DE2559519B2 - Vorrichtung zur Überwachung der Belastung eines Induktionskochgerätes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Belastung eines Induktionskochgerätes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist in der älteren deutschen Patentanmeldung entsprechend der DE-OS 59 503 vorgeschlagen worden. Beim Gegenstand dieser älteren Anmeldung soll ein Überstrom durch die Induktionsspulen verhindert werden, ein Strom also, der größer als der bei normalem Betrieb auftretende Strom ist. Falls in einer der Heizspulen ein solcher Überstrom auftritt, wird der Wechselrichter des Wechselstromumrichters und damit die Erregung aller Induktionsspulen abgeschaltet.

Aus der DE-OS 23 17 565 ist ein Induktionsheizgerät bekannt, bei dem eine einzige Induktionsspule Teil eines Reihenschwingkreises ist, welcher von einem aus der Resonanzfrequenz dieses Reihenschwingkreises selbsterregten Oszillator gespeist wird. Der Oszillator seinerseits wird an einer steuerbaren Gleichspannungsquelle betrieben. An den Oszillator ist außerdem ein künstlicher Lastkreis angeschlossen, der im Fall einer unbelasteten Induktionsspule eine Mindestdämpfung des Reihenschwingkreises bewirken soll. Die Ausgangsgleichspannung der steuerbaren Gleichspannungsquelle und infolgedessen die Ausgangsleistung des Oszillators werden mit Hilfe eines Regelkreises in Abhängigkeit eines Referenz- und eines Rückkopplungssignals geregelt Das Rückkopplungssignal wird mit Hilfe eines Stromwandlers gewonnen, dessen Primärwicklung in den künstlichen Lastkreis eingeschaltet ist Das Rückkopplungssignal ist daher dem Strom im künstlichen Lastkreis proportional. Aufgrund der besonderen

is Anschaltung des künstlichen Lastkreises ist dessen Strom zugleich dem Gesamtlaststrom des Oszillators proportional. In einem Vergleicher des Regelkreises werden der Wert des Ausgangssignals vom Stromwandler und ein einstellbarer Referenzwert miteinander verglichen. Das Ausgangssignal des Vergleichers beeinflußt die Spannungshöhe der steuerbaren Gleichspannungsquelle so lange, bis der Wert des Rückkopplungssignals und der Referenzwert gleich groß sind.
Aus der US-PS 37 70 928 ist ein Induktions-Heizgerät bekannt, bei dem ein die Induktionsspule enthaltender Reihenschwingkreis in Reihe mit der Antiparallelschaltung aus einem Thyristor und einer Diode an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist Der Thyristor wird von den Impulsen eines Impulsgenerators periodisch gezündet, so daß sich im Reihenschwingkreis ein oszillierender Strom ergibt und die Induktionsspule ein magnetisches Wechselfeld aufbaut Die Frequenz der Impulse vom impulsgenerator liegt dabei in der Nähe der Resonanzfrequenz des Reihenschwingkreises.

Wenn die Induktionsspule nicht durch magnetische Kopplung mit einem zu erhitzenden Kochgeschirr gekoppelt ist der Reihenschwingkreis also eine rslativ hohe Güte hat, dann stellt er für Ströme seiner Resonanzfrequenz einen verschwindend geringen Widerstand dar, der zu einer Beschädigung von Thyristor und Diode führen kann. Bei diesem bekannten Induktionsheizgerät ist daher ein sogenannter Lastdetektor vorgesehen, der im Fall fehlender Belastung der Induktionsspule, d. h. im Leerlauffall, die Frequenz des Impulsgenerators merklich in den hörbaren Frequenzbereich hinein verringert. Dadurch wird zum einen verhindert daß der Reihenschwingkreis im Leerlauf in seiner Resonanzfrequenz betrieben wird, zum anderen ist wegen des hörbaren Frequenzbereichs ein Warnungston vernehmbar.

Bei beiden bekannten Induktionsheizgeräten kann der Fall auftreten, daß versehentlich ein Löffel, eine Gabel, ein Küchenmesser oder dergleichen über die Induktionsspule des Induktionsheizgeräts gelegt wird.

Diese, in der Regel ferromagnetisches Material enthaltenden kleinen Gegenstände werden in gleicher Weise wie zu erhitzendes Kochgeschirr durch Wirbelstrom und ggfs. Hysteresisverluste erhitzt. Wenn solche Gegenstände dann wieder in die Hand genommen werden, können Verbrennungen an der Hand auftreten. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Induktions-Heizgerät der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine Erhitzung der genannten kleinen, versehentlich über der Heizspule abgelegten Gegenstände und die damit verbundene Verletzungsgefahr unmöglich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kcnnzeichcntcils des Patentanspruchs 1

gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die erfindungsgemäße Lösung baut auf der Erkenntnis auf, daß im Falle einer Belastung einer Induktionsspule mit Gegenständen der hier in Frage kommenden Art wie Löffel, Gabeln, Messer und dergleichen in der Induktionsspule ein Laststrom fließt, der innerhalb eines gewissen Bereichs liegt Dieser Bereich ist nach oben begrenzt durch den Laststrom, der sich bei Erhitzung des kleinsten in Frage kommenden Kochgeschirrs ergibt Da bei mehreren räumlich in einer Kochebene nebeneinander angeordneten Induktionsspulen die Last, d. h. also ein Kochgeschirr, über einer Induktionsspule zwangsläufig auch eine geringe magnetische Kopplung zur benachbarten Induktionsspule haben wird, ist der Strombereich nach unten durch den Laststrom in einer Induktionsspule begrenzt, der sich ergibt wenn eine benachbarte Induktionsspule mit einem Kochgeschirr belastet ist. Die Erfindung ermöglicht es auf einfache Weise, die Erhitzung kleiner Gegenstände, die an sich nicht erhitzt werden sollen, aber versehentlich über eine Induktionsspule gelegt wurden, automatisch -.u verhindern, ohne daß die Funktion des Induktions-Heizgerätes ansonsten beeinträchtigt würde.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert die ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform eines Induktionskochgeräts mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt

Beim dargestellten Induktionskochgerät ist an eine Gleichstromversorgungsschaltung 10 und einen Leistungswechselrichter 12 eine Induktionseinheit 14a angeschlossen.

Die Gleichstromversorgungsschaltung 10 besitzt einen Brücken-Vollweggleichrichter 16 mit einem positiven Ausgangsanschluß 18 und einem negativen Ausgangsanschluß 18', der über einen handbetätigten, normalerweise geöffneten Schalter 22 an eine Wechselstromquelle 20 angeschlossen ist Der Leistungswechselrichter 12 ist mit seinen Eingangsanschlüssen an die Ausgangsanschlüsse 18 und 18' der Gleichstromversorgungsschaltung 10 angeschlossen. Parallel zu den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters 12 liegt eine Reihenschaltung aus einer Filterspule 24 und einem Halbleiterschalter 26. Der Halbleiterschalter 26 besteht aus der A:jtiparalle!schaltung eines steuerbaren Siliciumgleichrichters oder Thyristors 28 und einer Diode 30. Die Steuerelektrode des Thyristors 28 ist an einen Impulsgenerator 32 angeschlossen, der ultraschallfrequente Impulse zum Zünden des Thyristors liefert. Parallel zu dem Halbleiterschalter 26 ist als Kommutierungsschal'ung ein Reihen^chwingkreis, bestehend aus einer Spule 34 und einem Kondensator 36 geschaltet. Die beiden Anschlüsse des Kondensators 36 sind mit den Ausgangsanschlüssen 19 und 19' des Wechselrichters 12 verbunden.

Wenn der Netzschalter 22 von einer Bedienungsperson von Hand geschlossen wird, liefert der Gleichrichter 16 an die Ausgangsanschlüsse 18 und 18' eine Gleichspannung. Dadurch lädt sich der Kondensator 36 über die Filterspule 24 und die Spule 34 auf. Wenn dann der Thyristor 28 von einem Impuls des Impulsgenerators 32 gezündet wird, kann sich der Kondensator 36 über die Spule 34 und den durchgeschalteten Thyristor 28 entladen. Wenn sich bei dieser Entladung der Strom durch den Reihenschwingkreis umkehrt, wird die Diode 30 leitend, so daß über ir- parallel zum Thyristor 28 ein Spannungsabfall auftritt der den Thyristor in den Sperrzustand versetzt Auf diese Weise kann an den Ausgangsanschlüssen des Wechselrichters 12 ein hochfrequenter Strom zur Speisung der Induktionseinheit 14a abgenommen werden, da der Thyristor 28 von den hnpulsen des Impulsgenerators 32 periodisch gezündet wird.

Die Induktionseinheit 14a enthält eine erste Reihenschaltung aus einem Filterkondensator 38 und einer Induktionsspule 40 sowie eine zweite Reihenschaltung

ίο aus einem Filterkondensator 38' und einer Induktionsspule 40'. Die beiden Reihenschaltungen aus Filterkondensatoren 38 und 38' und Induktionsspulen 46 und 40' sind über Schalter 82 bzw. 82' parallel an die Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters 12 angeschlossen. Ferner Hegt zwischen den jeweiligen Verbindungspunkten von Filterkondensator 38 und Induktionsspule 40 bzw. Filterkondensator 38' und Induktionsspule 40' eine Reihenschaltung aus zwei Schaltern 84 und 84'. Die der Induktionsspule 40 zugeordneten Schalter 82 und 84 sind mittels einer mechanischen oder magnetischen Kopplung 86 mit einer Betätigungseinrichtung 90 verbunden. Die anderen der Induktionsspule 40' zugeordneten Schalter 82' und 84' sind auf gleiche Weise über eine mechanische oder magnetische Kopplung 88 mit der Betätigungseinrichtung 90 verbunden. Jeder Induktionsspule 40, 40' ist ein Stromwandler 74 bzw. 74' und ein diesem nachgeschalteter Vergleicher 76 bzw. 76' nachgeordnet Die Ausgänge der Vergleicher 76 und 76' sind über jeweilige Zeitglieder 92, 92' mit jeweiligen Eingängen der Betätigungseinrichtung 90 verbunden.

Jedes der Zeitglieder 92 und 92' enthält beispielsweise eine (nicht dargestellte) integrierte Schaltung und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn an ihm eine bestimmte Zeitdauer ein Eingangssignal anliegt Das von den Zeitgliedern 92 bzw. 92' ausgegebene Ausgangssignal wird der Betätigungseinrichtung 90 zugeführt, die daraufhin das öffnen der Schalter 82 und 84 bzw. 82' und 84' bewirkt Als Folge davon wird die Induktionsspule 40 oder die Induktionsspule 40' abgeschaltet, wenn sie über einen vom jeweiligen Zeitglied 92,92' festgelegten Zeitraum mit einer relativ kleinen, nicht zu erhitzenden, magnetischen Last belaste! wird. Wenn einer der Vergleicher 76 oder 76' nur kurzzeitig ein Ausgangssignal abgibt, weil eine größere magnetische Last relativ zu der jeweiligen Induktionsspule 40, 40' bewegt wurde, dann führt dies nicht zu einem Ausgangssignal des jeweiligen Zeitglieds und daher auch nicht zum Abschalten der Induktionsso spule.

Wenn eine der Induktionsspulen 40, 40' über längere Zeit min einer relativ kleinen, nicht zu erhitzenden La^t belastet wird, dann werden die Schalter 82,84 bzw. 82', 84' der zugehörigen Induktionsspule geöffnet. In diesem Zustand ist einer der Schalter 84 oder 84' geöffnei, so daß die angeschaltete Induktionsspule über den ihr zugeordneten Filterkondensator 38 oder 38' an den Wechselrichter 12 angeschlossen ist. Wenn jedoch beide Induktionsspulen f) und 40' gleichzeitig angeschaltet sind und beide Schalter 84 und 84' geschlossen sind, dann sind die Induktionsspulen 40, 40' parallel über die Filterkondensatoren 38, 38' an den Wechselrichter 12 angeschlossen. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß eine der Induktionsspulen 40 oder 40' stärker belastet wird, wenn die andere ausgeschaltet ist Die Schalter 84 und 84' können entfallen, wenn eine derartige Mehrbelastung nicht in Betracht gezogen werden muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Überwachung der Belastung eines Induktionskochgerätes, das eine Induktionseinheit mit mehreren Induktionsspulen enthält und einen Wechseistromumrichter aufweist, der zwischen die Induktionseinheit und eine niederfrequente Wechselstromquelle geschaltet ist, um den zugeführten Wechselstrom in einen Hochfrequenzstrom umzuformen und dadurch in jeder der in einem Hochfrequenzschwingkreis liegenden Induktionsspulen ein hochfrequentes Magnetfeld zu erzeugen, bei der jeder Induktionsspule eine Strommeßeinrichtung zugeordnet ist, die ein der Höhe des die Induktionsspule durchfließenden Stroms proportionales Signal abgibt, das in einem jeweiligen Vergleicher mit einem Bezugssignal vergleichbar ist, und bei der dem Vergleicher eine Betätigungseinrichtung nachgeschaltet ist, durch welche die Erregung der Induktionsspule abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (76, 76') das Signal der zugehörigen Strommeßeinrichtung (74,74') mit einem ersten und einem zweiten Bezugssignal entsprechend einem unteren und einem oberen Grenzwert des Stromes vergleicht und daß jeder ^vergleicher über ein gesondertes Zeitglied (92, 92') mit der Betätigungseinrichtung (90) verbunden ist, durch die jeweils ein mit der zugehörigen Induktionsspule (40, 40') in Reihe liegender Schalter (82, 82') ausschaltbar ist, wenn das Signal der zugehörigen Strommeßrichtung länger als eine vom zugehörigen Zeitglied vorgegebene Zeitspanne innerhalb des durch die Bezugssignale vorgegebenen Bereiches lic.L

2. Induktionskochgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommeßeinrichtung (74, 74') Stromwandler sind, deren jeweilige Primärwicklung in Reihe mit der jeweiligen Induktionsspule (40, 40') liegt.

3. Induktionskochgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Schalter (82, 82') eine gesonderte Speicher- oder Selbsthalteeinrichtung zugeordnet ist, die eine einmal erfolgte Betätigung des zugehörigen Schalters zum Abschalten einer Induktionsspule (40, 40') unabhängig vom Signal der Meßeinrichtung eine bestimmte Zeit aufrecht erhält.