CN103548416B - 感应加热装置及其运行方法和带感应加热装置的家用器具 - Google Patents
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- H05B6/065—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like using coordinated control of multiple induction coils
Abstract
本发明针对一种感应加热装置、尤其感应灶台装置，其带有至少一个控制单元(34)、至少一个第一和第二感应加热单元(20,22,24,26)以及至少一个第一和第二加热频率单元(30,32)，它们在至少一个运行模式中经由该至少两个感应加热单元(20,22,24,26)相连接，在该运行模式中第一感应加热单元(20,22,24,26)直接与第一加热频率单元(30,32)相连接而第二感应加热单元(20,22,24,26)直接与第二加热频率单元(30,32)相连接。为了提高加热装置的灵活性，提出，控制单元(34)设置用于在加热频率单元(30,32)经由感应加热单元(20,22,24,26)相连接的运行模式中在彼此相区别的运行区段(90,91,92,93)中运行加热频率单元(30,32)。
Description
技术领域
本发明涉及一种感应加热装置、运行这种感应加热装置的方法以及带有这种感应加热装置的家用器具。
背景技术
已知感应炉灶(Induktionsherd)，其具有控制单元、第一和第二感应器以及第一和第二逆变器(Wechselrichter)，它们在一运行模式(在其中第一感应加热单元直接与第一高频发生器相连接而第二感应加热单元直接与第二加热频率单元(Heizfrequenzeinheit)相连接)中经由该至少两个感应加热单元相连接。
发明内容
本发明的目的尤其在于提供一种带有高的灵活性的这种类型的装置。为此本发明提出一种感应加热装置，其带有至少一个控制单元、至少一个第一和第二感应加热单元以及至少一个第一和第二加热频率单元，它们在至少一个运行模式中经由至少两个所述感应加热单元相连接，在所述运行模式中所述第一感应加热单元直接与所述第一加热频率单元相连接而所述第二感应加热单元直接与所述第二加热频率单元相连接，其特征在于，所述控制单元设置用于在所述加热频率单元经由所述感应加热单元相连接的运行模式中在彼此相区别的运行区段中运行所述加热频率单元，其中设置至少一个谐振单元，其在至少一个运行状态中直接与至少第一和第二感应加热单元的共同的触点相连接。还提出一种带有所述感应加热装置的家用器具，以及一种用于运行所述感应加热装置的方法。
本发明针对一种感应加热装置、尤其感应灶台装置(Induktionskochfeldvorrichtung)，其带有至少一个控制单元、至少一个第一和第二感应加热单元以及至少一个第一和第二加热频率单元，它们在至少一个运行模式(在其中第一感应加热单元与第一加热频率单元、优选地仅与第一加热频率单元直接连接而第二感应加热单元与第二加热频率单元、优选地仅与第二加热频率单元直接连接)中经由该至少两个感应加热单元相连接。
提出，控制单元设置成在加热频率单元经由感应加热单元相连接的运行模式中在分开的运行区段(Betriebsabschnitt)中运行加热频率单元。“控制单元”尤其应理解成一种电子单元，其优选地至少部分地集成在感应加热装置的控制和/或调整单元中并且其优选地设置用于至少控制和/或调整加热频率单元。优选地，控制单元包括计算单元且尤其除了计算单元之外包括带有存储在其中的控制和/或调整程序的存储单元，其设置用于由计算单元来实施。“加热频率单元”尤其应理解成一电气单元，其产生用于感应加热单元的优选地带有至少1kHz、尤其至少10kHz、有利地至少20kHz且尤其最大100kHz的振荡的电气信号。加热频率单元尤其设置用于提供由感应加热单元所要求的至少1000W、尤其至少2000W、有利地至少3000W且优选地至少3500W的最大电功率。加热频率单元尤其包括至少一个逆变器，其优选地具有至少两个优选地串联的双向单极开关(其尤其由晶体管和并联的二极管形成)并且特别有利地至少分别具有与双向单极开关并联的阻尼电容(Daempfungskapazitaet)(其尤其由至少一个电容器形成)。由此可给感应加热单元提供高频的能量供应。高频单元的分压抽头(Spannungsabgriff)尤其布置在两个双向单极开关的共同的触点处。“感应加热单元”尤其应理解成带有至少一个感应加热元件的单元。尤其在感应加热单元被供应以高频的交变电流的运行状态中优选地同时以高频的交变电流来供应感应加热单元的所有感应加热元件。“感应加热元件”尤其应理解成优选地以圆盘的形式的绕线的电导体，其在至少一个运行状态中被高频的交变电流流过。感应加热元件优选地设置用于将电能转化成交变磁场，其设置用于在金属的、优选地至少部分铁磁的加热器件、尤其厨房用具中引起涡流和/或反复磁化效应，其被转化成热量。“直接连接”尤其应理解成一电连接，其至少在带有经由与在1kHz与100kHz之间的频率相联系的交变电流的电流的运行状态中具有阻抗，该阻抗在其值上小于10V/A、尤其小于1V/A、优选地小于0.1V/A且其值尤其在1kHz至100kHz的频率范围上以最大100%、尤其最大40%、有利地最大10%且优选最大5%波动。加热频率单元的“运行区段”尤其应理解成优选地具有至少1ms、尤其至少10ms的长度的时间范围，在其中加热频率单元以尤其大致恒定的在1kHz与100kHz之间的频率来运行。“大致恒定”尤其应理解成，参数的值偏离参数的平均值最大25%、尤其最大15%且优选地最大5%的。“分开的”运行区段尤其应理解成与时间上至少部分地交叉的运行区段相区别的运行区段。尤其可实现灵活的加热装置。
在本发明的另一设计方案中提出，加热频率单元设置成经由单个相来运行。“单个相”尤其应理解成家用电流接口(Hausstromanschluss)、优选地三相家用接口的一相。优选地，两个加热频率单元联接到单个整流器处，该整流器由单个相来供应以交变电压。尤其可提供简单的、成本有利的加热装置。
此外提出，感应加热装置具有至少一个谐振单元，其在至少一个运行状态中直接与至少第一和第二感应加热单元的共同的触点相连接。“谐振单元”尤其应理解成包括至少一个谐振电容的单元，该谐振电容优选地由至少一个电容器形成，该电容器优选不同于阻尼电容器和/或与开关元件并联的电容。尤其地，谐振电容由多个电容器的串联和并联的组合形成。谐振电容尤其是电气振荡回路、尤其电气串联振荡回路(Reihenschwingkreis)的组成部分。优选地，谐振电容在至少一个运行状态中、尤其经由开关元件与感应加热单元串联并且特别有利地设置成尤其当通过开关组件将感应加热单元置于较高的电位上时经由感应加热单元通过至少一个加热频率单元来充电。谐振电容尤其布置在感应加热单元的在传导路径(Leitungspfad)的方向上观察背向频率单元的侧面上。尤其在全桥电路(Vollbrückenschaltung)中来运行感应加热单元。在全桥电路中，感应加热单元在桥支路(Brückenzweig)中与优选地与感应加热单元串联的谐振电容共同布置在两个由加热频率单元形成的分压器(Spannungsteiler)之间。优选地，在半桥电路中来运行感应加热单元。在半桥电路中，感应加热单元在桥支路中布置在由加热频率单元形成的分压器与由两个谐振电容形成的分压器之间。感应加热单元的“共同的触点”尤其应理解成一触点，其分别直接与感应加热单元相连接且其至加热频率单元的连接与直接的连接相区别。“触点”尤其应理解成电气联接点(Anschlusspunkt)、尤其电气构件的极。尤其可实现减少成本的感应加热装置。
优选地，控制单元设置成在加热频率单元经由感应加热单元相连接并且在彼此相区别的运行区段中来运行的运行模式将感应加热单元的至少两个、尤其至少五个、有利地至少十个且尤其所有彼此相继的运行区段的起始点以最大5s、尤其最大2s、尤其最大700ms、有利地最大500ms且优选地最大300ms隔开。尤其可实现在时间上均匀的热量产生。
此外提出，感应加热装置具有至少一个另外的感应加热单元和开关组件(Schaltanordnung)，其通过控制单元的转换指令设置成将该至少两个加热频率单元中的至少一个与该至少三个感应加热单元的至少一个的至少三个、尤其至少六个、有利地至少十个不同的组合直接相互连接。开关组件尤其具有至少两个开关元件，其尤其布置在第一感应加热单元与第一加热频率单元之间。开关元件布置在加热频率单元与感应加热单元“之间”尤其应理解成在感应加热单元被供应以高频的交变电流的运行状态中感应加热单元与开关器件以任意的顺序串联布置在加热频率单元的单个触点、优选地分压抽头处。优选地在任意的运行状态中第一开关元件与加热频率单元、第二开关元件与第一开关元件且感应加热单元与第二开关元件直接连接。优选地，控制单元至少设置成交替地、优选地周期性交替地、尤其以为最大7s、尤其最大5s、优选地最大2s的周期持续时间经由加热频率单元中的一个以高频的交变电流供应感应加热单元中的至少两个，其中，对此通过控制单元尤其来改变开关组件的开关状态和/或加热频率单元的频率。尤其可提供灵活的、减少成本的感应加热装置。有利地，通过应用所提出的运行模式可在这样的应用中通过开关组件的开关元件的少有的操控来实现减小的磨损。
在另一设计方案中，本发明有利地具有至少一个传感器，其至少一运行模式中设置用于在第二感应加热单元的运行区段中确定第一感应加热单元的至少一个功率特性参数，在该运行模式中第一感应加热单元直接与第一高频发生器相连接而第二感应加热单元直接与第二加热频率单元相连接，经由该至少两个感应加热单元相连接。“功率特性参数”应尤其理解成电气特性参数，优选地电流、电压和/或电功率的参数。尤其地，传感器具有多个传感元件，其设置成共同确定和/或估测电功率。参数被“估测”尤其应理解成，参数的所求得的值与参数的精确值偏离最大30%、尤其最大20%、有利地最大10%且优选地最大5%。尤其可实现在电网电压中的波动(Flicker)、即由功率波动所引起的电压波动的减小。
有利地，控制单元设置成在一运行模式(在其中加热频率单元经由感应加热单元相连接且在其中不仅对于第一而且对于第二感应加热单元要求至少一个平均功率)中以带有相位延迟的操控的模式同时运行加热频率单元。平均功率尤其应理解成超过800W、优选地超过1000W且尤其超过1200W的功率。平均功率的总和尤其大于1500W、有利地大于1800W且优选地大于2000W。对于变换到带有相位延迟的操控的模式中的所要求的功率的阈值点(Schwellpunkt)尤其取决于通过第一和第二感应加热单元来加热的加热器件、尤其厨房用具。“带有相位延迟的操控的模式”尤其应理解成一模式，在其中加热频率单元在相同的所调节的频率中工作并且经由感应加热单元发出的功率尤其取决于所调节的频率、加热频率单元相互间的转换时刻的相移和/或所产生的高频的交变电流的占空比(Tastverhältnis)。尤其可实现提高的灵活性。
附图说明
另外的优点由接下来的附图说明中得出。在附图中示出了本发明的实施例。附图、说明书相结合地包含许多特征。专业人员适宜地还会单独地来考虑这些特征并且将其概括成有意义的另外的组合。
其中：
图1以从上面的示意性的图示显示了感应灶台，
图2以示意性的图示显示了根据本发明的感应加热装置以及
图3显示了两个感应加热单元的功率的示例性的、时间上的变化过程的示意性的示图。
具体实施方式
图1显示了构造为感应灶台的家用器具10，其带有构造为感应灶台装置的感应加热装置12，带有四个感应加热单元20、22、24、26(其分别具有构造为感应器的感应加热元件)。感应加热单元20、22、24、26布置在灶台板14之下。另外，感应加热装置12具有由三相家用接口(Hausanschluss)的单个相16来运行的功率模块18，其设置用于以带有在20kHz与100kHz之间的频率的高频交变电流供应感应加热单元20、22、24、26。对此，功率模块18具有两个加热频率单元30、32，其设置用于经由单个相16来运行并且供应感应加热单元20、22、24、26(图2)。加热频率单元30、32的频率此外取决于对于感应加热单元20、22、24、26经由操作单元28所要求的加热功率和厨房用具(其在灶台板14上的加热区中布置在感应加热单元20、22、24、26之上)并且通过感应加热装置12的控制单元34来确定。控制单元34具有计算单元、存储单元和储存在存储单元中的运行程序，其设置成由计算单元来实施。
图2显示了用于感应加热装置12的电路。施加在相16处的带有在49Hz与51Hz之间的电网频率的在220V与230V之间的电网电压在整流器36中被整流并且部分地存储在缓冲电容(Pufferkapazitaet)38中。缓冲电容38的极形成两个外触点40、42，在它们之间施加脉动式直流电压。加热频率单元30、32布置在外触点40、42之间并且将脉动式直流电压转化成高频的交变电流。加热频率单元30、32对此分别具有两个在外触点40、42之间串联的、构造为双向单极开关的分别带有并联的阻尼电容器48、50的开关元件44、46。开关元件44、46分别由IGBT 52、54(带有绝缘的门电极的双极晶体管)和并联的二极管56、58形成。分压抽头60、62分别布置在这两个IGBT 52、54的共同的触点处。控制单元34通过在分压抽头60处这两个IGBT 52、54的交变的、高频的操控引起带有脉动的振幅的高频的交变电压，其在联接感应加热单元20、22、24、26的情况下跟有高频的交变电流。加热频率单元30、32的分压抽头60、62与开关组件64(其具有六个由继电器形成的开关元件66、68、70、72、74、76，它们构造为单极的转换开关)相连接并且通过控制单元34的转换指令设置成将这两个加热频率单元30、32中的直至两个与这四个感应加热单元20、22、24、26中的直至两个的16个不同的组合直接相互连接。构造为单极的转换开关的开关元件66、68、70、72、74、76具有三个触点和两个开关状态。在第一开关状态中第一触点与第二触点直接连接而在第二开关状态中第一与第三触点直接连接(在图示中第一触点相应布置在左上而第二触点布置在右上)。开关元件66、68、70、72、74、76布置在级联的电路中。开关元件66的第一触点与加热频率单元30的分压抽头60直接连接。开关元件66的第二和第三触点分别与这两个开关元件68、70的第一触点直接连接。感应加热单元20、22、24、26分别与开关元件68、70的第二或第三触点中的一个直接连接。在第二加热频率单元32的分压抽头62处与开关元件72、74、76联接有类似的组件。感应加热单元20、22、24、26中的每个可由此通过开关元件66、68、70、72、74、76的合适的开关状态单独被与加热频率单元30、32中的每个直接连接。另外，感应加热单元20、22、24、26中的任意两个可同时与不同的感应加热单元30、32直接连接。同样地，对于感应加热单元20、22、24、26中的每个推进运行是可能的，在其中单个感应加热单元20、22、24、26与两个加热频率单元30、32同时直接连接。感应加热单元20、22、24、26分别在半桥电路中来运行。感应加热单元20、22、24、26分别具有共同的触点78、79，其分别直接与谐振单元80、81(其由两个分别由单独的电容器构成的谐振电容82、84和83、85形成)相连接。谐振电容82、84或83、85分别相串联并且谐振电容中的一个82、83直接与外触点之一40相连接而谐振电容中的另一个84、85直接与另一外触点42相连接。谐振电容中的两个82、84或83、85分别直接与两个感应加热单元20、22或24、26相连接。感应加热装置12因此具有控制单元34、第一和第二感应加热单元20、22以及第一和第二加热频率单元30、32，其在一运行模式(在其中第一感应加热单元20直接与第一加热频率单元30相连接而第二感应加热单元22直接与第二加热频率单元32相连接)中经由这两个感应加热单元20、22相连接。此外可能的是，加热频率单元30、32经由第三和第四感应加热单元24、26相连接。此外，感应加热装置12具有构造为变流器的带有模拟-数字转换器的安培表，其作为传感器86、88设置用于确定流过加热频率单元30、32的分压抽头60、62的电流强度。安培表分别直接与加热频率单元30、32中的一个的分压抽头60、62和开关组件64的开关元件66、72的第一触点相连接并且因此布置在感应加热单元20、22、24、26与加热频率单元30、32之间。
控制装置34设置用于在一运行模式(在其中加热频率单元30、32经由感应加热单元20、22或24、26相连接)中在彼此相区别的运行区段90、91中来运行加热频率单元30、32。图3显示了电功率P1、P2的示例性的、示意性的变化曲线，电功率P1、P2在这样的运行状态中在第一和第二感应加热单元20、22中被转化，并且这些电功率P1、P2的总和PSUM与时间t相关。开关元件66、68、72、74在该运行模式中持续地保持其开关状态，使得第一感应加热单元20持续地直接与第一加热频率单元30而第二感应加热单元22持续地直接与第二加热频率单元32相连接。控制单元34设置成一在运行模式(在其中加热频率单元30、32经由感应加热单元20、22相连接并且在彼此相区别的运行区段90、92或91、93中来运行)中将第一或第二感应加热单元的彼此相继的运行区段90、92或91、93的起始点以2s隔开。在图表中示出的功率曲线周期性地以2s的周期持续时间tMUX重复。
跟随运行区段90(在其中加热频率单元32是活动的)的是感应加热单元20的第一运行区段91，在其中通过第一加热频率单元30以高频的交变电流来供应它。另一加热频率单元32在该运行状态中是不活动的、即不产生高频的交变电流。因为在第一运行区段91期间第二加热频率单元32与第一加热频率单元30经由感应加热单元20、22相连接，第一加热频率单元30的高频的交变电流的一部分从分压抽头60经由开关组件64、第一感应加热单元20、共同的触点79、第二感应加热单元22和开关组件64至第二加热频率单元32的分压抽头62且从那里经由第二加热频率单元32的二极管和阻尼电容流出并且由此产生通过第二感应加热单元22的功率输出。安培表(其作为传感器88布置在第二加热频率单元32与第二感应加热单元22之间)设置成确定在第一感应加热单元20的第一运行区段91中的第二感应加热单元22的电流强度和因此功率特性参数。通过电压测量仪98(其测量在外触点40、42之间的电压)来确定电功率，其在第二感应加热单元22中被转化。它根据第一感应加热单元20的功率在0W与100W之间并且随加热频率单元30的频率减少而增加。第一运行区段91可相应于感应加热单元20的所选择的功率和对于感应加热单元20、22所选择的功率的总和具有在0与tMUX、即2s之间的任意的持续时间t1，其尤其相应于电网频率的一半的周期持续时间的多倍。
在跟随第一运行区段91的第二运行区段92中，通过第二加热频率单元32以高频的交变电流来供应第二感应加热单元22。另一加热频率单元30在该运行状态中是不活动的、即不产生高频的交变电流。因此在第二运行区段92期间第一加热频率单元30与第二加热频率单元32经由感应加热单元20、22相连接，第二加热频率单元32的高频的交变电流的一部分经由第二加热频率单元32的二极管56、58和阻尼电容48、50流出并且由此产生通过第一感应加热单元20的功率输出。安培表(其作为传感器88布置在第一加热频率单元30与第一感应加热单元20之间)设置成确定在第二感应加热单元22的第二运行区段中的第一感应加热单元20的电流强度和因此功率特性参数。通过电压测量仪98(其测量在外触点40、42之间的电压)又来确定电功率，其在第一感应加热单元20中在第二感应加热单元22的运行状态92期间被转化。它根据第二感应加热单元22的功率在0W与100W之间并且随加热频率单元32的频率减少而增加。第二运行区段92具有持续时间t2，其相应于tMUX、即2s减去第一运行区段91的持续时间。
跟随第二运行区段92重新有运行区段93，在其中感应加热单元20由加热频率单元30来供应以高频的交变电流。运行区段93的起始点以tMUX、即300ms与运行区段91的起始点相间隔。
控制单元34设置成通过这两个感应加热单元20、22的功率P1、P2的总和PSUM在不同的运行区段90、92中大致保持恒定来使反馈到电网上的由功率波动引起的电压峰值最小。
此外，控制单元34设置成在一运行模式(在其中加热频率单元30、32经由感应加热单元20、22相连接并且在其中不仅对于第一而且对于第二感应加热单元20、22来要求大于1000W的功率中或者在其中所要求的功率的总和大于2000W)以带有相位延迟的操控的模式同时运行感应加热单元20、22。
此外可考虑这些设计方案，在其中在感应加热单元20、22、24、26与谐振单元80、81之间布置有开关元件或者在其中允许运行区段90、91、92、93的长度的总和短于周期持续时间tMUX(运行区段91、93或90、92的起始点以周期持续时间tMUX相间隔)的运行模式。
附图标记清单
10 家用器具
12 感应加热装置
14 灶台板
16 相
18 功率模块
20 感应加热单元
22 感应加热单元
24 感应加热单元
26 感应加热单元
28 操作单元
30 加热频率单元
32 加热频率单元
34 控制单元
36 整流器
38 缓冲电容
40 外触点
42 外触点
44 开关元件
46 开关元件
48 阻尼电容器
50 阻尼电容器
52 IGBT
54 IGBT
56 二极管
58 二极管
60 分压抽头
62 分压抽头
64 开关组件
66 开关元件
68 开关元件
70 开关元件
72 开关元件
74 开关元件
76 开关元件
78 共同的触点
79 共同的触点
80 谐振单元
81 谐振单元
82 谐振电容
83 谐振电容
84 谐振电容
85 谐振电容
86 传感器
88 传感器
90 运行区段
91 运行区段
92 运行区段
93 运行区段
98 电压测量仪。
Claims (9)
1.一种感应加热装置，其带有至少一个控制单元、至少一个第一和第二感应加热单元以及至少一个第一和第二加热频率单元，它们在至少一个运行模式中经由至少两个所述感应加热单元相连接，在所述运行模式中所述第一感应加热单元直接与所述第一加热频率单元相连接而所述第二感应加热单元直接与所述第二加热频率单元相连接，其特征在于，所述控制单元设置用于在所述加热频率单元经由所述感应加热单元相连接的运行模式中在彼此相区别的运行区段中运行所述加热频率单元，其中设置至少一个谐振单元，其在至少一个运行状态中直接与至少第一和第二感应加热单元的共同的触点(78, 79)相连接。
2.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述加热频率单元设置成经由单个相(16)来运行。
3.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其特征在于，所述控制单元设置成在一运行模式中将至少所述第一感应加热单元的彼此相继的至少两个运行区段的起始点以最大1s隔开，在所述运行模式中所述加热频率单元经由所述感应加热单元相连接并且在彼此相区别的运行区段中来运行。
4.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其特征在于至少一个另外的感应加热单元和开关组件(64)，其设置成通过所述控制单元的转换指令将至少两个所述加热频率单元中的至少一个与至少三个所述感应加热单元中的至少一个的至少三个不同的组合直接相互连接。
5.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其特征在于至少一个传感器(86,88)，其至少在一运行模式中设置用于在所述第二感应加热单元的运行区段中测量所述第一感应加热单元的至少一个功率特性参数，在所述运行模式中所述第一感应加热单元直接与第一高频发生器(30, 32)相连接而所述第二感应加热单元直接与第二加热频率单元相连接，经由至少两个所述感应加热单元相连接。
6.根据权利要求1或2所述的感应加热装置，其特征在于，所述控制单元设置成在一运行模式中以带有相位延迟的操控的模式同时运行所述加热频率单元，在所述运行模式中所述加热频率单元经由所述感应加热单元相连接且在所述运行模式中不仅对于所述第一感应加热单元而且对于所述第二感应加热单元要求至少一个平均功率。
7.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述感应加热装置是感应灶台装置。
8.一种带有根据上述权利要求中任一项所述的感应加热装置(12)的家用器具。
9.一种用于运行根据权利要求1-7中任一项所述的感应加热装置(12)的方法。
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