DE2304411B2 - Induktionsheizgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Induktionsheizgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 27 00 093 ist ein Induktionsheizgerät dieser Art bekannt. Bei diesem bekannten Induktionsheizgerät besteht die Gefahr, daß durch Triggeruni; des »psteuerten ersten Gleichrichters zu einem ungeeigne-411

ten Zeitpunkt, nämlich beispielsweise bei fehlender Betriebsspannung oder auch zum Zeitpunkt eines Einschaltens bei einer hohen Wechselspannung, sowie auch durch Oberströme oder Oberspannungen aufgrund von Laständerungen oder Freqitenzänderungen die Bauelemente des Frequenzumformers beschädigt oder zerstört werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Induktionsheizgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, dessen Frequenzumformer nicht ohne eine an ihm anliegende Betriebsspannung ansteuerbar ist und vor Einschaltstromstößen sowie während des Leerlaufs oder bei Betrieb mit nur geringer Last vor plötzlichen Belastungserhöhungen und vor Oberströmen geschützt sowie hinsichtlich seiner Frequenz überwacht wird.

Diese Aufgabe wild erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Mittel gelöst.

Bei dem derart aufgebauten Induktionsheizgerät verhindert die parallel zu dem ersten gesteuerten Gleichrichter geschaltete erste Schutzschaltung, daß die Triggerschaltung bei einer nicht ausreichenden Betriebsspannung an dem ersten gesteuerten Gleichrichter eine Versorgungsspannung erhält, so daß also der erste gesteuerte Gleichrichter nur dann angesteuert wird, wenr die für das Zünden und den Betrieb geeignete Betriebsspannung vorliegt. Die mit einem vor dem Siebieil eingeschleiften zweiten gesteuerten Gleichrichter versehene zweite selbsthaltende Schutzschaltung stellt sicher, daß nach dem Einschalten des Geräts die ungesiebte Ausgangsspannung des Vollweggleichrichters erst zu dem nächstfolgenden Nullspannungszeitpunkt derselben durchgeschaltet wird, so daß also keine hohen Einschaltstromstöße auftreten. Der erste Schwellwertdiskriminator dient dabei dazu, den Nullspannungszeitpunkt der ungesiebten Ausgangsspannungs des Vollweggleichrichters zu erfassen. Die dritte Schutzschaltung dient dazu, den ersten gesteuerten Gleichrichter sowie auch andere Teile des Frequenzumformer» vor Beschädigungen zu schützen, die von einem ungewöhnlich hohen Spannungsanstieg herrühren, wenn der Frequenzumformer im unbelasteten Zustand arbeitet. Dies wird dadurch erreicht, daß zu der Induktionsheizspule ein Widerstand in Reihe geschaltet wird, der den auftretenden Spannungsüberschuß aufbraucht. Dieser Widerstand wird dann kurz geschlossen, wenn der Frequenzumformer in einem stabilen Betriebszustand arbeitet. Um sicherzustellen, daß dieses Kurzschließen nicht zu einem Zeitpunkt auftritt, der ein übermäßiges Ansteigen der Gleichrichter-Betriebsspannung ergeben würde, erfolgt das Kurzschließen des Widerstandes mittels eines Triacs, welcher über einen zweiten Schwellwertdiskriminator bei dem einer Belastungserhöhung folgenden Nulldurchgang durchgeschaltet wird. Dadurch wird vermieden, daß die über dem ersten gesteuerten Gleichrichter abfallende Spannung einen ungewöhnlich hohen Wert annimmt. Zugleich dient diese Schaltung auch dazu, den Leistungsverbrauch des Induktionsheizgeräts in nicht belastetem Zustand zu vermindern. Zum Schutz gegen Überstrom ist die vierte Schutzschaltung mit dem vor das Siebteil geschalteten dritten gesteuerten Gleichrichter vorgesehen. Dieser dritte gesteuerte Gleichrichter wird über eine Steuerschaltung bei einem zu hohen Spannungsabfall an dem in den gleichen Stromkreis geschalteten Widerstand oder dann gesperrt, wenn in dem Frequenzvergleicher eine Frequenzabweichung der Umformerfrequenz festgestellt wird, die beispiels-

weise auf eine ungeeignete Belastung des Heizgeräts zurückzuführen ist und die gleichfalls durch nunmehr falsch gesteuerten Schwingbetrieb des Frequenzumformers zu einer Beschädigung desselben fühl en kana

Eine vorteilhafte Ausbildung der e-sten Schutzschalitung gemäß der Erfindung ist in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert

F i g. 1 ist ein Blockschaltbild der elektrischen Gesamtschaltung eines Induktionsheizgeräts;

F i g. 2 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform einer ersten Schutzschaltung für den Frequenzumformer des in F i g. 1 gezeigten Induktionsheizgeräts:

F i g. 3 ist eine graphische Darstellung von Kurvenformen der über dem gesteuerten Gleichrichter des Frequenzumformers gemäß F i g. 2 liegenden Spannung und des durch die mit diesem Gleichrichter verbundene Diode fließenden Stromes;

F i g. 4 isi ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Schutzschaltung für den Frequenzumformer des in Fig. 1 gezeigten Induktionsheizgeräts:

F i g. 5 ist eine graphische Darstellung von Kurvenformen der an verschiedenen Teilen der Schaltung nach F i g. 4 anliegenden Spannungen;

F i g. 6 ist ein Schaltbild eines Frequenzumformers mit einer weiteren Ausführungsform einer Schutzschaltung;

F i g. 7 sind graphische Darstellungen der Kurvenformen von Spannungen, die an dem Frequenzforrr.er jeweils mit bzw. ohne die einen Teil der in F i g. 6 gezeigten Schutzschaltung anliegen;

F i g. 8 ist ein Schaltbild eines Frequenzumformers mit einer Ausführungsform einer Schutzschaltung, mit der der Frequenzumformer gegen außergewöhnliche BeIastungen geschützt werden kann-,

F i g. 9 sind graphische Darstellungen von Kurvenformen von Spannungen und Strömen, die an bzw. in einigen Bauteilen des in F i g. 8 gezeigten Frequenzumformers während des üblichen Betriebs und während ungewöhnlicher Belastungszustände anliegen bzw. fließen;

F i g. 10 ist ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Frequenzumformers mit einer Induktionsspule, die von einem einen Teil des Frequenzumformers bildenden Schwingkreis getrennt angeordnet ist.

F i g. 1 ist ein elektrisches Gesamtschaltbild eines Frequenzumformers für ein Induktionsheizgerät. Die Schaltung dieses Frequenzumformers umfaßt eine Wechselspannungsquelle 20 und einen Vollweggleichrichter 2t, welcher über einen Betriebsschalter 2? an die Wechselspannungsquelle 20 angeschlossen ist. Der Vollweggleichrichter 21 ist in der üblichen Brückenschaltung geschaltet und weist eine positive und eine negative Anschlußklemme 23 bzw. 24 auf. Die Ausgangsspannung des Vollweggleichrichters 21 wird über die Anschlußklemmen 23 und 24 Strömzuführungsleitungen 25 und 26 zugeführt und speist einen selbstschwingenden Zerhacker-Frequenzumformer, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 27 bezeichnet ist.

Der Frequenzumformer 27 umfaßt eine in die negative Stromzuführungsleitung 26 eingeschaltete Siebdrossel 28, sowie eine Schaltungsanordnung aus einem ersten gesteuerten Gleichrichter 29 und einer Diode 30, die jeweils mit entgegengesetzten Polungen an die positive und negative Stromzuführungsleitung 25 bzw. 26 angeschlossen sind. Der erste gesteuerte Gleichrichter 19 weist einen mit der positiven Stromzuführungsleitung 25 verbundenen Anodenanschluß sowie einen mit der negativen Stromzuführungsleitung 26 verbundenen Kathodenanschluß auf, während die Diode 30 einen mit einem Schaltpunkt 31 zwischen dem Anodenanschluß des ersten gesteuerten Gleichrichters 29 und der positiven Stromzuführungsleitung 25 verbundenen Kathodenanschluß sowie einen Anodenanschluß aufweist, der an einen Schaltpunkt 32 zwischen dem Kathodenanschluß des ersten gesteuerten Gleichrichters 29 und der Stromzuführungsleitung 26 angeschlossen ist. Bei dem ersten gesteuerten Gleichrichter 29 handelt es sich um einen gesteuerten Siliciumgleichrichter bzw. einen torgesteuerten Thyristor.

Der Frequenzumformer 27 umfaßt außerdem eine Resonanzschaltung mit einem Umschaltkondensator 33 und einer Umschaltspule 34, die in Serienschaltung zwischen die positive und negative Stromzuführungsleitung 25 und 26 angeschlossen sind. Der Umschaltkondensator 33 und die Umschaltspule 34 bilden auf diese Weise jeweils eine über den ersten gesteuerten Gleichrichter 29 und die Diode 30 laufende Stromschleife. Der Umschaltkondensator 33 ist mit seiner einen Elektrode an eine Induktionsheizspule 35 angeschlossen, während seine andere Elektrode über eine Stromveroindung zwischen dem Unischaltkondensator 33 und der Umschalt- bzw. Resonanzspule 34 an einen Glättungskondensator 36 angeschlossen ist. Die Induktionsheizspule 35 sowie der Glättungskondensator 36 sind auf diese Weise in Reihe mit der positiven Stromzuführungsleitung 25 verbunden und werden von dem Umschaltkondensator 33 gespeist. Während des Betriebs wird die Induktionsheizspule 35 belastet, und zwar mit einer Last 37, die eine Bratpfanne oder ein Kochtopf sein kann, wenn der Frequenzumformer bei einem Kochgerät mit Induktionserhitzung verwendet wird. Durch die magnetische Induktion der Induktionsheizspule 35 wird in der Last 37 an sich veränderndes Magnetfeld erzeugt, so daß aufgrund der dabei entstehenden Wirbelströme und Hysetersis-Verluste die Temperatur dieser Last ansteigt.

Der erste gesteuerte Gleichrichter 29 weist einen Steuereingang 29a auf, über den er mittels einer Triggerschaltung 38 getriggert wird, welche mit der negativen Strom/.uführungsleitung 26 in Verbindung steht.

Die oben beschriebene Ausführungsform eines Frequenzumformers weist den üblichen Aufbau für ein Induktionsheizgerät auf, so daß von einer noch näheren Erläuterung der einzelnen Bauelemente Abstand genommen wird.

Zum Schützen des Frequenzumformers 27 während eines Betriebszustandes ist eine Schutzschaltung vorgesehen, bei dem die Umformerschaltung bei geschlossenem Betriebsschalter 22 arbeitet oder bei dem eine ungewöhnlich stark angestiegene Spannung oder ein Stromstoß in der Schaltung vorliegt. Diese Schutzschaltung in dem Frequenzumformer ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 39 versehen. Für dann Fall, daß der Frequenzumformer 27 zu jedem Zeitpunkt ansprechen !.oll, an dem die zugeführte Spannung 0 erreicht, weist die Schutzschaltung 39 einen Schalter 40 auf, der zwischen die Siebdrossel 28 und die negative Anschlußklemme 24 des Vollweggleichrichters 21 geschaltet ist. Dieser Schalter 40 wird im folgenden als Nullspannungsschalter bezeichnet, da er auf einen Betriebszustand anspricht, bei dem die von dem Vollweggleichrichter 21 zugeführte Spannung 0 ist. Wenn ein derartiger Nullspannungsschalter 40 in der Frequenzumformer-

schaltung vorgesehen ist, kann dieser Schalter mit einer Verzögerungsschaltung 41 in Verbindung stehen, die die Abgabe des Impulszuges von der Triggerschaltung 38 so lange verzögert, bis die Spannung über der Triggerschaltung einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Außerdem kann in diesem Falle der Nullspannungsschalter 40 mit einer Resonanzfrequenz-Detektorschaltung 42 in Verbindung stehen, mit der die Resonanzfrequenz des durch den ersten gesteuerten Gleichrichter 29 und die Diode 30 hindurchfließenden Resonanzstroms erfaßbar ist. wobei sich die Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von dem Material der Last 37 verändert, mit der die Induktionsheizspule 35 während des Betriebs belastet wird. Zusätzlich zu diesen Schaltungen 41 und 42 kann dem Nullspannungsschalter 40 eine Überstrom-Detektorschaltung 43 zugeordnet sein, mit der die Entstehung eines ungewöhnlich hohen Stroms in der Frequenzumformerschaltung in dem Fall erfaßt werden kann, daß der Frequenzumformer mit einer Last aus Aluminium, rostfreiem Stahl oder anderen Materialien belastet ist, welche für die Betriebsweise der Frequenzumformerschaltung ungeeignet sind. Ausführungsformen dieser Schaltungen 41, 42 und 43 werden nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Eine erste Ausführungsform einer Schutzschaltung zum Schützen des Frequenzumformers gegen eine Beschädigung während eines Arbeitszustands ist in F i g. 2 gezeigt. Gemäß dieser Figur weist der Frequenzumformer einen Siebkondensator 44, der zwischen der positiven und der negativen Stromzuführungsleitung 25 bzw. 26 liegt, sowie eine Siebdrossel 45 auf, die in die negative Stromzuführungsleitung 26 eingeschaltet ist. Widerstände 46 und 47 liegen als Reihenschaltung zwischen den Stromzuführungsleitungen 25 und 26. um eine zugeführte Spannung E in einem bestimmten Spannungsverhältnis zu teilen. Ein Teil dieser Spannung Ewird über einen zwischen den Widerständen 46 und 47 liegenden Anschiußpunkt 49 der Basis eines pnp-Transistors 48 zugeführt. Der Transistor 48 weist außerdem einen mit der negativen Stromzuführungsleitung 26 verbundenen Emitter sowie einen Kollektor auf. der an einen Verbindungspunkt 50 zwischen Widerständen 51 und 52 angeschlossen ist. Diese Widerstände 51 und 52 liegen in Reihenschaltung zwischen der negativen Stromzuführungsleitung 26 und einer positiven Stromzuführungsleitung 53, an der in bezug auf die negative Stromzuführungsleitung 26 eine Gleichspannung e anliegt. Die Widerstände 51 und 52 teilen auf diese Weise die Spannung ein einem bestimmten Spannungsverhältnis. Die Basis eines zweiten pnp-Transistors 54 ist an einem SchaJtpunkt zwischen dem Verbindungspunkt SO und dem Widerstand 52 angeschlossen, während der Emitter des Transistors 54 mit der negativen Stromzuführungsleitnng 26 verbanden ist Ein Widerstand 55 aod eine Zenerdiode 56 liegen in Reihenschaltung zwischen der weiteren positiven Stromzuführungsleitung 53 und der negativen StromzufBfaransl 26. Der Kollektor des Transistors 54 ist an einen Schaftpunkt 57 zwischen dem Widerstand 55 and der Zenerdiode 56 angeschlossen. Ober der Zenerdiode 56 wird von der zwischen den Stromzuführangsleitungen 53 und 26 Gegenden Gleichspannung e eine Spannung konstanter Größe erhalten. Zwischen dem Schaltpnnkt 57 nnd der Triggerschaltung 38 ist eine Zeitsteuersehaltung geschaltet, die einen zwischen den Schaltpunkt 57 and die Triggerschaltang 38 geschalteten Widerstand 58 sowie einen Kondensator 59 aufweist, der zwischen den negativen Stromzufühnmgsleitung 26 und einem Verbindungspunkt zwischen derr Widerstand 58 und der Triggerschaltung 38 liegt. Mit 2f und 30 sind der erste gesteuerte Gleichrichter sowie die Diode bezeichnet, während mit 33 und 34 dei Umschaltkondensator bzw. die Umschaltspule bezeichnet sind. Die Triggerschaltung 38 erzeugt einer Impulszug, mit der der erste gesteuerte Gleichrichter 2S zeitlich getriggert werden kann, wenn eine Spannung vorbestimmter Größe an dem Kondensator 59 dei Zeitsteuerschaltung anliegt.

In der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung des Frequenzumformers kann die Spannung t zwischen der positiven und der negativen Stromzuführungsleitung 25 bzw. 26 zur Sättigung des Transistors 4i ausreichen. Durch Auswahl des Widerstands 46, d. h durch Verwendung eines Widerstands 46 mit einem verhältnismäßig kleinen Widerstandswert ist es möglich, einen ausreichend großen Basistrom des Transistors 48 zu erhalten, auch wenn die Spannung L· zwischen den Stromzuführungsleitungen 25 und 26 verhältnismäßig niedrig ist, was insbesondere dann der Fall ist, wenn der Frequenzumformer eingeschaltet wird bzw. anspricht. Auf diese Weise kann der Transistor 48 auch dann leitend gemacht werden, wenn nur eine begrenzte Spannung zwischen den Stromzuführungsleitungen 25 und 26 liegt. Bei diesem Betriebszustand sind die Potentiale an dem Kollektor des Transistors 48 und der negativen Stromzuführungsleitung 26 im wesentlichen gleich, so daß der Basistrom für den nachgeschalteten Transistor 57 zu fließen aufhört. Dies führt zu einer Unterbrechung der Stromverbindung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 54, so daß eine bestimmte konstante Spannung an der Zenerdiode 56 abfällt.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß keine große elektrische Leistung, sondern nur ein kleines Spannungssignal von dem Frequenzumformer zu der Triggerschaltung 38 rückgekoppelt wird, so daß die Schwingungsfrequenz des Frequenzumformers im wesentlichen unabhängig von der Höhe der Spannung zwischen der positiven und der negativen Stromzuführungsleitung 25 bzw. 26 hinreichend konstant gehalten werden kann. Diese Tatsache geht deutlich aus F i g. 3 hervor, in der die Kurvenform des durch den ersten gesteuerten Gleichrichter 29 und die Diode 30 des Frequenzumformers fließenden Stroms I in Übereinstimmung mit der Kurvenform der Spannung £ zwischen der positiven und der negativen Stromzuführungsleitung 25 und 26 gezeigt ist Demgemäß fließt der Strom 1 durch den gesteuerten Gleichrichter 29 bzw. die Diode 30 während der nrit A bezeichneten Intervalle während im Zeitraum der mit B bezeichneten Intervalle die Spannung E zwischen den Stromzuführungsleitungen 25 und 26 abfällt Während dieser Intervalle E spricht die aus dem Widerstand 58 und dem Kondensator 59 bestehende Zeitsteuerschaltung an worauf die Triggerschaltang 38 anspricht und demzufolge der gesteuerte Gleichrichter 29 getriggert und leitend gemacht wird. Die für die Zenerdiode 56 erforderliche Spannung erreicht ihren Durchbruchbe· reich.

Die Fig.4 zeigt ehre Ausführungsform emes Nullspannungsschalters, mit dem der Frequenzoerformei unabhängig von dem Zeitpunkt des Schließens des Betriebsschalters 22 immer dann betätigbar ist, wenn die von dem Vollweggleicbrichter abgegebene Spannung £ gleich NuD ist Nach Fig.4 weist der Nuflspanmmgs schalter einen Gleichrichter 61 and zwei Widerstände

62 und 63 auf, die in Reihenschaltung zwischen die positive und die negative Stromzuführungsleitung 25 und 26 geschaltet sind, die mit dem Vollweggleichrichter 21 in Verbindung stehen. Ein Kondensator 64 ist mit seiner einen Elektrode an die negative Stromzuführungsleitung 26 und mit seiner anderen Elektrode an einen Verbindungspunkt 65 zwischen den Widerständen 62 und 63 angeschlossen. Dieser Kondensator 64 dient als Gleichspannungsquelle für den Nullspannungsschalter. Zum Erfassen des Nullspannungszustands zwischen den Stromzuführungsleitungen 25 und 26 sind Widerstände 66 und 67 in Reihenschaltung zwischen diese Stromzuführungsleitungen 25 und 26 geschaltet, wobei zusätzlich ein Transistor 68 mit seiner Basis mit einem Verbindungspunkt 69 zwischen diesen Widerständen 66 und 67 in Verbindung steht. Der Emitter des Transistors 68 ist an die negative Stromzuführungsleitung 26 angeschlossen, während der Kollektor des Transistors über einen Widerstand 70 mit einer Leitung 71 in Verbindung steht, die an den Verbindungspunkt 65 der beiden Widerstände 62 und 63 angeschlossen ist, und die demnach mit dem als Spannungsquelle dienenden Kondensator 64 verbunden ist. Die aus den Widerständen 66 und 67, dem Transistor 68 und dem Widerstand 70 bestehende Schaltung bildet einen Impulsgenerator, der an der Kollektorelektrode des Transistors 68 einen Impulszug erzeugt, der synchron zu der von dem Vollweggleichrichter 21 abgegebenen Spannung ist.

Zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 68 sind ein Widerstand 72 und ein Kondensator 73 geschaltet. Der Widerstand 72 ist über eine Leitung 74 an einen Verbindungspunkt 75 zwischen dem Widerstand 70 und dem Kollektor des Transistors 68 angeschlossen, während der Kondensator 73 mit der negativen Stromzuführungsleitung 26 in Verbindung steht. Der Kondensator 73 steuert einen Transistor 76, dessen Basis an einen Schaltpunkt 77 zwischen dem Widerstand 72 und dem Kondensator 73 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 76 ist mit der Leitung 74 verbunden, während der Emitter an der negativen Stromzuführungsleitung 26 angeschlossen ist. Ein Gleichrichter 78 liegt zwischen den Schaltverbindungspunkten der Leitung 74, an die einerseits der Widerstand 72 bzw. der Kollektor des Transistors 76 angeschlossen sind, während ein Kondensator 79 zwischen den Gleichrichter 78 und die negative Stromzuführungsleitung 26 geschaltet ist. Die aus dem Widerstand 72, dem Kondensator 73, dem Transistor 76, dem Gleichrichter 78 und dem Kondensator 79 bestehende Schaltung stellt eine Schnellentladungsschaltung dar, in der der Kondensator 79 dann entladen wird, wenn der Betriebsscbalter 22 der Frequenzumformerschaltung geöffnet und der insgesamt nut dem Bezugszeichen 27 bezeichnete, in Blockform dargestellte Frequenzumformer von der Wechselspannungsquefle S 20 abgetrennt wird.

Ein Schaltelement 80 ist zwischen den Gleichrichter 78 und der negativen StrGmzuführungslertung 26 parallel zum Kondensator 79 eingeschaltet. Das Schaltelement 80 arbeitet in der Weise, daß es leitend *° wird, wenn der in dem Kondensator 79 gespeicherte Impulszug eine vorbestnnmte Spannung erreicht En für diesen besonderen Zweck geeignetes Schaltelement wird durch einen programmierbaren Unijunction-Transistor (PUT) gebadet. Zwischen die Leitung 71 und die *5 negative Stromzuftlhrungsleitung 26 ist eine Reihe von Widerständen 81,82 und 83 geschaltet Das Schaltelement 80 besitzt eine Steuerelektrode 80a, die as einen Schaltverbindungspunkt 84 zwischen den Widerständen 81 und 82 angeschlossen ist. Ein Schaltverbindungspunkt 85 zwischen den Widerständen 82 und 83 steht mit der Basis eines Transistors 86 in Verbindung, dessen Emitterelektrode an die negative Stromzuführungsleitung 26 angeschlossen ist

Die Widerstände 81,82 und 83 sind über die Leitung 71 mit dem als Gleichspannungsquelle dienenden Kondensator 64 verbunden, so daß die zugeführte Gleichspannung in entsprechende Teilspannungen geteilt wird, um ein geeignetes Spannungspotential an der Steuerelektrode 80a des Schaltelements 80 aufzubauen. In Reihe mit der Leitung 71 sind Widerstände 87 und 88 eingefügt und stehen daher gleichfalls mit dem Kondensator 64 in Verbindung. Der Kollektor des Transistors 86 ist an einen Verbindungspunkt 89 zwischen den Widerständen 87 und 88 angeschlossen.

Der AnodenanschluB eines zweiten gesteuerten (Silicium-)Gleichrichters 90 sowie eines Thyristors ist über einen Glättungskondensator 91 an die positive Stromzuführungsleitung 25 angeschlossen, während der Kathodenanschluß dieses Gleichrichters mit der negativen Stromzuführungsleitung 26 verbunden ist. Die Steuerelektrode des zweiten gesteuerten Gleichrichters 90 ist an die Serienschaltung aus den Widerständen 87 und 88 in der Leitung 71 verbunden.

Der so gebildete Nullspannungsschalter kann in dieser Ausführungsform Verwendung finden, es ist jedoch vorzusehen, diesen Schalter noch mit einer Halteschaltung zu versehen, mit der der eingeschaltete Betriebszustand des Schaltelements 80 aufrecht erhalten wird, nachdem dieses Schaltelement einmal betätigt wurde. Eine für diesen Zweck geeignete Halteschaltung umfaßt einen Widerstand 92 und einen Gleichrichter 93, die in Serienschaltung zwischen die Leitung 74 und den Schaltverbindungspunkt 89 der Widerstände 87 und 88 eingeschaltet sind. Dabei liegt der Anodenanschluß des Gleichrichters 93 über den Widerstand 92 an dem Schaltverbindungspunkt 89, während der Kathodenanschluß mit der Leitung 74 über einen Anschlußpunkt in Verbindung steht, der zwischen dem Anodenanschluß des Schaltelements 80 und der Anschlußstelle liegt, an die der Kondensator 79 der Schnellentladungsschaltung angeschlossen ist

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig.4 und 5 die Arbeitsweise der Frequenzumformerschaltung mit einem Nullspannungsschalter der vorstehend beschriebenen Art näher erläutert

Wird der Betriebsschalter 22 zu einem Zeitpunkt ii geschlossen, bei dem die von dem Vollweggleichrichter 21 abgegebene Oleichspannung größer als Null ist wie es in F i g. 5 bei a dargestellt ist, baut sich über dem Kondensator 64 eine Gleichspannung auf, die ah Gleichspannungsversorgung des Nuflspannungsschal ters dient Ober den Widerstand 66 wird dann eir Basisstrom in den Transistor 68 eingespeist dei dementsprechend leitend wird. Bei diesem Betriebszu stand ist das Potential an dem Kollektor des Transistor; €8 gleich NuH Gleichzeitig wird die an der Stromzufüh rungsleitung 25 anliegende Spannung durch di< Widerstände 81, 82 and 83 in Teilspannungsbeträgi unterteilt, so daß ein vorbestimmter Bruchteil de zugeführten Spannung der Steuerelektrode des Schalt elements 80 zugeführt wird. Währenddessen wird de Transistor 86 gleichfalls leitend gemacht, so daß dii Steuerelektrode und der KathodenanschluB des zweite; gesteuerten Gleichrichters 91 durch den Widerstand 8 überbrückt werden. Der Frequenzumformer 27 spricfc

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daher wegen fehlendem Eingangssignal an der Steuer elektrode des zweiten gesteuerten Gleichrichters 90 nicht an.

Wenn jetzt die von dem Vollweggleichrichter 21 abgegebene Spannung E in die Nähe des Pegels 0 gelangt, wird der Basisstrom des Transistors 68 unterbrochen, so daß der Transistor 68 nichtleitend wird. Demgemäß tritt an dem Kollektor des Transistors 68 ein Impulszug mit einer Kurvenform auf, wie sie in Fig.5 bei b dargestellt ist. Die Impulsbreite dieser Impulse hat dabei eine im Voraus abschätzbare Größe, die in Abhängigkeit von gewissen Parametern wie die Kleinsignal-Stromverstärkung (hf_e) bei der Emittergrundschaltung und die Basis-Emitter-Spannung (Vbe) des Transistors 68 und/oder die Frequenz der zugeführten Speisespannung E veränderbar ist. Der Impulszug wird der Schnellentladeschaltung mit dem Transistor 76 zugeführt. Da in diesem Augenblick die Impulsbreite der Schnellentladeschaltung zugeführten Impulse gewöhnlich so klein ist, daß die Impulse verschwunden sind, bevor die Spannung über dem Kondensator 73 der Schnellentladeschaltung aufgebaut ist, und da dieser Kondensator 73 über den leitenden Transistor 68 entladen wird, ist die Spannung über dem Kondensator 73 (Fig. 5c) zu klein für eine Basis-Emitter-Spannung, mit der der Transistor 76 leitend gemacht werden kann. Dieser Transistor 76 wird folglich im nichtleitenden Zustand gehalten. Andererseits wird die an dem Kollektor des Transistors 68 anliegende Spannung im Kondensator 79 gespeichert. Diese im Kondensator 79 gespeicherte Spannung kann sich aufgrund der Sperrung durch den Gleichrichter 78 nicht entladen, was zur Folge hat, daß das Potential an dem Kollektor des Transistors 76 eine stufenförmige Rechteck-Kurvenform annimmt, wie sie bei d in F i g. 5 dargestellt ist Wenn die Speisespannung E zu einem Zeitpunkt ti den Nullwert erreicht, steigt das Potential an dem Kollektor des Transistors 66 über die Steuerspannung des Schaltelements 80 an, so daß dieses leitend wird. Bei diesem Betriebszustand beträgt der Durchlaßspannungsabfall über dem Schaltelement 80 ungefähr 0,6 Volt, so daß der Kondensator 79 auf seinem Potential gehalten wird.

Wenn das Schaltelement 80 auf diese Weise leitend wird, wird die Höhe der Spannung über den Widerständen 82 und 83 durch den Durchlaßspannungsabfall über dem Schaltelement 80 beeinflußt, was zur Folge hat, daß das Potential an der Basis des Transistors 86 sich jetzt dem Massepotential nähert, so daß dieser Transistors 8fc nichtleitend wird.

Bei nichtleitendem Transistor 86 fließt ein Steuer-Strom durch die Widerstände 87 und 88 in den zweiten gesteuerten Gleichrichter 90, der demzufolge leitend wird und den Kondensator 91 auflädt, so daß der Frequenzumformer 27 in entsprechender Weise arbeitet Da dabei die Speisespannung fzu einem Zeitpunkt 0 ist, wenn der zweite gesteuerte Gleichrichter 90 leitend wird, wird der Kondensator 91 mit der Geschwindigkeit aufgeladen, mit der die zugeführte Speisespannung ansteigt, so daß kein Stromstoß in den Kondensator 91 fließt Daher kann auf die Verwendung eines Strombegrenzungswiderstandes verzichtet werden, der sonst zum Schutz des Vollweggleichrichters 21 notwendig ist.

Wenn der Betriebsschalter 22 geschlossen wird, ist also der Transistor 86 anfänglich leitend. Um aabei einen ausreichend großen Basisstrom für den Transistor 86 zu erhalten, ist es notwendig, die Widerstände 81 und 82 so auszuwählen, daß ihre Widerstandswerte verhält nismäßig klein sind. Bei solchen kleinen Widerständei kann dann das Schaltelement 80 aufgrund seine besonderen Kenndaten nicht im eingeschalteten Zu stand bleiben, was zur Folge hat, daß das Schaltelemen 80 wechselnd leitend bzw. nichtleitend wird. Dies wire durch Verwendung der Halteschaltung mit clerr Widerstand 92 und dem Gleichrichter 93 vermieden Wenn auf diese Weise der Transistor 86 nichtleitenc

ίο wird, tritt an seinem Kollektor eine Spannung mit dei bei e in F i g. 5 gezeigten Kurvenform auf, so daß eir Strom durch den Widerstand 92 und den Gleichrichter 93 der Halteschaltung fließt, was ein Ansteigen des Anodenstroms des Schaltelements 80 zur Folge hat. Das Schaltelement 80 kann demgemäß mit Sicherheit seinen leitenden Zustand beibehalten. Der hierbei verwendete Gleichrichter 93 soll dabei während des Zeitintervalls zwischen den Zeitpunkten il und ?2 einen durch die Impulsspannung ausgelösten Rückstrom über den Widerstand 92 zum Kollektor des Transistors 86 hin vermeiden.

Wird der Betriebsschalter 22 zum Zeitpunkt t₃ geöffnet, wird der Transistor 68 abgeschaltet, so daß das Potential an dem Verbindungspunkt 77 zwischen dem

Widerstand 72 und dem Kondensator 73 ansteigt. Der Transistor 76 wird demzufolge leitend, was zur Folge hat, daß der Kondensator 79 entladen wird und gleichzeitig damit das Schaltelement 80 anspricht. Auf diese Weise wird der ursprüngliche Betriebszustaind

wieder hergestellt, so daß der Frequenzumformer auch dann stabil arbeiten kann, wenn der Betriebsschalter 22 unmittelbar nach seinem öffnen wieder geschlossen wird.

In dem Fall, daß der Betriebsschalter 22 unmittelbar nach seinem öffnen wieder geschlossen wird und der Frequenzumformer keine Schnellentladeschaltung besitzt, bleibt dann der Transistor 86 im nichtleitenden Zustand, da die Entladung des Kondensators 79 unvollständig ist. Unter diesen Bedingungen bleibt

gleichzeitig der zweite gesteuerte Gleichrichter 90 beim Schließen des Betriebsschalters 22 im leitenden Zustand, so daß es nicht möglich ist, daß der Frequenzumformer 27 zu einem Zeitpunkt anspricht, an dem sich die Speisespannung auf dem Wert Null befindet.

Das Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten /1 und h ist eine Verzögerungszeitspanne. Diese Verzögerungszeitspanne kann durch Verändern der Steuerspannung oder Torspannung des Schaltelements 80 eingestellt werden. Es ist also verständlich, daß eine Frequenzum-

formerschaltung mit einem Nullspannungsschalter der

vorstehend beschriebenen Art auch dann geschaltet

werden kann, wenn die Verzögerungszeitspanne auf 0

herabgesetzt ist

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß

mit dem in Fig.4 gezeigten Nullspannungsschalter ein impuls zu einem Zeitpunkt erzeugbar ist an dem die Speisespannung 0 ist, wobei der gesteuerte Gleichrichter, der einen Teil des Schalters bildet, durch das derart erzeugte digitale Signal gespeist und betätigt wird, so

daß der Frequenzumformer stabil und zuverlässig im Nuflspauuuiigszustand unabhängig davon anspricht, zu welchem Zeitpunkt der Betriebsschalter geschlossen wind. Die Verwendung der Schnellentladeschaltung in den Nuflspanmingsschalter verhindert ferner eine

falsche Betriebsweise des Frequenzunrformers, wenn der Betriebsschalter unmittelbar nach seinem öffnen wieder geschlossen wird. Die dem Schaltelement des Nullspannungsschalters zugeordnete Halteschaltung

hält dieses stabil im leitenden Zustand, nachdem es einmal in den leitenden Zustand geschaltet worden ist.

Die Fig.6 zeigt eine Ausführungsform der dritten Schutzschaltung, mit der der erste gesteuerte Gleichrichter und die Diode des Frequenzumformers bei 5 einem ungewöhnlich hohen Anstieg der Spannung an diesen Schaltelementen geschützt werden kann, wenn die Frequenzumformerschaltung im unbelasteten Zustand anspricht

Wenn die Frequenzumformerschaltung im belasteten Zustand anspricht, wird unmittelbar danach eine über dem ersten gesteuerten Gleichrichter und der Diode des Frequenzumformers abfallende Ruhespannung mit einem ganz bestimmten Pegel erzeugt. Diese Ruhespannung ist zwar geglättet, hat jedoch noch eine beträchtliche Welligkeit, so daß Nulldurchgänge in der Kurvenform der Spannung entsprechend der Frequenz der Speisespannung auftreten. Tatsächlich wird nämlich die Spannung in Übereinstimmung mit den Torsteuersignalen mit hoher Frequenz zerhackt. Falls die Frequenzumformerschaltung im unbelasteten Zustand arbeitet, wird in diesem Falle eine Spannung erzeugt, die ungefähr das Doppelte der Ruhespannung bei belastetem Arbeitszustand beträgt, was zur Folge hat, daß der gesteuerte Gleichrichter und die Diode des Frequenz-Umformers ernstlich beschädigt werden. Die in F i g. 6 gezeigte Schaltanordnung vermeidet einen derartig hohen Spannungsanstieg, so daß die Frequenzumformerschaltung nicht nur im belasteten, sondern auch im unbelasteten Zustand bei stabilen Betriebsverhältnissen ansprechen bzw. arbeiten kann.

In Fig.6 sind diejenigen Teile und Schallelemente, die denjenigen der F i g. 1 und 2 entsprechen, jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Frequenzumformerschaltung nach F i g. 6 weist dabei einen Widerstand 96 auf, der in Reihe in die aus der Induktionsheizspule 35 und den Kondensatoren 33 und 36 bestehende Stromschleife geschaltet ist. Wie später ausführlich erläutert wird, ist die Frequenzumformerschaltung nach F i g 6 so ausgebildet, daß dieser zusätzliche Widerstand 96 überbrückt wird, nachdem die Frequenzumformerschaltung einmal angesprochen hat. Wenn unier Bezugnahme auf die Darstellung bei a in Fig.7 der Fall eintritt, daß der Widerstand % in F i g. 6 zu einem Zeitpunkt kurzgeschlossen wird, an dem die zugeführte Speisespannung einen Spitzenwert erreicht hat werden die Parameter der Frequenzumformerschaltung plötzlich geändert, was ungewöhnlich hohe Schwingungen in dem Inverter hervorruft Als Folge davon tritt ein ungewöhnlich hoher Anstieg der Spannung über dem gesteuerten Gleichrichter und de** Diode in der Frequenzumformerschaltung auf. Wird jedoch der Widerstand 96 in Fig.6 kurzgeschlossen, wenn die Speisespannung Sven Nullwert besitzt oder sich in der Nähe dieses NuHwerts befindet kann in diesem Fall die Entstehung einer ungewöhnlich hohen Spannung verhindert werden, auch wenn ungewöhnliche Schwingungen in dem Frequenzumformer auftreten. Dies ist in der Darstellung fein Fig. 7 gezeigt und wird dadurch erreicht, daS eine Gleichspannung mit einer verhältnismäßig hohen Welligkeit dem Zerhacker-Frequenzumfornier zugeführt wird, und daß der in Reihe τα der fcduktionsheizspule geschaltete Widerstand genau in dem Zeitpunkt kurzgeschlossen wird, in dem die zugeführte Speisespannung auf Null ist oder sich πι der Nähe dieses NuDwerts befindet

Nach Fig.6 weist zn diesem Zweck die Schaltanordnung als wesentliches Bauteil einen bidirektionalen Trioden-Thyristor bzw. Triac 97 auf, der in Reihe zu der Induktionsheizspule 35 und parallel zu dem Widerstand % geschaltet ist. Dieser Triac 97 besitzt eine Steuerelektrode 97a Ferner ist ein Übertrager 98 vorgesehen, dessen Primärwicklung 98a an die Eingangsklemmen des Vollweggleichrichters 21 angeschlossen ist, so daß diese Primärwicklung mit dem Schließen des Betriebsschalters 22 gespeist wird. Die Sekundärwicklung 986 des Übertragers ist an einen Gleichrichter 99 angeschlossen. Die eine Ausgangsklemme des Gleichrichters 99 ist an die positive Stromzuführungsleitung 25 der Frequenzumformerschaltung angeschlossen, während die andere Ausgangsklemme über einen Gleichrichter 100 mit einem Widerstand 101 in Verbindung steht, tier Anodenanschluß dieses Gleichrichters 100 ist mit dem Gleichrichter 99 und der Kathodenanschluß mit dem Widerstand 101 verbunden, so daß ein gegenpoliger Stromfluß des Gleichstroms verhindert wird. Zwischen die positive Stromzuführungsleitung 25 der Frequenzumformerschaltung und einen Schaltverbindungspunkt 103 zwischen dem Gleichrichter 100 und dem Widerstand 101 ist ein Kondensator 102 eingeschaltet. Somit wirkt der Gleichrichter 100 als Begrenzungsgleichrichter, mittels dessen eine sich auf dem Nullwert befindende Gleichspannung zwischen dem Gleichrichter 99 und dem Kondensator 102 erfaßbar ist. Der Widerstand 101 ist mit der Steuerelektrode 97a des Triacs 97 verbunden.

Zwischen den Ausgangsklemmen des Gleichrichters 99 liegen in Reihe geschaltete Widerstände 104 und 105, von denen der Widerstand 104 zwischen den Gleichrichter 99 und den Gleichrichter 100 und der Widerstand 105 an die positive Stromzuführungsleitung 25 der Frequenzumformerschaltung angeschlossen ist. Die Basis eines Transistors 106 ist an einen Verbindungspunkt 107 zwischen den Widerständen 104 und 105 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 106 ist an die positive Stromzuführungsleitung 25 angeschlossen und steht demgemäß mit der negativen Elektrode des Kondensators 102 in Verbindung, während der Kollektor des Transistors 106 an einen Verbindungspunkt 108 zwischen dem Widerstand 101 und der Steuerelektrode 97a des Triacs 97 angeschlossen ist. Die Schaltanordnung vom Übertrager 98 zu diesem Triac 97 hin wirkt demgemäß so, daß der Widerstand % kurzgeschlossen wird, wenn sich die von dem Vollweggleichrichter 21 zugeführte Gleichspannung, die die Speisespannung ist, auf dem Nullwert befindet.

Wird im Betrieb der Betriebsschalter 22 geschlossen, spricht der Frequenzumformer 27 unmittelbar darauf an. Bei diesem Betriebszustand wird durch den tn Reihe zu der Induktionsheizspule 35 geschalteten Widerstand 96 ein Anstieg der Spannung E zwischen der positiven und der negativen Stromzuführungsleitung 25 und 26 der Frequenzumformerschaltung auf einen ungewöhnlich hohen Spannungswert verhindert. Der Frequenzumformer 27 kann auf diese Weise in voll stabilisiertem Betriebszustand in Tätigkeit gesetzt werden. Dabei wird diier den Übertrager 98 and den Gleichrichter 99 eine durch Vollweggleichrichtung gleichgerichtete, relath niedrige Spannung erzeugt und an den Schaltpunkt 1Oi zwischen des Widerständen 104 und 105 und somit aucl an den Widerstand 105 angelegt Dies hat zur Folge, dal der Transistor 106 gesperrt wird, wenn die Speisespan nung den Nuflwert erreicht Wenn daher der Betriebs schalter 22 genau in dem Augenblick geschlossen wird in dem die zugeführte Speisespannung wie hi F ig. 7 ihn Spitze erreicht WeBt über den Widerstand 104 ei

Basisstrom in den Transistor 106, der dadurch leitend wird. Dadurch wird die Stein !elektrode des Triacs 97 zu dessen Kathode hin kurzgeschlossen, so daß der Triac 97 im nicht leitenden Zustand verleibt Wenn die Speisespannung ihren Nullwert erreicht, wird der s Basisstrom des Transistors 106 gleichfalls zu 0, so daß dieser Transistor gesperrt wird. In diesem Betriebszustand fließt ein in der Größe durch die Spannung über den Kondensator 102 und den Widerstand 101 bestimmter Strom zur Steuerelektrode 97a, des Triacs hin, der dadurch leitend wird und den Widerstand 96 kurzschließt Die Spannung, die über den ersten gesteuerten Gleichrichter 29 und der Diode des Frequenzumformers 97 abfällt ist während der Zeitspanne, während der der Widerstand % kurzgeschlossen ist im wesentlichen unverändert wie es aus der graphischen Darstellung b in Fig.7 hervorgeht Der Frequenzumformer wird auf diese Weise in einem hinreichend stabilisierten Betriebszustand betrieben, ohne daß eine ungewöhnlich hohe Spannung an dem gesteuerten Gleichrichter 29 und der Diode 30 abfällt Die in F i g. 7 dargestellten Kurven sind Fühlkurven von hochfrequent zerhackten Spannungen.

Wenn einmal der Triac 97 in der vorstehend beschriebenen Weise leitend gemacht ist kann er nicht mehr gesperrt werden und bleibt unabhängig von der Größe des Ausgangssignals der damit verbundenen Nullspannungs-Detektorschaltung im leitenden Zustand. Beim Öffnen des Betriebsschalters 22 kehrt der Triac 97 während der Abschaltzeit in seinen ursprünglichen nicht leitenden Zustand zurück, so daß der Widerstand 56 wieder wirksam ist wenn der Betriebsschalter 22 ein zweites Mal geschlossen wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu entnehmen, daß aufgrund der Verwendung des mit der Induktionsheizspule verbundenen Zusatzwiderstandes die in F i g. 6 gezeigte Frequenzumformerschaltung im wesentlichen unabhängig vom Zeitpunkt des Schließens des Betriebsschalters hinreichend stabil arbeiten kann. Dieser Widerstand wird kurzgeschlossen, wenn die Frequenzumformerschaltung einmal angesprochen hat so daß ein Leistungsverlust vermieden wird und das Induktionsheizgerät wirtschaftlich arbeitet. Die Spannungen für den gesteuerten Gleichrichter und die Diode des Frequenzumformers können deshalb ausschließlich nach der darüber abfallenden Normalspannung ausge wählt werden, so daß für den gesteuerten Gleichrichter und die Diode verhältnismäßig billige Typen verwendet werden können.

Im folgenden wird auf F i g. 8 Bezug genommen, die eine Schaltanordnung zeigt die aus einer Resonanzfrequenz-Detektorschaltung 42, mittels der der Frequenzumformer durch Erfassen von ungewöhnlichen Resonanzfrequenzen des durch den gesteuerten Gleichrichter und die Diode des Frequenzumformers fließenden Stroms geschaltet werden kann, und einer Überstrom-Detektorschaltung 43 besteht die auf einen in der Frequenzumformerschaltung entstandenen ungewöhnlich hohen Strom bei Belastung dieser Schaltung mit einer nicht den Betriebsdaten entsprechenden Last ansprechen kann, wie es in Verbindung mit der in F i g. 2 gezeigten Schaltanordnung erläutert wurde.

Bei der Schaltanordnung nach Fig.8 sind ein Gleichrichter 109 und ein Kondensator 110 in Serienschaltung an die positive und negative Stromzuführungsleitung 25 und 26 angeschlossen, um eine Gleichspannung zu erzeugen, die die Speisespannung für die Steuerschaltung des Frequenzumformers bildet.

Parallel zum Kondensator 110 liegen in Reihe geschaltete Widerstände 111 und 112, die die Spannung an dem Kondensator in einem gewünschten Verhältnis aufteilen. Der Gleichrichter 109 ist dabei mit seiner Anode an die positive Stromzuführungsleistung 25 angeschlossen, während seine Kathode mit dem Kondensator 110 und dem Widerstand 111 in Verbindung steht Ein Thyristor 113 liegt über die negative Stromzuführungsleitung 26 und eine an einen Schaltverbindungspunkt zwischen den Widerständen 111 und 112 angeschlossene Verbindungsleitung 114 dem Widerstand 112 parallel. Demgemäß fällt ein Bruchteil der durch die Widerstände 111 und 112 unterteilten Spannung zwischen der Anode und der Kathode des Thyristors 113 ab, die an die Verbindungsleitung 114 bzw. die negative Stromzuführungsleitung 26 angeschlossen sind Die Verbindungsleitung 114 ist an einen Gleichrichter 115 angeschlossen, dessen Kathodenanschluß zur Anode des Thyristors 113 hinweist Zwischen die Stromzuführungsleitungen 25 und 26 ist ein dritter gesteuerter Gleichrichter 116 geschaltet dessen Anode über einen Siebk^ ndensator 117 mit der positiven Stromversorgungsleitung 25 in Verbindung steht und dessen Kathode an die negative Stromzuführungsleitung 26 direkt angeschlossen ist Dieser dritte gesteuerte Gleichrichter weist eine Steuerelektrode 116a. auf, an die Widerstände 118 und 119 in einer Serienschaltung angeschlossen sind, welche wiederum mit der positiven Stromzuführungsleitung 25 verbunden ist. Der Gleichrichter 115 ist mit seiner Anode an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 118 und 119 angeschlossen. Wenn daher der Thyristor 113 leitend wird, werden die Steuerelektrode und die Kathode des dritten gesteuerten Gleichrichters 116 über den Widerstand 119 und den Gleichrichter 115 kurzgeschlossen, so daß der Thyristor 113 nichtleitend wird oder auf seinen nichtleitenden Zustand vorbereitet wird. Um den Thyristor 113 leitend zu machen, wird der Kondensator 117 verhältnismäßig klein gewählt, so daß eine verhältnismäßig hohe Spannung mit einer Welligkeitskomponente über dem Kondensator abfällt. Wenn dann die von dem Vollweggleichrichter 21 erzeugte Spannung bei einem der halben Periodenlänge dieser Spannung entsprechenden Zyklus 0 erreicht hat, wird die in dem Kondensator 117 gespeicherte Ladung über die positive Stromzuführungsleitung 25, den Gleichrichter 109 und die Widerstände 111 und 112 der Kathode des Thyristors 113 zugeführt. Der Thyristor 113 wird demzufolge gesperrt

Über eine Leitung 121 ist zwischen die positive Stromzuführungsleitung 25 und die Steuerelektrode 113a des Thyristors 113 ein Frequenzvergleicher 120 eingeschaltet, bei dem beispielsweise ein monostabiler Multivibrator verwendet wird. Wenn an dem Ausgang des Frequenzvergleichers 120 ein Signal auftritt, wird der Thyristor 113 getriggert so daß demgemäß der dritte gesteuerte Gleichrichter 116 gesperrt wird, wodurch der Frequenzumformer 27 unbetätigt bleibt.

Zwischen der Kathode des gesteuerten Gleichrichters 116 und der negativen Anschlußklemme des Vollweggleichrichters 21 liegt ein Widerstand 122, der über einen Gleichrichter 123 mit der Steuerelektrode 113a des Thyristors 113 und der von dem Frequenzvergleicher 120 her führenden Leitung 121 verbunden is,t Entsteht mit dieser Schaltung an dem Frequenzumfor mer 27 ein ungewöhnlich hoher Strom, so fällt über derr Widerstand 122 eine höhere Spannung ab, was zui Folge hat, daß über den Gleichrichter 123 ein Strom zui

Elektrode 113a des Thyristors 113 fließt Der Thyristor 113 wird demzufolge leitend, so daß der Frequenzumformer 27 in den nicht arbeitenden Zustand gebracht wird. Der Widerstand 129 untf der Gleichrichter 123 bilden daher eine Schaltung, mit der das Auftreten eines ungewöhnlich hohen Stroms in dem Frequenzumformer erfaßt werden kann. Wenn gemäß der vorstehenden Beschreibung der Thyristor 113 leitend gemacht wird, fällt an ihm eine Gleichspannung ab, so daß der Thyristor 113 in seinem leitenden Zustand verbleibt und auf diese Weise an den unnormalen Betriebszustand erinnert Der Thyristor 113 kann so lange nicht abgeschaltet werden, bis der Betriebsschalter 22 geöffnet wird, so daß die betreffende Bedienungsperson auf diese Weise merkt daß die Last für die Betriebskenndaten schädlich ist Die Bedienungsperson öffnet dann den Betriebsschalter und entfernt die Last von dem Induktionsheizgerät Die Frequenzumformerschaltung kann auf diese Weise gegen eine Beschädigung geschützt werden, die sonst bei einer solchen schädlichen Frequenzumformerbelastung eintreten würde.

Wie vorstehend erläutert, enthält der Frequenzumformer 27 in jedem Fall den über die Siebdrossel 28 zu dem Kondensator 117 parallel geschalteten ersten gesteuerten Gleichrichter 29 sowie eine Diode 30, die über die Anschlußpunkte 31 oder 32 an den gesteuerten Gleichrichter 29 angeschlossen ist. An diese Anschlußpunkte 31 und 32 ist auch die Reihenschaltung aus der Induktionsheizspule 35, die mit der Last 37 belastet wird, und dem Umschaltkondensator 36 angeschlossen. Die Induktionsheizspule 35 und der Kondensator 36 bilden auf diese Weise eine jeweils über dem gesteuerten Gleichrichter 29 bzw. die Diode 30 führende Stromschleife. Der Frequenzvergleicher 120 ist über eine Leitung 124 an eine Stromverbindungsleitung zwischen dem Anschlußpunkt 32 und der Siebdrosiel 28 angeschlossen. Die Steuerelektrode 29a des ersten gesteuerten Gleichrichters 29 steht mit der Triggerschaltung in Verbindung, die mit dem Bezugszeichen 38 bezeichnet ist.

Wenn der Betriebsschalter 22 geschlossen wird, wird der gesteuerte Gleichrichter 29 zeitlich durch die Triggerschaltung 38 getriggert. Der erste gesteuerte Gleichrichter 29 wird auf diese Weise leitend gemacht, so daß ein Oszillatorstrom von der Induktionsheizspule 35 und dem Umschaltkondensator 36 erzeugt wird. Dieser von dem Kondensator 117 übernommene Strom fließt dann während der einen Hälfte jedes Periodenzyklus von dem Schaltverbindungspunkt 31 über den Gleichrichter 29 zu dem Schaltverbindungspunkt 32 hin und während der anderen Hälfte jedes Periodenzyklus des Stroms gemäß der Darstellung bei A\ in F i g. 9 von dem Schaltungsverbindungspunkt 32 über die Diode 30 zu dem Schaltverbindungspunkt 31 hin, d. h. also in der entgegengesetzten Richtung. Am Ende eines Periodenzyklus des Oszillatorstroms wird dann der gesteuerte Gleichrichter 29 nicht leitend, so daß eine Spannung E zwischen den Schaltverbindungspunkten 31 und 32, d. h. zwischen der positiven Stromzuführungsleitung 25 und der Leitung 124 auftritt, welche die Kathode des gesteuerten Gleichrichters 29 mit dem Frequenzvergleicher 120 verbindet. Diese Spannung ist in der graphischen Darstellung A₁ von Fig.9 durch die gestrichelt gezeichnete Kurvenform E wiedergegeben. Die Triggerschaltung 38 triggert dann nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls den gesteuerten Gleichrirhter 29. so daß sich die Kurvenformen wiederholen.

In F i g. 9 wird dabei die Dauer eines Periodenzyklus des Oszillatorstroms / mit 7] angenommen, in welcher die Dauer des Stromflusses durch die Diode 30 (Fig.8) gleich T₀ ist, während die Dauer des Auftretens der Spannung £ zwischen den Schaltpunkten 31 und 32 mit T₁ angenommen wird. Während des Zeitintervalls 7ö ist der gesteuerte Gleichrichter 29 aufgrund der eigenen Betriebskenndaten des Frequenzumformers gesperrt Der durch die Induktionsheizspule 35 hindurchfließende Hochfrequenzstrom induziert dabei in dem zu der Induktionsheizspule 35 benachbart als Last 37 angeordneten Material ein sich änderndes Magnetfeld, so daß die Temperatur dieses Materials ansteigt

Die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen Frequenzumformerschaltung wird im einzelnen mit Bezugnahme auf die F i g. 9 näher beschrieben, bei der die graphische Darstellung A\, A2 und A 3 für einen Betrieb gelten, bei dem die Frequenzumformerschaltung mit einer den Betriebsdaten entsprechenden Last belastet ist, während die graphischen Darstellungen Bx, B₂ und Bi für einen Betriebsfall gelten, bei welchem die Schaltung einer für den Inverter schädlichen Last ausgesetzt ist. Bei den in den graphischen Darstellungen Ai und Bi dargestellten Signalen handelt es sich um solche, wie sie von dem monostabilen Multivibrator des Frequenzvergleichers 120 erzeugt werden. Die graphischen Darstellungen Ci und Ci sind Signale, die an der den Frequenzvergleicher 120 mit dem Steueranschluß des Thyristors 113 und mit dem Gleichrichter 123 (Fig.8) verbindenden Leitung 121 auftreten, d.h.. es handelt sich hier um diejenigen Signale, die von dem Frequenzvergleicher in den Zeitintervallen abgegeben werden, in denen die Spannung Ebeim Erscheinen einer von dem Monomultivibrator der Zeitsteuerschaltung abgegebenen Signalspannung vorhanden ist. Dieser Monomultivibrator arbeitet in Abhängigkeit von dem Nullpegel der Spannung E und erzeugt auf diese Weise Ausgangssignale mit einer Dauer, wie sie in den graphischen Darstellungen At und Bi durch T_s angegeben ist.

Während der Belastung der Frequenzumformerschaltung mit einer den Betriebskenndaten entsprechenden Last ist das Zeitintervall T_s kleiner als die Dauer 71 der Periodenlänge des Stroms /, so daß der Frequenzvergleicher 120 kein Ausgangssignal an die Leitung 121 abgibt, wie es in der graphischen Darstellung Ai in F i g. 9 gezeigt ist. Liegt jedoch eine für die Betriebskenndaten schädliche Last vor, wird die Induktivität der Induktionsheizspule 35 durch die magnetische Termeabilität der Last so geändert, daß die Dauer der Schwingungsperioden gekürzt wird. Als Folge davon werden die Zeitintervalle 7"o, während der gesteuerte Gleichrichter 29 nichtleitend gehalten wird, gemäß der Darstellung Bi verkürzt, so daß es dadurch jetzt möglich ist, daß die Umkehrung des Stromflusses gefährdet wird Unter diesen Bedingungen werden die Zeitintervalle T der von dem Monomultivibrator des Frequenzvergleichers 120 abgegebenen Signale langer als die Perioden· dauer 7Ί des Oszillatorstroms I, was die Entstehung vor Signalen an dem Ausgang des Frequenzvergleichers 12( zur Folge hat, wie sie in der graphischen Darstellung B gezeigt sind. Diese so erzeugten Impulse werden dei Steuerelektrode 113a des Thyristors 113 zugeführt, de dadurch getriggert wird. Die Steuerelektrode 116a un< die Kathode des dritten gesteuerten Gleichrichters IK werden deshalb über den Widerstand 119 und dei Gleichrichter 115 kurzgeschlossen, so daß der Fre quenzumformer 27 abgeschaltet wird. Die sich auf diesi

Weise bei Vorhandensein einer schädlichen Belastung ausschaltende Frequenzumformerschaltung wird somit zusammen mit dem ersten gesteuerten Gleichrichter 29 und der zugeordneten Diode 30 gegen eine Beschädigung geschützt

Der Frequenzvergleicher 120 ist vorstehend als auf kürzere Zeitinvertalle der Periodenlänge des Oszillatorstroms /ansprechend beschrieben, jedoch kann er auch so ausgebildet sein, daß er ein Ausgangssignal bei ungewöhnlich stark verlängerten Zeitintervallen der Periodenlänge des Oszillatorstroms erzeugt Das Anbringen des Widerstands 122 und des Gleichrichters 123 zwischen dem Thyristor 113 und dem dritten gesteuerten Gleichrichter 116 ist von Vorteil, wenn eine Beschädigung des ersten gesteuerten Gleichrichters 29 durch das gelegentliche Auftreten eines in Durchlaßrichtung durch diesen Gleichrichter hindurchfließenden Überstroms verhindert werden soll.

In Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform eines Frequenzumformers dargestellt, die einen starken Anstieg des durch den Siebkondensator des Frequenzumformers fließenden Stroms verhindert und ermöglicht, daß der Frequenzumformer dann anspricht, wenn die Speisespannung 0 ist oder in der Nähe des Nullwerts liegt. Außerdem ergibt die in Fig. 10 gezeigte Ausführungsform eine ganz leichte Handhabung des Induktionsheizgeräts und den Einsatz eines Schaltungsaufbaus mit einem verhältnismäßig kleinen Raumbedarf und Schaltaufwand, der eine wirtschaftliche Herstellung dieser Schaltung sicherstellt

Die Schaltanordnung besteht aus einem Zerhacker-Frequenzumformer 133 und einer Induktionsheiz-Steuerschaltung 134. Wie bei den bisher beschriebenen Schaltanordnungen umfaßt auch der Frequenzumformer 133 einen Vollweggleichrichter 21, der über Betriebsschalter 22 und 22' an eine Wechselspannungsquelle 20 angeschlossen ist, so daß eine Gleichspannung an die positiven und negativen Zuführungsleitungen 25 bzw. 26 abgegeben werden kann. Zwischen diese Leitungen ist ein Siebkondensator 44 zwischengeschaltet. Ein erster gesteuerter Gleichrichter 29 mit einer Steuerelektrode 29a und eine Diode 30 sind mit entgegengesetzter Polung in Parallelschaltung an die Stromzuführungsleitungen 25 und 26 angeschlossen. Die Kathode des ersten gesteuerten Gleichrichters 29 und die Anode der Diode 30 sind an die negative Stromzuführungsleitung 26 mit einer Reihenschaltung aus der Siebdrossel 28 und einem zweiten gesteuerten Gleichrichter 138 verbunden. Die Anode dieses zweiten Gleichrichters 135 steht dabei mit dem Gleichrichter 29, der Diode 30 und dem Siebkondensator 44 in Verbindung, während die Kathode des zweiten Gleichrichters 135 an die negative Ausgangsklemme des Vollweggleichrichters 21 angeschlossen ist. Der zweite Gleichrichter 135 weist eine Steuerelektrode 135a auf, die an den zuvor beschriebenen, mit dem Bezugszeichen 40 bezeichneten Nullspannungsschalter angeschlossen ist Der Frequenzumformer 133 weist außerdem den Umschaltkondensator 33 und die Umschaltdrossel 34 auf, die beide in Reihenschaltung mit der positiven und negativen Stromzuführungsleitung 25 bzw. 26 verbun-S den sind.

Die Steuerschaltung 124 umfaßt die Induktionsheizspule 35 sowie eine die Ausgangsleistung steuernde veränderbare Induktivität 136, die über die Induktionsheizspule 35 an die positive Stromzuführungsleitung 25

ίο und über den Glättungskondensator 36 an einen

Schaltpunkt 137 angeschlossen ist, der zwischen der

Umschaltdrossel 34 und dem Umschaltkondensator 33 liegt

Der Nullspannungsschalter 40 dient als Steuerimpuls-

generator zum Triggern des zweiten gesteuerten Gleichrichters 135 über dessen Steuerelektrode 135a. Der Steuerimpulsgenerator 40 ist in Reihe über eine Leitung 138 an einen auf Überhitzung ansprechenden Schalter 139 sowie einen Induktionsheia-Steuerschalter 140 angeschlossen, welche wiederum als Serienschaltung über eine Leitung 141 und die positive Stromzuführungsleitung 25 mit dem Vollweggleichrichter 21 in Verbindung stehen. Es ist dabei wichtig, daß der auf Überhitzung ansprechende Schalter 139 in der Nähe der Induktionsheizspule 35 angeordnet ist. d?.mit diese Spule während des Betriebs gegen eine Überhitzung geschützt werden kann. Der Induktionsheiz-Steuerschalter 140 ist gleichfalls der Induktionsheiz-Steuerschaltung 134 zugeordnet. Die Schalter 139 und 140 sind dabei zusätzlich über einen in Reihe angeschlossenen Widerstand 142 an einen Schaltpunkt zwischen der veränderbaren Induktivität 136 und dem Glättungskondensator 36 angeschlossen. Mit dem Bezugszeichen 143 ist eine Glimmlampe bezeichnet, die vorzugsweise in der Steuerschaltung 134 vorgesehen wird, um den Einschaltzustand des Induktionsheizgeräts anzuzeigen.

Wenn im Betrieb die Betriebsschalter 22 und 22' sowie der Induktionsheiz-Steuerschalter 140 gleichzeitig geschlossen sind, spricht über die Leitungen 25 und 141 sowie die Schalter 139 und 140 der Steuerimpulsgenerator oder Nullspannungsschalter 40 an. Demzufolge wird der zweite gesteuert Gleichrichter 135 beim Auftreten eines Eingangssignals an seiner Steuerelektrode 135a getriggert, so daß der Frequenzumformer 133 anspricht. Tritt dies ein, steigt die von dem Vollweggleichrichter 21 zugeführte Spannung von etwa 0 aus an, wobei ein Strom mit einer relativ gering ansteigenden Amplitude durch den Siebkondensator fließt. Bei diesem Betriebszustand tritt eine stark erhöhte Spannung zwischen der Anode und der Kathode des ersten gesteuerten Gleichrichters 29 auf. Die Entstehung einer solchen stark ansteigenden Spannung kann bei der gezeigten Schaltanordnung vermieden werden, da eine Spannung von annähernd 0 Volt dem Frequenzumformer 133 zugeführt wird, wie es vorstehend erläutert wurde.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: 23

1. Induktionsheizgerät mit einem Frequenzumformer mit einem an eine Wechselspannungsquelle S angeschlossenen Vollweggleichrichter, einem ersten gesteuerten Gleichrichter, einer parallel an dem ersten gesteuerten Gleichrichter angeschlossenen Serien-Resonanzschaltung, einer an den Steuereingang des ersten gesteuerten Gleichrichters angeschlossenen Triggerschaltung, einer an die Resonanzschaltung angeschlossenen Induktionsheizspule und einem zwischen den Vollweggleichrichter und den ersten gesteuerten Gleichrichter geschalteten Siebteil, gekennzeichnet durch eine erste Schutzschaitung (48 bis 54), die parallel zu dem ersten gesteuerten Gleichrichter (29) geschaltet ist und durch die bei Vorliegen einer ausreichenden Betriebsspannung an demselben der Triggerschaltung (38) eine Versorgungsspannung zuführbar ist eine zweite selbsthaltende Schutzschaltung, die einen vor dem Siebteil (28; 44,45; 91) eingeschleiften zweiten gesteuerten Gleichrichter (90) enthält, der nach dem Einschalten des Geräts mittels eines ersten Schwellwertdiskriminators (61 bis 88, 92, 93) zu einem Nullspannungszeitpunkt der ungesiebten Ausgangsspannung des Vollweggleichrichters (21) durchschaltbar ist, eine dritte Schutzschaltung, die eine in Serie zur Induktionsheizspule (35) geschaltete Parallelschaltung aus einem Widerstand (96) sowie einem Triac (97) enthalt, welcher über einen zweiten Schwellwertdiskriminator (98 bis 106) bei dem einer Belastungserhöhung folgenden Nulldurchgang der eingeschalteten Versorgungswechselspannung (20, 22) zum Überbrücken des Wider-Standes (96) durchschaltbar ist. und eine vierte Schutzschaltung, die einen vor das Siebteil (28,117) geschalteten dritten gesteuerten Gleichrichter (116) enthält, der über eine Steuerschaltung (109 bis 123) bei einem zu hohen Spannungsabfall an einem zum dritten gesteuerten Gleichrichter (116) in Serie geschalteten Widerstand (122) oder bei einer in einem Frequenzvergleicher (120) festgestellten Frequenzabweichung der Umformerfrequenz sperroar ist.

2. Induktionsheizgerät nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schutzschaltung eine Gleichspannungsquelle Ce/ eine daran über einen Widerstand (55) angeschlossene Zenerdiode (56) und eine zu dieser parallel geschaltete Spannungsfühlereinrichtung (46 bis 54) aufweist, die auf eine relativ kleine Spannung an dem ersten gesteuerten Gleichrichter (29) so anspricht, daß das Kurzschließen der Zenerdiode aufgehoben wird, wodurch die an derselben entstehende Spannung mittels einer Zeitgeberschaltung (58,59) in Form eines Impulszuges an die Triggerschaltung (38) als deren Versorgungsspannung abgebbar ist.