DE2633741A1

DE2633741A1 - Kocheinrichtung zur induktiven beheizung eines kochgeraetes

Info

Publication number: DE2633741A1
Application number: DE19762633741
Authority: DE
Inventors: Helmut Hess; Norbert Schenetin; Guenther Wittauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-27
Filing date: 1976-07-27
Publication date: 1978-02-02
Also published as: FR2360225A1; NL7707690A; BE857108A

Description

BOSCH-SIEMENS HAUSGERÄTE GMBH 8000 München 22, 2. 7. 1976 Stuttgart Mannhardtstr. ^

Unser Zeichen: TZP 76/633 Kes/wo

Kocheinrichtung zur induktiven Beheizung eines Kochgerätes

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Kocheinrichtung zur induktiven Beheizung eines Kochgerätes mit einer Induktionsheizspule, welche durch vorzugsweise im Wechseltakt arbeitende steuerbare elektronische Schalter einer Leistungstufe mit hochfrequenter Arbeitsenergie betrieben wird, wobei die Leistungsstufe einen Wechselrichter für die Erzeugung der hochfrequenten Arbeitsenergie sowie eine Steuereinrichtung mit Taktgebern für die Steuerung der elektronischen Schalter aufweist sowie mit einem vorzugsweise am Wechselstromnetz liegenden Netzteil gegebenenfalls mit Gleichrichterstufe und mit einem nachgeschalteten Stützkondensator.

Bei derartigen induktiven Kocheinrichtungen bekannter Art geschieht die Stromversorgung mittels eines gleichgerichteten 220 Volt-Netzes, gesiebt bzw. geglättet durch; einen Siebkondensator, In einem anschließenden Wechselrichter wird die Energie dieser Gleichspannung in hochfrequente Wechselspannungen von über 20 KHz umgeformt für den hochfrequenten Wechselstrombetrieb der Induktionsheizspule, welche ihrerseits nach Art eines Transformators ein Wechselfeld bewirkt, durch welches in dem Kochgerät, z. B. in dem aus ferromagnetischem Material bestehenden Kochtopf Wirbelströme hervorruft, die zu einer Erhitzung des Topfmaterials führt. Hierbei wird üblicherweise die Leistung bei einer Zünd- bzw. Lösch·» Taktfrequenz am Gitter der Thyristoren von 0,5 bis IHz durch Verändern des Tastverhältnisses (Einzeit/Auszeit) variiert. Dieser Takt- bzw. Schaltfrequenz stehen die behördlichen Bestimmungen entgegen, nach welchen bei einer Leistung von ca. 2kW nur Schaltvorgänge pro Minute zulässig sind. Andererseits sind jedoch bei der vorgenannten Takt- oder Schaltfrequenz Störimpulse im Speisenetz bemerkbar, zu deren Unterbindung

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ORIGINAL INSPECTED

ein verhältnismäßig großer und daher in der Praxis nicht verwendbarer Stützkondensator notwendig wäre. Eine Verringerung dieser Schaltvorgänge in den vorschriftsmäßigen Bereich würde auf der anderen Seite bedeuten, daß ein kontinuierlicher Koch-Betrieb unter Verwendung der weitgehend masselosen Induktionsheizung nicht mehr möglich wäre.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kocheinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die bestehenden Vorschriften, nämlich störungsfreier Betrieb, beachtet werden können, daß aber die Leistungsstufe der Kocheinrichtung mit einer relativ großen Schalthäufigkeit betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch·gelöst, daß der für die Steuerung der elektronischen Schalter vorgesehene Taktgeber der Leistungsstufe eine Taktfrequenz, die im Bereich von 2 bis 100 Hz liegt, abzugeben vermag, und daß der Stützkondensator so bemessen ist, daß bei dieser hohen Taktfrequenz während der Ein-/Auszeit sich eine nahezu konstante Netzbelastung ergibt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Taktgeber verwendet, der eine Taktfrequenz von 2 bis iOO Hz abzugeben vermag. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird durch die relativ hohe Taktfrequenz eine angenähert gleichmäßige Stromaufnahme vom Netz gewährleistet. Es werden am Netzteil bzw. am Eingang der Gleichrichterstufe bei Wechselstromspeisung keine Stromstöße festgestellt, die eine Flicker-Erscheinung verursachen könnten. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei höheren Taktfrequenzen ein handelsüblicher, relativ kleiner Stützkondensator geeignet ist, eine Abgabe von Strom in Impulsen an den Netzteil zu verhindern, während bei einer sehr niedrigen Taktfrequenz ein solcher Stützkondensator keineswegs mehr dazu ausreichen würde. Bei dieser relativ hohen Schalthäufigkeit ist eine für den kontinuierlichen Kochbetrieb erforderliche Energieübertragung möglich und außerdem werden die eich beim Wegnehmen des Kochtopfes ergebenden Schwierigkeiten gelöst.

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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der mit einer Überstromschutzeinrichtung ausgerüsteten erfindungsgemäßen Kocheinrichtung ist ein Taktgeber mit einer Frequenz, die im Bereich von 0,i bis 1 Hz liegt, vorgesehen, welcher bei Auftreten von Überströmen infolge verminderter Last im Induktions-Wechselfeld (leerlaufende Kochstelle) an die elektronischen Schalter statt des Taktgebers für den Frequenzbereich von 2 bis 100 Hz anschallbar und bei größer werdender Last wieder abschaltbar ist. Damit wird in wirksamer Weise der Schwierigkeit begegnet, daß bei Leerlauf und hoher Taktfrequenz bzw. wenn nur kleine metallische Gegenstände über der Induktionsheizspule liegen, diese Gegenstände sehr heiß werden und insbesondere die elektronischen Schalter z. B. die Thyristoren zerstört werden (hohe Verlustleistung). Erfindungsgemäß wird nach ansprechender Überstromschutzschaltung während des Leerlaufes auf eine im Vergleich mit der Arbeitsfrequenz geringe Abfxagefrequenz in der vorgenannten Größenordnung umgeschaltet, womit auch eine Verringerung der Verlustleistung verbunden

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachstehend erläutert.

Es zeigt:

Fig. i den prinzipiellen, schaltungsmäßigen Aufbau der

erfindungsgemäßen Kocheinrichtung in vereinfachter
Darstellung,

. Fig. 2 den Schaltplan einer für die Leistungsstufe gemäß

Figur 1 vorgesehenen elektronischen Einrichtung für die Ansteuerung der Thyristoren.

Im Schaltplan gemäß Figur 1, in dem lediglich die zum Verständnis unbedingt erforderlichen Teile dargestellt sind, ist mit 1 der Netzteil der Kocheinrichtung zur induktiven Beheizung eines
Kochgerätes aus ferromagnetischem Material, z. B. eines Kochtopfes

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bezeichnet, bestehend aus den Anschlüssen 3, 4 für das 220-Volt-WechselstromneiJi aus einer Gleichrichterbrücke 5 sowie aus einem Stützkondensator 6, mittels welchem der von der Gleichrichterbrücke 5 ausgehende pulsierende Gleichstrom geglättet wird. Die sich an den Netzteil 1 anschließende Leistungsstufe besteht aus einem Wechselrichter 7 an sich bekannter Art, in welchem der Gleichstrom in hochfrequente elektrische Energieimpulse mit einer Frequenz von etwa 20 bis 30 kHz umgewandelt wird. Die Leistungsstufe enthält ferner einen Schwingkreis, bestehend aus Kondensatoren Cl, C2 und der Induktionsheizspule L, aus zwei elektronische Schalter darstellenden Arbeits-Thyristoren ThI, Th2 mit antiparallel geschalteten Dioden Di, D2, wobei die Induktionshexzspule L unterhalb einer Arbeitsplatte κ der Kocheinrichtung angeordnet ist, welche Arbeitsplatte wiederum als Träger für den Kochtopf 2 dient. Der Induktionsheizspule Χ werden über die Thyristoren ThI und Th2 in einem noch erläuterten Takt bzw. Frequenz sogenannte Wellenpakete mit hochfrequenten elektrischen Schwingungen zugeführt, wdche ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen, das wiederum im Material des Kochtopfes 2 Wirbelströme erzeugt, die der Beheizung des im Kochtopf befindlichen Kochgutes dient. Mit 8 bzw. 9 sind die Steuerelektroden oder Gatter der Thyristoren Thi und Th2 angedeutet.

Die in Figur 2 gezeigte Schaltung befaßt sich mit der Zünd-Ansteuerung der Thyristoren ThI und Th2 gemäß Figur 1, wobei mit 10 der Eingang für den Induktorstrom bezeichnet ist, Die Taktfrequenz für den normalen Kochbetrieb mit im Induktionswechselfeld liegender Last (Kochtopf 2) liefert ein als astabiler Multivibrator mit einstellbarem Tastverhältnis ausgeführter Taktgeber 15, welcher bei dieser Betriebsweise über ein Differenzierglied, ein Und-Glied 17 mit einem invertierten Eingang, eine bistabile Kippstufe 18 mit Eingängen RS und Ausgängen Q¹, Q sowie über Ünd-Glieder 19, 20 mit den Verstärkerstufen 13, 1** in Verbindung steht. An den vorgenannten Und-Gliedern 19, 20 liegen zum Teil unmittelbar, zum Teil mittelbar über ein NOR-Glied

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die Strompfade 22, 23, 2k einer elektronischen Einrichtung an, bestehend aus einem dem Eingangs_rÜbertrager 25 nachgeschalteten Nullpunkt-Detektor 26, einem Frcquenz-Verdoppler

27 sowie einem nachgeschalteten monostabilen Multivibrator

28 für die Freiwerdezeit der Thyristoren Thi, Th2.

Der Taktgeber 15 ist so bemessen, daß er Rechteck-Impulse mit einer wählbaren Taktfrequenz von 2 bis 100 Hz, vorzugsweise von 10 bis 100 Hz abzugeben vermag zur taktmäßigen Steuerung der Thyristoren ThI, Th2, das heißt, zur Schaffung von im entsprechenden Taktyerhältnis aufeinanderfolgenden Wellenpaketen. Um zu verhindern, daß bei all diesen taktmäßig aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen an den elektronischen Schaltern ThI, Th2 Stromimpulse zum Netzteil 1 (Figur l), das heißt, zum Eingang der Gleichrichterbrücke 5 gelangen, ist der Stützkondensator 6 so bemessen, daß er in diesem Frequenz- bexich kurzzeitig hohe Ströme abgibt und so das Netz unterstützt, womit ein nahezu konstanter Strom aus dem Netz entnommen wird. Die Folge ist eine gleichmäßige Stromaufnahme aus dem Netz unter Verhinderung von Stromstößen, die eine Flicker-Erscheinung verursachen könnten.

Die in Figur 2 dargestellte Steuereinrichtung der Leistungsstufe enthält ferner eine Überstromschutzeinrichtung 29 mit einem Vollweggleichrichter 30 und einem Spitzendetektor 31» welcher bei Auftreten von Überströmen infolge Wegnahme des Kochtopfes oder infolge Vorhandensein nur kleiner metallischer Gegenstände über der Induktionsheizspule L anspricht und eine Signalspannung liefert. Dem Spitzendetektor 31 in einem Parallelpfad 32 nachge- schaltet ist ein als monostabiler Multivibrator ausgeführter Taktgeber 33» dessen instabiler Zustand wesentlich länger dauert (isek bis 10 sek) als die Periodendauer des Taktgebers 15 (0,5 bis 0,01 sek). Die Ausgangsseite des Taktgebers 15 ist ange schlossen an die Eingangsseite des Und-Gliedes 17, während der andere Parallelpfad 34 des Spitzendetektors 31 zusammen mit einem Parallelpfad des Taktgebers an der Eingangsseite eines Oder-Gliedes 35 liegt, das wiederum über die Ein- und Ausgänge R-Q¹ der Kipp-

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stufe 18 sowie über ein DiIfercnzierglied 36 an das NOR-Glied 21 anschaltbar ist. Durch diese Schaltung wird dann, wenn der Spitzendetektor 31 bei Auftreten eines Überstromes eine Spannung abgibt, die Kippstufe 18 rückgesetzt und der Eingang dieser Kippstufe durch den monostabilen Multivibrator 33 gesperrt; es kann während dieser Zeitphase kein Umkippen der Kippstufe erfolgen. Erst wenn dor instabile Zustand des Monoflops 33 abgelaufen ist, wird die Sperre der Kippstufe 18 aufgehoben und der Taktgeber 15 vermag über Differenzierglied 16, NOR-Glied sowie Und-Glied 19 den Thyristor ThI zu zünden. Tritt wiederum ein Ansprechen des Spitzendetektors ein, so wiederholt sich dieser Vorgang. So wird eine wesentlich niedere Taktfrequenz von 0,1 bis 1 Hz im Störungsfalle erzeugt. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis ein Kochtopf aufgesetzt wird und der Spitzendetektor 31 nicht mehr anspricht.

k Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1.)Kocheinrichtung zur induktiven Beheizung eines Kochgerätes mit einer Induktionsheizspule, welche durch vorzugsweise im Wechseltakt arbeitende steuerbare elektronische Schalter einer Leistungsstufe mit hochfrequenter Arbeitsenergie betrieben wird, wobei die Leistungsstufe einen Wechselrichter für die Erzeugung der hochfrequenten Arbeitsenergie sowie eine Steuereinrichtung mit Taktgebern für die Steuerung der elektronischen Schalter auiweist sowie mit einem vorzugsweise am Wechselstromnetz liegenden Netzteil gegebenenfalls mit Gleiehrichtorstufe und mit einem nachgeschalteten Stützkondensator, dadurch gekennzei eiinet, daß der für die Steuerung der· elektronischen Schalter(ThI, Th2) vorgesehene Taktgeber (15) der Leistungsstufe eine Taktfrequenz, im Bereich von 2 bis 100 Hz ll&gt, abzugeben vermag und daß der Stützkondensator so bemessen ist, daß bei dieser hohen Taktfreqoienz während der Ein-/Auszeit sich eine nahezu konstante Netzbelastoing ergibt.

2. Kocheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ daß der Taktgeber (15) eine Taktfrequenz, die im Bereich von 2 bis 100 Hz liegt, abzugeben vermag.

3. Kocheinrichtung nach den Ansprüchen i und/oder 2 mit einer in der Leistungsstufe vorgesehen Uberstromschutzeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgeber (33) mit einer Frequenz, die im Bereich von 0,1 bis i Hz liegt, vorgesehen ist, welcher bei Auftreten von Überströmen infolge verminderter Last (2) im Induktionswechselfeld an die elektronischen Schalter (ThI, Th2) statt des Taktgebers (l5) für den Frequenzbereich von 2 bis 100 Hz anschaltbar und bei größer werdender Last wieder abschaltbar ist.

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ORIGINAL INSPECTED

_TZP 76/6,5 2S33741

Kocheinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß einem Spitzendetelctor (31) der Überstromschutzeinriehtung ein als monostabiler MuMvibrator ausgeführter Taktgeber (33) nachgeschältet ist, dessen instabiler Zustand wesentlich langer dauert, als die Perioden-dauer des Taktgebers (15) für den Frequenzbereich von 2 bis 100 Hz, daß die Ausgangsseite des letztgenannten Taktgebers (15) angeschlossen ist an die Eingangsseite eines Und-Gliedes (17) und daß der Spitzendetektor zusammen mit dem letztgenannten Taktgeber (15) an der Eingangsseite eines Oder-Gliedes (35) liegt, das wiederum über eine Kippstufe (lS) sowie über ein Differenzlerglied (36) an ein NOR-Glied (21) anschaltbar ist.

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