DE10017176B4

DE10017176B4 - Induktionskochplatte mit von Generatoren gespeisten Induktionsheizelementen

Info

Publication number: DE10017176B4
Application number: DE10017176A
Authority: DE
Inventors: Dominique Akel; Henri Schlumberger
Original assignee: JAEGER REGULATION CHARTRES; Jaeger Regulation
Current assignee: JAEGER REGULATION CHARTRES; Jaeger Regulation
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2020-04-08
Also published as: ITMI20000770A0; GB2348750B; ES2173021B1; DE10017176A1; NL1014888C2; ES2173021A1; GB2348750A; ITMI20000770A1; BE1013306A5; GB0008263D0; FR2792157B1; FR2792157A1; IT1317201B1

Abstract

Kochgenerator mit Resonanzinduktion von mittlerer oder geringer Leistung, arbeitend mit einer einzigen Frequenz oder Mehrfachfrequenz, mit der Möglichkeit, modulartigen Heizelementen zugeordnet zu werden, um deren Leistung zu erhöhen oder Heizflächen zu bilden, deren Leistungen je nach den Stellen unterschiedlich sein kann. Die verschiedenen Sklavengeneratoren sind dann in Resonanz in MGI-Form mit Bezug auf ein Meistersystem.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionskochplatte mit von Generatoren gespeisten Induktionsheizelementen.
Das Kochen mit Induktion oder allgemeiner das Induktionserhitzen benutzt Wirbelströme, die in ein zu erhitzendes Teil aus elektrisch leitendem Material durch ein Magnetfeld mit hoher Frequenz induziert werden. Dieses Teil ist z. B. ein Kochtopf. Das Magnetfeld wird von einem Induktor erzeugt, der mit einem Hochfrequenzwechselstrom von einem Generator gespeist wird, der die Frequenz und die Amplitude des Stroms in Abhängigkeit von der gewünschten Erhitzung anpaßt. Die für die Erhitzung angepaßte Frequenz ist abhängig von einer bestimmten Anzahl von Parametern und insbesondere von der relativen magnetischen Permeabilität μ_r des Behältnisses und dessen elektrischer Konduktivität σ.
Ausgehend von der Dicke der Haut, die man z. B. gleich der Hälfte der Dicke des Bodens des zu erhitzenden Behältnisses annehmen kann, bestimmt man sodann die Pulsation ω unter Benutzung der Formel:
woraus man die Frequenz ableitet durch die Formel: f = ω/2∙π
Man erhält so eine zu verwendende optimale Frequenz in der Größenordnung von 10 bis 50 kHz.
Der Generator wird ausgehend vom elektrischen Netz gespeist, dessen Versorgungsspannung gleichgerichtet und gefiltert wird. Der mit dieser gleichgerichteten Spannung U gespeiste Generator ist im allgemeinen ein Resonanzgenerator. Faktisch werden die Induktoren typischerweise gebildet, indem man einen elektrischen Leiter spiralisch aufwickelt, derart, daß die gegenüberstehende Auflast an diesen Induktor mit der Betriebsfrequenz einen mit der auf die Auflast zu übertragenden Leistung P = U²/R kompatiblen Widerstand R anlegt. Diese Induktoren selbst sind im allgemeinen mechanisch, elektrisch und thermisch von der zu erhitzenden Auflast isoliert, was einen Luftspalt von mehreren Millimetern zwischen der Auflast und dem Induktor nach sich zieht. In diesem Abstand und in diesem Frequenzbereich ist die Impedanz Z = R + j∙L∙ω des belasteten Induktors stark reaktiv, was einen Qualitätsfaktor des Induktors Q = L∙ω/R >> 1 mit sich bringt. Es reicht dann, einen oder mehrere Kondensatoren C dem Induktor der Induktivität L hinzuzufügen, um einen Schwingkreis zu bilden, mit der Frequenz: ½.π√L.C
Aus diesem Grunde sind die Generatoren prinzipiell Resonanzwechselrichter. Da die Impedanz Z und insbesondere die Induktivität L des Induktors von den Eigenschaften der Auflast abhängen, sind die Betriebsfrequenzen bei einer Induktionskochplatte mit mehreren Heizelementen im allgemeinen nicht identisch, sondern aneinanderangrenzend. Dieses Phenomen wird andererseits durch die Tatsache betont, daß zur Beibehaltung weicher Kommutationsformen die Leistungsregelungen im allgemeinen erfolgen, indem die Arbeitsfrequenz geregelt wird und somit zwei Heizelemente, die dazu bestimmt sind, identische Auflasten mit verschiedenen Leistungen zu erhitzen, unterschiedliche Frequenzen benutzen. Es ist zu bemerken, daß diese Art der Regelung den Nachteil besitzt, den Wechselrichter mit Frequenzen arbeiten zu lassen, die von seiner natürlichen Resonanzfrequenz entfernt sind, was erhöhte Verluste erzeugt. Der beste Kompromiß besteht darin, mit einem Dualthyristor zu arbeiten, indem man für die maximale Leistung so nahe wie möglich an der Resonanz arbeitet, die die niedrigste Arbeitsfrequenz ist, und zum Absenken dieser Leistung die Arbeitsfrequenz zu erhöhen.
Diese aneinandergrenzenden Frequenzen erzeugen Schläge, die auf das zu erhitzende Behältnis übertragen werden und die, aufgrund ihres geringen Unterschieds, im hörbaren Bereich (einige Hz bis einige kHz) liegen. Diese Frequenzschläge erzeugen außer dem Geräusch, das sie in den Auflasten hervorrufen, Schwierigkeiten für die Kontrolle der unabhängigen Generatoren.
Um dieses Phenomen zu vermeiden, das von seiner Amplitude die Verwendung des Produktes sehr unangenehm machen kann, ist es nötig, die verschiedenen Paarungen (Generatoren-Induktionsheizelemente) gut zu trennen, was ein sehr großes Handicap bezüglich der Modulfähigkeit der Produkte darstellt; aus dem gleichen Grund ist es unmöglich, z. B. ein großes Behältnis auf mehreren naheliegenden Heizelementen zu erhitzen, die von verschiedenen Generatoren gespeist werden.

Eine bekannte Lösung besteht darin, benachbarte Heizelemente zyklisch mit einer variierenden Sekundenperiode für mechanische Kommutationsvorrichtungen in Zehnermillisekunden für vollständig elektronische Lösungen zu speisen. In diesen beiden Fällen müssen die Generatoren in der Leistung überdimensioniert sein, da die Leistung nicht permanent an das Heizelement übertragen wird, sondern alternierend mit einem zyklischen Verhältnis, das gemäß den Leistungen variiert, die auf jedem an den Generator angeschlossenen Heizelement abverlangt werden. Außerdem kann diese zyklische Versorgung für den Gebrauch des Gerätes als lästig empfunden werden wegen heftiger Leistungsänderungen in der Auflast, wenn die Periode in der Größenordnung der Sekunde liegt, oder aufgrund des Geräusches, das mit der Kommutation verbunden ist, wenn diese Periode in der Größenordnung von einigen Millisekunden liegt, was Frequenzen von einigen 100 Hertz entspricht.

Eine andere bekannte Lösung auf dem Gebiet der Steuerung und der Leistungselektronik besteht darin, Induktoren mit der gleichen Frequenz zu speisen, indem Generatoren mit harter Kommutation, z. B. ein Zerhacker verwendet werden, dessen Leistungsregelart dann mit fester Frequenz in der Art (MGI) Modulation der Größe des Impulses erfolgen kann. Es ist jedoch nicht sinnvoll, diese Generatorart zum Speisen herkömmlicher Induktoren zu verwenden, insbesondere auf grund des erhöhten Qualitätsfaktors der Spulen in der Arbeitsfrequenz. Dieses erzeugt allerdings eine Schwierigkeit, den Strom in den induktiven Spulen (Dreieckströme) zirkulieren zu lassen, und erhebliche Verluste, wenn man den Strom in diesen Spulen hält was eine sehr bedeutende Überdimensionierung des Leistungsgenerators nach sich zieht.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu beseitigen, und schlägt vor, eine Induktionskochplatte nur geringer oder starker Leistung zu entwickeln, und in allgemeiner Weise, ein Induktionsheizgerät, das mit einer einzigen Frequenz arbeitet, um Schläge zu vermeiden und insbesondere die Möglichkeit zu schaffen, Generatoren von geringer Leistung und insbesondere modulartige Generatoren zu benutzen.

Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Kochplatte der oben angegebenen Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die benachbarten oder ein gleiches Heizelement bildenden Induktoren mit einer gleichen Frequenz gespeist werden, und dadurch, daß sie zumindest ein Heizelement mit starker Leistung umfaßt, das von zumindest zwei Induktoren gebildet ist, die eine auf diese Induktoren ungeachtet der auf das Heizelement aufgelegten Auflast aufgebrachte nahezu identische Verbraucherimpedanz besitzen. Eine einzige Steuerung steuert dann die Generatoren, die in Resonanzform mit weicher Kommutation arbeiten.

In vorteilhafter Weise umfaßt diese Kochplatte zwei mit Induktoren ausgerüstete Induktionsheizelemente, wobei zumindest eines der Heizelemente (erstes Heizelement) eine starke Leistung mit zumindest zwei Induktoren hat, die eine ungeachtet der Art, der Form und der Position der auf dieses Heizelement aufgebrachten Auflast nahezu identische Verbraucherimpedanz besitzen. Ein Wechselrichtergenerator ist jedem Heizelement zugeordnet und arbeitet mit weicher Kommutation, wobei eine einzige Steuerung die beiden Generatoren steuert. Eine Kommutationsvorrichtung ist dem Generator des zweiten Heizelements zugeordnet und besitzt zwei Zustände:

– einen Normalzustand, für den die Kommutationsvorrichtung den Generator mit dem Induktor des zweiten Heizelements verbindet, und
– einem Leistungszustand, in dem die Kommutationsvorrichtung den Generator des zweiter Heizelements mit dem zweiten Induktor des ersten Heizelements verbindet.

Die Resonanzwechselrichtergeneratoren ermöglichen es, wenn sie in der Frequenz synchronisiert sind, ein Heizelement von starker Leistung nur Generatoren von geringer Leistung zu schaffen, die besonders wirtschaftlich sind, da sie permanent in der weichen Kommutationsform arbeiten. Eine Kommutationsvorrichtung ermöglicht es, die Leistung zweier oder mehrerer Generatoren auf verschiedene Heizelemente zu leiten; es ist jedoch durchaus möglich, diese Kommutationsvorrichtung nicht zu benutzen und permanent mehrere Generatoren mit einem einzigen Heizelement, indem so seine Leistung erhöht wird, zu verbinden.

Dank der Kommutationsvorrichtung ist es der Kochplatte möglich, von der Tatsache zu profitieren, daß es bei einer geläufigen Benutzung dieser Geräte für den Benutzer nicht notwendig ist, kontinuierlich über die erhöhten Leistung zu verfügen, umsomehr bei Induktionssystemen, wo die Leistung direkt an die Auflast übertragen wird, ist der Nutzeffekt besonders hoch. Diese Leistungen sind bei besonderen Zubereitungen, und von kurzer Dauer, nützlich (Wasser kochen, Erwärmen großer Flüssigkeitsmengen, einen großen Grill auf Temperatur bringen). Im Dauerbetrieb sind die notwendigen Leistungen für den Erhalt eines Kochvorgangs (am Kochen halten, schonendes Weiterkochen) sehr viel geringer, und können von einem einzigen Generator geliefert werden.

Bei dieser Kochplatte können die beiden Heizelemente jeweils von zwei oder mehreren Induktoren gebildet sein, die, für jedes Heizelement, eine von seinen Induktoren gelieferte nahezu identische Verbraucherimpedanz haben; da jedes Heizelement einem Generator zugeordnet ist, ermöglichen es die Kommutationsvorrichtungen, Generatoren anderer Heizelemente mit den Induktoren eines gleichen Heizelements zu verbinden, um so über eine sehr große Leistung zu verfügen, die von mehreren Generatoren mit geringer Leistung und nicht von einem einzigen Generator mit hoher Leistung geliefert wird. Dieses ermöglicht insbesondere eine modulartige Herstellung, und in großem Maßstab, von Resonanzwechseltichtergeneratoren geringer Leistung, die im übrigen auf zahlreichen anderen Gebieten einsetzbar sind.

Der Markt der Leistungselektronik und der Frequenzwandler befindet sich in starker Ausdehnung und einige Anwendungen sind oder werden demnächst in Millionen von Exemplaren produziert, wie die Frequenzwandler für die Steuerung von Motoren oder die für die Magnetronen für Mikrowellenherde z. B. bestimmten Leistungsversorgungen. Es ist daher wirtschaftlich sehr vorteilhaft, von diesem Steigerungseffekt profitieren zu können, sei es bei den Leistungsbauteilen, sei es bei den Mikrosteuerungsgeräten, sei es bei den Generatoren selbst. Die Produktionen in großer Serie ergeben sich bei den Wandlern, deren Leistung geringer ist. Die beschriebene Herstellungsart ermöglicht es, über Generatoren verschiedener Leistung zu verfügen, indem man diese Wandler mit geringer Leistung mit Heizelementen kuppelt, deren Leistung gleich der Summe der Leistungen der mit dem Heizelement verbundenen Wandler ist.

Die Frequenz der verschiedenen mit einem Heizelement verbundenen Generatoren muß daher identisch sein. Die Phase der verschiedenen Generatoren ist im allgemeinen null (Generatoren in Phase), jedoch kann es vorteilhaft sein, die Generatoren in Phasenopposition zu steuern, um den Magnetfuß benachbarter Induktoren zu kumulieren, was außerdem die Wirkung hat, daß das Magnetfeld in der unmittelbaren Umgebung der Induktoren verringert wird. Im Falle geschachtelter Induktoren, die ein gleiches Heizelement bilden und jeweils eine nahezu identische Verbraucherimpedanz erbringen, wenn sich die gleiche Anzahl verschachtelter Induktoren in Phase und in Opposition befindet, erzeugt sodann das Heizelement ein Magnetfeld und damit eine Leistung von nahezu null. Indem man die jeweiligen Phasen der mit dem Heizelement verbundenen Generatoren von 180° bis 0° variieren läßt, kommt man sehr leicht dazu, die Leistung des Heizelements von null auf eine Gesamtleistung sämtlicher Generatoren variieren zu lassen, die mit dem Heizelement verbunden sind, wenn sie alle in Phase sind. Dieses ist besonders vorteilhaft, da die Regelung der Leistung dann mit einer fixen Frequenz erfolgen kann, die ausreichend nahe an der natürlichen Resonanz des Wandlers gewählt werden kann, derart, daß die Verluste in diesem minimiert werden. Die Leistungsreglung ist viel enger, da es schwierig ist, die Arbeitsfrequenz des Generators in bezug auf seine natürliche Resonanz unbestimmt zu erhöhen, um seine Leistung abzusenken, und diesseits einer bestimmten Leistung müssen Schneidtechniken angewandt werden, um ausreichend schwache Leistungen zu erreichen. Schließlich kann das Annulieren des Feldes eines Indukton durch die Steuerung der Wandler, die mit ihm verbunden sind, ebenfalls besonders vorteilhaft sein, mit dem Ziel, das magnetische Streufeld im Falle von nicht oder schlecht mit Auflasten gekuppelten Induktoren zu minimieren.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben:
1 ist ein Schema einer ersten Ausführungsform einer Kochplatte mit zwei Heizelementen nach der Erfindung im Normalbetrieb und unabhängig von den beiden Heizelementen;
1A zeigt das Schema der 1 in der Leistungsarbeitsweise auf dem Heizelement, das von eingeschachtelten Induktoren gebildet ist, die eine identische Verbraucherimpedanz erbringen;
2 zeigt ein Schema einer ersten Ausführungsabwandlung einer Kochplatte mit zwei Heizelementen in normaler Arbeitsweise und die beiden Heizelemente unabhängig;
2A zeigt das Schema der Kochplatte nach 2 in der Leistungsarbeitsweise,
3 zeigt eine zweite Ausführungsabwandlung einer Kochplatte mit zwei Heizelementen nach der Erfindung in normaler Arbeitsweise;
3A zeigt das Schema der Kochplatte nach 3 in der Leistungsarbeitsweise.
Gemäß 1 betrifft die Erfindung eine nicht dargestellte Induktionskochplatte, die zwei Heizelemente F1, F2 umfaßt. Eines der Heizelemente F1 bzw. das erste Heizelement ist vorgesehen, um eine starke Leistung zu liefern, während das andere Heizelement F2 vorgesehen ist, um eine mittlere Leistung zu liefern.
Das Heizelement F1 mit starker Leistung umfaßt zwei Induktoren L1, L'1, die eine quasi identische auf diese Induktoren gebrachte Verbraucherimpedanz besitzen. Diese identische Verbraucherimpedanz wird durch die hier nicht beschriebene Konzeption der Induktoren erreicht. Diese Verbraucherimpedanz ist die gleiche, ungeachtet der Art, der Form und der Position der Auflast, d. h. des zu heizenden Gerätes, das auf das mit seinen beiden Induktoren ausgerüstete Heizelement F1 aufgesetzt ist. Diese Heizelemente werden mit einem Hochfrequenzstrom gespeist, wie dies allgemein bekannt ist, ausgehend von einer nur E schematisierten Gleichspannungsquelle. Diese Quelle stellt faktisch eine Gleichrichter- und Filtereinheit dar, die an das elektrische Verteilernetz angeschlossen ist und am Ausgang eine gleichgerichtete Spannung liefert, die eine Nullkomponente besitzt.
Diese Gleichspannung speist zwei Wechselrichtergeneratoren G1, G2. Der Generator G1 ist dem Heizelement F1 und der Generator G2 dem Heizelement F2 zugeordnet. Diese Generatoren arbeiten mit weicher Kommutation. Sie bestehen jeweils aus zwei Transistoren T1, T2 bzw. T3, T4, die in gewohnter Weise mit nicht bezeichneten Dioden und Kondensatoren ausgerüstet sind. Diese Generatoren speisen jeweils einen Schwingkreis, der von einer Induktanz und einer Kapazität gebildet ist, wobei die durch die Auflast auf den Induktoren erbrachten Widerstände nicht dargestellt und einfach in dem Ausdruck Li, in Reihe mit den Widerständen, enthalten sind.
Der Schwingkreis des Generators G1 ist durch die Induktivität des Induktors L₁ des Heizelements F1 und der Lastkondensatoren C1, C2 gebildet.
Der Schwingkreis des Generators G2 ist von der Induktivität des Induktors L₂ des Heizelements F2 und den Lastkondensatoren C3, C4 gebildet.
Die Transistoren T1, T2 und T3, T4 der beiden Generatoren G2, G1 sind an eine gemeinsame Steuerung CU ange schlossen, die sie entweder unabhängig oder synchron steuert.
Das Leistungsheizelement F1 besteht aus zwei Induktoren L₁, L'₁, die verbunden sind, damit ihre erbrachte Verbraucherimpedanz identisch ist; und ihre Verbindung ist in 1 dargestellt.
Die Versorgung E ist durch einen Entkopplungskondensator Cd abgekoppelt.
Der Schaltkreis umfaßt ferner eine Schaltvorrichtung (Kommutationsvorrichtung) mit zwei Zuständen, in Normal- und einen Leistungszustand. In dem Beispiel ist die Kommutationsvorrichtung von einem Kommutator K1 mit zwei Stellungen gebildet, der dem Generator G2 des zweiten Heizelements F2 zugeordnet ist. Dieser Kommutator K1 kann sich im Normalzustand (1) befinden, indem er den Kreis des Genertors G2 schließt, da dieser sodann an die Induktivität L2 des Induktors I₂ angeschlossen ist und die Speisung des Heizelements F2 ermöglicht. Dieser Kommutator K1 kann ferner in einen zweiten Zustand bzw. Leistungszustand (1A) übergehen, in welchem er einen Anschluß der Induktivität des ersten Heizelements F1 gewährleistet, so daß in dieser Position die Induktivität von dem Generator G1 und die Induktivität von dem Generator G2 gespeist wird, wobei die Induktivität L₂ des zweiten Heizelements F2 abgeschaltet ist. Wenn hypothetisch in dieser zweiten Position die Verbraucherimpedanzen und damit die Induktivitäten identisch sind, können die beiden Induktoren L₁, L'₁ des Heizelements F1 synchron gesteuert werden und synchron in weicher Kommutationsart arbeiten.
Die beiden Generatoren liefern eine variable Leistung zwischen null und einer maximalen Leistung P gleich oder unterschiedlich für die beiden in Normalposition, und wenn der Kommutator K1 den Anschluß des Induktors herbeiführt, können die Heizelemente F1 und F2 alle beide eine Leistung erhalten, die bis zur maximalen Leistung P jedes der Generatoren G1, G2 geht, mit denen sie unabhängig verbunden sind. Die beiden Generatoren können daher für unterschiedliche Leistungen dimensioniert sein.
In dem zweiten, sog. Leistungszustand erhält das Heizelement F1 einen doppelte Leistung, die bis zur maximalen Leistung 2P gehen kann.
Es ist zu bemerken, daß, da die Induktivitäten durch ihre Anordnung in ihrem Induktor des Heizelements F1 gekoppelt sind, die Notwendigkeit besteht, daß die Ströme, die sie durchqueren, synchron sind. Dies ist gewährleistet durch die einzige Steuerung CU der beiden Generatoren G1, G2 und durch die Tatsache, daß die Auflast, die auf sie aufgebracht wird, die gleiche ist.
Dieser Aufbau der 1 kann auf eine Zahl(n) von Wechselrichtern verallgemeinert werden, die es ermöglichen, an ein Heizelement eine Leistung zu übertragen, die von null bis n∙P geht. Dies ermöglicht es, wie bereits oben ausgeführt, ein Heizelement von starker Leistung mit Generatoren von schwacher Leistung zu realisieren. Als Beispiel sind für bestimmte gewerbliche Anwendungen Heizelemente mit einer Leistung in der Größenordnung von 7 bis 8 kW erforderlich. Man kann somit ein Heizelement mit einer Leistung von 7,2 kW realisieren, indem vier Generatoren benutzt werden, von denen jeder eine Leistung von 1,8 kW besitzt und die an ein Heizelement mit vier geschachtelten Induktoren angeschlossen sind. Dieser Aufbau ist ebenfalls anwendbar bei Kombinationen geschachtelter Induktoren, die dann eine identische Verbraucherimpedanz erbringen, derart, daß die Arbeitsfrequenzen der verschiedenen Generatoren identisch sind. Im Falle von (n) Wechselrichtern können diese vorteilhaft (n') Kommutationsvorrichtungen besitzen, derart, daß in der Leistungsposition ein Heizelement die Leistung von (n) Generatoren erhalten kann oder mehrere Heizelemente eine Leistung über die Leistung eines einzelnen Generators hinaus erhalten können, und in Normalposition die (n) Generatoren jeweils ein Heizelement der Induktionskochplatte beliefern, wobei einige Heizelemente permanent mir mehreren Generatoren arbeiten können.
Das Schema der 1 kann ferner so verallgemeinert werden, daß es vollständig symmetrisch ist, d. h. zwei Heizelemente hat, die jeweils zwei Induktoren aufweisen, derart, daß die unabhängige Versorgung jedes der Heizelemente mit seinem Generator und der Einsatz von nur einem der beiden Induktoren oder der Anschluß der beiden Generatoren an die beiden Induktoren eines gleichen Heizelements möglich ist. Dieses kann bei bestimmten Ausbildungen der Heizoberfläche notwendig sein, um Leistungsheizelemente vorn an der Heizplatte und nicht allein hinten zu haben, wie es herkömmlicherweise der Fall ist.
Da die Kochplatten im allgemeinen vier Heizelemente umfassen, ist es faktisch ausreichend, zwei potentiell sehr leistungsstarke Heizelemente vorzusehen. Das zeitweilige Stillsetzen des vorderen Heizelements während der Nutzung mit starker Leistung des hinteren Heizelements ist nicht hinderlich in dem Maße wie die Leistung jedes Generators verhältnismäßig hoch ist (1400 bis 1800 W maximal) und noch zwei auf der Kochplatte verfügbare ergänzende Heizelemente verbleiben. Dieses ist schließlich besonders vorteilhaft, da die Heizelementflächen verschieden sind und besser einem Normalgebrauch entsprechen, wo man Kochtöpfe von unterschiedlichen Größen verwendet, die großen auf den großen Heizelementen, die sehr leistungsstark sein können, und die kleinen auf den kleinen Heizelementen, deren Leistung in bezug auf die Größe der zu erhitzenden Auflast ausreichend bleibt.
Bei dem Aufbau gemäß 1 müssen die Auflasten sehr ähnlich sein. Hierdurch werden nicht nur der Konzeption der Induktoren L₁, L'₁ Verpflichtungen auferlegt, sondern auch den Toleranzen der Resonanzkondensatoren.
2 zeigt eine Ausführungsabwandlung der Kochplatte nach der Erfindung, die es ermöglcht, die den Bauteilen der Schwingkreisen auferlegten Zwänge zu vermeiden.
Die Schaltungselemente, die mit denen der Schaltung nach 2 identisch sind, tragen die gleichen Bezugszeichen.
Diese Schaltung unterscheidet sich durch einen zusätzlichen Ladungskondensator C5 und eine Kommutationsvorrichtung, die außer einem Schalter K2 auch einen Kommutator K3 umfaßt.
Die beiden Induktoren L₁, L'₁ sind ihrerseits geschachtelt, und ein Doppelstrich stellt schematisch ihre elektromagnetische Kupplung im Heizelement F1 dar.
Der Schalter K2 kann sich in einer Schließstellung (2) und in einer Offenstellung (2A) befinden. Der Kommutator K3 kann sich in einer Stellung a (2) oder in einer Stellung b (2A) befinden.
Somit kann man gemäß der Stellung des Schalters K2 und des Kommutators K3 die beiden Heizelemente F1, F2 getrennt arbeiten lassen, indem man jedes durch seinen Generator G1, G2 speist, oder das Heizelement F1 in Leistung arbeiten lassen, indem man es mit den beiden Generatoren G1, G2 speist. Im ersteren Fall sind die Resonanzkreise für das Heizelement F1 von dem Induktor L₁ und den Ladungskondensatoren C1, C2 und für das Heizelement F2 durch den In duktor und die Ladungskondensatoren C3, C4 gebildet. Wenn die beiden Generatoren G1, G2 mit den beiden Induktoren L₁, L'₁ des Heizelements F1 verbunden sind, ist der Resonanzkreis von den Induktivitäten in Reihe mit dem Ladungskondensator C5 gebildet.
Die 2 zeigt für die Position in dicken Linien der Kommutationselemente (Schalter K2, Kummutator K3) die Speisung des Induktors L₁ des Heizelements F1, da der Resonanzkreis L1, C1, C2 an die Zuführung angeschlosen ist und den Betrieb des Heizelements F2, da der Resonanzkreis L2, C3, C4 an die Zuführung angeschlossen ist.
In dieser Betriebsart sind die Befehle der beiden Wechselrichter unabhängig in Funktion der Befehlsabfolgen und ihrer jeweiligen Auflasten; wie für das Schema nach 1 sind die Betriebsfrequenzen vollständig asynchron, was eine ausreichende Beabstandung der beiden verschiedenen Heizelemente erfordert.
Die 2A zeigt die Position der Kommutationselemente K2, K3 für den Betrieb des Heizelements F1 in Leistung, wobei das Heizelement F2 abgeschaltet ist.
Schalter und Kommutator K2, K3 nehmen die folgende Position ein: Der Schalter K2 ist offen und der Kommutator K3 befindet sich in der Position b, wobei die Induktoren L1 + L'1, L2, L'2 am Kondensator C5 in Reihe geschaltet werden und der Resonanzkreis des Induktors I₂ des Heizelements F2 abgetrennt wird. Die in den Induktoren zirkulierenden Ströme sind dann vollkommen identisch und dieses ungeachtet der Toleranz in den Bauteilen, insbesondere den Resonanzkondensatoren, da diese Induktivitäten in Reihe gespeist werden.
Der Kommutationszustand der beiden Funktionsarten der Schaltung nach 2 erfolgt auf folgende Weise:
Normalzustand
Normalbetrieb und Heizelemente F1 und F2 unabhängig:
L1 und L2: aktiv
L'1 = 0
K2 = 1
K3 = a (2)
Leistungszustand
Arbeitsweise mit hoher Leistung des Heizelements F1:
L1 + L'1: aktiv
L2 = 0
K2 = 0
K3 = b (2A)
Die 3 zeigt eine Vereinfachung der Schaltung nach 2, bei der die Anzahl der benutzten Kondensatoren minimiert ist.
Bei dieser Abwandlung verwendet man die gleichen Bezugszeichen wie oben, um die gleichen Elemente zu bezeichnen.
Die Abwandlung besteht in der Umwandlung des Entkopplungskondensators Cd, der getrennt ist in zwei Kondensatoren Cd1, Cd2, die einen kapazitiven Teiler bilden, der eine quasi feste Spannung abgibt. Hierzu müssen die Konditionen zwischen den Kapazitäten Cd1, Cd2, C1 und C2 wie folgt beachtet werden: Cd1 + Cd2 >> C1 Cd1 + Cd2 >> C2
Den Entkopplungskondensator in zwei Kondensatoren zu trennen, ist besonders vorteilhaft, um die Gesamtdicke des Generators zu reduzieren.
Wie zuvor, kann diese Kochplatte nach normaler Art mit zwei unabhängigen Heizelementen und einer Betriebsart mit einem einzigen Heizelement von starker Leistung arbeiten.
Diese beiden Arten sind jeweils für die Position des Schalters und Kommutators K2, K3, die die Kommutationsvorrichtung bilden, in 3 und 3A dargestellt.
Der Kondensator C5 der zweiten Abwandlung (2) ist in diesem Fall nicht vorhanden.
Die beiden Funktionsarten sind die folgenden:
Zustand der Normalfunktion (Normalzustand) bei unabhängigen Heizelementen F1, F2:
Der Schalter K2 ist geschlossen und der Kommutator K3 in der Position a. Die L1, L2 Induktoren der beiden Heizelemente F1, F2 sind gesondert angeschlossen, jedes an seinen Generator G1, G2.
Der Induktor L'1 ist nicht angeschlossen.
Der allein für das Heizelement F1 in Betrieb genommene Schwingkreis des Induktors L₁ ist von dem Induktor L1 und den Kondensatoren C1, Cd1, Cd2 gebildet.
Der Schwingkreis des Generators G2 ist von dem Induktor L2 und den Kondensatoren Cd1, Cd2 gebildet.
Diese Betriebsart stellt sich wie folgt dar:
L1 und L2: aktiv
L'1 = 0
K2 = 1
K3 ≐ a (3)
Der zweite Funktionszustand entspricht der Funktion hoher Leistung des Heizelements F1 allein, wobei das Heizelement F2 nicht gespeist wird. Der Schalter K2 ist dann offen und der Kommutator K3 in der Stellung b.
In diesem Fall sind die Induktivitäten der Induktoren L₁, L₁' des Heizelements F1 auf die Kondensatoren C1, C2 in Reihe geschaltet und bilden die Last der Brücke bei H, gebildet durch die beiden elementaren Wandler G1, G2.
Diese Betriebsart stellt sich wie folgt dar:
L1 + L1': aktiv
L2 = 0
K2 = 0
K3 = b (3A)
Dieser Aufbau bietet den Vorteil, daß das Gesamtvolumen der Kondensatoren für eine mit der vorstehenden Arbeitsweise quasi identische Arbeitsweise deutlich verringert wird.

Claims

Induktionskochplatte mit mehreren von Generatoren (G1, G2) gespeisten Heizelementen (F1, F2), wobei die Heizelemente (F1, F2) Induktoren (L1, L'1, L2) umfassen, die Induktoren (L1, L'1, L2) mit einer gleichen Frequenz gespeist sind und ein erstes (F1) der Heizelemente (F1, F2) eine stärkere Leistung hat als ein weiteres Heizelement (F2) der Induktionskochplatte, wobei die stärkere Leistung von zumindest zwei geschachtelten Inuktoren (L1, L'1) erzeugt wird, die eine auf diese Induktoren (L1, L'1) ungeachtet der Form und der Position der auf das Heizelement aufgelegten Auflast aufgebrachte nahezu identische Verbraucherimpedanz besitzen, und wobei eine einzige Steuerung (CU) die Generatoren (G1, G2) steuert und die Generatoren (G1, G2) in Resonanzform mit weicher Kommutation arbeiten.
Induktionskochplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei getrennte Heizelemente (F1, F2) und zwei Generatoren (G1, G2) und eine einem der Generatoren (G2) zugeordnete Schaltvorrichtung (K1) mit zwei Zuständen umfaßt: einem Normalzustand, in dem die Schaltvorrichtung (K1) den zweiten Generator (G2) mit dem das zweite Heizelement (F2) bildenden zweiten Induktor (L2) verbindet, und einem Leistungszustand, in dem die Schaltvorrichtung (K1) den zweiten Generator (G2) mit dem zweiten Induktor (L'1) des ersten Heizelements (F 1) verbindet, um die Leistung dieses Heizelementes (F1) zu erhöhen, wobei die Steuerung (CU) die beiden Generatoren (G 1, G2) steuert, um die beiden Induktoren (L1, L'1) mit der gleichen Frequenz zu speisen.
Induktionskochplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzige Steuerung (CU) einen Fühler umfaßt, der das Vorhandensein einer Auflast auf einem Induktor (L1, L'1, L2) feststellt, um dessen Versorgung durch einen oder mehrere Generatoren (G1, G2) zu ermöglichen.
Induktionskochplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzige Steuerung (CU) die geschachtelten Induktoren (L1, L'1) des ersten Heizelementes (F1) steuert, indem die relative Phase der von diesen Induktoren (L1, L'1) zugeordneten Generatoren (G1, G2) gelieferten Ströme in einem Bereich der Phasenregelung zwischen 0° und 180° geregelt wird, um die Leistung des Heizelementes (F1) zu regeln.
Induktionskochplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktoren (L1, L'1, L2) in der Lage sind, erhöhten Temperaturen standzuhalten, und so nahe wie möglich an der aufzulegenden Auflast im elektrisch isolierten Zustand angeordnet sind.
Induktionskochplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Erzeugung einer geglätteten Gleichspannung einen Entkopplungskondensator (Cd) umfaßt.
Induktionskochplatte nach den Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen ersten Schalter (K2) zwischen dem Verbindungspunkt der Induktoren (L1, L'1) des ersten Heizelements und den Kondensatoren (C1, C2) des Resonanzkreises der ersten Induktors (L1) des ersten Heizelements (F1) aufweist, um den Resonanzkreis des ersten Induktors des ersten Heizelements (F1) zu schließen, und einen zweiten Schalter (K3) umfaßt, um den Induktor (L2) des zweiten Heizelements (F2) auf seinen Generator (G2) zu schalten oder um den zweiten Generator (G2) auf den zweiten Induktor (L'1) des ersten Heizelements (F1) zu schalten in Reihe mit dem ersten Induktor (L1) dieses ersten Heizelements (F1) und in Reihe mit einem gemeinsamen Kondensator (C5).
Induktionskochplatte nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch – einen durch Reihenschaltung von zwei Kondensatoren (Cd1, Cd2) gebildeten Entkopplungskondensator, um eine geglättete Spannung zu erzeugen, – einen ersten Kondensator (C1) in Reihe mit dem ersten Induktor (L1) des ersten Heizelements (F1), – einen zweiten Kondensator (C2) in Reihe mit dem zweiten Induktor (L'1) des ersten Heizelements (F1), wobei – der Schaltkreis des ersten Induktors (L1) und derjenige des zweiten Induktors (L'1) verbunden sind nach dem ersten und zweiten Kondensator (C1, C2), – eine Schaltvorrichtung mit einem ersten Schalter (K2), der die Verbindung zwischen dem Anschlußpunkt der Schaltkreise des ersten und des zweiten Induktors (L1, L'1) am Punkt der geglätteten Spannung zwischen den den Entkopplungskondensator bildenden Kondensatoren (Cd1, Cd2) herstellt oder trennt, und mit einem zweiten Schalter (K3), der den zweiten Generator (G2) verbindet, entweder mit dem Induktor (L2) des zweiten Heizelements (F2) und über diesen mit dem zweiten Kondensator (C2) und über diesen über den geschlossenen ersten Schalter (K2) mit den den Entopplungskondensator bildenden Kondensatoren (Cd1, Cd2), oder mit dem zweiten Induktor (L'1) des ersten Heizelements (F1) in Reihe mit dem ersten Induktor (L1) und den ersten und zweiten Kondensator (C1, C2), wobei der erste Schalter (K2) die Verbindung zum Bereich der geglätteten Spannung zwischen den den Entkopplungskondensator bildenden Kondensatoren (Cd1, Cd2) trennt (3, 3a).