DE10032762B4

DE10032762B4 - "Gargerät mit Spannungs-,Phasen-und /oder Frequenzumwandler"

Info

Publication number: DE10032762B4
Application number: DE10032762A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Durth; Erwin Schuller
Original assignee: Rational AG
Current assignee: Rational AG
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: ITMI20011433A0; US20020014875A1; FR2811489A1; JP2002098335A; FR2811489B1; US6600288B2; ITMI20011433A1; DE10032762A1

Abstract

Gargerät mit einem Garraum, einer Motoreinheit zum Antreiben eines Gebläses zwecks Zirkulation von Garraumatmosphäre in dem Garraum, einer Steuer- und/oder Regeleinheit in Wirkverbindung mit der Motoreinheit und einem Spannungs-, Phasen- und/oder Frequenzumformer, wobei
der Spannungs-, Phasen- und/oder Frequenzumformer einen Netzanschluß (11, 11', 11'') für Eingangswechselspannungssignale L1, zumindest einen Anschluß (19, 20, 21, 21', 21'', 22, 22') zur Steuer- und/oder Regeleinheit (13) und einen Ausgangsanschluß (12, 12', 12'') zur Übertragung dreiphasiger Wechselspannungssignale U, V, W mit einstellbarer Amplitude, Frequenz und/oder Phase an die Motoreinheit (17) aufweist,
der Spannungs-, Phasen- und/oder Frequenzumformer einen Gleichrichterkreis (14), einen Zwischenkreis (15) und einen Wechselrichterkreis (16) umfaßt,
die Eingangswechselspannung der Eingangswechselspannungssignale L1 vom Netzanschluß (11, 11', 11'') im Gleichrichterkreis (14) gleichrichtbar, die gleichgerichtete Spannung vom Gleichrichterkreis (14) im Zwischenkreis (15) glättbar und die geglättete Spannung vom Zwischenkreis (15) im Wechselrichterkreis (16) in...

Description

Die Erfindung betrifft ein Gargerät mit einem Garraum, einer Motoreinheit zum Antreiben eines Gebläses zwecks Zirkulation von Garraumatmosphäre in dem Garraum, einer Steuer- und/oder Regeleinheit in Wirkverbindung mit der Motoreinheit und einem Spannungs-, Phasen- und/oder Frequenzumformer.
Bei herkömmlichen Gargeräten unterscheidet man zwischen Ausführungsformen, in welchen die Motoreinheit als ein Wechsel- oder als Gleichstrommotor realisiert ist.
So ist aus der DE 42 22 092 A1 ein Gargerät in Form eines Backofens mit einem Kühlluftgebläse und/oder mit einem Heißluftgebläse bekannt, in welchem zum Gebläseantrieb ein kollekterloser und nach dem Ausläuferprinzip arbeitender Gleichstrommotor eingesetzt wird. Dieser wird über ein primärgetacktetes Schaltnetzteil mit einer von der Amplitude und der Frequenz der Netzspannung unabhängigen Gleichspannung versorgt. Somit wird zwar erreicht, daß zur Anpassung des Gargeräts an den am jeweiligen Aufstellungsort vorhandenen Netzanschluß nicht unterschiedliche Motoren eingesetzt werden müssen, jedoch muß das Schaltnetzteil dem vorhandenen Netzanschluß angepaßt werden. Daher ist für ein solches Gargerät in unterschiedlichen Länder eine unterschiedliche Gargeräteausführung notwendig und gleichzeitig kann eine korrekte Betriebsweise bei Netzschwankungen nicht gewährleistet werden.
Ferner sind aus dem Stand der Technik Gargeräte bekannt, die einen Wechselstrommotor als Motoreinheit eines Gebläses zwecks Zirkulation von Garraumatmosphäre im Garraum aufweisen. So offenbart die DE 34 11 723 C1 ein Verfahren und einen Backofen zur Wärmebehandlung von Gargut. Der Backofen umfaßt hierzu einen Garraum mit einem abgetrennten Gebläseraum, in dem ein Gebläserad, das über einen Motor angetrieben wird, angeordnet ist. Über einen Temperaturfühler, der im Garraum angeordnet ist und mit einem Thermostaten in Wirkverbindung steht, wird mittels eines Wechselschalters die Stromversorgung zu dem Motor gesteuert. Zur Steuerung der Drehzahl des Motors wird der Motor entweder direkt oder über einen Vorwiderstand an das Stromnetz angeschlossen.
Darüber hinaus offenbart die JP 63269494 A einen Mikrowellenofen, der einen Mikrocomputer, einen Gewichtssensor zur Messung der Größe eines Garguts und ein Kühlluftgebläse zur Kühlung eines Magnetrons umfaßt. Die Frequenz einer dem Kühlluftgebläse zugeführten Wechselspannung wird dabei in Abhängigkeit von dem über den Gewichtssensor gemessenen Gewicht des Garguts mittels des Mikrocomputers variiert.
Die bekannten Gargeräte, die einen Wechselstrommotor als Motoreinheit aufweisen, haben ebenfalls den Nachteil, daß für unterschiedliche Länder unterschiedliche Geräteausführungen, d. h. der Einbau von verschiedenen Motortypen beziehungsweise Schaltelementen, notwendig ist und gleichzeitig eine korrekte Betriebsweise bei Netzschwankungen nicht gewährleistet werden kann.
Darüber hinaus ist aus der DE 37 02 658 A1 ein Steuergerät für einen Wechselrichter, welcher an einen Kompressormotor eines Klimageräts angeschlossen ist, bekannt. Der Wechselrichter ist einerseits über einen Stromrichter mit einer Wechselspannungsquelle und andererseits mit dem Steuergerät verbunden. Das Steuergerät dient dazu, in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur den Stromfluß im Wechselrichter anzupassen.
Ferner ist aus der DE 197 05 672 A1 ein Antrieb für eine Vakuumpumpe bekannt. Dieser Antrieb umfaßt einen Frequenzumrichter, welcher einen mit einem Stromnetz verbundenen Gleichrichter, einem mit diesem verbundenen Spannungszwischenkreis und einem Stromrichter, welcher mit der Vakuumpumpe verbunden ist, umfaßt. Der Stromrichter ist mit Steuermitteln verbunden, die es ermöglichen, die Ansteuerung der Vakuumpumpe den jeweiligen Betriebspunkten, wie dem Kaltstart und dem Betrieb der Pumpe bei einem Enddruck, anzupassen.
Beispielsweise aus der EP 0 585 703 A2 ist ein frequenzumformergesteuerter Elektromotor bekannt. Dabei wird der Einsatz eines Frequenzumformers beschrieben, der einen Gleichrichterkreis, einen Zwischenkreis, einen Wechselkreis sowie einen Steuer- und Regelkreis aufweist und dessen Funktionsweise unabhängig davon ist, ob als Netz ein einphasiges oder aber ein dreiphasiges, also ein Drehstromnetz zur Verfügung steht, da lediglich der Gleichrichterkreis entsprechend anzupassen bzw. auszulegen ist.
Schließlich offenbart die DE 198 43 106 A1 ein System zur Drehzahlsteuerung von Wechselstrommotoren, insbesondere zur Veränderung der Luftleistung in Klimaanlagen. Um einen verbesserten Wirkungsgrad im Vergleich zu einer Steuerung, bei der jeweils Halb- oder Vollwellen einer Netzspannung gesperrt beziehungsweise durchgelassen werden, und um eine Lastunabhängigkeit zu erreichen, wird eine dynamische Phasenanschnittssteuerung vorgeschlagen, bei der für verschiedene Spannungshalbwellen verschiedene Phasenanschnittswinkel bestimmt werden. Ferner soll dadurch insbesondere erreicht werden, daß der resultierende Motorstrom im wesentlichen symmetrisch zur Nulllinie verläuft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gargerät mit einem Garraum, einer Motoreinheit zum Antreiben eines Gebläses zwecks Zirkulation von Garraumatmosphäre in dem Garraum, einer Steuer- und/oder Regeleinheit in Wirkverbindung mit der Motoreinheit und einem Spannungs-, Phasen- und/oder Frequenzumformer zu schaffen, das die Nachteile des Stands der Technik überwindet. Insbesondere soll ein einziger Gargerätetyp, welcher im wesentlichen unabhängig von dem jeweiligen Netzanschluß einsetzbar ist und die Kompensation von Spannungsschwankungen einer Netzspannung ermöglicht, bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gargerät nach Patentanspruch 1 gelöst.

Die Unteransprüche 2 bis 9 beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, bei einem herkömmlichen Gargerät einen erfindungsgemäßen Spannungs-, Phasen- und/oder Frequenzenformer in Wirkverbindung mit einer Steuer- und Regeleinheit zum Ansteuern einer Motoreinheit für ein Gebläse zur Zirkulation von Garraumatmosphäre in einem Garraum einzusetzen, also Leistungselektronik, bestehend aus moderner Stromrichtertechnik und digitaler Signalverarbeitung, auszunutzen, um auf den weltweit vorhandenen elektrischen Netzen ein für Gargeräte optimiertes Strom- und Spannungsystem zu erzeugen. Dabei sollen erfindungsgemäß über die Steuer- und Regeleinheit die mechanischen und dynamischen Anforderungen auf die Mo toreinheit optimal umgesetzt werden. Weiterhin können erfindungsgemäß insbesondere folgende Vorteile erzielt werden:
Unabhängig von dem jeweiligen Netz, also der Eingangsspannung eines Gargerätes, ist ein einziger Gargerätetyp einsetzbar. Dabei ist die Frequenz, die Phase und/oder die Amplitude der an die Motoreinheit anlegbaren Versorgungssignale unabhängig von der Frequenz sowie der Amplitude der zeitlich konstanten aber international variablen Netzspannung einstellbar. Auch werden Spannungsschwankungen von beispielsweise +10 %/–15% einer einphasigen Netzspannung kompensiert. Es können Netzeingangsspannungen mit Phase-Null, Phase-Phase oder dreiphasig eingespeist werden.

Die Volumenleistung des Gargerätes läßt sich erhöhen. Der Wirkungsgrad des Gargeräts läßt sich ferner erhöhen durch Reduktion von Oberwellen.

Die Drehzahl des Gebläses kann stufenlos, beispielsweise von 1 bis 100 Hertz, eingestellt werden. Die Gebläsedrehzahl kann zur Steigerung der Effizienz der Wärmeübetragung und Vergleichmäßigung derselben über die Steuer- und/oder Regeleinheit moduliert werden.

Die Hochlaufphase eines Gebläses kann durch Vergrößerung der Steigung der Beschleunigungsrampe verkürzt werden, wodurch eine bessere Wärmeübertragung auf ein Gargut im Garraum möglich ist.

Über den Einsatz einer Motorbremse lassen sich Garphasen innerhalb kürzester Zeit, insbesondere innerhalb von 4 Sekunden, programmiert stoppen, wodurch ein Dampfaustritt aus einem Gargerät sowie eine Totzeit bei Richtungswechsel reduziert wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung im Einzelnen erläutert wird. Die aus einer einzigen Figur bestehende Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer Motorsteuerung für ein erfindungsgemäßes Gargerät.
Ein in der Figur nicht dargestelltes, erfindungsgemäßes Gargerät umfaßt eine Motorsteuerung, die an ihrer Eingangsseite einerseits Steuersignale D0, D1, D2 sowie andererseits Netzwechselspannungssignale, beispielsweise einphasige Netzwechselspannungssignale L1, zusätzlich zu einem Nullsignal N empfängt, einen Erdanschluß PE aufweist und an ihrer Ausgangsseite dreiphasige Wechselspannungssignale U, V, W ausgibt. Zu diesem Zweck umfaßt die Motorsteuerung einen Signaleingangsanschluß 10, 10', 10'', 10'''', einen Netzanschluß 11, 11', 11'' sowie einen Ausgangsanschluß 12, 12', 12''. Der Signaleingangsanschluß 10, 10', 10'', 10'''' ist dabei Bestandteil einer Steuer- und Regeleinheit 13, während der Netzanschluß 11, 11', 11'' sowie der Ausgangsanschluß 12, 12', 12'' Bestandteil eines Spannungsumformers sind, der seinerseits einen Gleichrichterkreis 14, mit dem Netzanschluß 11, 11', 11'', einen Zwischenkreis 15 und einen Wechselrichterkreis 16 mit dem Ausgangsanschluß 12, 12', 12'' für die dreiphasigen Wechselspannungssignale U, V, W, die an einen Asynchronmotor 17 des Gargerätes anlegbar sind, der auch mit der Erde 18 verbunden ist, aufweist. Die einphasigen Netzwechselspannungssignale L1 werden im Gleichrichterkreis 14 gleichgerichtet, im Zwischenkreis 15 geglättet und im Wechselrichterkreis 16 in die dreiphasigen Wechselspannungssignale U, V, W umgewandelt, um an den Asynchronmotor 17 in Abhängigkeit von den Steuersignalen D0, D1, D2 abgegeben zu werden.
Die Steuer- und Regeleinheit 13 steht erfindungsgemäß in Wechselwirkung mit dem Gleichrichterkreis 14 über einen Korrekturanschluß 19 und einem Spannungs- und Stromgrößenschluß 20. Über den Anschluß 20 gelangen dabei im Gleichrichterkreis 14 erfaßte Spannungs- und Stromgrößen zur Steuer- und Regeleinheit 13, die in Abhängigkeit von denselben den Gleichrichterkreis 14 über den Korrekturanschluß 19 derart regelt, daß keine Phasenverschiebung zwischen der Spannung und dem Strom auf der Netzanschlußseite des Spannungsumformers auftritt.
Zwischen dem Wechselrichterkreis 16 und der Steuer- und Regeleinheit 13 besteht eine Wechselwirkung über einen Dreiphasensteueranschluß 21, 21', 21'' und einen Störungssensorikanschluß 22, 22', so daß von der Steuer- und Regeleinheit 13 die drei Phasen der dreiphasigen Wechselspannungssignale U, V , W einstellbar sind, insbesondere durch Einstellung der Frequenz sowie der Amplitude der dreiphasigen Wechselspannungssignale U, V, W, mit oder ohne Zeitverzögerung, und eventuell auftretenden Störungen, insbesondere erfaßt über eine Kurzschlußüberwachung und/oder Temperaturüberwachung, entgegengewirkt werden kann.
Die Steuer- und Regeleinheit 13 sorgt insgesamt auch dafür, daß eine Stromaufnahme aus den einphasigen Netzwechselspannungssignalen L1 unter gleichzeitiger Minimierung von Oberwellen in dem Spannungsumformer erfolgt.
Der Gleichrichterkreis 14 kann an die tatsächliche Netzwechselspannung angepaßt werden über die Steuer- und Regeleinheit 13 beispielsweise zur Kompensation von Spannungsschwankungen im Netzanschluß.
Mit der mit Bezug auf die Figur beschriebenen, erfindungsgemäßen Motorsteuerung werden Gargeräte erstmals universell einsetzbar, bei gleichzeitig erhöhter Leistungsfähigkeit, größere Effizienz, höherer Umweltverträglichkeit sowie verbesserter Gargutqualität.
Die in der voranstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

D0, D1, D2: Steuersignale
L1: Einphasige Netzwechselspannungssignale
N: Nullsignal
PE: Erdanschluß
U, V, W: Dreiphasige Wechselspannungssignale
10, 10', 10'', 10''': Signaleingangsanschluß
11, 11', 11'': Netzanschluß
12, 12', 12'': Ausgangsanschluß
13: Steuer- und Regeleinheit
14: Gleichrichterkreis
15: Zwischenkreis
16: Wechselrichterkreis
17: Asynchronmotor
18: Erde
19: Korrekturanschluß
20: Spannung- und Stromgrößenanschluß
21, 21', 21'': Dreiphasensteuerungsanschluß
22, 22': Störungssensorikanschluß

Claims

Gargerät mit einem Garraum, einer Motoreinheit zum Antreiben eines Gebläses zwecks Zirkulation von Garraumatmosphäre in dem Garraum, einer Steuer- und/oder Regeleinheit in Wirkverbindung mit der Motoreinheit und einem Spannungs-, Phasen- und/oder Frequenzumformer, wobei der Spannungs-, Phasen- und/oder Frequenzumformer einen Netzanschluß (11, 11', 11'') für Eingangswechselspannungssignale L1, zumindest einen Anschluß (19, 20, 21, 21', 21'', 22, 22') zur Steuer- und/oder Regeleinheit (13) und einen Ausgangsanschluß (12, 12', 12'') zur Übertragung dreiphasiger Wechselspannungssignale U, V, W mit einstellbarer Amplitude, Frequenz und/oder Phase an die Motoreinheit (17) aufweist, der Spannungs-, Phasen- und/oder Frequenzumformer einen Gleichrichterkreis (14), einen Zwischenkreis (15) und einen Wechselrichterkreis (16) umfaßt, die Eingangswechselspannung der Eingangswechselspannungssignale L1 vom Netzanschluß (11, 11', 11'') im Gleichrichterkreis (14) gleichrichtbar, die gleichgerichtete Spannung vom Gleichrichterkreis (14) im Zwischenkreis (15) glättbar und die geglättete Spannung vom Zwischenkreis (15) im Wechselrichterkreis (16) in die dreiphasigen Wechselspannungssignale U, V, W umwandelbar ist, und die Steuer- und/oder Regeleinheit (13) mit dem Gleichrichterkreis (14) über zumindest einen Spannungs- und/oder Stromgrößenanschluß (20) und einen Korrekturanschluß (19) zur Reduzierung einer Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom verbunden ist.
Gargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder Regeleinheit mit dem Wechselrichterkreis (16) über zumindest einen Dreiphasensteuerungsanschluß (21, 21', 21'') zur Einstellung der drei Phasen der dreiphasigen Wechselspannungssignale U, V, W, mit vorzugsweise minimierten Oberwellen, verbunden ist.
Gargerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Störungssensorik, insbesondere für eine Kurzschlußüberwachung und/oder Temperaturüberwachung, in Wirkverbindung mit dem Wechselrichterkreis (16) und der Steuer- und/oder Regeleinheit (13) über zumindest einen Störungssensorikanschluß (22, 22').
Gargerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkreis (15) einen Kondensator umfaßt.
Gargerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichterkreis (16) einen Pulswechselrichter umfaßt.
Gargerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Spannungs-, Phasen- und/oder Frequenzumformers über die Steuer- und/oder Regeleinheit (13) instantan oder zumindest selektiv zeitverzögert abläuft.
Gargerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Steuer- und/oder Regeleinheit (13) und die Motoreinheit (17) die Drehzahl, die Beschleunigungsrampe und/oder die Bremsrampe des Gebläses, vorzugsweise stufenlos, einstellbar und/oder modulierbar ist.
Gargerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoreinheit einen Drehstrom-Asynchronmotor (17) oder -Synchronmotor umfaßt.
Gargerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoreinheit (17) eine über die Steuer- und/oder Regeleinheit (13) einstellbare und/oder modulierbare Motorbremse umfaßt.