CN1882201A - 用于感应加热装置供给功率的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

为提高感应加热装置(L)的功率或者避免用电设备对电网的反作用，变频器(15)的工作频率(f)可以不是固定值(fG)而进行如下变化，使得其通过电源电压(Ub)的半波首先上升，然后重新下降。这最好是无级连续进行的。由此将感应线圈(L)的阻抗(Z)尽可能保持恒定，并且感应电流(I)具有几乎理想的正弦形状。

Description

用于感应加热装置供给功率的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于感应加热装置供给功率的方法以及一种用于感应加热装置供给功率的装置。
背景技术
这种感应加热装置例如作为感应线圈在感应灶台中得到广泛应用。在此希望功率更高，从而特别是能够快速进行更大量的液体、例如面汤水的烧煮过程。
目前的极限大约在3.2kW，从该极限开始用于供给功率必要的变频器就超过了由标准规定的考虑到谐波和用电设备对电网的反作用的极限值。谐波或者特别是第三谐波的这种重大影响的原因主要在于，变频器中的磁性元件的导磁性随着流过感应线圈的感应电流的幅度而变化。在电流幅度高时，在感应线圈中用于导磁的铁氧体或类似物的导磁性就下降，并且锅子材料(Topfmaterial)的导磁性也下降。由此感应线圈在电源电压半波变化曲线中其电感也会变化，由此用于供给功率的串联谐振电路的谐振频率也会变化。最后由此电网的电流消耗会失真或者说其变化曲线偏离给定的电源电压变化曲线。
发明内容
本发明的任务在于提供一种开头所述的方法以及装置，使用该方法和装置可以避免现有技术中存在的问题，并且尤其是可以在感应加热装置中产生更高的功率，或者可以降低用电设备对电网的反作用或者电源电网的电流消耗的失真。
该任务通过具有权利要求1所述特征的方法、具有权利要求9所述特征的装置以及所述方法在感应灶台或者感应加热装置上的应用解决。本发明的有利的以及优选的结构方案是其它权利要求的主题并且在下面进行详细描述。权利要求的原文通过详细参考说明书的内容作出。下面列出的一些特征和特性不仅涉及方法，而且也涉及装置。它们一部分只描述一次，但是对方法以及装置和应用都是相互独立的。
交流电源电压用于给感应加热装置供给功率。另外变频器设有可控的开关元件。根据本发明，开关元件或者整个变频器的工作频率在电源电压或者感应线圈的工作电压半波变化曲线中略微升高，然后重新下降。这是由于工作频率的频率基值是基本上确定的。由此出发工作频率在半波变化曲线中首先略微升高，然后重新下降。这个过程如下进行，至少在电源电压交零处工作频率处于频率基值处并在此之间升高。
由此可以通过按时间提高工作频率来直接防止高次谐波的产生。主要由此可以将在供给功率的谐振电路中流动的电流与电源电压保持比例。由此显著降低了用电设备对电网的反作用。
在本发明的一种改进方案中，变频器或者供给功率装置具有串联谐振电路。其包括用于感应加热装置功率传递的感应线圈、谐振电路电容和具有可控制的开关元件的半桥。基本上这种串联谐振电路对于感应加热装置是已知的。
当电源电压或者工作电压本身达到最大值时，工作频率才达到最大值。由此可以使工作频率的变化曲线在电源电压的半波期间基本上逼近电源电压自身的变化曲线。甚至可以用于简单的控制或者影响工作频率，其上升和下降与电源电压成比例关系。
为了完全或者基本上避免用电设备对电网的反作用，在本发明的范围内提出，提高超过半波的变化曲线最大15％、特别甚至是最大10％就足够补偿感应线圈的电感变化了。
为了避免在供给功率时产生噪声，工作频率尽可能连续并且无级变化。这通过相应地控制变频器或者开关元件实现。
有利的是工作频率在上升段中的变化曲线与在下降段中的变化曲线是相同的。这就意味着工作频率的变化曲线在半波期间大致是镜面对称的。镜面对称点在此位于最大值处或者半波的一半处。
这种上述的工作频率例如在几个kHz的范围内，优选为10kHz至60kHz，特别优选大约20kHz。
作为电源电压优选使用家用标准电源电压，特别是具有50Hz的频率、230V的电压。由此可以使功率超过3kW或者甚至超过3.2kW或者3.7kW，而不会超过用电设备对电网的反作用的极限值。
如果这种方法用于家用器具的感应加热装置中，特别是感应灶台中，那么由此所述的功率值可以大大超过3kW，而不会超过规定的用电设备对电网的反作用的极限值。
按本发明的例如借助于其可以执行上述方法的应用具有变频器，其包括前述的串联谐振电路。对于开关元件设置了控制装置。为此设计该控制装置，使得开关元件或者变频器的工作频率如此变化，使得在电源电压或者工作电压的半波变化曲线中，工作频率从频率基值出发首先上升到最大值，然后重新下降到频率基值。这在前面已经描述过了。
这些特征以及其它特征除了从权利要求书还可以从说明书和附图获得，其中单个特征分别可以单独也可以多个组合地在本发明的实施例中以及其它领域中实现，并且其可以是有利的以及要求保护的实施例，其在这里请求保护。本申请的分段以及中间标题并不在普遍性上限制这些说明。
附图说明
在附图中基本上示意性地示出了本发明的实施例，下面对其进行详细说明。
附图示出：
图1示出了按现有技术的感应线圈的阻抗Z＝w·L、工作电压和感应电流的幅度关于时间的变化曲线；
图2示出了按本发明用于给感应线圈供给功率的装置的电路图；
图3示出了在应用按本发明的方法时类似于图1的曲线，变频器的工作频率会变化。
具体实施方式
在图1中对已知的方法示出了工作电压U、感应线圈L的阻抗Z＝w·L、感应电流I和工作频率f关于时间的变化曲线。可以看到，在工作频率f恒定时，感应线圈L的阻抗Z从工作电压U半波的最高点处开始下降。另外重要的是感应电流I的变化曲线与工作电压U的变化曲线不同，特别是其不是正弦形式。这会导致所述不利的用电设备对电网的反作用。
图2示出了按本发明的布置或者说电路布置11。控制装置13用两个开关元件T1和T2例如晶体管控制变频器15。其与中间电路电容CZw和谐振电路电容Cs一起构成了感应线圈L的控制系统。通过控制装置13主要给定开关元件T1和T2的工作频率，并由此给定变频器15的工作频率。
工作频率f和其它参量根据图1的变化曲线在图3中示例性地示出。从频率基值fc-这里大约为20kHz-出发工作频率f类似于工作电压U的变化曲线在半波上上升，然后重新回到频率基值fc。由此所示感应电流I的变化曲线也如同感应线圈L的基本上恒定的阻抗Z。该感应电流I的变化曲线又重新匹配工作电压Ub的正弦形状。由此可以如前面详细描述的那样可靠避免用电设备对电网的干扰的反作用。
如果感应线圈L用于感应加热装置或者感应灶台的加热装置中，那么功率甚至能够高于3kW或者3.2kW，例如3.5kW至3.7kW或者甚至4kW。由此可以构造更强的感应灶台用于更快的烧煮过程或者传递更高的功率。在此控制变频器15或者开关元件T1和T2的工作频率f的花费不会特别高。特别是当工作频率f的变化曲线给定或者用控制过程可控地给定，那么花费就是有限的，因为可以用预知的变化曲线工作。
在本发明的一种略微复杂的改进方案中，也可以测定感应线圈L的阻抗Z的变化曲线，并如此调节工作频率f，使得阻抗Z基本上保持恒定。同样可以测定感应电流I，并如此调节工作频率f，使得感应电流I具有精确的正弦形状或者其它给定的精确形状。

Claims (9)

1.用于感应加热装置供给功率的方法，其中为供给功率设置了交流电源电压(Ub)和具有可控制的开关元件(T1、T2)的变频器(15)，其特征在于：所述开关元件或者变频器的工作频率(f)在电源电压的半波变化曲线中从频率基值(fG)开始首先略微上升，然后重新下降到频率基值(fG)，从而分别在电源电压(Ub)的交零处工作频率(f)为频率基值(fG)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述变频器(15)具有一个串联谐振电路，其包括感应线圈(L)、谐振电路电容(CS)和具有可控制的开关元件(T1、T2)的半桥。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于：当电源电压(Ub)达到最大值时，所述工作频率(f)达到最大值。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述工作频率(f)的变化曲线在上升段和下降段分别相同，并且工作频率(f)关于电源电压(Ub)的半波的一半处的点镜面对称。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述工作频率(f)的升高最大为15％。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述工作频率(f)的变化是无级连续进行的。
7.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述供给功率大于3.2kW。
8.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电源电压(Ub)具有电网频率，且电压为230V。
9.用于感应加热装置供给功率的装置，具有变频器(15)，其具有一个串联谐振电路，该谐振电路具有感应线圈(L)、谐振电路电容(CS)和具有可控制的开关元件(T1、T2)的半桥，其中为控制开关元件(T1、T2)给一个控制装置(13)设置工作频率(f)，其构造成使工作频率(f)如下变化，使得工作频率在电源电压(Ub)的半波变化曲线内从频率基值(fG)出发首先上升到最大值，然后再下降到频率基值(fG)。
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