DE2559503A1

DE2559503A1 - Induktions-heizvorrichtung

Info

Publication number: DE2559503A1
Application number: DE19752559503
Authority: DE
Inventors: Mitsuyuki Kiuchi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-05-17
Filing date: 1975-05-16
Publication date: 1976-11-25
Also published as: AU8113975A; NL7505810A; US4320273A; DE2559502B2; DE2521941B2; DE2521941C3; DE2559503C3; SE408518B; FR2271735B1; FR2271735A1; CA1047120A; DE2521941A1; US4275281A; DE2559503B2; GB1472492A; SE7505490L; DE2559502A1

Description

Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd., Kadoma, Osaka (Japan)

Induktions-Heizvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Induktions-Heizvorrichtung mit einer Heizeinheit, die mehrere Heizspulen enthält, und mit einem statischen Umformer, der zwischen die Heizeinheit und eine Wechselstromquelle geschaltet ist, um den zugeführten Wechselstrom in einen Hochfrequenzstrom umzuformen und dadurch in jeder der Heizspulen ein kommutierendes Magnetfeld zu erzeugen, wobei der Umformer einen Umschalter mit einer Steuerelektrode und einen an diese angeschlossenen Triggerimpulsgenerator aufweist, um den Hochfrequenzstrom mit einer der Triggerfrequenz gleichen Frequenz zu kommutieren.

Bei einer Induktions-üeizvorrichtung wird gewöhnlich ein statischer Umformer verwendet, der aus wenigstens einer Heizspule,

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einem Resonanzkondensator und einer Festkörper-Schalteinrichtung aus HaIbleiterelementen besteht. Wenn die Induktions-Heizvorrichtung als Kochgerät verwendet wird und durch eine Last, beispielsweise eine Koch- oder Bratpfanne, die in der Nähe der Heizspule abgesetzt wird, belastet wird, schwankt die von der Schaltung einschließlich der Heizspule erzeugte Impedanz in einem weiten Bereich, je nach dem Material, das die an die Heizspule angekoppelte Last bildet. Dadurch ergeben sicn unerwünscht hohe Schwankungen in der Arbeitsbedingungen der Heizspule und des Umformers und insbesondere bei den halbleiterelementen, die den Umschalter bilden. Wenn die Heizvorrichtung aus einer Vielzahl von Heizspulen besteht, werden die ImpedanζSchwankungen 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.

Aus der DT-OS 2 3o4 411 ist eine Induktionsheizvorrichtung der eingangs genannten Art, jedocn mit nur einer einzigen Heizspule bekannt, die mit einer Schutzeinrichtung gegen überströme ausgerüstet ist. Als eine erste Maßnahme zur Verhinderung von überströmen liegt in der Stromversorgungsleitung für den statischen Umformer ein Widerstand, an dem eine dem. fließenden Strom proportionale Spannung abfällt, übersteigt diese Spannung einen bestimmten Wert, dann wird der Umschalter mit Hilfe von zwei Thyristoren außer Betrieb gesetzt. Auf diese Weise kann ein Überstrom nicht nur in der Heizspule, sondern auch in dem statischen Umformer verhindert werden. Als eine weitere Schutzmaßnahme ist bei der bekannten Vorrichtung ein Vergleich der Frequenz der vom Umformer erzeugten Spannung mit einer Bezugsfrequenz vorgesehen. Eine ungeeignete, zu einem Überstrom in der Heizspule führende Last bewirkt eine Verringerung der Induktivität der Heizspule und' damit eine Erhöhung der hiervon abhängenden Frequenz der Umformerspannung, überschreitet die Frequenz einen bestimmten Bezugswert, der einer zu hohen Belastung der Heizspule entspricht,

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dann wird der Umformer abgeschaltet. Beide Schutzmaßnahmen gegen Überströme bei der bekannten Induktions-Heizvorrichtung sind in ihrer Anwendung jedoch auf Heizeinheiten mit einer einzigen Heizspule beschränkt. Der erwähnte Widerstand beispielsweise müßte so ausgelegt sein, daß beispielsweise im Fall von mehreren Heizspulen ein maximaler Gesamtstrom fließen kann, wenn alle Heizspulen maximal belastet sind. Entgegen den Erfordernissen würde dies wiederum jedoch ein Abschalten des Umformers verhindern, wenn dieser maximale Strom lediglich von einer einzigen der mehreren Heizspulen verursacht wird. In ähnlicher Weise enthält die Frequenz des Umformerstroms im Fall von mehreren Heizspulen keine Aussage darüber, ob eine der Heizspulen überlastet ist oder nicht.

Aus der DT-OS 2 317 '565 ist eine Induktions-Heizvorrichtung bekannt, bei der die einzige Heizspule durchfließende Laststrom mit Hilfe eines künstlichen Lastkreises ermittelt wird. Der ermittelte Laststrom wird nach Umformung in eine entsprechende Spannung mit einem Bezugswert verglichen und als Regelsignal für die Höhe des der Heizspule zugeführten Stroms verwendet. Dabei wird ein Überlaststrom also mit Hilfe eines Regelkreises vermieden. Auch diese, bekannte Anordnung ist jedoch nur in Verbindung mit einer einzigen Heizspule verwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Induktions-Heizvorrichtung der eingangs genannten Art mit mehreren Heizspulen so auszugestalten, daß mit einfachen Mitteln ein überstrom durch die Heizspulen verhindert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Lösung der Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß alle Heizspulen von mehreren Heizspulen in einer Heizeinheit gesondert auf einen überstrom überwacht werden und ein überstrom

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in einer der Heizspulen bereits zum Abschalten des Umformers führt. Diese Überwachung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Strom jeder einzelnen Heizspule ermittelt wird und der Umformer abgeschaltet wird, wenn einer dieser Ströme einen Maximalwert überschreitet. Alternativ kann die Spannung über den einzelnen Heizspulen festgestellt und mit einem Bezugswert verglichen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beiliegenden Zeicnnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, teilweise in Blockform, einer allgemeinen Anordnung der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorriahtung,

Fig. 2a und 2b verschiedene Ausführungsformen der Heizeinheit der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 3a, 3b und 3c graphische Darstellungen von Beispielen für die Trigger-Impulse (Fig. 3a), die an den Halbleiter-Umschalter in dem Umformer der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung angelegt werden, den Strom (Fig. 3b), der durch den Umschalter fließt, wenn die Triggerimpulse von Fig. 3a auftreten, und die Spannung (Fig. 3c), die über dem Umschalter aufgebaut wird, wenn der in Fig. 3b gezeigte Strom durch ihn hindurchfließt,

Fig. 4 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Widerstand der Heizspule und der Abschaltzeit des Umschalters bei verschiedenen Schwingungsfrequenzen des statischen Umformers der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wiedergibt,

Fig. 5 ein zum Teil in Blockform dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung,

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Fig. 6 eine graphische Darstellung von Beispielen für die Wellenform des Stromes (Kurve a), der in der Heizspule der in Fig. 5 gezeigten Induktions-Heiζvorrichtung fließt, der Signalspannung (Kurve b), die in der in der Schaltung von Fig. 5 gezeigten Steuerschaltung erzeugt wird und eines Ausgangssignals (Kurve c) der Steuerschaltung,

Fig. 7 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom und der Ausgangsspannung des hier gezeigten statischen Umformers darstellt, und

Fig. 8 eine schematische Darstellung, die ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung wiedergibt.

Figur 1 zeigt die grundlegende Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung. Die Induktions-Heizvorrichtung weist einen statischen Umformer 3o mit einer Gleichrichtereinheit 32 auf, die an eine Wechselstromquelle 34 angeschlossen ist und einen positiven und einen negativen Ausgangsanschluß 36 bzw. 36* hat. Die Gleichrichtereinheit 32 ist ein Vollwellenbrückengleichrichter, der aud den Dioden 32a, 32b, 32c und 32d besteht, die in einer diametralen Brücke zwischen den positiven und negativen Anschlüssen 36 und 36' angeschlossen sind. Zwischen den Anschlüssen 36 una 36' ist eine Reihenschaltung aus einer den Strom begrenzenden Spule 38 und einem Halbleiterumschalter 4o angeschlossen, der aus einer Parallelschaltung eines Thyristors 42 und einer Dioda 44 besteht, die gegensinnig gepolt sind, über dem Umschalter 4o, der auf diese Weise aus dem Thyristor 42 und der Diode 44 aufgebaut ist, ist eine Reihenschaltung aus einer kommutierenden Spule 46 und einem kommutierenden Kondensator 48 angeschlossen, die einen Schwingkreis bilden. Der Thyristor 42 und die Diode 44 sind daher mit ihren entsprechenden Anoden- und Kathodenanschlüssen parallel durch die Strombegrenzerspule 38 mit dem

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positiven Ausgangsanschluß 3ό der Gleichrichtereinheit 32 und durch die kommutierende S^uIe 4b 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 4ο verbunden.

Der auf diese Weise gebildete statische Umformer 3o hat einen positiven und einen negativen Ausgangsanschluß 5o bzw. 5o' und ist mit einer Induktions-Heizeinheit 52 verbunden, die aus einer Parallelschaltung von Heizspulen 56a, 56b, ...56n bestehen kann, die jeweils in Reihe mit Filterkondensatoren 54a, 54b, . . . 54n geschaltet sind, wie in der in Fig. 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. Jede der Heizspulen 54a, 54b, ...54n ist in Spiralform angeordnet. Beim Gebrauch der Heizvorrichtung als Kochgerät wird eine Kochoder Bratpfanne 58 aus elektrisch leitendem und magnetischem Material in die Nähe einer Heizspule gebracht.

Die Induktions-Heizvorrichtung weist ferner eine Steuereinheit 6o mit einem Triggerimpulsgenerator 62 und einem Abschalter 66 auf. Der erste Ausgangsanschluß 62a des Triggerimpulsgenerators ist mit dem Gate-Anschluß 42a des genannten Thyristors 42 verbunden, während sein zweiter Ausgangsanschluß 62b mit der Kathode des Thyristors 42 bzw. der Anode der Diode 44 verbunden ist.

Im Betrieb wird die von der Vollwellengleichrichtereinheit 32 gelieferte Spannung an den Thyristor 42 abgegeben, der folglich leitfähig gemacht wird, wenn ein Triggerimpuls von dem Triggerimpulsgenerator 62 geliefert wird. Wenn der Thyristor 42 auf diese Weise getriggert wird, wird die Spannung über den Thyristor 42 auf ein Niveau im wesentlichen gleich Null reduziert, so daß

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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 4o fließt, der aus dem Thyristor 42 und der Diode 44 besteht. Durch den auf diese Weise erzeugten Wechselstrom wird über dem Kondensator 4C eine Spannung erzeugt, deren Frequenz gleich der Frequenz ist, mit der der Thyristor 42 getriggert wird. Ein Resonanzstrom mit einer Resonanzfrequenz, die durch die Kapazität des Filterkondensators 54 und die Induktivität der Heizspule 56 bestimmt ist, fließt daher durch die Heizspulen 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 Thyristor 42 wird durch die Triggerimpulse von dem Triggerimpulsgenerator 62 der Steuereinheit 6o zyklisch eingeschaltet tind durch den Wechselstrom ausgeschaltet, der durch die Reihenschaltung der Spule 46 und des Kondensators 48 erzeugt wird. In diesem Fall bilden die Spule 46 und der Kondensator 48 einen Schwingkreis und sind so gewählt, daß sie eine Resonanzfrequenz fr erzeugen, die etwa doppelt so groß wie die Frequenz f. ist, mit der der Thyristor 42 von dem Triggerimpulsgenerator 62 getriggert wird. Figur 3a zeigt einen Impulszug, der an dem Gateanschluß 42a des Thyristors 42 ansteht, während Figur 3b die Wellenform des Stromes zeigt, der durch den Umschalter 4o fließt, welcher aus dem Thyristor 42 und der Diode 44 besteht. Figur 3c zeigt die Wellenform der Spannung, die über dem Umschalter 4o aufgebaut wird, wenn der Thyristor 42, durch die in Figur 3a gezeigten Impulse getriggert wird. Der Strom, der in Vorwärtsrichtung durch den Umschalter 4o fließt und durch Ir in Figur 3b dargestellt ist, fließt durch den Thyristor 42, und der Strom, der in Rückwärtsrichtung durch den Umschalter 4o

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fließt und durch Id dargestellt ist, fließt durch die T>\oc\e 44. Die Dauer t , während der der Strom Id durch die Diode 44 fließt, wird hier als Abschaltzeit des Umschalters 4o bezeichnet. Wenn die Abschaltzeit t des Umschalters 4o kürzer als die Abschalt-

zeit des Thyristors ist, wird der Strom durch den Umschalter 4o 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 Induktivität und des Widerstandes der Spule besteht. Wenn die Resonanzfrequenz f , die durch die Reihenschaltung der 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 Thyristors 42, nähert, wird die genannte Abschaltzeit des Umschalters 4o umso kürzer, umso kleiner die Induktivität der Heizspule 56 wird.

Figur 4 zeigt die allgemeine Beziehung zwischen dem Widerstand der Heizspule 56 und der Abschaltzeit t des Umschalters 4o für verschiedene Schwingungsfrequenzen f , die in der Reihenfolge der Kurven a,.b und c kleiner werden, wobei die Induktivität der Heizspule 56 als unveränderlich angenommen wird.

Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Induktionsheizvorrichtung, bei dem der obengenannte Abschalter 66, der zu der Steuereinheit 60 gehört, so angeordnet ist, daß er den Umformer 30 bei Messung eines Überstromes in der Heizeinheit 52 abschaltet, 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 3O parallel geschaltet sind. Der Abschalter 66 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 Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d verbunden sind, und einer Wicklung auf dem

Magnetkern, um einen Strom proportional zu dem durch die zügeln hörige Heizspule fließenden Strom zu erzeugen. Die Wicklungen der

einzelnen Stromdetektoren 74a, 74b, 74c und 74d sind parallel zu

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Widerständen 7 6a, 7 6b, 76c bzw. 7 6d 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 7 6a, 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, 80b, 80c und 80d 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 80d ist ferner mit einem Ende von je einem der Widerstände 76a, 76b, 76c und 76d der Stromdetektoren 74a, 74b, 74c und 74d respektive verbunden. Die zweiten Dioden 80a, 80b, 80c und 80d 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 76d 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 86 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 96 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 vorbestimmtes Bezugspotential Er, das durch die Widerstände 94, 96 und 98 vorgegeben ist, wird daher an den zweiten Eingangsanschluß 90b des Funktionsverstärkers 90 angelegt, wobei das Bezugspotential Er zwischen einem verhältnismäßig hohen Niveau E₁ 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, 76b, 76c und 76d erzeugt.

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 7 6a 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 76a 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 8 6 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 86 und des Widerstands 88 besteht. Dieses Ausgangs signal wird auf den ersten Eingangsanschluß_i 90a des Funktionsverstärkers 90 gegeben. Ein Beispiel für dieWellenform des Potentials Es, das an dem ersten Eingangsanschlpß 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 6 dargestellt ist. Daher ist das Potential Es, das an den ersten Eingangsanschluß 90a des Funktionsverstärkers 90 angelegt wird, geringer als das oben erwähnte Anfangsniveau E-, 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 S^ in der Kurve c von Figur 7 dargestellt ist. Unter diesen Bedingungen kann der Triggerimpulsgenerator 62 den Thyristor 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 5 nicht gezeigt), die beheizt werden soll, belastet wird, wird der durch die Heizspule 56a fließende Strom größer, wie bei Ib in der Kurve a von Figur 6 dargestellt, ist, so daß das an dem ersten Eingangsanschluß 90a des Funktionsverstärkers 90 erzeugte Potential ansteigt und das genannte Niveau E- 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 6 dargestellt ist, so daß der Triggerimpulsgenerator 62 an den Thyristor 42 des Umschalters 40 (Figur 1yföriqqerimpulse mehr abgibt und dadurch den Umformer 30 abschaltet. Wenn ein Potential gleich Null an dem Ausgangsanschluß des Funktxonsverstärkers ansteht, wird der Widerstand 98 der positiven Rückkopplung in einem Zustand gehalten, bei dem er parallel zu dem Spannungsteilerwiderstand 96 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 E₂ des Bezugspotentiales Er erreicht, gibt der Funktionsverstärker 90 ein Äusgangssignal 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 Thyristor 42 des Umschalters 40 (Figur 1) unter Normalbedingüngen 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 E₁ des Bezugspotentials Er

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ist, wird der Umformer 30 abgeschaltet, bis das Potential Es, das an dem ersten Eingangsanschluß 90a des Verstärkers 90 erzeugt wird, auf das Niveau E₂ abgefallen ist. Die Zeitdauer, während der der Umformer 30 unwirksam bleibt, wird durch die Zeitdauer T des logischen "0"-Signales vorgegeben und entspricht daher der Zeitdauer, während der sich der Zeitbegrenzerkondensator 8 6 entladen kann. Die Zeitdauer T kann durch variieren der Niveaus E₁ und E„ des Bezugspotentials Er eingestellt werden, das an den zweiten Eingangsanschluß 90b des Funktxonsverstärkers 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 86 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 E₁ 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.

Figur¹7 zeigt Kurven, die die-Spannung V und den strom I darstellen, die durch den Umformer 30 erzeugt werden, wenn das Verhätlnis f_r/f_Q 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_Q ändern. Dies bedeutet, daß der in der Heizeinheit 52 fließende überstrom dadurch gemessen werden kann, ^aß man die Spannung über der Heizeinheit 52 mißt. Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Induktionsheizvorrichtung, bei der der Abschalter 66 so aufgebaut ist, daß dieses Arbeitsprinzip verwirklicht wird.

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Gemäß Fig, 8 weist der Abschalter 66 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 E- 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 Thyristor 42 des

Umschalters 40 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 Eingarigsanschluß 3 6 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 is.t.

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Claims

Patentansprüche

1. Induktions-Heizvorrichtung mit einer Heizeinheit, die mehrere Heizspulen enthält, und mit einem statischen Umformer, der zwischen die Heizeinheit und eine Wechselstromquelle geschaltet ist, um den zugeführten Wechselstrom in einen Hochfrequenzstrom umzuformen und dadurch in jeder der Heizspulen ein kommutierendes Magnetfeld zu erzeugen, wobei der Umformer einen Umschalter mit einer Steuerelektrode und einen an diese angeschlossenen Triggerimpulsgenerator aufweist, um den Hochfrequenzstrom mit einer der .Triggerfrequenz gleichen Frequenz zu komrautieren, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen die Heizeinheit (52) und den Umschalter (4o) eine Steuereinrichtung geschaltet ist, daß die Steuereinrichtung eine Detektoreinrichtung (74a, 74b, ...; 1oo) umfaßt, die die Höhe der der Heizeinheit vom Umformer gelieferten elektrischen Energie erfaßt und ein der erfaßten Höhe entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, daß die Steuereinrichtung einen Vergleicher (86, 88; 1o2) umfaßt, der das Ausgangssignal der Detektoreinrichtung mit einem Bezugssignal vergleicht,welches einem bestimmten Bereich der Höhe der elektrischen Energie entspricht, und daß die Steuereinrichtung einen Steuersignalgenerator (9o; 1o6) umfaßt, der zwischen den Vergleicher und den Triggerimpulsgenerator (62) geschaltet ist, und die Lieferung von Triggerimpulsen an den Umschalter abschaltet, wenn zwischen den beiden EingangsSignalen des Vergleichers eine bestimmte Abweicnung vorhanden ist.

2. Induktions-Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch geken.nnzeichnet , daß die Detektoreinrichtung (74a, 74b, ...) den Strom erfaßt, der durch jede der Heizspulen (56a, 56b, ...) fließt.

609848/0566

3. Induktions-Heizvorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Detektoreinrichtung (1oo) die Spannung über jeder der Heizspulen (56a,56b, ...) ermittelt.

4. Induktions-Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung eine Bezugssignalkompensationsschaltung besitzt, die auf Änderungen der Eingangsspannung des statischen Umformers (3o) anspricht, und das Bezugssignal entsprechend diesen Änderungen

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variiert.

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