DE2521941A1 - Induktions-heizvorrichtung - Google Patents

Induktions-heizvorrichtung

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Description

Induktions-Heizvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Induktions-Heizvorrichtung, die als Kochgerät verwendbar ist.
Bei einer Induktions-Heizvorrichtung wird gewöhnlich ein statischer Umformer verwendet, der aus wenigstens einer Heizspule, einem Resonanzkondensator, und einer Festkörper-Schalteinrichtung aus Halbleiterelementen besteht. Wenn die Induktions-Heizvorrichtung als Kochgerät verwendet wird und durch eine Last, beispielsweise eine Kochpfanne, die in der Nähe der Heizspule abgesetzt wird, belastet wird, schwankt die von der Schaltung einschließlich der Heizspule erzeugte Impedanz in einem breiten Bereich je nach dem Material, das die an die Heizspule angekoppelte Last bildet. Dadurch ergeben sich unerwünscht hohe Schwankungen in den Arbeitsbedingungen der Heizspule und des Umformers und insbesondere bei den Halbleiterelementen, die die Umschalteinrichtung bilden. Diese Gefahr ist besonders während der anfänglichen Betriebsstufe der Vorrichtung und in einem solchen Zustand ausge-
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prägt, bei dem die Heizspule einer zunehmenden Last ausgesetzt wird. Die Schwankungen in den Betriebsbedingungen des Umformers und der Heizspule sind des weiteren die Ursache für eine ungewöhnliche Änderung in dem Strom oder der Spannung an der Heizspule. Daraus ergibt sich die Gefahr, daß ein Durchbrennen der Heizspule eingeleitet und das Isoliermaterial zerstört wird, das in der ,Heizvorrichtung enthalten ist. Wenn die Heizvorrichtung aus einer Vielzahl von Heizspulen besteht, werden die ImpedanzSchwankungen in den einzelnen Heizspulen dann erzeugt, wenn eine Heizspule einer Last ausgesetzt wird, während "eine andere Heizspule unbelastet bleibt oder wenn die Heizspulen unterschiedlichen Lasten ausgesetzt werden. Durch die vorliegende Erfindung sollen die genannten Mangel behoben werden, mit denen die Induktions-Heizvorrichtungen mit einem statischen Umwandler gewöhnlich behaftet sind. Erfindungsgemäß soll daher eine verbesserte Induktions-Heizvorrichtung geschaffen werden, die in einem stabilen Zustand gestartet werden kann, ohne daß man auf eine zusätzliche Einrichtung in der Heizvorrichtung zurückgreifen muß.
Des v/eiteren soll gemäß der Erfindung eine Induktions-Heizvorrichtung geschaffen werden, die einen verbesserten statischen Umformer aufweist, der mit einer Steuereinrichtung versehen ist, durch die der Umformer einfach durch Änderung der Schwingungsfrequenz des Umformers gestartet werden kann, und die im Betrieb zuverlässig und in der Herstellung preisgünstig ist.
Des weiteren soll erfindungsgemäß eine Induktions-Heizvorrichtung geschaffen werden, die einen verbesserten, statischen Umformer mit einer Steuereinrichtung aufweist, die ein Versagen der Umschalteinrichtung des Umformers zum Umformen des Wechselstromes und einen überstrom durch die Heizspule verhindern kann.
Ferner soll durch die Erfindung eine Indukttions-Heizvorrichtung mit mehreren, untereinander parallel geschalteten Heizspulen und einer Steuereinrichtung geschaffen werden, die in der Lage ist, die Spannung über jeder der Heizspulen im wesentlichen konstant
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zu halten.
Gemäß der Erfindung soll ferner eine Induktions-Heizvorrichtung mit mehreren, in Reihe zueinander geschalteten Heizspulen unter einer Steuereinrichtung geschaffen werden, die den Strom in jeder der Heizspulen im wesentlichen konstant halten kann.
Ferner soll eine Induktions-Heizvorrichtung mit mehreren parallel zueinander geschalteten Heizspulen unter einer Steuereinrichtung geschaffen werden, die eine oder mehrere der Heizspulen unabhängig von den restlichen Heizspulen betätigen kann.
Durch die Erfindung soll des weiteren eine Induktions-Heizvorrichtung mit einer Steuereinrichtung geschaffen werden, die die Spannung über der Heizspule oder jeder der Heizspulen im wesentlichen konstant halten kann und auf eine normale Last oder normale Lasten der Spule oder den Spulen anspricht und den Stromfluß durch die Spule oder die Spulen unterbricht, wenn die Last aus einem nicht magnetischen Material, beispielsweise Aluminium, besteht.
Durch die Erfindung soll ferner eine Induktions-Heizvorrichtung mit einem statischen Umformer mit einer Steuereinrichtung geschaffen werden, die das Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung des Umformers konstant halten kann.
Ferner soll durch die Erfindung eine Induktions-Heizvorrichtung mit mehreren Heizspulen und einer Steuereinrichtung geschaffen werden, die die Ausgangsleistungen der einzelnen Heizspulen unabhängig voneinander steuern kann. Dazu weist eine Induktions-Heizvorrichtung gemäß der Erfindung im wesentlichen eine Heizeinheit mit wenigstens einer Heizspule, einem statischen Umformer, der zwischen der Heizeinheit und einer Wechselstromquelle angeschaltet ist, um den zugeführten Wechselstrom in einen Hochfrequenzstrom umzuformen und dadurch zu bewirken, daß die Heizspule ein magnetisches Wendefeld erzeugt, wobei der Umformer einen Umschalter aufweist, um den Hochfrequenzstrom mit einer Frequenz
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gleich der Frequenz, mit der der Umschaltkreis getriggerd wird, zu kommutieren und eine Steuereinrichtung auf, die eine Startsteuerschaltung hat, um den Umschalter mit einer vorbestimmten Frequenz· während der anfänglichen Betriebsstufe der Induktions-Heizvorrichtung zu triggern und danach die Triggerfrequenz des Umschaltkreises auf ein vorbestimmtes Normalniveau zu verschieben. Die Steuereinrichtung kann ferner einen Abschalter aufweisen, der auf einen vorbestimmten Betriebsparameter entweder der Heizeinheit oder des statischen Umformers anspricht, um den Umschalter abzuschalten, wenn ein vorbestimmter Parameter in einem vorbestimmten Bereich liegt. Die Steuerschaltung kann ferner entweder unabhängig von oder in Kombination mit dem genannten Abschalter eine Ausgangssteuerschaltung aufweisen, die auf einen vorbestimmten Betriebsparameter von entweder der Heizeinheit oder dem statischen Umformer anspricht, um die Triggerfrequenz des Umschaltkreises in Abhängigkeit von dem Betriebsparameter zu ändern. Alternativ kann die Ausgangssteuerschaltung eine Detektoreinrichtung, um ein Signal entsprechend einem bestimmten Betriebsparameter von entweder der Heizeinheit oder dem statischen Umformer, zu erzeugen, einen Vergleicher, um das Signal mit einem Bezugssignal zu vergleichen, das einen vorbestimmten Bereich des Betriebsparameters darstellt, und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das der Abweichung zwischen den beiden Signalen entspricht, und eine Frequenzsteuereinrichtung aufweisen, um die Triggerfrequenz des Umschalters in einer Weise zu ändern, daß die Abweichung zwischen den beiden Signalen reduziert wird. Die genannte Startsteuerschaltung kann eine Frequenzsteuereinrichtung, um den Umschaltkreis während einem anfänglichen Betriebsstadium mit einer vorbestimmten Frequenz zu triggern, die höher als das vorbestimmte Normalniveau liegt, und einen Zeitgeber aufweist, der eine Verzögerungszeit hat, die der anfänglichen Betriebsstufe entspricht, um die Frequenzsteuereinrichtung derart zu betätigen, daß die Triggerfrequenz des Umschalters auf ein vorbestimmtes Normalniveau reduziert wird, wenn die Verzögerungszeit abgelaufen ist. Die Heizeinheit der Induktions-Heizvorrichtung kann eine Vielzahl von Reihenschaltungen aus je einer Heizspule und einem Um-
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schaltelement aufweisen, wobei die in Reihe geschalteten Kombinationen parallel über dem statischen Umformer angeschlossen sind.
Ausführungsbeispxele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung, die zum Teil in Blockform eine allgemeine Anordnung der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung darstellt;
Figuren 2a und 2b abgewandelte Ausführungsformen der Heizeinheit, die in der Anordnung nach Figur 1 enthalten ist,
Figuren 3a, 3b und 3c graphische Darstellungen von Beispielen für die Trigger-Impulse (Figur 3a), die an den HaIbleiter-Schaltkreis in dem Umformer der in Figur 1 gezeigten Anordnung angelegt werden, den Strom (Fig. 3b), der durch den Umschaltkreis fließt, wenn die Trigger-Impulse von Figur 3a auftreten, und die Spannung (Figur 3c), die über dem Umschaltkreis aufgebaut wird, wenn der in Figur 3b gezeigte Strom durch ihn hindurchfließt;
Figur 4 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem effektiven Widerstand der Heizspule und der Abschaltzeit des Umschaltkreises bei verschiedenen Schwingungsfrequenzen des statischen Umformers in der in Figur 1 gezeigten Anordnung zeigt;
Figur 5 eine schematische Darstellung, die zum Teil in Blockform ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung darstellt;
Figur 6 ein zum Teil in Blockform dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung;
Figur 7 eine graphische Darstellung von Beispielen für die Wellen-
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formen des Stromes (Kurve a), der in einer Heizspule der in Figur 6 gezeigten Induktions-Heizvorrichtung fließt, der Signalspannung (Kurve b), die in der in der Schaltung von Figur 6 gezeigten Steuerschaltung erzeugt wird und eines Ausgangssignals (Kurve c) der Steuerschaltung;
Figur 8 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom und der Ausgangsspannung des hier gezeigten, statischen Umformers darstellt;
Figur 9 eine schematische Darstellung, die ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung darstellt;
Figur 10 eine schematische Darstellung, die ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung zeigt;
Figur 11 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführung des in Figur 10 gezeigten Beispieles;
Figur 12 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung;
Figur 13 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung;
Figur 14 eine graphische Darstellung, die ein bevorzugtes Beispiel für die Beziehung zwischen der Triggerfreguenz, die an den statischen Umformer angelegt wird, und einer Signalspannung zeigt, die in der Steuerschaltung erzeugt wird, die in dem Ausführungsbeispiel von Figur 13 enthalten ist;
Figur 15 eine schematische Darstellung, die ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvor-
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richtung darstellt;
Figur 16 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführung des Beispieles von Figur 15;
Figur 17 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführung der Schaltung der Steuereinrichtung, die in dem in Figur 15 gezeigten Ausführungsbeispiel enthalten ist;
Figur 18 eine schematische Darstellung, die eine abgewandelte Form der in Figur 17 gezeigten Schaltung darstellt;
Figur 19 eine schematische Darstellung, die eine andere Abwandlung der Schaltung der Steuereinrichtung darstellt, die in dem Ausführungsbeispiel von Figur 15 enthalten ist;
Figur 20 eine Darstellung, die eine weitere Abwandlung der Schaltung zeigt, die Bestandteil der Steuereinrichtung ist, die in dem Ausführungsbeispiel von Figur 15 enthalten ist;
Figur 21 eine schematische Darstellung eines siebenten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung;
Figur 22 eine Darstellung einer Heizeinheit, die in der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung eingesetzt werden kann; und
Figur 23 eine Darstellung einer Abwandlung der in Figur 22 gezeigten Heizeinheit.
Figur 1 zeigt die grundlegende Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung. Die Induktions-Heizvorrichtung weist einen statischen Umformer 30 mit einer Gleichrichtereinheit 32 auf, die an eine Wechselstromquelle 34 angeschlossen
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ist und einen positiven und einen negativen Ausgangsanschluß 3 6 bzw. 36' hat. Die Gleichrichtereinheit 32 ist ein Vollwellenbrückengleichrichter, der aus den Dioden 32a, 32b, 32c und 32d besteht, die in einer diametralen Brücke zwischen den positiven und negativen Anschlüssen 3 6 und 36' angeschlossen sind. Zwischen den Anschlüssen 3 6 und 36' ist eine Reihenschaltung aus einem den Strom begrenzenden Spule 38 und einem Halbleiterumschalter 40 angeschlossen, der aus einer Parallelschaltung eines siiiciumgesteuerten Gleichrichters 42 und einer Diode 44 besteht, die entgegengesetzt zueinander angeschlossen sind. Über dem Umschalter 40, der auf diese Weise aus dem Gleichrichter 42 und der Diode 44 aufgebaut ist, ist eine Reihenschaltung aus einer kommutierenden Spule 4 6 und einem kommutierenden Kondensator 48 angeschlossen, die einen Schwingkreis bilden. Der Gleichrichter 42 und die Diode 44 sind daher mit ihren entsprechenden Anoden- und Kathodenanschlüssen parallel durch die Strombegrenzerspule 38 mit dem positiven Ausgangsanschluß 3 6 der Gleichrichtereinheit 32 und durch den kommutierenden Kondensator 4 6 mit einer Elektrode des kommutierenden Kondensators 48 verbunden. Die jeweils anderen Kathoden- und Anodenanschlüsse sind mit dem negativen Anschluß 36' der Gleichrichtereinheit 32 und mit der anderen Elektrode des kommutierenden Kondensators 48 verbunden.
Der auf diese Weise gebildete statische Umformer 30 hat einen positiven und einen negativen Ausgangsanschluß 50 bzw. 50' und ist mit einer Induktions-Heizeinheit 52 verbunden, die aus einer Reihenschaltung eines Filterkondensators 54 und einer Heizspule 56 besteht und zwischen den Ausgangsanschlüssen 50 und 50' des Umformers 30 angeschlossen ist. Der Filterkondensator 54 sperrt den Gleichstrom und ermöglicht, daß nur ein Wechselstrom in die Spule 56 fließen kann. Ein Material oder eine zu beheizende Last, die beispielsweise eine Kochpfanne 58 sein kann, wird in die Nähe der Heizspule 56 gebracht, die gewöhnlich spiralförmig ausgebildet ist. Obwohl die Induktionsheizeinheit 52, die hier gezeigt ist, nur aus einer Heizspule 56 besteht, ist dies nur als Beispiel zu nehmen, da die Induktions-Heizeinheit 52 auch aus einer Parallelschaltung von Heizspulen 56a, 56b, ...56n bestehen
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kann, die jeweils in Reihe mit Filterkondensatoren 54a, 54b, 54n geschaltet sind, wie in der in Figur 2a gezeigten Anordnung dargestellt ist. Auch eine Reihenschaltung der Heizspulen 56a, 56b, ... 56n, die an einen einzigen Filterkondensator 54 angeschlossen ist, kann vorgesehen sein, wie in Figur 2b gezeigt ist.
Die Induktions-Heizvorrichtung weist ferner eine Steuereinheit 60 mit einem Triggerimpulsgenerator 62 auf, dessen erster Ausgangsanschluß 62a mit dem Gateanschluß 42a des genannten siliciumgesteuerten Gleichrichters 42 und dessen zweiter Ausgang 62b mit der Kathode bzw. der Anode desGleichrichters 42 und der Diode 44 verbunden ist. Der Triggerimpulsgenerator 62 ist mit seinen Eingangsanschlüssen mit einer Startsteuerschaltung 64, um die von dem Umformer 30 während eines anfänglichen Betriebsstadiums erzeugte Schwingungsfrequenz zu steuern, mit einem Abschalter 66, um den Triggerimpulsgenerator 62 daran zu hindern, Triggerimpulse unter vorbestimmten Bedingungen an den Gleichrichter 42 abzugeben, und mit einer Ausgangssteueischaltung 68 verbunden, die dann vorgesehen ist, wenn die Heizeinheit 56 aus einer Vielzahl von Heizspulen besteht, so daß die an die einzelnen Heizspulen gelieferte Spannung und/oder der durch die Heizspule fließende Strom im Betrieb konstant gehalten werden, wie noch beschrieben wird.
Im Betrieb wird die von der Vollwellengleichrichtereinheit 32 gelieferte Spannung an den siliciumgesteuerten Gleichrichter 42 abgegeben, der folglich leitfähig gemacht wird, wenn ein Triggerimpuls von dem Triggerimpulsgenerator 62 geliefert wird. Wenn der siliciumgesteuerte Gleichrichter 42 auf diese Weise getriggert wird, wird die Spannung über den Gleichrichter 42 auf ein Niveau im wesentlichen gleich Null reduziert, so daß ein Wechselstrom, der durch die Gesamtimpedanz der Spulen 38 und 46, der Kondensatoren 48 und 54 und der Heizspule 56 bestimmt ist, durch den Umschalter 40 fließt, der aus dem Gleichrichter 42 und der Diode 44 besteht. Durch den auf diese Weise erzeugten Wechselstrom wird über dem Kondensator 48 eine Spannung erzeugt, deren Frequenz gleich der Frequenz ist, mit der der Gleichrichter 42 getriggert wird. Ein Resonanzstrom mit einer Resonanzfrequenz,
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die durch die Kapazität des Filterkondensators 54 und die Induktivität der Heizspule 56 bestimmt ist, fließt daher durch die Heizspule 56, wobei der kommutierende Kondensator 48 als Stromquelle wirkt. In der Kochpfanne 58, die dem sich ändernden Magnetfluß ausgesetzt ist, der durch die Heizspule 56 erzeugt wird, werden' daher Wirbelströme erzeugt, so daß die Kochpfanne 58 durch Induktion aufgeheizt wird.
Der Gleichrichter 42 wird durch die Triggerimpulse von dem Trigger impuls gen er a tor 62 der Steuereinheit 60 zyklisch eingeschaltet und durch den Wechselstrom ausgeschaltet, der durch die Beihenschaltung der Spule 4 6 und des Kondensators 48 erzeugt wird. In diesem Fall bilden die Spule 4 6 und der Kondensator 48 einen Schwingkreis und sind so gewählt, daß sie eine Resonanzfrequenz erzeugen, die etwa doppelt so groß wie die Frequenz f, ist, mit der der Gleichrichter 4 2 von dem Triggerimpulsgenerator 62 getriggert wird. Figur 3a zeigt einen Impulszug, der an dem Gateansehluß 42a des Gleichrichters 42 ansteht, während Figur 3b die Wellenform des Stromes zeigt, der durch den Umschalter 40 fließt, welcher aus dem Gleichrichter 4 2 und der Diode 44 besteht. Figur 3c zeigt die Wellenform der Spannung, die über dem Umschalter 40 aufgebaut wird, wenn der Gleichrichter 42 durch die in Figur 3a gezeigten Impulse getriggert wird. Der Strom, der in Vorwärtsrichtung durch den Umschalter 40 fließt und durch Ir in Figur 3b dargestellt ist, fließt durch den Gleichrichter 42, und der Strom, der in Rückwärtsrichtung durch den Umschalter 40 fließt und durch Id dargestellt ist, fließt durch die Diode 44. Die Dauer t , während der der Strom Id durch die Diode 44 fließt, wird hier als Abschaltzeit des Umschalters 40 bezeichnet. Wenn die Abschaltzeit t des Umschalters 40 kürzer als die Abschaltzeit des siliciumgesteuerten Gleichrichters ist, wird der Strom durch den Umschalter 40 nicht kommutiert. Wenn andererseits die Heizspule 56 einer Last, beispielsweise einer Kochpfanne 58, ausgesetzt wird, kann die Heizspule 56 durch ein Ersatzschaltbild dargestellt werden, welches aus einer Reihenschaltung der effektiven Induktivität und des effektiven Widerstandes der Spule besteht. Wenn die Resonanzfrequenz f , die durch die Reihenschaltung
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der effektiven Induktivität der Heizspule 56 und der Kapazität des Filterkondensators 54 erzeugt wird, sich der Frequenz f der Schwingung des Umformers, d.h. der Triggerfrequenz f. des siliciumgesteuerten Gleichrichters 42, nähert, wird die genannte Abschaltzeit des Umschalters 40 kürzer, wenn die effektive Induktivität der Heizspule 56 kleiner wird.
Figur 4 zeigt die allgemeine Beziehung zwischen dem effektiven Widerstand der Heizspule 56 und der Abschaltzeit t des Umschalters 40 für verschiedene Schwingungsfrequenzen f , die in der Reihenfolge der Kurven a, b und c kleiner werden, wobei die effektive Induktivität der Heizspule 56 als unveränderlich angenommen wird. Aus den Kurven a, b und c ist ersichtlich, daß die Abschaltzeit t des Umschalters 40 um so kürzer wird, je geringer die Frequenz f der Schwingung des Umformers 30 ist. Wenn daher die Frequenz f der Schwingung des Umformers 30 höher als die Resonanzfrequenz f der Reihenschaltung des Filterkondensators 54 und der effektiven Induktivität der Heizspule 56 gemacht wird, wird die Abschaltzeit t des Umschalters 40 länger, so daß der Strom des Umformers 30 leichter schwingen kann. Wem jedoch die Schwingungsfrequenz f des Umformers 30 viel größer als die Resonanzfrequenz f der Reihenschaltung des Filterkondensators 54 und der effektiven Induktivität der Heizspule 56 wird, fällt der Ausgangsstrom des Umformers 30 und folglich der durch die Heizspule 56 fließende Strom in kritischer Weise ab, so daß die Heizspule 56 keine ausreichende Menge an Magnetfluß mehr erzeugen kann. Dieses Problem wird gelöst, wenn der siliciumgesteuerte Gleichrichter 42 mit einer Frequenz getriggert wird, die höher als ein vorbestimmtes Normalniveau liegt und wenn der Ausgangsstrom des Umformers 30 entsprechend auf ein verhältnismäßig niedriges Niveau während des anfänglichen Betriebsstadiums der Induktions-Heizvorrichtung eingestellt wird, und, wenn die Triggerfrequenz des siliciumgesteuerten Gleichrichters 42 herabgesetzt und folglich der Ausgangsstrom des Umsetzers 30 erhöht wird, wenn die Induktions-Heizvorrichtung angelaufen ist und sich im stationären Zustand befindet. Dies zeigt sich im Hinblick darauf als vorteilhaft, daß die Abschaltzeit des Umschalters 40 kürzer wird,
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wenn die Heizspule 56 einer durch Induktionsheizung zu beheizenden Last ausgesetzt wird. Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel· der Induktionsheizvorrichtung; die diesen Zweck erfüllen kann.
Gemäß Figur 5 besteht die Startsteuerschaltung 64 aus einem Zeitgeber 70 und einer Frequenzsteuerschaltung 72, deren Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß des Zeitgebers 70 und deren Ausgangsanschluß mit dem Triggerimpulsgenerator 62 verbunden ist. Die Frequenzsteuerschaltung 72 wird gleichzeitig mit dem Umformer 30 eingeschaltet und betätigt den Triggerimpulsgenerator 62, so daß dieser einen Impulszug mit einer Frequenz abgibt, die höher als eine vorbestimmte, normale Triggerfrequenz für den Gleichrichter 42 ist, bis die Frequenzsteuerschaltung72 ein Ausgangssignal von dem Zeitgeber 70 erhält. Die Frequenzsteuerschaltung 72 wird mit dem Ausgangssignal von dem Zeitgeber 70 nach einem vorbestimmten Zeitintervall· nach Einschaiten des Umformers 30 beaufschlagt, worauf die Frequenz der von dem Triggerimpulsgenerator 62 abgegebenen Impul·se auf ein vorbestimmtes Normalniveau unter der Steuerung der Frequenzsteuerschaltung 7 2 reduziert wird.
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Induktionsheizvorrichtung, bei dem der obengenannte Abschaiter 66, der zu der Steuereinheit 60 gehört, so angeordnet ist, daß er den Umformer 30 bei Messung eines Überstromes in der Heizeinheit 52 abschaitet. Die in Figur 6 gezeigte Heizeinheit 52 besteht aus vier Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d, die zwischen dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluß 50 und 50' des Umformers 30 para^el geschaltet sind. Der Abschalter 6 6 weist Stromdetektoren 74a, 74b, 74c und 74d auf, die an die mit den Heizspulen 56a, 56b, 56c bzw. 56d angeschlossenen Leitungen gekoppelt sind. Jeder der Stromdetektoren 74a, 74b, 74c und 74d besteht aus einem Magnetkern, der mit der Leitung gekoppelt ist, die mit den Heizspuien 56a, 56b, 56c und 56d verbunden sind, und einer Wickiung auf dem Magnetkern, um einen Strom proportional· zu dem durch die zugehörige Heizspuie Oießenden Strom zu erzeugen. Die Wickiungen der einzelnen Stromdetektoren 74a, 74b, 74c und 74d sind para^el· zu
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Widerständen 76a, 76b, 76c bzw. 76d geschaltet, um zu verhindern, daß die Magnetkerne gesättigt werden. Wenn ein Strom in der Wicklung von jedem der Stromdetektoren 74a, 74b, 74c und 74d erzeugt wird, wird eine Spannung proportional zu diesem Strom in jedem der Widerstände 76a, 76b, 76c und 76d erzeugt. Die Spannung an jedem der Widerstände ist daher eine Anzeige für den durch die zugehörige Heizspule fließenden Strom. Jeder der Widerstände 76a, 76b, 76c und 76d hat einen Widerstandswert, der so ausgewählt ist, daß im wesentlichen ein Kurzschlußkreis über der Wicklung des zugehörigen Stromdetektors erzeugt wird. Der Abschalter 66 weist ferner erste Dioden 78a, 78b, 78c und 78d, deren Anoden geerdet sind und zweite Dioden 80a, 8Ob7 80c und 8Od auf, deren Anoden respektive mit den Kathoden der ersten Dioden 78a, 78b, 78c und 78d verbunden sind. Jede der zweiten Dioden 80a, 80b, 80c und 8Od ist ferner mit einem Ende von je einem der Widerstände 7 6a, 7 6b, 76c und 7 6d der Stromdetektoren 74a, 74b, 74c und 74d respektive verbunden. Die zweiten Dioden 80a, 80b, 80c und 8Od sind mit ihren Kathoden gemeinsam an eine Spannungsverdoppelungsschaltung angeschlossen, die aus einer Reihenschaltung eines ersten und eines zweiten Kondensators 82 bzw. 84 besteht. Die Widerstände 76a, 76b, 76c und 7 6d sind mit ihren anderen Enden mit dem Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 82 und 84 durch eine gemeinsame Leitung verbunden.Die Spannungsverdoppelungsschaltung ist mit einem Ausgangsanschluß mit einer Zeitbegrenzerschaltung verbunden, die aus einer Parallelschaltung eines Kondensators 8 6 und eines Widerstandes 88 besteht. Der Abschalter 66 weist ferner einen Vergleicher mit einem Funktionsverstärker 90 auf, der einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß 90a bzw. 90b hat. Der erste Eingangsanschluß 90a des Funktionsverstärkers 90 ist mit dem Ausgangsanschluß der Zeitbegrenzerschaltung verbunden, die aus dem Kondensator 86 und dem Widerstand 88 besteht. Der zweite Eingangsanschluß 90b des Funktionsverstärkers 90 ist über Spannungsteilerwiderstände 94 und 9 6 an eine Gleichstromquelle 92 angeschlossen. Der Funktionsverstärker 90 hat einen Ausgangsanschluß, der einerseits mit dem Eingangsanschluß des Triggerimpulsgenerators 62 und andererseits über einen Widerstand
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98 als positive Rückkopplung mit dem ersten Eingangsanschluß 90a des Funktionsverstärkers 90 verbunden ist. Ein vorbestiinmtes Bezugspotential Er, das durch die Widerstände 94, 9 6 und 98 vorgegeben ist, wird daher an den zweiten Eingangs'anschluß 90b des Funktionsverstärkers 90 angelegt, wobei das Bezugspotential Er zwischen einem verhältnismäßig hohen Niveau E. und einem verhältnismäßig geringen Niveau E? je nach dem Ausgangssignal des Funktionsverstärkers verschoben wird, wie noch beschrieben wird.
Wenn der Umformer 30 eingeschaltet wird und keine Last an·den einzelnen Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d der Heizeinheit 52 vorhanden ist, fließt ein oszillierender oder Wechselstrom durch jede der Heizspulen. Der auf diese Weise in jeder Heizspule erzeugte Wechselstrom wird durch die Stromdetektoren 74a, 74b, 74c und 74d gemessen, so daß ein Strom proportional zu dem Wechselstrom in der Heizspule in der Wicklung von jedem Stromdetektor erzeugt wird. Eine Spannung proportional zu dem in der Wicklung jedes Stromdetektors 74a, 74b und 74c und 74d induzierten Strom wird daher an jedem der Widerstände 76a, 7 6b, 7 6c und 7 6d erz eugt.
Da in diesem Fall die jeweiligen Schaltungsabschnitte, die zu den Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d gehören, im wesentlichen ähnlich arbeiten, wird nur die Betriebsweise des Schaltungsabschnittes beschrieben, der zu der Heizspule 56a gehört. Wenn ein Strom in einer Richtung durch den Widerstand 76a fließt, wobei ein positives Potential an dem Ende des Widerstandes 76a erzeugt wird, das mit der Spannungsverdoppelungsschaltung verbunden ist, wird ein Kodensator 84, der Bestandteil der Spannungsverdopplerschaltung ist, durch die erste Diode 78a geladen. Wenn die Richtung des Stromes durch den Widerstand 7 6a umgekehrt wird, wobei ein negatives Potential an dem genannten Ende des Widerstandes 7 6a erzeugt wird, wird der Kondensator 82 in der Spannungsverdoppelungsschaltung durch die zweite Diode 80a geladen, wobei die Ladung an den Kondensator 84 unverändert bleibt. Die Ladungen, die auf diese Weise in den Kondensatoren 82 und 84, die die Spannungsverdopplerschaltung bilden, gespeichert sind,
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werden in den Zeitbegrenzerkondensator 86 übertragen, so daß ein Potential Es im wesentlichen proportional zu dem durch das Heizelement 56a fließenden Strom an dem Ausgangsanschluß der Zeitbegrenzerschaltung erscheint, die aus einer Parallelschaltung des Kondensators 8 6 und des Widerstands 88 besteht. Dieses Ausgangssignal wird auf den ersten Eingangsanschluß 90a des Funktionsverstärkers 90 gegeben.. Ein Beispiel für dieWellenform des Potentials Es, das an dem ersten Eingangsanschluß 99a des Funktionsverstärkers 90 auftritt, ist in der Kurve b von Figur 7 gezeigt.
Wenn die Heizspule 56a in dem unbelasteten Zustand gehalten wird, hat der durch diese Spule fließende Strom eine verhältnismäßig kleine Größe, wie bei Ia in der Kurve a von Figur 1 dargestellt ist. Daher ist das Potential Es, das an den ersten Eingangsanschluß 90a des Funktionsverstärkers 90 angelegt wird, geringer als das oben erwähnte Anfangsniveau E1, das durch die Widerstände 94, 96 und 98 vorgegeben wird. Der Funktionsverstärker 90 erzeugt daher ein Ausgangssignal entsprechend logisch "1" in Form eines festen, positiven Potentials, wie durch S1 in der Kurve c von Figur 7 dargestellt ist. Unter diesen Bedingungen kann der Triggerimpulsgenerator 62 den siliciumgesteuerten Gleichrichter 42 des Umschalters 40 (Figur 1) mit einer vorbestimmten Normalfrequenz triggern, so daß der Umformer 30 weiterhin im stationären Zustand arbeitet. Wenn jedoch die Heizspule 56 mit einer Last (in Figur 7 nicht gazeigt), die beheizt werden soll, belastet wird, wird der durch die Heizspule 56a fließende Strom größer, wie bei Ib in der Kurve a von Figur 7 dargestellt ist, so daß das an dem ersten Eingangsanschluß 90a des Funktionsverstärkers 90 erzeugte Potential ansteigt und das genannte Niveau E1 des Bezugspotentials Er erreicht, das an dem zweiten Eingangsanschluß 90b des Funktionsverstärkers 90 ansteht. Folglich gibt der Funktionsverstärker 90 ein Ausgangssignal· entsprechend logisch
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"O" ab, das in Form eines Potential gleich Null vorliegt und durch So in der Kurve c Figur 7 dargestellt ist, so daß der Triggerimpulsgenerator 62 an den siliciumgesteuerten Gleichrichter 42 des Umschalters 40 (Figur 1) Triggerimpulse abgibt und dadurch den Umformer 30 abschaltet. Wenn ein Potential gleich Null an dem Ausgangsanschluß des Funktionsverstärkers ansteht, wird der Widerstand 98 der positiven Rückkopplung in einem Zustand gehalten, bei dem er parallel zu dem Spannungsteilerwiderstand 43 geschaltet ist, so daß das Potential Er an dem zweiten Eingangsanschluß 90b des Funktionsverstärkers 90 von dem Niveau E- auf das Niveau E2 abfällt. Die Ladungen, die in dem Zeitbegrenzerkondensator 8 6 gespeichert worden sind, werden über den Zeitbegrenzerwiderstand 88 zur Erde abgeleitet. Wenn die Spannung über dem Zeitbegrenzerkondensator 86, d.h. das Potential Es an dem ersten Eingangsanschluß 90a des Funktionsverstärkers 90 das genannte Niveau E- des Bezugspotentiales Er erreicht, gibt der Funktionsverstärker 90 ein Ausgangssignal entsprechend logisch "1" oder ein festes, positives Potential, wie es durch S1 in der Kurve c von Figur 7 dargestellt ist, ab, so daß der Triggerimpulsgenerator 62 den siliciumgesteuerten Gleichrichter 4 2 des Umschalters 40 (Figur 1) unter Normalbedingungen triggern kann. Wenn es sich unter diesen Bedingungen herausstellt, daß der durch die Heizspule 56a fließende Strom immer noch auf einem verhältnismäßig hohen Niveau gehalten wird und daß folglich das Potential Es, das die Größe dieses Stromes darstellt, höher als das Potential E. des Bezugspotentials Er ist, wird der Umformer 30 abgeschaltet, bis das Potential Es, das an dem ersten Eingangsanschluß 90a des Verstärkers 90 erzeugt wird, auf das Niveau E- abgefallen ist. Die Zeitdauer, während der der Umformer 30 unwirksam bleibt, wird durch die Zeitdauer T des logischen "O"-Signales vorgegeben und entspricht daher der Zeitdauer, während der sich der Zeitbegrenzerkondensator 8 6 entladen kann. Die Zeitdauer T kann durch variieren der Niveaus E. und E- des Bezugspotentials Er eingestellt werden, das an den zweiten Eingangsanschluß 90b des Funktionsverstärkers 90 abgegeben wird. Mit anderen Worten kann T durch Auswahl der Widerstandswerte der Widerstände 94, 96
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und 98 variiert werden, die mit dem Funktionsverstärker 90 verbunden sind.
Obwohl nur die Betriebsweise des Schaltungsbaschnittes beschrieben wurde, der zu der Heizspule 56a gehört, ist zu beachten, daß die entsprechende Beschreibung auch auf die Betriebsweise der Schaltungsabschnitte zutrifft, die zu den anderen Heizspulen 56b, 56c und 56d gehören, weil die Spannung über dem Kondensator 8 6, der einen Bestandteil der Zeitbegrenzerschaltung 8 6 bildet, ansteigt, wenn ein überstrom durch wenigstens eine der Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d fließt. Wenn daher die Spannung über dem Kondensator 86 das genannte Niveau E- übersteigt, wenn ein überstrom durch wenigstens eine der Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d fließt, wird der Umformer 30 abgeschaltet, so daß er keinen Wechselstrom an die Heizeinheit 52 liefern kann, obwohl der Strom, der durch jede der verbleibenden Heizspulen fließt, auf einem solchen Niveau gehalten wird, daß die Spannung Er, die sich aus diesem Strom ergibt, kleiner als das Niveau E1 ist.
Figur 8 zeigt Kurven, die die Spannung V und den Strom I darstellen, die durch den Umformer 30 erzeugt werden, wenn das Verhätlnis f /f zwischen der Resonanzfrequenz f , die in der Heizeinheit 52 erzeugt wird, und der Schwingungsfrequenz f des Umformers 30 variiert wird. Aus diesen Kurven ist ersichtlich, daß die Ausgangsspannung V und der Ausgangsstrom I des Umformers 30 sich im wesentlichen in ähnlicher Weise mit dem Wert von f /f ändern. Dies bedeutet, daß der in der Heizeinheit 52 fließende Überstrom dadurch gemessen werden kann, daß man die Spannung über der Heizeinheit 52 mißt. Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Induktionsheizvorrichtung, bei der der Abschalter 66 so aufgebaut ist, daß dieses Arbeitsprinzip verwirklicht wird.
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Gemäß Fig. 9 weist der Abschalter 6 6 einen Spannungsdetektor 100 auf, dessen Eingangsanschlüsse an dem positiven und dem negativen Anschluß 50 und 50' der Heizeinheit 52 angeschlossen sind, die in diesem Fall mit vier Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d dargestellt ist. Der Spannungsdetektor 100 kann die Spannung über der Heizeinheit, d.h. über jeder der Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d, messen und eine Ausgangsspannung proportional zu der Meßspannung erzeugen. Ein Vergleicher 102 ist mit einem ersten Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß des Spannungsdetektors 100 und mit einem zweiten Eingangsanschluß mit einem Bezugsspannungsgenerator 104 verbunden, der so angeordnet ist, daß er eine vorbestimmte Bezugsspannung erzeugt, die der obengenannten Bezugsspannung E1 entsprechen kann. Der Vergleicher 102 kann daher die Ausgangsspannung von dem Spannungsdetektor 100 mit der Bezugsspannung von dem Bezugsspannungsgenerator 104 vergleichen und eine Ausgangsspannung erzeugen, die der Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen entspricht. Der Vergleicher 102 ist mit einem Ausgangsanschluß mit einer Frequenzsteuerschaltung 106 verbunden, die den Triggerimpulsgenerator 62 abschalten bzw. daran hindern kann, Triggerimpulse an den siliciumgesteuerten Gleichrichter 42 des Umschalters 4 0 des Umformers 3 0 abzugeben, wenn die Ausgangsspannung des Vergleichers 102 höher als ein vorbestimmtes Niveau ist. Als Alternative zu dieser Anordnung der Frequenzsteuerschaltung 106 kann ein Relaisschalter zwischen dem positiven und dem negativen Eingangsanschluß 36 und 36' angeschlossen sein, so daß er durch das Ausgangssignal des Vergleichers 102 geöffnet werden kann. Die Bezugsspannung, die an dem zweiten Eingangsanschluß des Vergleichers 103 angelegt wird, kann entsprechend der an den Umformer 3 0 gelieferten Eingangsspannung variiert werden, so daß ein Zustand, bei dem die Last aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise Aluminium, in die Nähe der Heizspule gebracht wird, selbst dann erfaßt werden kann, wenn die an den Umformer gelieferte Spannung auf einem verhältnismäßig geringen Niveau ist.
Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Induktionsheizvorrichtung, bei dem die genannte Ausgangssteuerschaltung 68 so angeord-
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net ist, daß sie die Frequenz des in dem Umformer 30 erzeugten Wechselstromes überwacht und den Triggerimpulsgenerator 62 so steuert, daß der in der Heizeinrichtung 52 fließende Strom konstant gehalten wird.
In Fig. 10 ist eine Ausführung gezeigt, bei der die Heizeinheit 52 aus einer Reihenschaltung von drei Heizspulen 56a, 56b und 56c besteht. Die Ausgangssteuerschaltung 68 weist einen Stromwandler 108 auf, dessen Primärwicklung in Reihe mit den Heizspulen 56a, 5 6b und 56c und dessen Ausgangswicklung mit einem Strom-Spannungswandler 110 verbunden ist, der eine Ausgangsspannung proportional zu dem Strom erzeugt, der in der Sekundärwicklung und folglich auch in der Primärwicklung des Stromwandlers 108 fließt. Die Ausgangssteuerschaltung 68 weist ferner einen Vergleicher 112 auf, dessen erster Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß des Strom-Spannungswandlers 110 und dessen zweiter Eingangsanschluß mit einem Bezugsspannungsgenerator 114 verbunden ist, der eine vorbestimmte Bezugsspannung an den Vergleicher 112 liefern kann. Der Vergleicher 112 vergleicht die Ausgangsspannung des Strom-Spannungswandlers 110 mit der Bezugsspannung von dem Bezugsspannungsgenerator 114 und erzeugt eine Ausgangsspannung proportional zu der Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen. Der Ausgangsanschluß des Vergleichers 112 ist mit einem Spannungs-Frequenzwandler 114 verbunden. Der Spannungs-Frequenzwandler 116 ist so angeordnet, daß er Signale mit einer vorbestimmten festen Frequenz erzeugt, wenn die Ausgangsspannung des Vergleichers 112 gleich null ist oder daß er eine Frequenz erzeugt, die gegenüber einem fest vorgegebenen Niveau ansteigt oder abfällt, wenn die Ausgangsspannung des Vergleichers 112 von dem Niveau gleich null ansteigt bzw. abfällt. Der Spannungs-Frequenzwandler 116 ist mit einem Ausgangsanschluß mit dem Triggerimpulsgenerator 62 verbunden der Triggerimpulse erzeugt, deren Frequenz proportional oder nach einer anderen Gesetzmäßigkeit mit der Frequenz der Ausgangssignale des Spannungs-Frequenzwandlers 116 variiert. Wenn daher die Resonanzfrequenz f , die durch die Reihenschaltung des Filterkondensators 54 und der effektiven Induktivität der Heizspulen 56a, 56b und 56d erzeugt wird, und die Frequenz f der Schwingun-
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gen des Umformers 30 sich einander nähern, steigt der. Strom, der durch die Heizspulen 56a, 56b und 56c fließt, an, und wenn im Gegensatz dazu die Frequenz f und die Frequenz f auseinanderlaufen, fällt der Strom in jeder der Heizspulen 56a, 56b und 56c ab. Mit anderen Worten wird in jeder der Heizspulen 56a bis 56d der Heizeinheit 52 der Strom größer oder kleiner, wenn der Verhältnis f /fo sich dem Wert 1 nähert bzw. sich von diesem Wert entfernt. Der Bezugsspannungsgenerator 114 der Ausgangssteuerschaltung 68, wie er bisher anhand von Fig. 10 beschrieben wurde, sollte eine feste Bezugsspannung erzeugen. Gegebenenfalls kann die Ausgangssteiiierschaltung 68 jedoch mit einer Anordnung versehen werden, durch die die Bezugsspannung mit der Eingangsspannung des Umformers 30, d.h. mit der Ausgangsspannung der Vollwellengleichrichtereinheit 32, die Bestandteil des Umformers 30 bildet, variiert wird.
Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Ausgangssteuerschaltung 68, die mit einer solchen Anordnung versehen ist. Die Ausgangssteuerschaltung 68 weist zusätzlich zu dem Stromwandler 110, dem Vergleicher 112, dem Bezugsspannungsgenerator 114 und der Triggersteuerschaltung 116 eine Kompensationsschaltung 118 auf, deren Eingangsanschlüsse mit dem positiven bzw. dem negativen Ausgangsanschluß 3 6 bzw. 36' der Vollweliengleichrichtereinheit 32 und deren Ausgangsanschluß mit dem Bezugsspannungsgenerator 114 verbunden ist. Die Kompensationsschaltung 118 bewirkt, daß der Bezugsspannungsgenerator 114 eine Ausgangsspannung erzeugt, die sich proportional zu der Spannung zwischen den Eingangsanschlüssen der Kompensationsschaltung 118 ändert. Die Frequenz f der Schwingungen des Umformers 30 ändert sich daher nur in Abhängigkeit von einer Änderung in der an der Heizeinheit 52 anliegenden Last, und wird nicht durch Schwankungen in der Eingangsspannung des Umformers 30 beeinflußt. Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Ausgangssteuerschaltung 68, die in den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 10 und 11 vorgesehen ist, den Strom, der durch die Vielzahl der Heizspulen fließt, konstant halten und dadurch eine wechselseitige Beeinflussung zwischen den Spulen eliminieren kann, die in Reihe zu-
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einander geschaltet sind. Aus diesem Grund ist die Frequenz der Schwingungen des Umformers 30 kleiner während des unbelasteten Zustandes als während des Lastzustandes, so daß ein Verlust, der während des unbelasteten Zustandes des Umformers auftreten kann, auf ein Minimum herabgesetzt wird. Wenn ferner eine Last aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise Aluminium, näher zu der Heizspule hinbewegt wird und die Induktivität der Heizspule herabgesetzt wird, wird die Frequenz der Schwingunen des Umformers erhöht, so daß der Umformer in einem stabilen Zustand arbeiten kann, weil der durch die Heizspule fließende Strom konstant gehalten wird.
Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Induktions-Heizvorrichtung, bei der die Ausgangssteuerschaltung 68 so angeordnet ist, daß im wesentlichen die gleichen Vorteile wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 10 und 11 erreicht werden. Während jedoch die Heizeinheit 52 eine Reihenschaltung aus Heizspulen aufweist und die Ausgangssteuerschaltung 68 dazu geeignet ist, den in der Heizeinheit 52 fließenden Strom in jedem der Ausführungsbeispiele, die in den Figuren 10 und 11 gezeigt sind, konstant zu halten, besteht bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. die Heizeinheit 52 aus einer Parallelschaltung von Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d, und die Ausgangssteuerschaltung 68 ist so angeordnet, daß die Spannung über der Heizeinheit 52, d.h. über jeder Heizspule 56a, 56b, 56c und 56d in der Heizeinheit 52, konstant gehalten wird. In dem Umformer 30 in der Induktions-Heizvorrichtung von Fig. 12 ist es wichtig, daß der Filterkondensator 54, der mit der Parallelschaltung der Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d verbunden ist, so ausgewählt wird, daß die Schwingungsfrequenz f des Umformers 30 und die Resonanzfrequenz f der Heizeinheit 52 in etwa gleich groß sind, so daß eine Abstimmung zwischen den Frequenzgängen des Umformers 30 und der Heizeinheit 52 geschaffen wird. Da der Filterkondensator 54 so angeordnet ist, hat der Strom, der durch jede der Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d fließt, im wesentlichen eine Sinusform.
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Wie oben im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. beschrieben wurde, wächst der Ausgangsstrom des Umformers 30, wenn das Verhältnis zwischen der Resonanzfrequenz f. der Reihenschaltung aus der Spule 4 6 und dem Kondensator 48 und die Frequenz f der Schwingungen des Umformers 30 sich dem Wert 1 nähert. Wenn man die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom I und der Ausgangsspannung V des Umformers 30 (Fig. 8) betrachtet, bedeutet dies,.daß die Ausgangsspannung des Umformers 30, d.h. die Spannung über jeder der Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d, steigt, wenn das Verhältnis f /f sich dem Wert 1 nähert. Daraus folgt, daß, wenn eine Last, beispielsweise eine Kochpfanne, näher zu einer der Heizspulen 56a, 5 6b, 56c und 56d der Heizeinheit 52 bewegt wird, der durch eine bestimmte Heizspule fließende Strom und folglich die über der Heizspule anstehende Spannung größer wird, so daß der Strom in jeder der restlichen Heizspulen ebenfalls größer wird, wodurch die Ausgangsleistung von jeder der restlichen Spulen geändert wird. Wenn jedoch die Spannung über der Heizeinheit 52 auf einem festen Niveau gehalten wird, wird der Strom in einer Heizspule unverändert gehalten, wenn eine Last näher zu einer anderen Heizspule hin bewegt wird. Daher kann eine Wechselwirkung zwischen den einzelnen Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d verhindert werden. Die Ausgangssteuerschaltung 68 in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 12 ist dazu geeignet, diesen Zweck zu erfüllen.
Die Ausgangssteuerschaltung 68 (Fig. 12) weist daher einen Spannungsdetektor 120 auf, dessen Eingangsanschlüsse über der Heizeinheit 52 angeschlossen sind, um eine Ausgangsspannung proportional zu der Meßspannung zu erzeugen, die an der Heizeinheit 52, d.h. über jeder der Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d ansteht. Ein Vergleicher 122 ist mit einem ersten Eingangsanschluß an den·Spannungsdetektor 120 und mit einem zweiten Eingangsanschluß mit einem Bezugsspannungsgenerator 124 verbunden, der eine vorbestimmte Bezugsspannung erzeugen kann. Der Vergleicher 122 vergleicht die Ausgangsspannung des Spannungsdetektors 120 mit der Bezugsspannung von dem Bezugsspannungsgenerator 124 und erzeugt eine Ausgangsspannung, die der Differenz zwischen den beiden anstehenden
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Eingangsspannungen entspricht. Die Ausgangsspannung des Vergleichers 122 wird an einenSpannungs-Frequenzwandler 126 geliefert, dessen Ausgangsanschluß mit dem genannten Triggerimpulsgenerator 62 verbunden ist. Der Spannungs-Frequenzwandler 126 ist mit einer negativen Rückkopplung (nicht gezeigt) versehen und steuert den Triggerimpulsgenerator 62 derart, daß Triggerimpulse mit einer Frequenz erzeugt werden, die größer wird, wenn die Eingangsspannung an dem Spannungs-Frequenzwandler 126 steigt, und kleiner wird, wenn die Spannung an dem Spannungs-Frequenz-Wandler 126 fällt. Um einen Betrieb des statischen Umformers 30 der hier beschriebenen Art in einem stabilen Zustand zu gestatten, ist es wichtig, daß die Elemente des Umformers 30 und der Heizeinheit 52 so ausgewählt werden, daß die Resonanzfrequenz f der letzteren kleiner als die Frequenz f der Schwingungen des ersteren ist. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, daß der Umformer 30 und die Heizeinheit 52 so aufgebaut werden, daß der Wert f/f kleiner als 1,0 ist, und daß der Spannungs-Frequenz-Wandler 126 der Ausgangssteuerschaltung 68 so angeordnet wird, daß der Triggerimpulsgenerator 62 Triggerimpulse mit einer Frequenz liefert, die sich in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Plan ändert, der innerhalb eines Bereiches zwischen 0,5 und 1,0 des Wertes von f /f der durch die Kurve V in Fig. 8 dargestellten Beziehung zwischen f /f und der Ausgangsspannung folgt. Wenn es jedoch erwünscht ist, daß der Umformer 30 und die Heizeinheit 52 sich durch Elemente aufgebaut werden, die einen Wert von f/f liefern, der größer als 1,0 ist, sollte der Spannungs-Frequenzwandler 126 der Ausgangssteuerschaltung 68 (Fig. 12) so angeordnet sein, daß der Triggerimpulsgenerator 62 Triggerimpulse mit einer Frequenz erzeugen kann, die entsprechend einem vorbestimmten Plan, der innerhalb des Bereiches zwischen 1,0 und 1,5 des Wertes von f^/f der durch die Kurve V in Fig. 8 dargestellten Beziehung entspricht, erhöht und herabgesetzt wird, wenn die Eingangsspannung an dem Spannungs-Frequenzwandler 126 herabgesetzt bzw. erhöht wird.
Die Ausgangssteuerschaltung 68 in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 12 ist daher geeignet, die Spannung über der Heizeinheit 52 konstant zu halten und dadurch die Wechselwirkungen zwischen den
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Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d zu eliminieren, die in der Heizeinheit 52 parallel geschaltet sind. Wenn beispielsweise eine Last, die nicht nur aus magnetisehem Material sondern auch aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise Aluminium, hergestellt ist, näher zu einer der Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d bewegt wird, wird die Spannung über jeder der Heizspulen 56a bis 56d schrittweise erhöht, um die Frequenz fQ der Schwingungen des Umformers 30 zu erhöhen, so daß der Umformer 30 in einem stabilen Zustand arbeiten kann. Wenn die Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d nicht an eine Last gekoppelt sind, wird die Schwingungsfrequenz des Umformers 30 kleiner, so daß der Verlust an Schwingungsenergie bei unbelastetem Zustand auf ein Minimum herabgesetzt werden kann.
Während die Ausgangssteuerschaltung 68 des Ausführungsbeispieles von Fig. 12 durch Messung von allein dar Ausgangsspannung des Umformers 30 betrieben werden kann, kann die Steuerschaltung 68 auch so aufgebaut werden, daß sie durch Messung von nicht nur der Ausgangsspannung sondern auch der Eingangsspannung des Urnformers 30 betrieben wird. Ein Beispiel für solch eine Steuerschaltung in Anwendung auf die Induktions-Heizvorrichtung ist in Fig. 13 gezeigt.
Das Äusführungsbeispiel der Induktions-Heizvorrichtung, das in Fig. 13 gezeigt ist, hat eine Heizeinheit 52, die etwas anders als die Heizeinheit von jedem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele aufgebaut ist. Die Heizeinheit 52 des Ausführungsbeispieles von Fig. 13 weist eine erste Reihenschaltung aus einem Filterkondensator 54a, einer Heizspule 56a und einem Schaltelement 128a und eine zweite Reihenschaltung aus einem Filterkondensator 54b, einer Heizspule 56b und einem Schaltelement 128b auf. Die erste und die zweite Reihenschaltung aus der Filterkondensatoren 54a und 54b, den Heizspulen 56a und 56b und den Schaltelementen 128a und 128b sind zwischen dem positiven und negativen Ausgangsanschluß 50 und 50' des statischen Umformers 30 parallel zueinander angeschlossen. Die Filterkondensatoren 54a und 54b und die Heizspulen 56a und 56b sind vorzugsweise so ausgewählt, daß die Reso-
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nanzfrequenz jeder Reihenschaltung aus den Filterkondensatoren 54a und 54b und den effektiven Induktivitäten der Heizspulen 56a und 5 6b geringer als oder nahezu gleich der Frequenz der Schwingung des Umformers 30 ist, so daß der Umformer 30 in einem stabilen Zustand arbeiten kann.
Andererseits weist die Ausgangssteuerschaltung 68 des Ausführungsbeispieles von Fig. 13 einen ersten Spannungsdetektor 130 auf, dessen erster Eingangsanschluß 130a parallel über die genannten Schaltelemente 128a bzw. 128b mit den Heizspulen 56a und 56b verbunden ist, und dessen zweiter Eingangsanschluß 130b parallel über die Schaltelemente 132a bzw. 132b mit den anderen Enden der Heizspulen 56a und 56b verbunden ist. Jede Heizspule 56a und 56b ist daher an einem Ende mit dem ersten Eingangsanschluß 130a des Spannungsdetektors 130 über jedes der Schaltelemente 128a und 128b und an dem anderen Ende mit dem zweiten Eingangsanschluß 130b des Spannungsdetektors 13O über jedes der Schaltelemente 132a und 132b verbunden. Die Schaltelemente 128a und 132a, die mit den entgegengesetzten Enden der Heizspule 56a verbunden sind, sind mechanisch miteinander gekoppelt, und auf ähnliche Weise sind die Schaltelemente 128b und 132b, die mit den entgegengesetzten Enden der Heizspule 56b verbunden sind, mechanisch untereinander gekoppelt. Die Schaltelemente 128a und 128b und die Schaltelemente 132a und 132b werden von Hand so betätigt, daß die Heizspulen 56a und 56b mit dem Umformer 30 unabhängig voneinander verbunden werden, wenn die zugehörigen Schaltelemente geschlossen werden. Wenn das aus den Schaltelementen 128a und 132a bestehende Paar und das aus den Schaltelementen 128b und 132b bestehende Paar gleichzeitig geschlossen werden, werden die Filterkondensatoren 54a und 54b und die Heizspulen 56a und 56b parallel zwischen dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluß 50 und 50' des Umformers 30 angeschlossen. Die Resonanzfrequenz, die unter diesen Bedingungen in der Heizeinheit 52 eingestellt wird, ist im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz, die dann eingestellt wird, wenn nur eine der Reihenschaltungen aus den Filterkondensatoren 54a und 54b und den Heizspulen 56a und 56b mit dem Umformer 30 verbunden ist.
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Dieser Spannungsdetektor 130 erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional zu der Spannung ist, die über jeder der Heizspulen 56a und 56b oder über beiden Heizspulen ansteht. Die Ausgangssteuerschaltung 68 (Fig. 13) weist ferner einen zweiten Spannungsdetektor 134 auf, dessen Eingangsanschlüsse mit dem positiven und negativen Eingangsanschluß 3 6 und 36' des Umformers 30 verbunden sind, um eine Ausgangsspannung proportional zu der Eingangsspannung des Umformers 30 zu erzeugen. Die Ausgangsspannungen des ersten und des zweiten Spannungsdetektors 130 und 134 werden an einen Vergleicher 136 abgegeben, der aus einer Brückenschaltung besteht, die so ausgeführt ist, daß negative und positive'Potentiale an ihren Eingangsanschlüssen, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Spannungsdetektor 130 und 134 verbunden sind, erzeugt werden, so daß eine Ausgangsspannung gleich null erzeugt wird, wenn die Brückenschaltung sich im Gleichgewichtszustand befindet. Die Ausgangsspannung, die durch den Vergleicher 136 erzeugt wird, entspricht daher der Differenz zwischen den Eingangs- und Ausgangsspannungen des Umformers 30. Die Ausgangsspannung des Vergleichers 136 wird an einer Spannungs-Frequenzumsetzer 138 abgegeben, der mit dem Triggerimpulsgenerator 62 verbunden ist. Der Spannungs-Frequenzumsetzer 138 kann den Triggerimpulsgenerator 62 so steuern, daß er Triggerimpulse mit einer Frequenz abgibt, die sich mit der Eingangsspannung des Spannungs-Frequenzumsetzers 138 nach einem vorbestimmten Plan ändert, von dem ein Beispiel durch die Kurve F in Fig. 14 dargestellt ist. Wie aus Fig. 14 zu ersehen ist, hat die Frequenz f. der Triggerimpulse, die an den siliciumgesteuerten Gleichrichter 42 des Umschalters 40 in dem Umformer 30 zugeführt werden, eine untere und eine obere Grenze f.. und f2 und nimmt einen Wert f an, wenn die Eingangsspannung an dem Spannungs-Frequenzumsetzer 138 auf einem Nullniveau ist, d.h. wenn die Eingangs- und die Ausgangsspannung des Umformers 30 gleich groß sind. Die untere Grenze f.. der Triggerfrequenz f wird so gewählt, daß sie über dem hörbaren Frequenzbereich liegt. Andererseits wird die obere Grenze f2 der Triggerfrequenz ffc unter Berücksichtigung der Tatsache gewählt, daß der siliciumgesteuerte Gleichrichter nicht abgeschaltet werden kann, wenn er mit einer Frequenz höher als eine bestimmte Frequenz getriggert wird, bei
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der die Temperatur an den Grenzflächen des Halbleiters so weit erhöht wird, daß schwerwiegende Schaltverluste auftreten.
Im Betrieb wird der siliciumgesteuerte Gleichrichter 42 des Umschalters 40 zyklisch durch die Triggerimpulse von dem Triggerimpulsgenerator 62 eingeschaltet und von dem kommutierenden Strom ausgeschaltet, der durch die Strombegrenzerspule 38, die kommutierende Spule 4 6 und den kommutierenden Kondensator 48 erzeugt wird. Der Kondensator 48 wirkt daher als Quelle für einen Hochfrequenzstrom, und folglich fließt ein im wesentlichen sinusförmiger Strom in die Heizeinheit 52, wenn die Schaltelemente 128a und 132a und/oder die Schaltelemente 128b und 132b geschlossen werden. Der auf diese Weise in der Heizeinheit 52 erzeugte Strom wird durch die Impedanz der Heizeinheit 52 vorgegeben. Wenn die Resonanzfrequenz f der Heizeinheit 52 sich mehr der Frequenz f der Schwingung des Umformers 30 nähert, wird die Impedanz der Heizeinheit 52 kleiner und die Spannung über der Heizeinheit 52 wird höher. Wenn umgekehrt die Frequenz f der Schwingung des Umformers 30 näher der Resonanzfrequenz f der Heizeinheit 52 gebracht wird, werden der in der Heizeinheit 52 fließende Strom und die Spannung über der Heizeinheit 52 vergrößert. Die Spannung über der Heizeinheit 52, d.h. über jeder der Heizspulen 56a und 56b, kann durch variieren der Frequenz f (die gleich der Frequenz f ist) geregelt werden, mit der der siliciumgesteuerte Gleichrichter 42 des Umschalters 40 getriggert wird. Wenn die Triggerfrequenz f des Gleichrichters 42 durch den Spannungs-Frequenzumsetzer 138 so gesteuert wird, daß die Ausgangsspannung des Vergleichers 136 zu einem Niveau gleich null verschoben wird, wird das Verhältnis zwischen der Spannung über jeder der Heizspulen 3 6a und 3 6b und der Eingangsspannung des Umformers 30 im wesentlichen konstant. Da die Klemmenspannung an jeder der Heizspulen 56a und 56b konstant gehalten wird, bleibt daher der Strom, der in einer der Heizspulen 56a und 56b fließt, unabhängig davon unverändert, ob das Schaltelement 128a oder 128b, welches der anderen Heizspule 56a und 56b zugeordnet ist, offen ist, wenn die an die Heizeinheit 52 angelegte Last unverändert ist. Mit anderen Worten variiert die Last an dem Umformer 30 in breiten Grenzen,
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wenn das Schaltelement 128a oder 128b ein- oder ausgeschaltet wird. Die Klemmenspannung an jeder Heizspule 56a und 56b bleibt jedoch unverändert, bis die Last an der Heizeinheit 52 geändert wird. Der Strom, der in jeder "Heizspule 56a und 56b fließen soll, wird allein durch den Abstand zwischen der Heizspule und der in Wechselwirkung mit der Heizspule angeordneten Last bestimmt und nicht durch den Schaltzustand des Schalteiementes 128a oder 128b, die zu der anderen Heizspule gehören, und die Last beeinflußt, die auf die andere Heizspule wirkt.
Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei der die Ausgangssteuerschaltung 68, die ähnlich ausgeführt ist wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 14, in Kombination mit der Heizeinheit 52 verwendet wird, die ähnlich wie in den Ausführungsbeispiel von Fig. ausgeführt ist. Die Heizeinheit 52 in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 15 besteht somit aus Heisspulen 56a, 56b, 56c und 56d, die parallel zu einem einzigen Fiiterkondensator 54 geschaltet sind, und die Ausgangssteuerschaltung 63 besteht aus einem ersten und einem zweiten Spannungsdetektor 130 und 134, um Ausgangsspannungen proportional zu den Ausgangs- und Eingangsspannungen des Umformers 30 zu erzeugen, einem Vergleicher 136, um eine Ausgangsspannung entsprechend der Differenz zwischen den jeweiligen Ausgangsspannungen des ersten und des zweiten Spannungsdetektors 130 und 134 zu erzeugen, und aus einem Spannungs-Frequenzumsetzer 138, um den Triggerimpulsgenerator 62 so zu steuern, daß Triggerimpulse für den Umformer 30 mit einer Frequenz erzeugt werden, die sich nach einem vorbestimmten Plan ändert, der durch die Beziehung vorgeschrieben sein kann, die durch die Kurve F in Fig. 14 dargestellt ist. Wie oben im Zusammenhang mit Fig. 13 beschrieben wurde, ist der Vergleicher 136 als Brückenschaltung aufgebaut, in der negative und positive Potentiale an den Eingangsanschlüssen erzeugt werden, die mit dem ersten und dem zweiten Spannungsdetektor 130 bzw. 134 verbunden sind. Der Spannungs-Frequenzumsetzer 138 steuert den Triggerimpulsgenerator 62 so, daß die Differenz zwischen den Eingangs- und Ausgangsspannungen des Umformers 30 auf ein Minimum herabgesetzt wird. Der Strom, der durch jede der Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d fließt, und die Spannung über jeder
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der Heizspulen werden daher unabhängig von den Lasten konstant gehalten, die an den einzelnen Heizspulen angelegt sind.
Fig. 16 zeigt eine andere Abwandlung des in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispieles. Die Ausgangssteuerschaltung 68 in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 16 ist ähnlich wie die entsprechende Schaltung in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 13. Während die Heizeinheit 52 des Ausführungsbeispieles von Fig. 13 aus zwei Reihenschaltungen besteht, die die Filterkondensatoren 54a und 54b, die Heizspulen 56a und 56b und die Schaltelemente 128a und 128b aufweisen, besteht die Heizeinheit 52 des Ausführungsbeispieles von Fig. 16 aus vier Reihenschaltungen, die die Filterkondensatoren 54a bis 54d, die Heizspulen 56a bis 56d und die Schaltelemente 128a bis 128d aufweisen. Die vier Reihenschaltungen der Filterkondensatoren, Heizspulen und Schaltelemente sind parallel zwischen dem positiven und dem negativen Anschluß 50 und 50' des Umformers 30 angeschlossen. Die Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d sind über Schaltelemente 128a, 128b, 128c bzw. 128d mit dem ersten Eingangsanschluß des ersten Spannungsdetektors 130 der Ausgangssteuerschaltung 68 verbunden. Die Schaltelemente 128a, 128b, 128c und 128d sind mechanisch mit den Schaltelementen 132a, 132b, 132c und 132d gekoppelt, von denen jedes zwischen dem zweiten Eingangsanschluß des ersten Spannungsdetektors 130 und dem Verbindungspunkt zwischen der jeweiligen Heizspule 56a bis 56d und dem zugehörigen Filterkondensator 54a bis 54d angeschlossen ist. Jede Heizspule 56a bis 56d ist daher an einem Ende über je eines der Schaltelemente 128a bis 128d mit dem ersten Eingangsanschluß des Spannungsdetektors 130 und an dem anderen Ende über je eines der Schaltelemente 132a bis 132d mit dem zweiten Eingangsanschluß des Spannungsdetektors 130 verbunden.
Wenn der statische Umformer 30, der in Kombination mit einer solchen Heizeinrichtung 52 verwendet werden soll, nur einen kommutierenden Kondensator 48 hat, wie es bei dem Umformer 30 in jedem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele der Fall war, muß der kommutierende Kondensator 48 so gewählt werden, daß er eine genügende Endmenge an kommutierender Energie erzeugen kann, damit alle Heizspulen 56a bis 56d gleichzeitig in einem statio-
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nären Zustand betrieben werden können. Wenn in diesem Fall wenigstens eine der Heizspulen 56a bis 56d abgeschaltet bleibt, wobei wenigstens eines der Schaltelemente 128a bis 128d offen ist, wird die Menge an kommutierender Energie, die in dem Umformer 30 erzeugt wird, für die restlichen Heizspulen, die eingeschaltet bleiben, übermäßig groß, und die Schwingungsfrequenz des Umformers erhöht sich. Dadurch ergeben sich Anstiege in dem Strom und der Spannung, die an den siliciumgesteuerten Gleichrichter 42 des Umformers 30 angelegt werden, und folglich ein Anstieg in dem Schaltverlust des siliciumgesteuerten Gleichrichters 42. Wenn der Schaltverlust des Gleichrichters 42 auf ein kritisches Niveau erhöht wird, kann der Gleichrichter 42 nicht mehr abgeschaltet werden, weil an den Grenzflächen des Halbleiters die Temperatur extrem hoch wird, wie oben beschrieben wurde.
Um das beschriebene Problem zu vermeiden, weist der Umformer 30 bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 16 einen Satz zusätzlicher, kommutierender Kondensatoren 140a, 140b, 140c und 14Od auf, die parallel zwischen der kommutierenden Spule 4 6 und den Heizspulen 56a, 56b, 56c bzw. 56d der Heizeinheit 52 angeschlossen sind. Jede der Heizspulen 56a bis 56d ist mit einem Ende von je einem Filterkondensator 54a bis 54d und an dem anderen Ende mit je einem der zusätzlichen, kommutierenden Kondensatoren 140a bis 14Od verbunden. Der kommutierende Kondensator 42, der somit parallel zu den zusätzlichen Kondensatoren 140a bis 14Od geschaltet ist, wird so gewählt, daß er eine kleinere Kapazität als die Kapazität des kommutierenden Kondensators 42 hat, der in dem üblichen Umformer mit nur einem kommutierenden Kondensator vorgesehen ist. Die Zahl der verwendeten, kommutierenden Kondensatoren wird in dieser Weise mit der Zahl der Heizspulen geändert, die durch den Umformer 30 mit Strom versorgt werden, so daß die Menge der kommutierten Energie, die von dem Umformer 30 erzeugt wird, je nach der Zahl der zu erregenden Heizspulen geregelt wird. Der Strom und die Spannung, die an den siliciumgesteuerten Gleichrichter 42 angelegt werden, werden im folgenden im wesentlichen konstant gehalten, unabhängig von der Zahl der eingeschalteten
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Heizspulen, so daß der siliciumgesteuerte Gleichrichter 42 auf jeden Fall durch den daran angelegten, kommutierenden Strom ausgeschaltet werden kann.
Figur 17 zeigt ein praktisches Beispiel für die Kombination des ersten und des zweiten Spannungsdetektors 130 und 134 und des Vergleichers 136 in der Ausgangssteuerschaltung 68, wie sie in jedem der bisher anhand der Figuren 13, 15 und 16 beschriebenen Ausführungsbeispielen vorhanden ist. Die Heizeinheit 52 soll im wesentlichen ähnlich wie die des in Figur 16 gezeigten Ausführungsbeispiels aufgebaut sein, obwohl nur 2 Reihenschaltungen aus Filterkondensatoren 54a und 54b, Heizspulen 56a und 56b und Schaltelementen 128a und 128b als Bestandteile der Heizeinheit 52 gezeigt sind. Der Umformer 30, der mit solch einer Heizeinheit 52 kombiniert ist, hat demnach zusätzliche, kommutierende Kondensatoren 14Qa und 140b, die parallel zu den Filterkondensatoren 54a und 54b angeschlossen sind. Die Schaltelemente 128a und 128b, die den Heizspulen 56a und 56b zugeordnet sind, sind mit den Schaltelementen 132a bzw. 132b zusammengeschaltet, wobei jedes an einem Ende mit dem Verbindungspunkt zwischen je einer der Heizspulen 56a und 56b und je einem zugeordneten Filterkondensator 54a und 54b angeschlossen ist, wie dargestellt ist.
Die Heizspulen 56a und 56b sind parallel zu einer Reihenschaltung aus Spannungsteilerwiderständen 142 und 144 über den Schaltelementen 132a und 132b angeschlossen, die den Heizspulen 56a bzw. 56b zugeordnet sind. Der Widerstand 144 wird durch einen Kondensator 14 6 nebengeschlossen, über der Parallelschaltung aus dem Widerstand 144 und dem Kondensator 146 ist ein Kodensator 148 durch eine Diode 150 angeschlossen, deren Kathode mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 142 und 144 und dem Kondensator 14 6 und deren Anorde mit einer Elektrode des Kondensators 148 so verbunden ist, daß die durch die Reihenschaltung des Kondensators 148 und der Diode 150 gleichgerichtete Spannung eine negative Polarität gegenüber Erdpotential hat. Die gleichgerichtete Spannung ist näherungsweise proportional zu dem Spitzenwert der Klemmenspannung an jeder der Heizspulen 56a und 56b. Die Wider-
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stände 142 und 144, die Kondensatoren 146 und 148 und die Diode 150 bilden in dieser Kombination den ersten Spannungsdetektor 130, der eine negative Spannung proportional zu der Klemmenspannung von jeder der Heizspulen 56a und 56b der Heizeinheit 52 erzeugt.
Der zweite Spannungsdetektcr 134 weist eine Reihenschaltung aus Spannungsteilerwiderständen 152 und 154 auf, die zwischen dem positiven und dem negativen Eingangsanschluß 36 und 36' des Umformers 30 angeschlossen sind. Der Widerstand 154 ist durch einen Kondensator 156 nebengeschiossen, so daß der Teil der Spannung, der über den Widerständen 152 und 154 ansteht, durch den Kondensator 156 von der Welligkeit befreit wird. Der Spannungsdetektor 134, der auf diese Weise aus den Widerständen 152 und 154 und dem Kondensator 156 aufgebaut ist, erzeugt eine positive Spannung proportional zu der Eingangsspannung des Umformers 30. Die Ausgangsanschlüsse 158 und 160 des ersten und des zweiten Spannungsdetektors 130 und 134 sind durch einen variablen Spannungsteiler 162 miteinander verbunden, der so ausgeführt ist, daß er von den negativen und positiven Ausgangsspannungen der Spannungsdetektoren 130 und 134 ein Ausgangssignal gleich Null anzeigt, wenn die Eingangs- und Ausgangsspannungen des Umformers 30 gleich groß sind. Der Spannungsteiler 162 hat einen Abgriff 162a, der mit einem ersten Eingangsanschluß 164 eines Differentialverstärkers 166 verbunden ist, der einen zweiten Eingangsanschluß 168, an dem konstant ein festes, positives Potential erzeugt wird, und einen dritten Eingangsanschluß 170 hat, der geerdet ist. Der Differentialverstärker 166 kann die Eingangsspannung bei einem Niveau nahe bei Null verstärken und weist einen ersten und einen zweiten NPN-Transistor 172 und 174 auf, deren Kollektorelektroden parallel durch Widerstände 176 bzw. 178 parallel mit dem eine konstante Spannung führenden Eingangsanschluß 168 verbunden sind, und deren Emitterelektroden durch einen Widerstand 180 parallel mit dem geerdeten Anschluß 170 verbunden sind. Die Basis des ersten Transistors ist über den Eingangsanschluß 164 des Verstärkers 166 mit dem Abgriff 162a des Spannungsteilers 162 verbunden, während die Basis des zweiten Transistors 174 geerdet ist. Der Differentialverstär-
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ker 166 ist mit einem Ausgangsanschluß 182 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des ersten Transistors 172 und dem Widerstand 176 verbunden. Der variable Spannungsteiler 162 und der Differentialverstärker 166 bilden den oben erwähnten Vergleicher 136. Der Ausgangsanschluß 182 des Differentialverstärkers 166 ist mit dem Eingangsanschluß des oben genannten Spannungs-Frequenzumsetzers 138 verbunden, dessen Ausgangsanschluß mit dem Triggerimpulsgenerator 62 verbunden ist. Der
Triggerimpulsgenerator 62 wird durch den Spannungs-Frequenzuresetzer 168 gesteuert, so daß er Triggerimpulse mit einer Frequenz erzeugt, die entsprechend der Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 166 variiert wird. Die Triggerfrequenz f des siliciumgesteuerten Gleichrichters 42 des Umschalters und folglich die Frequenz f der Schwingungen des statischen Umformers 30 werden so variiert, daß die Ausgangsspannung des Umformers 30 und folglich die Klemmenspannung an jeder Heizspule 56a und 56b so variiert werden, daß die an dem Abgriff 162a des Spannungsteilers 162 des Vergleichers 136 auftretende Spannung gleich Null wird. Wenn in diesem Fall die Spannung, die an dem Eingangsanschluß 164 des Differentialverstärkers 166 ansteht, ansteigt, wird der Triggerimpulsgenerator 62 durch den Spannungs-Frequenzumsetzer 136 so gesteuert, daß er Triggerimpulse mit wachsender Frequenz erzeugt, so daß die Ausgangsspannung des Umformers 30 herabgesetzt wird. Die Ausgangsspannung des Umformers 30 wird in dieser Weise proportional zu der Eingangsspannung des Umformers 30 erhöht, so daß die Spannung im wesentlichen konstant gehalten wird, die an dem Eingangsanschluß 164 des Differentialverstärkers 166 ansteht. Wenn jedoch ein Gegenstand aus Metall näher zu der Heizspule 56a oder 5 6b bewegt wird, wird die Klemmenspannung der Heizspule geändert, so daß die Triggerfrequenz des siliciumgesteurten Gleichrichters 42 des Umschalters 40 derart geändert wird, daß die Klemmenspannung der Heizspule auf den Anfangswert zurückkehrt.
Figur 18 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Kombination der Spannungsdetektoren 130 und 134 und des Vergleichers 136, die Bestandteil der Ausgangssteuerschaltung 68 bilden, die in
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dem Äosführungsbexspiel enthalten ist, das in den Figuren 13, 15 oder 16 gezeigt ist. Der erste Spannungsdetektor 130 zur Messung der Ausgangsspannung des Umformers 30 weist einen Spannungswandler 182 auf, dessen Primärwicklung zwischen dem positiven und dem negativen Anschluß 50 und 50' des Umformers 30 angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung durch eine Reihenschaltung aus einer Diode 184 und einer Parallelschaltung eines Kondensators 186 und eines Widerstandes 188 nebengeschlossen ist, so daj3 eine negative Spannung proportional zu der Spannung zwischen den Ausgangsanschlüssen 50 und 50' des Umformers- 30 gegenüber dem Erdniveau erzeugt wird, das durch G angedeutet ist. Andererseits weist der zweite Spannungsdetektor 134 zur Messung der Eingangsspannung des Umformers 30 Spannungsteilerwiderstände 190 und 192 auf, die in Reihe zwischen dem positiven und dem negativen Eingangsanschluß 3 6 und 36' des Umformers 3O angeschlossen sind. Der Widerstand 192 wird durch eine Reihenschaltung aus einer Diode 194 und einem Kondensator 196 nebengeschlossen, der durch einen Widerstand 198 nebengeschlossen ist, so daß eine positive Spannung proportional zu der Spannung zwischen den Eingangsanschlüssen 36 und 36' des Umformers 30 gegenüber dem Erdniveau G erzeugt wird. Der erste und der zweite Spannungsdetektor 13O und 134 sind miteinander durch einen variablen Spannungsteiler 200 verbunden, dessen Abgriff 200a mit einem Eingangsanschluß eines Differentialverstärkers 202 verbunden ist. Der Differentialverstärker 202 ist ähnlich wie der Differentialverstärker 166 (Figur 17) aufgebaut und weist zwei Transistoren 204 und 206 auf, deren Kollektoren parallel durch Widerstände 210 bzw. 212 an einen eine konstante Spannung führenden Eingangsanschluß 208 angeschlossen sind, und deren Emitter über einen Widerstand 216 mit einem Erdanschluß 214 verbunden sind. Die Basis des einen Transistors 204 ist mit dem Abgriff 200a des variablen Spannungsteilers 200 verbunden, während die Basis des anderen Transistors 206 geerdet ist. Der Differentialverstärker 202 hat damit einen Ausgangsanschluß zwischen dem Kollektor des Transistors 204 und dem Widerstand 210. Der Ausgangsanschluß 218 ist mit dem genannten Spannungs-Frequenzumsetzer 138 verbunden. Der variable Spannungsteiler 200 wird so eingestellt, daß eine
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Ausgangsspannung gleich Null erzeugt wird, wenn das Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung des Umformers 30 einen vorbestimmten Wert hat.
Figur 19 zeigt ein anderes Beispiel für den Vergleich 136 in Kombination mit dem ersten und dem Spannungsdetektor 130 und 134 und dem Spannungs-Frequenzumsetzer 138, um die Ausgangssteuerschaltung 68 zu bilden. Der Vergleicher 136 weist einen ersten und einen zweiten Gleichrichter 220 und 222 auf, deren Eingangsanschlüsse mit dem oben beschriebenen, ersten Spannungsdetektor 130 und dem oben beschriebenen, zweiten Spannungsdetektor 134 verbunden sind, so daß die Spannungen ν und v? proportional zu der Eingangsspannung V1 und der Ausgangsspannung V2 des Umformers an den Gleichrichtern 220 und 222 erzeugt werden. Die Widerstände 224 und 22 6 sind in Reihe über den Gleichrichtern 220 und 222 angeschlossen, so daß eine Spannung ν proportional zu der Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen V1 und ν zwischen dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Gleichrichter 220 und 222 und dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 224 und 22 6 erzeugt wird. Die Ausgangsspannung ν wird an den oben erwähnten Spannungsniedrigfrequenzumsetzer 138 weitergegeben. Wenn nun die Spannungsumsetzungskoeffizienten, die an dem ersten und dem zweiten Spannungsdetektor 130 und 134 eingestellt sind, k1 und k-, sind, werden die Eingangsspannungen V1 und v- des Vergleichers 136 wie folgt ausgedrückt: V1 = k-i . V1 und v- = k- .Vp. Wenn in diesem Fall das Verhältnis der Ausgangsspannung V-, zu der Eingangsspannung V1 des Umformers k-, ist, wird die Beziehung Vp = k? .k-, . V1 erhalten. Wenn daher die Ausgangsspannung ν des Vergleichers 136 gleich Null ist, gilt die folgende Beziehung:
V2 = (V1 + V2J-R1Z(R1 + R2),
wobei R1 und R^ die Widerstandswerte der Widerstände 224 und 226 sind. Substituiert man die Gleichungen V1 = k1 .V1 und Vp = kp .Vp in die obige Gleichung, so erhält man folgende Gleichung:
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(Ic1 + k2.k3) .V^fR1 + R2) = k2.k3.V1
so daß gilt:
Ck1 + k2.k3)/(R1 +"R2) = k2.k^.
Wenn daher die Ausgangsspannung V„ des Umformers 30 so gesteuert wird, daß die Ausgangsspannung ν des Vergleichers 136 im wesentlichen auf einem Niveau gleich Null gehalten wird, wird das Verhältnis k-, zwischen der Eingangs spannung V1 und der Ausgangsspannung V9 des Umformers 20 unabhängig von der Eingangsspannung V, konstant gehalten. Figur 20 zeigt die Einzelheiten einer Schaltung, die diese Funktion erfüllen kann.
Gemäß Figur 20 weist der ersre Spannungsdetektor 130 eine Reihenschaltung aus Spannungsteiierwiderständen 228 und 230 auf, die zwischen dem .positiven und dem negativen. Ausgangsanschluß des Umformers 30 angeschlossen sind. An dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 228 und 230 ist aine Reihenschaltung aus einer Diode 2 32 und einem Kondensator 234 angeschlossen, der durch einen Widerstand 23 6 nebengeschlossen ist. Entsprechend besteht der zweite Spannungsdetektor 234 aus einer Reihenschaltung aus Spannungsteilerwiderständen 238 und 240, die zwischen dem positiven und dem negativen Eingangsanschluß des Umformers 30 angeschlossen sind. Eine Reihenschaltung aus einer Diode und einem Kondensator 244 ist über dem Widerstand 240 angeschlossen. Die Anoden und Kathoden der Dioden 232 und 242 sind miteinander durch einen variablen Spannungsteiler 24 6 verbunden, dessen Abgriff 246a mit einem Differentialverstärker 248 verbunden ist. Der Differentialverstärker 248 ist ähnlich wie sein Gegenstück in der Schaltung von Figur 17 oder 18 ausgeführt und weist daher einen ersten und einen zweiten Transistor 2 50 und 252 auf, deren jeweilige Kollektoren curch Widerstände 2 56 und 2 58 mit einem eine konstante Spannung führenden Eingangsanschluß 2 54 verbunden sind, und deren jeweilige Emitter parallel durch einen Widerstand 266 mit einem Erdanschluß 264 verbunden sind. Die Basis des ersten Transistors 250 ist mit dem Abgriff 246a des Spannungsteilers 246 verbunden, und die Basis des zweiten Transistors 252* ist geerdet. Der Differentialverstärker 248 hat
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einen Ausgangsanschluß 268 an dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des ersten Transistors 2 50 und dem Widerstand 2 56 und ist durch diesen Ausgangsanschluß mit dem oben erwähnten Spannungs-Frequenzumsetzer verbunden. Der variable Spannungsteiler 24 6 ist so ausgeführt, daß er eine Ausgangsspannung gleich Null erzeugt, wenn das Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung des Umformers 30 einen bestimmten Wert annimmt.
Figur 21 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung. Dieses Ausführungsbeispiel hat eine Heizeinheit 52, die aus einer einzigen Heizspule 56 besteht, und ist durch eine Ausgangssteuerschaltung 68 gekennzeichnet, die nicht nur die Spannung über der Heizspule 56 konstant halten sondern auch den Umformer 30 veranlassen kann, den Betrieb einzustellen, wenn eine Last aus einem nicht magnetischen Material, beispielsweise Aluminium, in die Nähe der Heizspule 56 gebracht wird. Die Ausgangssteuerschaltung 68 (Figur 21) ist weitgehend ähnlich wie die Ausgangssteuerschaltung 68 in den Figuren 13, 15 und 16 ausgebildet und weist einen ersten und einen zweiten Spannungsdetektor 130 und 134 auf, um Ausgangsspannungen proportional zu der Ausgangsspannung und der Eingangsspannung des statischen Umformers 30 zu erzeugen. Ferner ist ein Vergleicher 136 vorgesehen, der eine Brückenschaltung aufweist, um eine Spannung entsprechend der Differenz der jeweiligen Ausgangsspannungen des ersten und zweiten Spannungsdetektors 130 und 140 zu erzeugen. Ein Spannungs-Frequenzumsetzer 138 ist vorgesehen, um den Triggerimpulsgenerator 62 derart zu steuern, daß er Triggerimpulse mit einer Frequenz proportional zu der Ausgangsspannung des Vergleichers 136 abgibt. Zusätzlich zu den Schaltungen 130, 134, 136 und 138 weist die Ausgangssteuerschaltung 68 (Figur 21) einen Abschalter 270 auf, dessen Eingangsanschluß an den Ausgangsanschluß des Spannungs-Frequenzumsetzers 138 und dessen Ausgangsanschluß mit dem zweiten Eingangsanschluß des Spannungsfrequenzumsetzers 138 verbunden ist. Der Abschalter 2 70 vergleicht die Frequenz des von dem Spannungs-Frequenzumsetzer 38 erzeugten Signales mit einem vorbestimmten Bezugswert und verhindert die
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Abgabe von Signalen von dem Umsetzer 138 an den Triggerimpulsgenerator 62, wenn die Frequenz der Signale des Umsetzers 138 über den Bezugswert ansteigt.
Wenn im Betrieb ein nicht magnetisches Material, beispielsweise Aluminium, näher zu der Heizspule 56 gebracht wird, wird die effektive Induktivität der Heizspule 5 6 kleiner, so daß die Resonanzfrequenz f ansteigt, die durch die Reihenschaltung des Filterkondensators 54 und der Heizspule 56 bestimmt wird. Das Verhältnis zwischen der Resonanzfrequenz fr und der Frequ'enz f der Schwingungen des Umformers 30 wird folglich zu dem Wert 1 hin geändert, wie oben in Zusammenhang mit Figur 8 beschrieben wurde, so daß die Spannung über der Heizspule 56 ansteigt. Die Schwingungsfrequenz f des Umformers 30 wird unter der Steuerung der Ausgangssteuerschaltung 68 erhöht, wenn die Ausgangsspannung des Umformers 30 gegenüber der Eingangsspannung des Umformers erhöht wird, wie oben beschrieben wurde. Wenn daher die Heizspule 56 einer Last aus nicht magnetischem Material, beispielsweise aus Aluminium, ausgesetzt wird, wird die Schwinungsfrequenz f des Umformers 30 erhöht, um die Spannung an der Heizspule 56 zu reduzieren. Dadurch ergibt sich ein Anstieg in der Ausgangsspannung des Vergleichers 136, so daß der Spannungs-Frequenzumsetzer 138 den Triggerimpulsgenerator 62 derart steuert, daß er Triggerimpulse mit einer höheren Frequenz abgibt. Wenn die auf diese Weise durch den Spannungs-Frequenzumsetzer 138 bestimmte Frequenz einen bestimmten Bezugswert erreicht, der an dem Abschalter 270 eingestellt ist, gibt der Abschalter 2 70 ein Ausgangssignal an den Spannungs-Frequenzumsetzer 138 ab und verhindert, daß der Spannungs-Frequenzumsetzer 138 Ausgangssignale erzeugt. Der Umformer 30 wird folglich außer Betrieb genommen.
Figur"22 zeigt eine Anordnung, bei der die Ausgangsleistung jeder .der Heizspulen, die in Reihe geschaltet sind, durch eine Steuereinrichtung in der Heizeinheit selbst gesteuert wird. Die Heizspulen, beispielsweise die beiden gezeigten Heizspulen 56a und 56b, sind mit Spulen 272a bzw. 272b mit variabler Induktivität parallel geschaltet. Ein statischer Umformer, der mit der auf
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diese Weise aufgebauten Heizeinheit 52 kombiniert wird, ist mit einer Steuereinrichtung versehen, um den durch jede der Heizspulen 56a und 56b fließenden Strom konstant zu halten. Wenn die Induktivität von einer Spule 272a so geändert wird, daß die Ausgangsleistung der zugehörigen Heizspule 56a geändert wird, bleibt die gesamte Impedanz der anderen Spule 272b und der zugehörigen Heizspule 56b unverändert, weil der in der Heizspule 56b und in der Spule 272b fließende Strom konstant gehalten wird. Die Ausgangsleistung der letzteren Heizspule 56b wird daher unverändert gehalten, obwohl die Induktivität der Spule 272a geändert wird. Wenn jedoch die Induktivität der Spule 272a geändert wird, ist die Gesamt impedanz der Heizspule 56a und der zugehörigen Spule 272a geändert, so daß die Ausgangsleistung der Heizspule 56a geändert wird, obwohl der durch die Heizspule 56a und die zugehörige Spule 272a fließende Strom konstant gehalten wird. Die Ausgangsleistung von jeder der Heizspulen 56a und 56b kann daher ohne Beeinflussung der Ausgangsleistung der anderen Heizspule 56a oder 56b einfach dadurch variiert werden, daß man die Induktivität jeder der in ihrer Induktivität variablen Spulen 272a und 272b ändert.
Figur 23 zeigt eine abgewandelte Ausführung der in Figur 22 gezeigten Anordnung. Die hier gezeigte Heizeinheit 52 weist Heizspulen 56a und 56b, die parallel zu dem Filterkondensator 54 geschaltet sind, und in ihrer Impedanz variable Spulen 272a und 272b auf, die in Reihe mit den Heizspulen 56a bzw. 56b geschaltet sind. Der statische Umformer, der mit der auf diese Weise aufgebauten Heizeinheit 52 kombiniert wird, ist mit einer Steuereinrichtung versehen, um die Spannung über jeder der Heizspulen 56a und 56b konstant zu halten, so daß ein Effekt ähnlich wie der Effekt bei der Anordnung von Figur 22 erzielt werden kann.
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Claims (24)

  1. Patentansprüche
    Λ. J Induktions-Heizvcrrichtung, gekennzeichnet durch
    me Heizeinheit (52) mit wenigstens einer Heizspule (56) , einen statischen Umformer (30), der zwischen der Heizeinheit (52) und einer Wechselstromquelle (34) angeschlossen ist, um den zugeführten Wechselstrom in einen Hochfrequenzstrom umzuformen und zu bewirken, daß die Heisspule (56) ein kommutierendes Magnetfeld erzeugt, wobei der Uniformer (30) einen Umschalter (40) aufweist, um den Hochfrequenzstrom mit einer Frequenz gleich der Triggerfrequenz des Umschalters (40) zu kommutieren, und durch eine Steuereinrichtung (60), die eine Startsteuerschaltung (64) enthält, um den Umschalter (40) mit einer vorbestimmten Frequenz während eines Anfangsstadiums im Betrieb der Induktions-Heizvorrichtung zs triggern und danach die Triggerfrequenz des Umschalters (40) zu einem vorbestimmten Normalniveau zu verschieben.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (60) ferner einen Abschalter (66) aufweist, der auf einen vorbestimmten Betriebsparameter entweder der Heizeinheit (52) oder des statischen Umformers (30) anspricht, um den Umschalter 00) abzuschalten, wenn der vorgewählte Parameter in einem vorbestimmten Bereich liegt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (60) ferner eine Leistungs- oder Ausgangssteuerschaltung (68) aufweist, die auf einen vorbestimmten Parameter entweder der Heizeinrichtung (52) oder des statischen Umformers (30) anspricht, um die Triggerfrequenz des Umschalters (40) in Abhängigkeit von diesem Betriebsparameter zu variieren.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (60) ferner eine Ausgangssteuerschaltung (68) mit einem Detektor? um ein Signal entsprechend dem vorgewählten Betriebsparameter von entweder der Heizeinheit
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    (52) oder dem Umformer (30) zu erzeugen, einem Vergleicher (112), um das Signal mit einem Bezugssignal zu vergleichen, das einen vorbestimmten Bereich des Betriebsparameters darstellt, und ein Ausgangssignal entsprechend der Abweichung zwischen den beiden Signalen zu erzeugen, und mit einer Frequenzsteuereinrichtung (62), um die Triggerfrequenz des Umschalters (40) in der Art zu ändern, daß die Abweichung zwischen den beiden Signalen reduziert wird, aufweist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Startsteuerschaltung (64) eine Frequenzsteuereinrichtung (72), um den Umschalter (40) mit einer vorbestimmten Frequenz, die höher als das vorbestimmte Normalniveau liegt, während des Anfangsstadiums des Betriebes zu triggern, und einen Zeitgeber
    (70) mit einer Verzögerungszeit aufweist, die dem Anfangsstadium des Betriebes entspricht, um die Frequenzsteuereinrichtung (72) zu betätigen, so daß die Triggerfrequenz des Umschalters (40) nach Ablauf der Verzögerungszeit auf das vorbestimmte Normalniveau reduziert wird.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschalter (66) eine Detektoreinrichtung (100), um ein Signal entsprechend dem vorgewählten Betriebsparameter zu erzeugen, und einen Vergleicher (102) aufweist, um das Signal mit einem Bezugssignal, das einen vorbestimmten Bereich des vorgewählten Parameters darstellt, zu vergleichen, wobei der Umschalter (40) abgeschaltet wird, wenn ein vorbestimmter Betrag an Abweichung zwischen den beiden Signalen vorhanden ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung entweder auf den Strom oder die Spannung an der Heizspule (56) anspricht.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschalter (66) ferner eine Bezugssignal-Kompensationseinrichtung aufweist, die auf die Eingangsspannung des Umformers (30) anspricht, um das Bezugssignal mit der Eingangsspannung des
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    Umformers (30) zu variieren.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssteuerschaltung (68) die Triggerfrequenz des Umschalters (40) derart steuert, daß die Schwingungsfrequenz des Umformers höher als die Resonanzfrequenz der Heizeinheit (52) liegt.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die,Ausgangssteuerschaltung (68) entweder den Strom oder die Spannung an der Heizspule (56) im wesentlichen konstant hält.
  11. 11,. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssteuerschaltung (68) eine Bezugssignal-Kompensationseinrichtung aufweist, die auf den Eingang des statischen Umformers (30) anspricht, um die Bezugsspannung, die dem Vergleicher zugeführt wird, in Abhängigkeit von einer Schwankung des Eingangs an dem Umformer (30) zu variieren.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssteuerschaltung (68) eine Einstell-Einrichtung aufweist, um das Bezugssignal im Betriebszustand nachzustellen.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung einen variablen Spannungsteiler aufweist, der zwischen dem Detektor und dem Vergleicher angeschlossen ist.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Detektor erzeugte Signal entweder den Strom oder die Spannung an der Heizspule (56) darstellt.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinheit (52) eine Parallelschaltung aus mehreren Heizspulen aufweist, und daß das von dem Detektor er-
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    zeugte Signal den Strom in jeder der Heizspulen darstellt (Figur 6 und 9).
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinheit (52) eine Reihenschaltung aus mehreren Heizspulen aufweist, und daß das von dem Detektor erzeugte Signal die Spannung an jeder der Heizspulen darstellt.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzsteuereinrichtung (72) eine Frequenzbegrenzungseinrichtung aufweist, die eine obere und eine untere Grenze für die Triggerfrequenz liefert.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine erste Detektorschaltung (130), um eine Ausgangsspannung prooortioanl zu der Spannung an der Heizspule (56) zu erzeugen, und eine zweite Detektorschaltung (134) aufweist, um eine Ausgangsspannung proportional zu der Eingangsspar.nung des statischen Umformers (30) zu erzeugen, und daß der Vergleicher (136) eine Brückenschaltung ist, die mit der ersten und der zweiten Detektorschaltung (130, 134) verbunden ist, um eine Ausgangsspannung entsprechend der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten Detektorschaltung (130, 134) zu erzeugen.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzbegrenzungseinrichtung einen Abschalter (66) aufweist, der auf die durch die Frequenzsteuereinrichtung (52) vorgegebene Triggerfrequenz anspricht, um den Umschalter (40) abzuschalten, wenn die Triggerfrequenz die obere oder untere Grenze erreicht.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinheit (52) mehrere Reihenschaltungen aus je einei Heizspule(56)und einem Schaltelement (128, 132) aufweist, wobei die Reihenschaltungen parallel zueinander an den Umformer (30)
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    angeschlossen sind.
  21. 21. Vorrichtung nach"Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltungen ferner einen Resonanzkondensator (54) aufweisen.
  22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinheit (52) eine variable Spule (272) aufweist.
  23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Spule (272) parallel zu der Heisspule (56) geschaltet ist.
  24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Spule (272) in Reihe mit der Heizspule
    (56) geschaltet ist.
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SE (1) SE408518B (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2700187A1 (de) * 1976-01-14 1977-07-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Induktionsheizgeraet mit einer vorrichtung zum erfassen des nulldurchgangspunkts einer hochfrequenten schwingung
DE2925308A1 (de) * 1978-06-23 1980-01-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Induktionserwaermungsvorrichtung
US4320273A (en) * 1974-05-17 1982-03-16 Matsushita Electric Industrial Company, Limited Apparatus for heating an electrically conductive cooking utensil by magnetic induction
DE2759701C2 (de) * 1976-01-14 1982-05-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka Induktions-Heizgerät zur induktiven Erhitzung einer magnetischen Last
EP0100441A1 (de) * 1982-07-02 1984-02-15 AEG - Elotherm GmbH Einrichtung zur induktiven Erwärmung eines Werkstückes mittels mehrerer Induktoren

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2836610C2 (de) * 1978-08-22 1984-08-09 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Induktions-Heizgerät für elektrisch leitfähige und wärmeleitfähige Kochgeschirre
US4438311A (en) * 1979-07-05 1984-03-20 Sanyo Electric Co., Ltd. Induction heating cooking apparatus
US4352000A (en) * 1979-08-10 1982-09-28 Sanyo Electric Co., Ltd. Induction heating cooking apparatus
AU529409B2 (en) * 1979-09-17 1983-06-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Inductive heating equipment
JPS58112478A (ja) * 1981-12-24 1983-07-04 Toshiba Corp インバ−タの制御回路
CA1208302A (en) * 1982-08-19 1986-07-22 Yoshio Ogino Induction heating apparatus utilizing output energy for powering switching operation
JPS59149683A (ja) * 1983-01-28 1984-08-27 株式会社東芝 誘導加熱調理器
DE3342889C2 (de) * 1983-11-26 1987-04-23 Aeg-Elotherm Gmbh, 5630 Remscheid Einrichtung zur induktiven Erwärmung von Werkstücken
JPS6154880A (ja) * 1984-08-24 1986-03-19 Toshiba Corp 電源装置
US4686340A (en) * 1985-04-17 1987-08-11 Sanyo Electric Co., Ltd. Induction heating apparatus with unsuitable load detecting circuit
GB2199454B (en) * 1986-11-29 1990-10-03 Toshiba Kk Induction heated cooking apparatus
US5111014A (en) * 1988-06-14 1992-05-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Electromagnetic cooker including load control
JPH027384A (ja) * 1988-06-27 1990-01-11 Toshiba Corp 調理器
SE461626B (sv) 1988-07-06 1990-03-05 Philips Norden Ab Effektmatningskrets i mikrovaagsugn
WO1991019410A1 (en) * 1990-06-05 1991-12-12 Belorussky Politekhnichesky Institut Device for controlling heating temperature of articles in induction heater
US5157594A (en) * 1991-09-16 1992-10-20 Sundstrand Corporation Temperature-based inverter control system
FR2712763B1 (fr) * 1993-11-15 1996-02-02 Moulinex Sa Générateur de courant ondulé à self saturable.
IT1281843B1 (it) * 1995-01-25 1998-03-03 Meneghetti Ampelio & C S N C Dispositivo di controllo particolarmente per fornelli ad induzione multipiastra
US5936599A (en) * 1995-01-27 1999-08-10 Reymond; Welles AC powered light emitting diode array circuits for use in traffic signal displays
US5925278A (en) * 1996-08-23 1999-07-20 Hewlett-Packard Company Universal power supply for multiple loads
CA2358602A1 (en) * 2001-10-09 2003-04-09 Norax Canada Inc. Resonance controlled conductive heating
DE102006041964A1 (de) * 2006-08-25 2008-04-03 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Verfahren und Anordnung zur Leistungsversorgung einer Induktionsheizeinrichtung
EP2112862B1 (de) * 2008-04-25 2013-04-10 Electrolux Home Products Corporation N.V. Verfahren und Anordnung zur dynamischen Wellenformkorrektur
AU2015311645B2 (en) 2014-09-05 2018-07-05 Kenyon International, Inc. Induction cooking appliance
ES2729728A1 (es) * 2018-05-04 2019-11-05 Bsh Electrodomesticos Espana Sa Sistema de transmisión de energía por inducción
JP1718687S (ja) * 2022-02-18 2022-06-30 車載用スピーカー

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3354381A (en) * 1963-01-09 1967-11-21 Raytheon Co D. c. to a. c. inverter circuit
US3398352A (en) * 1964-01-20 1968-08-20 Lorain Prod Corp Apparatus and method for starting, operating and stopping an inverter
US3333179A (en) * 1964-05-12 1967-07-25 Jefferson Electric Co Parallel inverter having higher frequency at start-up
US3461374A (en) * 1965-11-26 1969-08-12 Dielectric Prod Eng Co Converter circuit for regulating voltage by regulation of frequency
US3596165A (en) * 1969-07-24 1971-07-27 Tektronix Inc Converter circuit having a controlled output
US3700933A (en) * 1970-09-28 1972-10-24 Waynco Control circuit
US3790735A (en) * 1971-10-06 1974-02-05 Environment One Corp Inductive heated bake oven
US3733540A (en) * 1972-02-03 1973-05-15 Motorola Inc Switching regulator sweep starting protection circuit
GB1387470A (en) * 1972-04-10 1975-03-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Induction heating equipment
US3806688A (en) * 1972-04-13 1974-04-23 Westinghouse Electric Corp Induction heat cooking apparatus
US3775577A (en) * 1972-04-20 1973-11-27 Environment One Corp Induction cooking apparatus having pan safety control
US3823297A (en) * 1972-10-02 1974-07-09 R Cunningham Load controlled induction heating
US4016390A (en) * 1972-11-15 1977-04-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Induction heating apparatus with protective circuit arrangement
US3886342A (en) * 1973-04-26 1975-05-27 Environment One Corp Induction cooking unit having all pan safe operation, wide range power control and low start-up and shut-down transients
JPS5421983B2 (de) * 1974-02-05 1979-08-03
SE408518B (sv) * 1974-05-17 1979-06-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Induktionsuppvermningsanordning
US3908159A (en) * 1974-06-03 1975-09-23 Quasar Electronics Corp Regulated power supply with start-up and protective circuits
US3925633A (en) * 1974-09-06 1975-12-09 Donald F Partridge Circuit for controlling power flow from a high frequency energy source to a plurality of high frequency loads
US4010342A (en) * 1974-10-29 1977-03-01 Roper Corporation Induction cooking appliance having improved protection circuits

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4320273A (en) * 1974-05-17 1982-03-16 Matsushita Electric Industrial Company, Limited Apparatus for heating an electrically conductive cooking utensil by magnetic induction
DE2700187A1 (de) * 1976-01-14 1977-07-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Induktionsheizgeraet mit einer vorrichtung zum erfassen des nulldurchgangspunkts einer hochfrequenten schwingung
DE2759701C2 (de) * 1976-01-14 1982-05-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka Induktions-Heizgerät zur induktiven Erhitzung einer magnetischen Last
DE2925308A1 (de) * 1978-06-23 1980-01-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Induktionserwaermungsvorrichtung
EP0100441A1 (de) * 1982-07-02 1984-02-15 AEG - Elotherm GmbH Einrichtung zur induktiven Erwärmung eines Werkstückes mittels mehrerer Induktoren

Also Published As

Publication number Publication date
DE2559502A1 (de) 1976-11-25
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FR2271735A1 (de) 1975-12-12
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US4320273A (en) 1982-03-16
GB1472492A (en) 1977-05-04
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SE7505490L (sv) 1975-11-18
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DE2559503A1 (de) 1976-11-25
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DE2559502B2 (de) 1978-07-27
DE2559503B2 (de) 1978-07-27

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