DE102005044466B4 - Anregungsanordnung für Induktionsöfen - Google Patents

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    • H05B6/12Cooking devices
    • H05B6/129Cooking devices induction ovens

Abstract

Verfahren zur Erwärmung von Speisen und/oder Wasser in Flugzeugen mittels Induktionserwärmung, bei dem mehrere einen Induktor (115, 125, 135) aufweisende Lastkreise (119, 129, 139) mit einer Lastkreiswechselspannung (U3) und/oder einem Lastkreiswechselstrom angeregt werden, wobei die Lastkreiswechselspannung (U3) und/oder der Lastkreiswechselstrom aus einem mit einer Netzfrequenz amplitudenmodulierten Wechselspannungssignal einer vorgebbaren Frequenz erzeugt wird, wobei aus einer Wechselspannung (U) eines Mehrphasenspannungsnetzes mehrere Hilfsspannungen erzeugt werden, wobei jeweils eine der Hilfsspannungen einem der Wechselspannungserzeuger (117, 127, 137) und/oder einer diesen Wechselspannungserzeuger (117, 127, 137) ansteuernden Steuerung zugeführt werden, oder aus einer Wechselspannung eines Mehrphasenspannungsnetzes eine Hilfsspannung erzeugt wird, die einer Zentralsteuerung (152), zugeführt wird, wobei die Zentralsteuerung (152) mehrere Wechselspannungserzeuger (117, 127, 137) ansteuert.

Description

  • Eine Anregungsanordnung des Standes der Technik ist in der 5 gezeigt. Die Spannung jeder Phase P1, P2, P3 wird gegenüber dem Neutralleiter N mit je einem einzelnen Brückengleichrichter 11, 21, 31 gleichgerichtet. Die so erzeugten Gleichspannungen werden auf je einen Sperrwandler 13, 23, 33 gegeben, der von je einem PFC-Controller 12, 22, 32 angesteuert wird. Dieser PFC-Controller 12, 22, 32 sorgt dafür, dass ein weitestgehend sinusförmiger Strom aus dem Netzanschluss gezogen wird und so die auf das Netz wirkenden Oberwellenanteile gering bleiben. Die Ausgangswechselspannungen des Sperrwandlers 13, 23, 33 werden wieder einzeln mittels Gleichrichter 14, 24, 34 gleichgerichtet und dann auf eine gemeinsame Zwischenkreisspannung U4 gegeben. Die Zwischenkreisspannung U4 ist durch die Ansteuerung der Sperrwandler 13, 23, 33 einstellbar. Dadurch erfolgt die Leistungssteuerung der Lastschwingkreise. An die Zwischenkreisspannung ist ein gemeinsamer Wechselrichter 41 angeschlossen, der die Lastschwingkreise mit Energie versorgt. In die Lastschwingkreise integriert sind eine oder mehrere Kapazitäten 43 und die Induktoren 15, 25, 35 zur Induktionserwärmung, die die Speiseschalen erwärmen. Es sind Anregungsanordnungen mit zwei Induktoren 15, 25 für die direkte Erwärmung der Speiseschalen und einem dritten zuschaltbaren Induktor 35 für die Erwärmung von Wasser zur Erzeugung von Wasserdampf bekannt, wie in der DE 198 18 831 A1 beschrieben. Der Lastschwingkreis für die Wasserdampferzeugung wird oft nicht und häufig nicht so lange benötigt wie die anderen Lastkreise. Der Induktor 35 muss also zuschaltbar sein. Hierzu wird ein relativ aufwändiger bipolar betreibbarer Schalter 42 benötigt, der teuer und schwer ist. Vor allem die Einheit rund um die drei Sperrwandler 13, 23, 33 ist erstens sehr schwer, da Spulen mit großen Ferriten benötigt werden und zweitens sehr aufwändig und teuer.
  • Die DE 10 2004 044 797 A1 offenbart eine Anregungsanordnung zur Erwärmung von Speisen und/oder Wasser in Flugzeugen mittels Induktionserwärmung, bei dem zumindest ein einen Induktor aufweisender Lastkreis mit einer Lastkreiswechselspannung und/oder einem Lastkreiswechselstrom angeregt wird. Die Lastkreiswechselspannung und/oder der Lastkreiswechselstrom wird aus einem mit einer Netzfrequenz amplitudenmodulierten Wechselspannungssignal einer vorgebbaren Frequenz erzeugt.
  • Die DE 34 45 538 A1 offenbart ein Induktionsheizgerät, umfassend einen Inverter, der durch eine Gleichspannungsquelle betrieben wird und eine Heizspule sowie einen daran seriell angeschlossenen Schalttransistor aufweist. Der Schalttransistor wird durch einen Regelschaltkreis ein- oder ausgeschaltet, um den Strom durch die Heizspule zu regeln.
  • Aus der DE 102 53 198 A1 ist ein Verfahren zur thermischen Überwachung eines induktiv erwärmbaren Gargefäßes durch Überwachung der Frequenz des die induktive Erwärmung bewirkenden Wechselstromes bekannt.
  • Der Anmelder hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Anregungsanordnung bereitzustellen, mit denen Speisen in einem Induktionsheizofen eines Flugzeugs zuverlässig mittels Induktionserwärmung erwärmt werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 kann ein niedriger PFC bei gleichzeitig niedrigem Gewicht erreicht werden. Dies bedeutet, dass das Spannungsversorgungsnetz nur mit einem oberwellenarmen Strom belastet wird. Somit wird sichergestellt, dass vorgegebene Normen zur Begrenzung der Stromanteile mit Frequenzen, die größer sind als die Netzfrequenz, eingehalten werden. An der Phase, an der eine Anregungseinheit, angeschlossen ist, wird das Netz im Wesentlichen mit der Grundschwingung des Netzes belastet. Dies bedeutet, dass der aus dem Netz gezogene Strom sinusförmig ist und kaum Oberwellenanteile besitzt. Zur Ansteuerung wird erfindungsgemäß für jede Anregungseinheit eine Hilfsspannung vorgesehen. Vorzugsweise wird eine geglättete Gleichspannung als Hilfsspannung erzeugt.
  • Bei einer Verfahrensvariante wird die dem Lastkreis zugeführte Ist-Leistung über mindestens eine der Netzfrequenz zugeordnete Periodendauer, vorzugsweise fünf Periodendauern, gemittelt erfasst, eine Soll-Leistung vorgegeben und die dem Lastkreis zugeführte Ist-Leistung auf den Wert der Soll-Leistung geregelt. Alternativ dazu wird die dem Lastkreis zugeführte Leistung ohne Mittelung erfasst und die Leistungsregelung erfolgt mit einer Nachstellzeit, die größer ist als die Periodendauer, vorzugsweise das Fünffache der Periodendauer, die der Netzfrequenz des Mehrphasenspannungsnetzes zugeordnet ist. Oberwellen können so wirkungsvoll verhindert werden. Bei einer zu schnellen Regelung würde die Regelung auf die Amplitudenmodulation reagieren und ihr entgegensteuern, das würde zu einer neuen Entstehung von Oberwellen führen.
  • Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die Frequenz des Wechselspannungssignals größer gewählt wird als die Frequenz der Netzspannung. Durch diese Maßnahme wird eine einfache und kostengünstige Filterung von Strom- oder Spannungsanteilen mit der Frequenz des Wechselspannungssignals möglich. Zur Filterung können Elemente eingesetzt werden, die ein geringes Gewicht aufweisen und kostengünstig sind. Somit belasten Strom- und Spannungsanteile mit der Frequenz des Wechselspannungssignals das Netz nicht. Die Einhaltung von Normen zur Begrenzung von Störspannungen auf der Netzspannung wird dadurch sichergestellt.
  • Das Verfahren kann mit günstigen Standardkomponenten und in einfacher Bauweise realisiert werden, wenn die Netzspannung gleichgerichtet wird und das Wechselspannungssignal in einen Wechselrichter aus der gleichgerichteten Netzspannung erzeugt wird.
  • Die Leistungssteuerung der dem Lastkreis zugeführten Leistung kann besonders einfach und kostengünstig erfolgen, wenn die Leistungssteuerung durch Beeinflussung der Frequenz des Wechselspannungssignals erfolgt. Insbesondere ist es nicht notwendig, wie im Stand der Technik, eine geregelte Zwischenkreisspannung zu erzeugen. Die dafür notwendigen Elemente, die zum Teil ein sehr hohes Gewicht aufweisen, können daher entfallen. Die Leistungssteuerung kann also alleine durch Frequenzvariation erfolgen.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Leistungssteuerung der dem Lastkreis zugeführten Leistung durch Auslassen einzelner Impulse bei der Erzeugung des Wechselspannungssignals erfolgt. Ein Wechselrichter erzeugt aus einer Gleichspannung innerhalb einer Periodendauer in der Regel je einen positiven und einen negativen Impuls, mit denen er den Lastkreis anregt. Die Leistung kann gesteuert werden, indem einzelne Impulse ausgelassen werden. Dann wird die dem Lastkreis zugeführte Leistung geringer. Es erfolgt somit eine einfache und kostengünstige Leistungssteuerung. Ein zusätzlicher Zwischenkreis ist nicht notwendig.
  • Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Anregungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 4. Dabei ist eine insbesondere zentrale Hilfsspannungserzeugungseinrichtung zur Erzeugung zumindest einer Hilfsspannung vorgesehen, die zumindest eine Hilfsspannung zumindest einem Wechselspannungserzeuger und/oder einer diesen ansteuernden Steuerung zuführt.
  • Der Netzanschluss umfasst je einen- Leiter für jede Phase und einen Neutralleiter. Die Anregungseinheit kann an eine Phase, d. h. einen Leitereiner Phase, und einen Neutralanschluss, d. h. den Neutralleiter, oder an zwei Phasen angeschlossen sein. Mit einer derartigen Anregungsanordnung liegt am Ausgang des Gleichrichters und am Eingang des Wechselspannungserzeugers eine im Wesentlichen ungeglättete gleichgerichtete Spannung an. Durch die Amplitudenmodulation kann sichergestellt werden, dass das Netz nur mit einem oberwellenarmen Strom belastet wird.
  • Bei Mehrphasenanschlüssen wird vorteilhafterweise für jede Phase eine eigene Anregungseinheit vorgesehen. Dazu ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Induktoren der Anzahl der Phasen am Netzanschluss oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht. Bei Induktionsheizeinrichtungen für Flugzeuge kann dies leicht erreicht werden.
  • Zur Ansteuerung sollte für jede Anregungseinheit eine Hilfsspannung vorgesehen werden. Dies sollte eine geglättete Gleichspannung sein. Zur Erzeugung dieser geglätteten Gleichspannung kann in jeder Anregungseinheit eine eigene Hilfsspannungserzeugungseinrichtung bzw. Hilfsspannungserzeugungsschaltung vorgesehen sein. Es ist günstiger, die Hilfsspannungen mit einer zentralen Hilfsspannungserzeugungsschaltung zu erzeugen. Es verursacht weniger Kosten und weniger Gewicht. Die Hilfsspannungserzeugungsschaltung kann an eine Phase und den Neutralleiter angeschlossen sein und über eine aktive PFC verfügen. Es ist aber auch denkbar, dass sie an mehrere Phasen angeschlossen ist und so nur geringfügig zur Erzeugung der Oberwellen beiträgt.
  • Vorteilhafterweise kann auch die Steuerung in einer Zentralsteuerung erfolgen, der die Hilfsspannung zugeführt sein kann. Das spart Kosten und Gewicht. Als Zentralsteuerung kann eine schnelle digitale Steuerung mit einem Microcontroller (μC), digitalen Signalprozessor (DSP) oder programmierbaren Logikbausteinen vorgesehen sein. Messwerte von der Spannung und vom Strom am Zwischenkreis sowie vom Strom im Lastkreis können der Zentralsteuerung zugeführt werden. Die Messung kann galvanisch getrennt und/oder mit Operationsverstärkern mit Differenzeingängen erfolgen. Die Ansteuerung der Wechselspannungserzeuger durch die Zentralsteuerung kann galvanisch getrennt erfolgen, insbesondere durch Optokoppler mit spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCO).
  • Eine besonders einfache Bauweise ergibt sich, wenn der Wechselspannungserzeuger als Wechselrichter ausgebildet ist, wobei die Schalt- oder Zündzeitpunkte der schaltenden Elemente des Wechselrichters durch eine Steuerung einstellbar sind. Dadurch, dass eine Steuerung zur Steuerung des Wechselrichters vorgesehen ist, kann die Frequenz des erzeugten Wechselspannungssignals nahezu beliebig eingestellt werden. Außerdem kann der Wechselrichter so gesteuert werden, dass einzelne Impulse zur Ansteuerung des Lastkreises ausgelassen werden. Dadurch kann eine geringere Leistung in den Lastkreis eingespeist werden. Insbesondere ist es mit einer derartigen Ausgestaltung möglich, die Leistungssteuerung mittels Frequenzvariation vorzunehmen. Auf diese Weise lässt sich die Leistung am einfachsten mit einer minimalen Bauteilanzahl regeln, was sich positiv auf Preis und Gewicht der Anregungsanordnung auswirkt. Es sind weitere Verfahren zur Leistungssteuerung, wie Pulsweitenmodulation oder Phase-Shift, denkbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Filterelement zwischen dem Gleichrichter und dem Wechselspannungserzeuger vorgesehen sein. Durch diese Maßnahme ist es möglich, Strom- und Spannungsanteile mit der Frequenz des Wechselspannungserzeugers zu filtern. Stromanteile dieser Frequenz gelangen nicht zurück ans Netz. Dadurch wird sichergestellt, dass Normen zur Begrenzung von Störspannungen auf der Netzspannung eingehalten werden. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Frequenz des vom Wechselspannungserzeuger erzeugten Wechselspannungssignals deutlich über der Netzfrequenz liegt. Somit können einfache und kleine Filter verwendet werden, um Strom- und Spannungsanteile mit diesen Frequenzen zu bedämpfen.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Filterelement einen Glättungskondensator aufweist, dessen Kapazität um den Faktor 5, vorzugsweise den Faktor 7, besonders bevorzugt den Faktor 10 kleiner ist als die Kapazität des Lastkreises. Dieser Glättungskondensator sorgt für die Filterung der Frequenz des Wechselspannungserzeugers und sorgt so dafür, dass der Strom dieser Frequenz nur zu verschwindend kleinen Anteilen aus dem Netz gezogen wird. Der Glättungskondensator ist dabei aber so klein, dass die gleichgerichtete Spannung unwesentlich beeinflusst wird, und die Ströme zur Ladung dieses Glättungskondensators so klein sind, dass der Oberwellenanteil des Netzstroms unter den durch Normen vorgegebenen Grenzwerten bleibt. Die Kapazität des Lastkreises kann dabei typischerweise 100 nF betragen.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Lastkreis als Serienschwingkreis mit zumindest einem Kondensator und zumindest einem Induktor ausgebildet ist. Die Leistungssteuerung in Serienschwingkreisen lässt sich auf besonders einfache Art und Weise durch Frequenzvariation realisieren. Dies bedeutet, dass durch Variation der Frequenz des Wechselspannungssignals die in den Serienschwingkreis gespeiste Leistung einfach eingestellt werden kann.
  • Wenn die Anregungsanordnung mehrere Anregungseinheiten umfasst, wobei zwei Anregungseinheiten zur Erwärmung von Speisen und eine Anregungseinheit zur Erwärmung von Wasser vorgesehen ist, kann die Anregungsanordnung besonders einfach in bestehende Systeme zur Erwärmung von Speisen und/oder Wasser in Flugzeugen integriert werden.
  • Vorzugsweise sind die einzelnen Anregungseinheiten an- und ausschaltbar. Die Speisen- und Wassererwärmung ist dadurch einzeln ansteuerbar. Es sind keine teueren Schalter im Lastkreis oder zwischen dem Wechselspannungserzeuger und dem Lastkreis notwendig.
  • In den Rahmen der Erfindung fällt auch ein Induktionsheizgerät, insbesondere ein Induktionsofen, eines Flugzeugs mit mehreren Anregungsanordnungen, die an ein mehrphasiges Spannungsversorgungsnetz angeschlossen sind, wobei einige Anregungseinheiten einen ersten Lastkreis zur Erwärmung von Speisen und einige Anregungseinheiten einen zweiten Lastkreis zur Erwärmung von Wasser aufweisen. Dabei ist an jede Phase des Spannungsversorgungsnetzes in etwa dieselbe Anzahl von ersten und zweiten Lastkreisen angeschlossen. Durch diese Maßnahme erfolgt eine gleichmäßige Belastung der Phasen des Spannungsversorgungsnetzes. In der Regel wird für die Erwärmung der Speisen eine größere Leistung benötigt als für die Erwärmung von Wasser. Außerdem sind die Lastkreise zur Erwärmung von Speisen in der Regel länger in Betrieb als die Lastkreise zur Erwärmung von Wasser. Würden an eine Phase ausschließlich Lastkreise für die Erwärmung von Speisen und an eine andere Phase ausschließlich Lastkreise für die Erwärmung von Wasser angeschlossen, würde dies zu einer ungleichmäßigen Belastung des Spannungsversorgungsnetzes führen. Die ungleichmäßige Belastung des Spannungsversorgungsnetzes kann vermieden werden, wenn mehrere Anregungsanordnungen angeschlossen werden, deren Anregungseinheiten gleichmäßig verteilt die einzelnen Phasen belasten. Die Belastung der Phasen kann daher über mehrere Verbraucher gemittelt ausgeglichen werden.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung einer nicht erfindungsgemäßen Anregungsanordnung;
  • 2a einen Spannungsverlauf einer Netzspannung;
  • 2b eine gleichgerichtete Spannung;
  • 2c eine amplitudenmodulierte Lastkreiswechselspannung;
  • 3 eine Anregungsanordnung mit Hilfsspannungserzeugungseinrichtung;
  • 4 eine Anregungsanordnung mit Hilfsspannungserzeugungseinrichtung und Zentralsteuerung;
  • 5 eine Anregungsanordnung gemäß dem Stand der Technik.
  • In der 1 ist eine Anregungsanordnung 100 für Induktionsöfen in Fahrzeugen zur Erwärmung von Speisen dargestellt. Die Anregungsanordnung 100 weist einen Netzanschluss 101 auf, über den die Anregungsanordnung 100 an ein Spannungsversorgungsnetz mit den Phasen P1, P2, P3 und dem Neutralanschluss N angeschlossen ist, wobei der Netzanschluss 101 als Steckkontakt ausgebildet sein kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind Gleichrichter 111, 121, 131 jeweils an eine Phase P1, P2, P3 und den Neutralleiter N angeschlossen. Den Gleichrichtern 111, 121, 131 wird daher die in der 2a dargestellte Netzwechselspannung U1 zugeführt, die eine Netzfrequenz aufweist.
  • Aus der Netzwechselspannung U1 erzeugen die Gleichrichter 111, 121, 131 die in der 2b dargestellte gleichgerichtete Spannung U2. Bei der Gleichrichtung wird die Spannung nur unwesentlich geglättet. Den Gleichrichtern 111, 121, 131 sind als Wechselrichter ausgebildete Wechselspannungserzeuger 117, 127, 137 nachgeschaltet, die aus der gleichgerichteten Spannung U2 ein Wechselspannungssignal mit einer vorgegebenen Frequenz erzeugen. Dadurch entsteht die in der 2c dargestellte Lastkreiswechselspannung U3. Die Lastkreiswechselspannung U3 ist eine Schwingung mit der vorgegebenen Frequenz, die mit der Frequenz der ungeglätteten aber gleichgerichteten netzseitigen Wechselspannung pulsiert. Die Lastkreiswechselspannung U3 entspricht somit dem Wechselspannungssignal mit der vorgegebenen Frequenz als Trägersignal amplitudenmoduliert mit der Netzeingangsfrequenz, d. h. der Frequenz des Spannungsverlaufs U1. Das Netz wird somit im Wesentlichen mit der Grundschwingung des Netzes belastet, was bedeutet, dass der Strom sinusförmig ist und kaum Oberwellenanteile besitzt. Mit der amplitudenmodulierten Lastkreiswechselspannung U3 werden Lastkreise 119, 129, 139 angeregt. Die Lastkreise 119, 129, 139 sind als Serienschwingkreise ausgebildet, die jeweils einen Kondensator 118, 128, 138 und einen Induktor 115, 125, 135 aufweisen. Die Induktoren 115, 125, 135 sind zur Erwärmung von Speisen bzw. zur Erwärmung von Wasser vorgesehen. Die Induktoren können örtlich entfernt von der restlichen Anregungsanordnung liegen. Sie können mittels Kabel an die restliche Anregungsanordnung angeschlossen sein und der Anschluss an die restliche Anregungsanordnung kann über einen Steckkontakt ausgebildet sein zur einfachen Montage und Demontage. Die Leistung zur Regelung der in die Lastkreise 119, 129, 139 gespeisten Leistung erfolgt durch Steuerungen 120, 130, 140, durch die die Frequenz des Wechselspannungssignals eingestellt wird. Um Oberwellen in Richtung des Spannungsversorgungsnetzes zu dämpfen, können Filterelemente 116, 126, 136 zwischen den Gleichrichtern 111, 121, 131 und den Wechselspannungserzeugern 117, 127, 137 vorgesehen sein.
  • Die Anregungsanordnung 100 weist im Ausführungsbeispiel drei Anregungseinheiten auf, wobei die erste Anregungseinheit aus dem Gleichrichter 111, dem Filter 116, dem Wechselspannungserzeuger 117 und dem Lastkreis 119 besteht. Die zweite Anregungseinheit besteht aus dem Gleichrichter 121, dem Filter 126, dem Wechselspannungserzeuger 127 und dem Lastkreis 129; entsprechend entspricht die dritte Anregungseinheit dem Gleichrichter 131, dem Filter 136, dem Wechselspannungserzeuger 137 und dem Lastkreis 139.
  • In der 3 ist eine Anregungsanordnung 100 ähnlich zu derjenigen der 1 gezeigt. Ergänzend hinzugekommen ist eine zentrale Hilfsspannungserzeugungseinrichtung 150, die drei Hilfsspannungen (angedeutet durch Leitungen 112, 122, 132) zur Versorgung der Steuerungen 120, 130, 140 und der Wechselspannungserzeuger 117, 127, 137 erzeugt. Die Hilfsspannungen sind vorzugsweise galvanisch getrennt.
  • Die zentrale Hilfsspannungserzeugungseinrichtung 150 ist an die Netzspannung angeschlossen, entweder an P3 und N (einphasiger Anschluss) oder an P1, P2, P3 und N (mehrphasiger Anschluss).
  • In der 4 wird eine Anregungsanordnung 100 ähnlich zu derjenigen in 1 und 3 gezeigt. Die zentrale Hilfsspannungserzeugungseinrichtung 150 versorgt hier über die Hilfsspannung (angedeutet durch die Leitung 151) eine Zentralsteuerung 152. Die Wechselspannungserzeuger 117, 127, 137 können weiterhin durch Hilfsspannungen wie in 3 gezeigt versorgt sein (in 4 nicht mehr eingezeichnet). Die Hilfsspannungen werden beispielsweise für die Versorgung von Treiberschaltungen in den Wechselspannungserzeugern 117, 127, 137 benötigt.
  • In der 4 sind Steuerleitungen 113, 123, 133 gezeigt, über die die Wechselspannungserzeuger 117, 127, 137 mit der Zentralsteuerung 152 verbunden sind. Durch die Bezugsziffern 212, 222, 232 wird die Erfassung von Zwischenkreisspannungen angedeutet, die der Zentralsteuerung 152, beispielsweise über entsprechende Messeinrichtungen, zugeführt werden. Durch die Bezugsziffern 211, 221, 231 wird die Erfassung von Zwischenkreisströmen angedeutet, die der Zentralsteuerung 152, beispielsweise über entsprechende Messeinrichtungen, zugeführt werden. Durch die Bezugsziffern 213, 223, 233 wird die Erfassung von Lastkreisströmen angedeutet, die der Zentralsteuerung 152, beispielsweise über entsprechende Messeinrichtungen, zugeführt werde.
  • In einem Induktionsofen zur Induktionserwärmung können mehrere Anregungsanordnungen 100 vorgesehen sein. Die Induktoren 115, 125, 135 der einzelnen Anregungseinheiten können unterschiedlich dimensioniert sein. Sind beispielsweise die Induktoren 115, 125 zur Erwärmung von Speisen und der Induktor 135 zur Erwärmung von Wasser vorgesehen, so sollten bei einem Induktionsofen mit mehreren Anregungsanordnungen 100 in etwa die gleiche Anzahl von Induktoren 115, 125 und Induktoren 135 an die Phase P1 wie an die Phasen P2 und P3 angeschlossen sein.
  • Die Frequenz der Netzspannung liegt im hörbaren Bereich. Da diese Frequenz die Induktorspule ebenfalls anregt, kann es zur Geräuschentwicklung in den Speiseschalen und Induktoren kommen. Dies fällt aber in Flugzeugen kaum ins Gewicht, da Turbinen und Lüftungsgeräusche diese Geräusche bei weitem übertönen. Außerdem entsteht das Geräusch in einem geschlossenen Ofen entsteht. Deswegen eignen sich dies Verfahren und diese Anregungsanordnung besonders zur Verwendung in Flugzeugen.

Claims (18)

  1. Verfahren zur Erwärmung von Speisen und/oder Wasser in Flugzeugen mittels Induktionserwärmung, bei dem mehrere einen Induktor (115, 125, 135) aufweisende Lastkreise (119, 129, 139) mit einer Lastkreiswechselspannung (U3) und/oder einem Lastkreiswechselstrom angeregt werden, wobei die Lastkreiswechselspannung (U3) und/oder der Lastkreiswechselstrom aus einem mit einer Netzfrequenz amplitudenmodulierten Wechselspannungssignal einer vorgebbaren Frequenz erzeugt wird, wobei aus einer Wechselspannung (U) eines Mehrphasenspannungsnetzes mehrere Hilfsspannungen erzeugt werden, wobei jeweils eine der Hilfsspannungen einem der Wechselspannungserzeuger (117, 127, 137) und/oder einer diesen Wechselspannungserzeuger (117, 127, 137) ansteuernden Steuerung zugeführt werden, oder aus einer Wechselspannung eines Mehrphasenspannungsnetzes eine Hilfsspannung erzeugt wird, die einer Zentralsteuerung (152), zugeführt wird, wobei die Zentralsteuerung (152) mehrere Wechselspannungserzeuger (117, 127, 137) ansteuert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsspannung eine geglättete Gleichspannung erzeugt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die einem Lastkreis (119, 129, 139) zugeführte Ist-Leistung über mindestens eine Periodendauer, die der Netzfrequenz des Mehrphasenspannungsnetzes zugeordnet ist, vorzugsweise fünf Periodendauern, gemittelt erfasst wird, eine Soll-Leistung vorgegeben wird und die dem Lastkreis (119, 129, 139) zugeführte Ist-Leistung auf den Wert der Soll-Leistung geregelt wird.
  4. Anregungsanordnung (100) einer Flugzeuginduktionsheizeinrichtung zur Erwärmung von Speisen und/oder Wasser, mit einem mehrphasigen Netzanschluss (101) und mehreren an den Netzanschluss (101) angeschlossenen Anregungseinheiten, die jeweils einen Gleichrichter (111, 121, 131) zur Gleichrichtung der Netzwechselspannung (U2) und einen Lastkreis (119, 129, 139) mit einem Induktor (115, 125, 135) aufweisen, der mit einer in der Anregungseinheit erzeugten Lastkreiswechselspannung angeregt ist, wobei die Anregungseinheiten jeweils einen Wechselspannungserzeuger (117, 127, 137) zum Erzeugen einer amplitudenmodulierten Lastkreiswechselspannung (U3) durch Amplitudenmodulation eines aus der Gleichspannung (U2) des Gleichrichters (111, 121, 131) erzeugten Wechselspannungssignals einer vorgebbaren Frequenz mit der Netzfrequenz aufweisen, wobei eine Hilfsspannungserzeugungseinrichtung (150) zur Erzeugung mehrerer Hilfsspannungen aus einer Wechselspannung (U) eines Mehrphasenspannungsnetzes vorgesehen ist, die jeweils eine der Hilfsspannungen einem Wechselspannungserzeuger (117, 127, 137) und/oder einer diesen Wechselspannungserzeuger (117, 127, 137) ansteuernden Steuerung (120, 130, 140) zuführt, oder eine Hilfsspannungserzeugungseinrichtung (150) zur Erzeugung einer Hilfsspannung aus einer Wechselspannung eines Mehrphasenspannungsnetzes vorgesehen ist, die die Hilfsspannung einer Zentralsteuerung (152) zuführt, wobei die Zentralsteuerung (152) mehrere Wechselspannungserzeuger (117, 127, 137) ansteuert.
  5. Anregungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsanordnung für jede Phase (P1, P2, P3) des mehrphasigen Netzanschluss (101) je eine Anregungseinheit aufweist.
  6. Anregungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspannungserzeugungseinrichtung (150) an zumindest eine Phase (P1, P2, P3) des mehrphasigen Netzanschlusses (101) angeschlossen ist und eine aktive PFC aufweist.
  7. Anregungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspannungserzeugungseinrichtung (150) an alle Phasen (P1, P2, P3) angeschlossen ist.
  8. Anregungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralsteuerung (152) einen digitalen programmierbaren Logikbaustein aufweist.
  9. Anregungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Zwischenkreisspannungswerte und/oder Zwischenkreisstromwerte, insbesondere über Messeinrichtungen, der Zentralsteuerung zugeführt sind.
  10. Anregungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Laststromwerte, insbesondere über Messeinrichtungen, der Zentralsteuerung zugeführt sind.
  11. Anregungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine galvanische Trennung zwischen den Messeinrichtungen zur Erfassung der Messwerte und der Zentralsteuerung vorgesehen ist.
  12. Anregungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtungen Operationsverstärker mit Differenzeingängen aufweisen.
  13. Anregungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselspannungserzeuger (117, 127, 137) als Wechselrichter ausgebildet ist, wobei die Schalt- oder Zündzeitpunkte eines schaltenden Elements des Wechselrichters durch eine Steuerung (120, 130, 140) einstellbar sind.
  14. Anregungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filterelement (116, 126, 136) zwischen dem Gleichrichter (111, 121, 131) und dem Wechselspannungserzeuger (117, 127, 137) vorgesehen ist.
  15. Anregungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (116, 126, 136) einen Glättungskondensator aufweist, dessen Kapazität um den Faktor 5, vorzugsweise den Faktor 7, besonders bevorzugt den Faktor 10 kleiner ist als die Kapazität (118, 128, 138) des Lastkreises (119, 129, 139).
  16. Anregungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzanschluss (101) mehrere Phasen (P1, P2, P3) aufweist und eine Anregungseinheit an eine Phase (P1, P2, P3) und einen Neutralanschluss (N) oder an zwei Phasen (P1, P2, P3) angeschlossen ist.
  17. Anregungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Anregungseinheiten an- und ausschaltbar sind.
  18. Induktionsheizgerät, insbesondere Induktionsofen, eines Flugzeugs mit mehreren Anregungsanordnungen (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 17, die an ein mehrphasiges Spannungsversorgungsnetz angeschlossen sind, wobei einige Anregungseinheiten einen ersten Lastkreis (119, 129) zur Erwärmung von Speisen und einige Anregungseinheiten einen zweiten Lastkreis (139) zur Erwärmung von Wasser aufweisen, wobei an jede Phase (P1, P2, P3) des Spannungsversorgungsnetzes in etwa dieselbe Anzahl von ersten und zweiten Lastkreisen (119, 129, 139) angeschlossen ist.
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