei t12 die Platte P1 ganz abge­schaltet würde, also auf N = 0, wäre gemäß der Vorschrift von Fig. 3 eine Periode Tu von 80 s erforderlich. Da gemäß Fig. 4 aber nur eine Umschaltung von NP1 auf NP2 erfolgt, die Differenz in der Leistung also nur 2 kW beträgt, gilt für den Mindestwert von Tu gemäß Fig. 3 der Wert von 20 s. Trotz der hohen Leistungsaufnahme der Platte P1 von NP1 = 3 kW kann also die relativ geringe Periode Tu von 20 s gewählt werden. Darüberhinaus kann für die Dauer der Speisung der Platte P2 von t12 - t15 der relativ geringe Wert von 2 s ge­wählt werden, weil dort die Differenz in der der Platte P2 zugeführten Leistung nur 1 kW beträgt. Durch die Umschaltung gemäß Fig. 4 kann also mit der Maximalleistung von 3 kW und der relativ geringen Periode Tu von 20 s gearbeitet werden. Eine geringere Periode der Anschaltung hat den Vorteil, daß bei gegebener Wärmeträgheit des Topfes ein geringerer Tempe­raturabfalls zwischen zwei Heizvorgängen und somit eine zeit­lich gleichmäßigere Erwärmung erzielt werden kann.

[0014] Die Erfindung wurde für die Umschaltung zwischen zwei Plat­ten P1, P2 beschrieben. Die Umschaltung gemäß Fig. 1, 2 ist auch für eine größere Zahl von Platten anwendbar, wenn z.B. die Stromquelle G zeitlich nacheinander auf vier verschiede­ne Platten geschaltet wird.

[0015] Bei einem praktisch erprobten Ausführungsbeispiel lagen fol­gende Werte vor: Mikroprozessor M: Typ 6805 Motorola
Relais A, B: Typ ON-SH 112 DM Original Electric Manufacturing Co, Ltd
Anzugszeit von t2 - t6: 5 ms
Abfallzeit von t1 - t4: 10 - 15 ms

Ansprüche

1. Schaltung zur Stromversorgung einer induktiven Kochstel­le mit zwei nacheinander an eine von einer Netzspannung (Ua) gespeiste Stromquelle (G) anschließbaren Kochplat­ten (P1, P2) dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kochplatten (P1, P2) über je ein Relais (A, B) an die Stromquelle (G) angeschlossen und die Relais (A, B) durch einen Mikroprozessor (M) jeweils entsprechend der Anstiegs- und Abfallzeit der Relais (A, B) vor dem Null­durchgang (t5) der Netzspannung (Ua) so gesteuert sind, daß das Öffnen (t4) eines Relais (A) und das Schließen (t6) des anderen Relais (B) jeweils nacheinander im Um­gebungsbereich (T) des Nulldurchgangs (t5) der Netzspan­nung (Ua) erfolgen.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgebungsgereich (T) etwa ± 1-2 ms zum Nulldurch­gang (t5) beträgt.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Platten (P1, P2) abwechselnd ohne zeitliche Unterbrechung der Einspeisung beim Übergang von einer Platte (P1) zur anderen Platte (P2) mit unterschiedli­chen Leistungen (NP1, NP2) gespeist werden (Fig. 4).

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Speisung einer Platte (P2) in sich Unterbre­chungen (t13 - t14) aufweist (Fig. 4).

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen den Platten (P1, P2) vom Mikro­prozessor (M) in derart zeitlichen Abständen er­folgt, daß der zur Vermeidung von Störungen anderer elektrischer Verbraucher vorgeschriebene, von der Lei­stung (NP) abhängige Mindestwert der Periode (Tu) des Umschaltzyklus (t11 - t15) eingehalten wird.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (G) während des Umgebungsbereiches (T) durch den Mikroprozessor (M) abgeschaltet ist.

Zeichnung