DE2603630A1 - Spannungswandler fuer ein induktionsheizgeraet und induktionsheizgeraet mit einem solchen spannungswandler - Google Patents

Spannungswandler fuer ein induktionsheizgeraet und induktionsheizgeraet mit einem solchen spannungswandler

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DE2603630A1
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capacitor
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inductance
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Georges Antier
Alain Theodet
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TOCCO STEL
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Description

PAi EH ΓΛΗννΛΐι £
DiETRiCH LiVv."!.SKY
Kh:N; R ΡΡ·,:ϊ:>ΟΊ 30.1.1976
JA υ N C ii E Ii 2 1 8791-IV/He
GOTTl-iAHOSTR.81
TOCCO-STEL, Bid. Haussmann 173 s F-75OO8 Paris (Frankreich)
"Spannungswandler für ein Induktionsheizgerät und Induktionsheizgerät mit einem solchen Spannungswandler"
Priorität vom 17· Juni 1975 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 75 18 963
Die Erfindung betrifft ein Induktionsheizgerät mit einem Spannungswandler als Energiequelle, der eine durch Gleichrichtung der Netzwechselspannung erhaltene Gleichspannung in eine Wechselspannung hoher Frequenz (einige 10 kHz) umwandelt. Bei Verwendung solcher, üblicherweise mit Thyristoren ausgestatteten Spannungswandler in Geräten für die induktive Erwärmung liegen die Frequenzen, die der Spannungswandler liefern soll, im Ultraschallgebiet (zwischen 20 und 40 kHz) und werden auch als industrielle Hochfrequenzen bezeichnet.
Die auch als statische Wechselrichter bezeichneten Spannungswandler von Induktionsheizgeräten, die an die Induktionsspule hochfrequente Energie abgeben, werden im allgemeinen aus dem Wechselspannungsnetz gespeist; diese Wechselspannungsenergie wird über eine Diodenbrücke gleichgerichtet und derart gefiltert, daß der Spannungswandler die gewünschte Gleichspannungsenergie erhält. Der Spannungswandler umfaßt meist einen Schwing
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O&KMNAL
kreis, der die hochfrequente Energie erzeugt, deren Frequenz die Eigenfrequenz des Schwingkreises ist, sowie einen in zwei Richtungen leitenden, gesteuerten Schalter, bestehend aus einem Thyristor und einer Diode, die gegensinnig parallel geschaltet sind. Die Zündung des Thyristors durch Anlegen eines geeigneten Impulses an seine Steuerelektrode bewirkt das Schließen des Schalters und demzufolge das Schwingen des Schwingkreises und die Lieferung einer hochfrequenten Energieperiode. Der Thyristor leitet dabei während der ersten Halbwelle und die Diode während der zweiten Halbwelle.
Erhebliche Probleme ergeben sich, wenn hohe Leistungen mit einem Spannungswandler kleinen Volumens erzeugt werden sollen, der transportabel und für verschiedene Zwecke einsetzbar ist. Die in einem solchen Spannungswandler verwendeten Thyristoren sperren theoretisch, sobald der sie durchfließende Strom äu Null wird, was bei den hier in Rede stehenden Spannungswandlern am Ende der ersten Halbwelle der Schwingung des durch den Schalter geschlossenen Schwingkreises eintritt. Diese Sperrung erfolgt jedoch nicht augenblicklich und tritt tatsächlich nach einer sogenannten Preiwerdezeit (nach der englischen Bezeichnung "turn-off time" mit "TOT" bezeichnet) ein. Es liegt auf der Hand, daß dieser Thyristor zunächst korrekt sperren muß (d.h., daß die Restträger im Bereich seines mittleren Halbleiterüberganges verschwunden sein müssen), damit der Thyristor mit einer hohen Vorspannung zwischen seiner Anode und seiner Kathode beaufschlagt werden kann, ohne spontan leitend zu werden und damit er nachfolgend wieder gezündet werden kann und die Abgabe einer neuen hochfrequenten Energieperiode durch den Schwingkreis auslösen kann. Es ist folglich erforderlich, daß die Zeit, während derer die Diode des Schalters leitet, größer als diese Preiwerdezeit des Thyristors ist. Die der zweiten Halbwelle der in dem Schwingkreis erzeugten hochfrequenten Energie entsprechende Zeit, in der
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die Diode leitet, muß folglich größer als die FreiwerdezeIt des Thyristors sein. Es 1st demzufolge nicht möglich, die Eigenfrequenz des Schwingkreises nach Belieben zu steigern, ebensowenig, wie die Wiederholfrequenz der Zündung des Thyristors, die eine Steigerung der von dem Spannungswandler gelieferten hochfrequenten Leistung ermöglichen würde.
Somit muß die in dem Kondensator des Schwingkreises gespeicherte Energie (1/2 CU ) gesteigert werden, ohne mit dieser Maßnahme die Kapazität C des Kondensators zu erhöhen, da sie in Verbindung mit der Induktivität L die Schwingfrequenz festlegt. Bei einem Spannungswandler dieser Art wird der Kondensator der Schwingschaltung während der Öffnungsperioden des Schalters über eine Lstinduktivität geladen, um ihm eine Spitzenspannung zu liefern, die etwas kleiner als das Doppelte des Spitzenwertes der Netzspannung (etwa 600 V) ist, was an den Anschlüssen des Schwingkreises bei geschlossenem Schalter eine doppelt so hohe Spannung von Spitze zu Spitze ergibt (etwa 1200 V).
Die Steigerung der Spannung erlaubt einerseits die Erhöhung der von dem Spannungswandler gelieferten, hochfrequenten Leistung und andererseits die Verwendung eines Kabels nicht unbeträchtlicher Länge, um die Energie der Verwendungsstelle zuzuführen, was die Vielfalt der möglichen Anwendungen eines solchen Induktionsheizgerätes steigert. Diese Erhöhung der Speisespannung führt jedoch zu einigen Schwierigkeiten, von denen die eine durch Überschwinger der die Gleichspannungsquelle mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Schwingkreis und dem Schalter verbindenden Lastinduktivität hervorgerufen wird, welche tiberschwinger entstehen, wenn der Schalter .am Ende einer Resonanzperiode plötzlich öffnet, während die andere Schwierigkeit auf der Verminderung der Zündspannung des Thy-
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ristors beruht, die bei einer Zunahme der Anstiegssteilheit ( dv/dt) der an der Anode und Kathode des Thyristors anliegenden Spannung eintritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktionsspannungswandler der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, der bei geringem Volumen eine besonders hohe Leistung zu liefern vermag und demzufolge den Bau eines leistungsfähigen, transportablen Induktionsheizgerätes ermöglicht.
Eine erste Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben.
Eine zweite Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruches 2 angegeben.
Vorteilhafte Ausführungsformen von Spannungswandlern nach der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 3 und 4.
Der Spannungswandler nach der Erfindung ermöglicht den Bau eines besonders kompakten, leistungsfähigen Induktionsheizgerätes, von dem eine vorteilhafte Ausführungsform im Anspruch 5 angegeben ist.
In der Zeichnung sind Spannungswandler nach der Erfindung sowie ein damit ausgerüstetes Induktionsheizgerät in beispielsweise gewählten Ausführungsformen und in Gegenüberstellung zu einem Spannungswandler bekannter Art dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 das Schaltbild eines ThyristorSpannungswandlers bekannter Art für ein Induktionsheizgerät,
Fig. 2 Spannungs- und Stromdiagramme an verschiedenen Punkten der Schaltung der Fig. 1,
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Pig. 3 das Schaltbild eines Spannungswandlers in einer ersten Ausfuhrungsform mit einer ersten Schutzschaltung nach der Erfindung, die überschwinger an der Lastinduktivität unterdrückt,
Fig. 4 das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der ersten, in Fig. 3 dargestellten Schaltung,
Fig. 5 das Schaltbild einer zweiten Schutzschaltung zur Verringerung der Anstiegssteilheit der Spannung an den Anschlüssen des Thyristors,
Fig. 6 ein Diagramm der Spannungen an den Anschlüssen der zweiten Schutzschaltung und des Thyristors der Fig.5»
Fig. 7 einen schematisch vereinfachten Axialschnitt durch den Leistungsbaustein des Spannungswandlers eines Induktionsheizgerätes und
Fig. 8 eine perspektivische Frontansicht eines Induktionsheizgerätes.
In Fig. 1 ist ein Spannungswandler bekannter Art dargestellt. Eine Diodenbrückenschaltung (Graetz-Schaltung) ist mit dem Netz verbunden und liefert eine Gleichspannung U über eine Lastinduktivität 9 an einen Schaltteil 7, der aus einem Kondensator 5 in Serie mit einer Induktivität 6 besteht und parallel zu einem in zwei Richtungen durchgängigen, gesteuerten Schalter 2 liegt, der einen Thyristor 3 und eine Diode 4 in Antiparallelschaltung umfaßt.
Die Anode des Thyristors 3 und die Kathode der Diode 4 sind mit dem Pluspol der Gleichrichterbrücke über eine Lastinduktivität 9 verbunden und die Kathode des Thyristors 3 und die
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Anode der Diode H sind mit dem Minuspol dieser Gleichrichterbrücke 1 verbunden. Zwischen Pluspol und Minuspol liegt ein Siebkondensator 8.
Die Steuerelektrode des Thyristors 3 wird mittels einer Steuerschaltung 10 bekannter Art angesteuert, die periodische Steuerimpulse erzeugt.
Der Schaltteil 7 bildet, sobald der aus der Parallelschaltung des Thyristors 3 und der Diode 4 bestehende Schalter leitend (geschlossen) ist, einen Parallelschwingkreis, der eine vollständige Schwingungsperiode eines sinusförmigen Wechselstromes liefert, die mehr oder weniger gedämpft ist, je nach der durch Induktion zu erwärmenden, mit der Induktionsspule 6 gekoppelten Last. Die Periodendauer T dieser Schwingung ist annähernd gleich 2ir VLgC! . sie mUß größer als das Doppelte der Freiwerdezeit (TOT) des Thyristors 3 sein.
Sobald die Schaltung nach Fig. 1 durch Verbinden der Gleichrichterbrücke 1 mit der Netzspannung eingeschaltet wird, liefert die Gleichrichterbrücke 1 eine positive Spannung, die den Siebkondensator 8 auf eine Spannung U nahe dem Spitzenwert der Netzspannung auflädt. Die aus der Lastinduktivität 9, dem Kondensator 5 und der dazu in Serie in liegenden Induktivität 6 bestehende Schaltung bildet bei geöffnetem Schalter 2 einen Serienschwingkreis, der infolge der an seinen Anschlüssen anliegenden Spannung U den Kondensator 5 auf eine positive Höchstspannung von etwa 2ü in annähernd einer Halbperiode der Schwingung der Schaltung Lg, C,- auf lädt. (Lg ist klein und Cg ist groß im Verhältnis zu diesen Werten). Wenn die Wiederholfrequenz der Steuer- oder Zündimpulse des Thyristors 3 so liegt, daß der Thyristor 3 jedes Mal dann leitend wird, wenn die Spannung an den Anschlüssen des Konden-
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sators 5 ein Maximum erreicht (etwa 2U), liefert der Spannungswandler an die Last eine maximale Spitzenleistung, Durch Verringerung der Zündfrequenz ausgehend von diesem Wert wird die Spitzenleistung und die mittlere Leistung vermindert, da die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators 5 sich folglich verringert.
In Fig. 2 sind Spannungs- und Stromdiagramme an verschiedenen Punkten der Schaltung der Pig. I im normalen Betrieb dargestellt (die Einschwingvorgänge beim Einschalten sind nicht wiedergegeben).
Die Spannung V2 an den Anschlüssen des Schalters 2 (Thyristor 3 und Diode 4) ist im Diagramm A dargestellt; der Thyristor 3 wurde im Zeitpunkt t. gezündet, zu dem der Kondensator 5 auf etwa 2ü aufgeladen ist. Während einer Periode der Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises Lg, C1-führt der Schalter 2 den Strom I2, der diesen Schwingkreis durchfließt und im Diagramm B wiedergegeben ist. Die erste, positive Halbwelle dieses Stromes I2 fließt durch den Thyristor 3j die zweite, negative Halbwelle fließt über die Diode 4 und ermöglicht das Sperren des Thyristors 3·
Die negative Halbwelle endet im Zeitpunkt t25 wenn die Diode 4 aufhört zu leiten und in diesem Augenblick steigt die Spannung an den Anschlüssen des Thyristors 3 auf einen positiven Wert V1- (tg) gleich demjenigen an den Anschlüssen des Kondensators 5s wie durch das Diagramm E der Fig. 2 veranschaulicht. Dieses zeigt eine Anstiegsteilheit (dv/dt) der Spannung, die sehr groß werden kann und zu einer ungewollten Zündung des Thyristors 3 im Zeitpunkt t2 führen kann, die für einen ordnungsgemäßen Betrieb sowie die Lebensdauer der Bauelemente schädlich ist. Es ist daher erforderlich, die Anstiegssteil-
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heit der Spannung mit Hilfe einer Schutzschaltung zu begrenzen, u±e nachfolgend beschrieben werden wird.
Im selben Zeitpunkt t2 springt die Spannung Vq an den Anschlüssen der Lastinduktivität 9 plötzlich +U auf -V5 (t2) und wenn der Wert von V,- (tp) hoch ist, d.h. nahe bei U liegt, wobei der Kondensator 5 wenig oder gar nicht geladen ist, entstehen (an der Anode des Thyristors 3 positive) Überschwinger an den Anschlüssen der Lastinduktivität 9 im Gefolge der brüsken Stromunterbrechung über den Schalter 2. Die Spitzenwerte dieser Überschwinger können die Zündspannung des Thyristors 3 selbst ohne Zündsignal an seiner Steuerelektrode überschreiten. Die nach dem Zeitpunkt tp auftretenden Überschwinger sowie die Spannung Vq sind im Diagramm C der Fig. 2 wiedergegeben.
Die Diagramme D, E, P und G der Fig. 2 zeigen den Verlauf des Stromes Ig in der Last induktivität S3 der Spannung V,-an den Anschlüssen des Kondensators 5» der Spannung Vg an den Anschlüssen der Induktivität 6 und den Strom I7, der den aus der Serienschaltung des Kondensators 5 und der Induktivität 6 bestehenden Schaltteil 7 durchfließt.
Fig. 3 zeigt eine erste Ausfuhrungsform einer ersten Schutzschaltung für den Thyristor 3 gegen überspannung oder die Überschwinger an den Anschlüssen der Lastinduktivität 9.
Diese erste Schutzschaltung umfaßt eine Diode l6 in Serie mit einer Schaltung, bestehend aus einem Kondensator 17 und parallel dazu einen Widerstand 18.
Gemäß Fig. 3 ist die Kathode der Diode 16 mit dem Verbindungspunkt zwischen der Lastinduktivität 9 mit dem Pluspol der
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Gleichrichterbrücke 1 und mit dem Kondensator 8 verbunden und die Parallelschaltung aus R 18, C 17 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Lastinduktivität 9 und dem Schaltteil 7 und dem Schalter 2 verbunden.
Sobald im Zeitpunkt t2 die Spannung Vq (Diagramm C der Fig. 2) plötzlich negativ wird, wird die Diode 16 leitend und lädt den Kondensator 17 der Schutzschaltung unter Aufnahme der überspannung oder der Überschwinger auf. Zwischen dem Zeitpunkt tp und dem Zeitpunkt t, lädt der Kondensator 17 sich auf die Spannung -U auf und die Diode 16 hört praktisch auf, leitend zu sein.
Sobald im Zeitpunkt t, die Spannung VQ an den Anschlüssen der Lastinduktivität 9 plötzlich von -U auf +U springt, wird die Diode 16 gesperrt und der Kondensator 17 entlädt sich über den Widerstand 18, der während der Schließzeit des Schalters 2 parallel zu ihm liegt. Die jeweiligen Werte R1 g und C17 des Widerstandes 18 und des Kondensators 17 sind derart gewählt, daß die vollständige Entladung des Kondensators über den Widerstand 18 in einem Zeitintervall erfolgt, das kürzer als eine Schwingungsperiode des LC-Parallelschwingkreises 5» 6, geschlossen durch den Schalter, ist (d.h., die Zeitkonstante FLn C17 muß kleiner als ein Drittel der Schwingungsperiode T sein). Die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators 17 schwankt zwischen O und -U und ist demzufolge in der Schaltung nicht verwendbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der ersten Schutzschaltung gegen Überspannungen der Lastinduktivität 9 sind die Bauteile so angeordnet, daß die in dem Schutzschalter bei jedem Zyklus gespeicherte Energie für das Zünden des Thyristors 3 verwendet werden kann. Diese Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt.
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Um das Vorzeichen der Schwingungen der Spannung an den Anschlüssen der Lastinduktivität 19 umzukehren, ist diese zwischen den Minuspol der Gleichrichterbrücke 1 und der Kathode des Thyristors 3 gelegt.
Die Schutzdiode 20 ist mit ihrer Anode mit demselben Minuspol verbunden und ihre Kathode ist mit einem der Anschlüsse des Schutzkondensators 21 verbunden, dessen anderer Anschluß mit dem Verbindungspunkt zwischen der Lastinduktivität 19 und der Kathode des Thyristors 3 verbunden ist.
Der gemeinsame Verbindungspunkt der Kathode der Diode 20 und des Kondensators 21 ist über einen Strombegrenzungswiderstand 22 in Serie mit einem Hilfsthyristor 24 mit der Steuerelektrode des Haupttransistors 3 des Schalters 2 verbunden.
Die Steuerelektrode des Hilfsthyristors 2k ist mit dem Ausgang der zuvor bereits erwähnten Steuerschaltung 10 verbunden.
TJm die Schaltung vor dem ersten Zünden des Hauptthyristors 3» also bevor irgendeine Polaritätsumkehr (negativ) der Spannung an den Anschlüssen der Lastinduktivität 19 entstanden ist, anschwingen zu lassen, ist es notwendig, den gemeinsamen Verbindungspunkt der Kathode der Diode 20, des Kondensators 21 und des Strombegrenzungswiderstandes 22 mit dem Pluspol der Gleichrichterbrücke 1 über einen Widerstand 23 hohen Wertes zu verbinden, der eine erste, langsame Aufladung des Kondensators 21 ermöglicht.
Pestzuhalten ist, daß zur Zündung des Hauptthyristors 3 steilflankige Stromimpulse beträchtlicher Höhe erforderlich sind. Durch passende Wahl des Wertes des Strombegrenzungswiderstandes 22 in Serie mit dem Hilfsthyristor 24 kann die Ampli-
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tude und die Dauer der Zündimpulse für den Hauptthyristor 3 auf die gewünschten Werte gebracht werden.
Fig. 5 veranschaulicht eine zweite Schutzschaltung gegen ungewollte .Zündungen des Thyristors 3 infolge zu steilen Spannungsanstieges (dv/t) an dessen Anschlüssen.
Es ist bereits bekannt, zur Begrenzung dieser Antriebsgeschwindigkeit Widerstands-Kondensator-Serienschaltungen parallel zu dem Schalter 2 zu legen. Dies erfordert die Verwendung eines Kondensators hoher Kapazität und eines Widerstandes relativ geringen Wertes, um die abrupten Spannungsschwankungen aufzunehmen (sie zu integrieren) und führt zu beträchtlichen Energieverlusten in dem Widerstand.
Die zweite Schutzschaltung stellt eine bessere Sicherung des Thyristors gegen exzessive Spannungsanstiege bei Energieverlusten sicher, die beträchtlich unter denjenigen der bekannten Schaltungen liegen.
Diese zweite Schutzschaltung umfaßt eine Serienschaltung aus einem Widerstand 26 und einem Kondensator 25 parallel zu der Induktivität 6 des Schaltteils 7, wodurch vermieden wird, daß im Zeitpunkt tp die gesamte Spannung V1. (t«) an den Anschlüssen des Kondensators sofort an den Anschlüssen des Thyristors 3 liegt.
In Flg. 6 sind Spannungsdiagramme verschiedener Punkte der Schaltung der Fig. 5 dargestellt, die die Erläuterung der Arbeitsweise dieser zweiten Schutzschaltung erleichtern.
Die Spannung Vg an den Anschlüssen der Induktivität 6 wird mit einer gewissen Phasenverschiebung über den Widerstand 26
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auf den Kondensator 25 übertragen, der im Zeitpunkt t2, wenn die Diode aufgehört hat zu leiten, auf eine Spannung Vp1- (tp) kleiner als Vf- (tp) aufgeladen bleibt. Diese Spannung Vp1- (tp) gemäß Diagramm H an den Anschlüssen des Kondensators 25 nimmt anschließend aperiodisch über den Widerstand 26 und die Induktivität 6 (gedämpft durch den Widerstand) ab; im Zeitpunkt t2 des öffnens des Schalters 2 liegt sie indessen in Serie mit V,- (tp) über den Anschlüssen des Kondensators 5, jedoch mit einer Polarität entgegengesetzt zu derjenigen von V1- (tp) an den Anschlüssen des gesperrten Schalters 2 (d.h. des Thyristors 3), der demzufolge im Zeitpunkt t„ an seinen Anschlüssen mit einer Spannung V2 1 (t2) = V1- (t2) - V25 (t2) kleiner als Vp- (tp) beaufschlagt wird, die langsam entsprechend der Wahl der Zeitkonstanten R2g C25 anwächst.
Wie zuvor erwähnt, muß der Wert von R2g und von C25 derart gewählt werden, daß sich eine aperiodische Entladung des Kondensators 25 ergibt, d.h., daß R2^ größer als IAlTTcCZ" sein muß.
Fig. 7 ist ein schematischer Axialschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Leistungsbausteines eines Induktionsheizgerätes mit einem Spannungswandler der zuvor beschriebenen Art.
Der Leistungsbaustein umfaßt einen Ventilator 30, der koaxial in bezug auf einen Kühlkörper 31 sitzt, welcher Kühlrippen 32 (gestrichelt angedeutet) aufweist, und einen mittleren, planen Teil 33jj der das Montagechassis bildet und die durch Ventilation und Leitung zu kühlenden Elemente/aie Diode k, den Thyristor 3 und die Gleichrichterbrücke 1 aufnimmt, die axial ausgerichtet sind, parallel zu dem Luftstrom, den der Venti-30 liefert. Der Kühlkörper 31 ist in üblicher Weise ausgebildet; seine Kühlrippen 32 liegen symmetrisch in bezug auf den
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mittleren Tell oder Steg 33 und parallel zu dem von dem Ventilator 30 ausgehenden Luftstrom.
Der Ventilator 30 ist derart gewählt, daß er einen Luftstrom liefert, der praktisch den gesamten Querschnitt des Leistungsbausteins bzw. Kühlkörpers 31 umhüllt.
Der Kondensator 5 des Schaltteils (7) (Fig. 1) ist in bezug auf den Ventilator 30 auf der anderen Seite des Kühlkörpers 31 in Pluchtung mit den zu kühlenden Elementen angeordnet, derart, daß er von der aus dem Kühlkörper 31 austretenden Luftströmung umspült wird.
Die anderen Elemente, die beträchtliche Energien liefern sollen, wie etwa der Hilfsthyristor 24 für die Zündung (Fig. 4) und der Strombegrenzungswiderstand 22 (Fig. 4) sind auf einer gedruckten Schaltung 34 angebracht, die auf der Oberseite des Kühlkörpers 31 montiert ist und eine Führung für den Luftstrom bildet. Diese anderen Elemente liegen mit ihren zu kühlenden Teilen (Anode und/oder Kühlkörper des Thyristors 24, Körper des Widerstandes 22) in dem so gebildeten Kanal.
Die Unterseite des Kühlkörpers 33, der Ventilator 30 und der Kondensator 5 werden durch ein Metallchassis 35 des Gerätes gehalten.
Fig. 8 zeigt schematisch und in der Perspektive ein transportables Gehäuse für ein Induktionsheizgerät mit einem Spannungswandler der beschriebenen Art.
Ein Gehäuse 40 dieses Typs umfaßt Seitenwände 4l, versehen mit öffnungen 42 für die Benützung des Gerätes und mit beiklappbaren oder versenkbaren Griffen 43 für den leichten Transport.
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Die Frontseite 44 des Gehäuses umfaßt ein Instrument zur Anzeige der abgegebenen Leistung 45, Einstellknöpfe 46, 47 für die Leistung und die Zeitvorgabe, Schalter 48 und 49 für "ein/aus" und für "intern/extern", sowie Schazeichen 50 bis 52 zur Anzeige des Betriebszustandes und etwaiger Störungen. Der untere Teil der Frontplatte 44 des Gehäuses 40 umfaßt eine Klappe 53, die sich nach vorne öffnet und ein Fach 54 freigibt, das zur Unterbringung eines Übertragungskabels 11 für die überbrückung größerer Entfernungen (vgl. die schematisch-gestrichelte Darstellung in Fig. 1), eines Impedanztransformators 12 würfelförmiger Gestalt und eines Heizinduktors 15 dient, der mit der Sekundärseite l4 (gestrichelt in Fig. 1 angedeutet) des Transformators 12 verbunden ist.
Das Kabel 11, der Transformator 12 und der Heizinduktor 15 treten an die Stelle der ersten Induktivität 6 der Schaltung der Fig. 1, wo das Kabel 5, mit seinem anderen Ende mit der Primärwicklung 13 des Transformators 12 verbunden, mit den Anschlüssen zur Aufnahme der Induktivität 6 verbunden ist. Die Sekundärwicklung 14 des Transformators und der Induktor 15 sind derart ausgeführt, daß sie über einen Wasserkreislauf gekühlt werden können.
Der Spannungswandler des beschriebenen Aufbaus sowie das ihn enthaltende Induktionsheizgerät sind vor allem dort mit Vorteil brauchbar, wo eine Leistung von etwa 4 Kilowatt bei einer Frequenz von 25 bis 35 Kilohertz beispielsweise erforderlich ist, um in das Magnetfeld der Indukturspule 15 eingebrachte Metallteile zu erhitzen.
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Claims (3)

  1. ί ATE:, ι ANWÄLTE
    H -NZ-JO^CHiMhUBFR 45
    KEiN, R PRiSTSCH
    M ü N C ti EN 2 1 30.1.1976
    G O T T H A R D 3 T R. 8 1 8791-lV/He.
    TOCCO-STEL
    Patentansprüche;
    Spannungswandler für ein Induktionsheizgerät, mit einer aus dem Wechselspannungsnetz gespeisten, eine Gleichspannung liefernde Gleichrichteranordnung, einem aus einem ersteni;Kondensator und einer zu diesem in Serie liegenden, ersten Induktivität bestehenden Schaltteil, einem in zwei Richtungen wirksamen, aus einem ersten Thyristor und einer dazu antiparallel geschalteten ersten Diode bestehenden, gesteuerten Schalter parallel zu dem Schaltteil und einer Lastinduktivität, die einen der Ausgänge der Gleichrichteranordnung mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltteil und dem Schalter zur Erzielung einer oszillierenden Aufladung des Kondensators während der Öffnungszeit des Schalters verbindet, dadurch gekennzeichnet ,daß eine erste Schutzschaltung gegen ungewollte Zündungen des Thyristors (3) infolge Überspannungen an der Lastinduktivität (9) beim öffnen des Schalters (2) vorgesehen ist, die eine zweite (Schutz-) Diode (16, 20) und die Parallelschaltung eines zweiten Kondensators (17S 21) und eines ersten Widerstandes (18, 22) umfaßt und mit ihren freien Anschlüssen mit den Anschlüssen der Lastinduktivität (0) verbunden ist, wobei eine der Elektroden der zweiten (Schutz-) Diode (16 oder 20) mit dem Verbindungspunkt zwischen der Lastinduktivität (9) und dem Ausgangsanschluß der Gleichrichteranordnung (1) derart verbunden 1st, daß die zweite (Schutz-) Diode (16 oder 20) in zur Stromflußrichtung in der Lastinduktivität während der Schließzeit des Schalters umgekehrter Richtung leitend ist.
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  2. 2. Spannungswandler für ein Induktionsheizgerät, mit einer
    aus dem Wechselspannungsnetz gespeisten, eine Gleichspani-
    einem nung liefernden Gleichrichteranordnung, einem aus/ersten Kondensator und einer zu diesem in Serie liegenden, ersten Induktivität bestehenden Schaltteil, einem in zwei Richtungen wirksamen, aus einem Thyristor und einer dazu ant!parallel geschalteten Diode bestehenden, gesteuerten Schalter parallel zu dem Schaltteil und einer Lastinduktivität, die einen der Ausgänge der Gleichrichteranordnung mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltteil und dem Schalter verbindet, dadurch gekennzeichnet,daß eine zweite Schutzschaltung gegen ungewollte Zündungen des Thyristors (3) infolge zu raschen Spannungsanstiegs an dessen Anschlüssen vorgesehen ist, die die Serienschaltung aus einem dritten Kondensator (25) und einem zweiten Widerstand (26) umfaßt, welche parallel zu der ersten Induktivität (6) liegt, und daß die Werte des zweiten Widerstandes (26) und des dritten Kondensators (25) so gewählt sind, daß beim öffnen des Schalters (2) eine aperiodische Entladung des dritten Kondensators (25) über den zweiten Widerstand und die erste Induktivität (6) in Serie sichergestellt ist.
  3. 3. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausnutzung der in dem zweiten Kondensator (21) während der Öffnungszeit des Schalters (2) gespeicherten Energie für die Auslösung des ersten Thyristors und zur Sicherstellung einer raschen und vollständigen Entladung des zweiten Kondensators (21) während des Schließzustandes des Schalters (2) die Lastinduktivität (19) zwischen
    . dem Minuspol der Gleichrichteranordnung (1) und der Kathode des ersten Thyristors (3) liegt und daß die zweite (Schutz-) Diode (20) mit ihrer Anode mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Minuspol der Gleichrichteranordnung (1)
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    und der Lastinduktivität (19) liegt, und daß sie mit ihrer Kathode über dem zweiten Kondensator (21) mit dem Verbindungspunkt zwischen der Lastinduktivität (19) und der Kathode des ersten Thyristors (3) und über den ersten Widerstand (22) in Serie mit einem zweiten (Hilfs-)Thyristor (24) an der Steuerelektrode (3) und über einen vierten (Anlauf-)Widerstand (23) am Pluspol der Gleichrichteranordnung (1) liegt und daß der zweite (Hilfs-)Thyristor (24) mittels einer üblichen Steuerschaltung (10) gesteuert wird.
    Spannungswandler nach einem? der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Leistungsbaustein besteht, der einen Kühlkörper (31) mit zugeordnetem Ventilator (30) umfaßt, welcher einen Kühlluftstrom parallel zur Achse des Kühlkörpers (31) erzeugt, dessen mittlerer, ebener Teil (35) die erste Diode (4), den ersten Thyristor (3) und die Gleichrichteranordnung (1) trägt, sowie Kühlrippen (32) symmetrisch zur Achse und parallel zum Kühlluft strom aufweist, und daß der erste Kondensator (5) des Schaltteils (7) fluchtend mit dem mittleren Teil (35) auf der Seite gegenüber dem Ventilator (30) angeordnet ist.
    Induktionsheizgerät mit einem Spannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einem Gehäuse mit seitlichen, versenkbaren Handgriffen, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Prontplatte (44) des Gehäuses (40) eine nach vorne öffnende Klappe (54) aufweist, die ein Fach (54) zur Aufnahme eines Kabels (11) bestimmter Länge, eines Impedanztransformators (12) und einer Heizspule (15), die mit der Sekundärwicklung des Transformators vereinigt ist, welche Teile insgesamt an die Stelle der ersten Induktivität (6) treten, enthält.
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