DE2647348A1

DE2647348A1 - Induktionserhitzungsgeraet

Info

Publication number: DE2647348A1
Application number: DE19762647348
Authority: DE
Inventors: Keizo Amagami; Mitsuyuki Kiuchi; Hideyuki Kominami; Takumi Mizukawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-10-22
Filing date: 1976-10-20
Publication date: 1977-04-28
Also published as: CA1076653A; GB1555500A; DE2647348C3; DE2647348B2; US4092510A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Induktionserhitzungs-Kochgerät und insbesondere ein Mehrfachlast-Induktionserhitzungs-Kochgerät.

Es sind Versuche gemacht worden, eine Mehrfachlast-Induktionserhitzung unter Verwendung einer einzigen Hochfrequenzquelle zu erzielen. Die US-Patentschrift 3 925 633 offenbart solch ein Induktionserhitzungsgerät, bei dem zwei oder mehr Kommutatorkreise, von denen jeder eine Induktionsarbeitsspule und einen Kondensator enthält, parallel an eine Hochfrequenzenergiequelle angeschlossen sind. Eine tor- oder gate-gesteuerte Verbindungseinrichtung ist zwischen jedem Kommutatorkreis und der Hochfrequenzenergiequelle vorgesehen, um die Erregungsdauer der Induktionsarbeitsspule zusteuern. Die Hochfrequenzquelle, die gewöhnlich aus wenigstens einer tor- oder gate-gesteuerten Schalteinrichtung oder einem Leistungsthyristor besteht, wird mit niedriger Frequenz unterbrochen, um der gate-gesteuerten Verbindungseinrichtung

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zu ermöglichen, automatisch abzuschalten, um die zur Last übertragene Leistung zu regulieren. Unerwünschte Folgen, wie Störungen zwischen zwei oder mehr Kommutatorkreisen ergeben sich jedoch wahrscheinlich aus der Tatsache, daß die Kommutatorkreise parallel an die Hochfrequenzquelle angeschlossen sind. Das Problem solcher Störungen oder gegenseitigen Einwirkungen wird besonders schlimm,wenn die Größe einer induktiv mit einer der Induktionsarbeitsspulen gekoppelten Last sehr viel größer als die der Last ist, die der anderen Induktionsarbeitsspule zugeordnet ist, speziell, wenn eine der Spulen induktiv mit einer erheblichen Last gekoppelt ist, während über die andere angeschaltete Arbeitsspule keine Last gesetzt ist. Diese gegenseitige Einwirkung zieht einen hohen Strom aus dem Leistungsthyristor der Hochfrequenzquelle und führt zu einer Instabilität der Frequenz und der Wellenform des ErregerStroms, der durch die Kommutatorkreise oszilliert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Induktionserhitzungs-Kochgerät für Mehrfachlast zu schaffen, bei dem eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den Arbeitsspulen auf ein Minimum unterdrückt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Induktionserhitzungsgerät gelöst, das sich durch folgende Merkmale auszeichnet: a) wenigstens eine gate-gesteuerte, in beiden Richtungen schaltbare Schalteinrichtung mit einem Paar von Hauptanschlüssen,die so angeordnet sind, daß sie mit einer Spannungsquelle niedriger Frequenz zu verbinden sind; b) eine Vielzahl von Kommutatorkreisen, von denen jeder einen Kommutatorkondensator und eine Kommutatorspulenanordnung mit einer Induktionserhitzungsarbeitsspule, die induktiv mit einer zu erhitzenden magnetischen Last kuppelbar ist, aufweist; c) Einrichtungen zum wahlweisen Verbinden der Kommutatorkreise in Parallelschaltung mit den Hauptanschlüssen der in beiden Richtungen schaltbaren Schalteinrichtung und der

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Verbindungsstelle zwischen dem Kommutatorkondensator und der Kommutatorspulenanordnung der parallel geschalteten Kommutatorkreise an einen gemeinsamen Verbindungspunkt; d) eine Einrichtung zum Erzeugen eines Fehlersignals, das der Differenz zwischen der am gemeinsamen Verbindungspunkt auftretenden Spannung und einem Bezugsspannungswert entspricht; und e) Einrichtungen zur Belieferung der gate-gesteuerten, in zwei Richtungen schaltbaren Schalteinrichtung mit Zündimpulsen hoher Frequenz, die abhängig vom Fehlersignal derart änderbar ist, daß die hohe Frequenz variiert wird, um die Differenz zwischen der Spannung und dem Bezugswert auszugleichen.

Das Induktionserhitzungsgerät der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Hochfrequenzenergiequelle mit wenigstens einer in beiden Richtungen gate-gesteuerten Schalteinrichtung und einer Vielzahl von Kommutatorkreisen, die manuell wahlweise zur Bildung eines seriengeschalteten LC-Kreises mit der Hochfrequenzquelle verbunden sind, wobei der Mittelpunkt zwischen ihrer L- und ihrer C-Komponente an einen gemeinsamen Verbindungspunkt angeschlossen ist. Das Potential am gemeinsamen Verbindungspunkt wird an einen Vergleicher angelegt, um mit einem Bezugspotential verglichen zu werden und ein Fehlersignal zu erzeugen. Ein Impulsgenerator veränderlicher Frequenz versorgt die gate-gesteuerte, in beiden Richtungen schaltbare Schalteinrichtung mit Zündimpulsen einer Frequenz, die abhängig vom Fehlersignal derart variabel ist, daß das Potential am gemeinsamen Verbindungspunkt der Kommutatorkreise auf einem konstanten Wert gehalten wird. Die selektive Verbindung der Kommutatorkreise wird mittels einer Vielzahl von Schaltern erreicht, von denen jeder wenigstens zwei normalerweise geöffnete Schaltkontakte bzw. Kontakteinheiten und einen normalerweise geschlossenen Schaltkontakt bzw. eine normalerweise geschlossene Kontakteinheit aufweist. Einer der normalerweise geöffneten Schaltkontakte wird für die Verbindung des Kommutatorkreises mit den Hauptanschlüssen der in

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beiden Richtungen schaltbaren Schalteinrichtung verwendet, während der andere für die Verbindung der Verbindungsstelle zwischen ihrer L- und ihrer C-Komponente mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt benutzt wird. Jeder Verbindungsschalter ist so ausgelegt, daß der normalerweise geschlossene Schaltkontakt vor der Betätigung oder dem Lösen der normalerweise geöffneten Schaltkontakte öffnet und nachher schließt. Die normalerweise geschlossenen Schaltkontakte der Schalter sind in Reihe an den Dateneingang eines D-Flipflops angeschlossen, dessen Takteingang so angeschlossen ist, daß er einen Impuls empfängt, der synchron mit jeder Halbperiode, d.h. jedem Halbwellenimpuls der Speisespannung auftritt. Das Flipflop ändert seinen Zustand zum binären Zustand des Dateneingangs, um ein Sperrsignal während der Dauer zu erzeugen, die synchron mit dem Beginn jeder Halbperiode der Speisespannung beginnt und endet. Das Sperrsignal wird dazu verwendet, die Zufuhr der Zündimpulse zur Hochfrequenzenergiequelle synchron mit einem Spannungsnulldurchgang der Speisespannung zu verhindern und zuzulassen. Während der Übergangsperiode des Ein- und Ausschaltens der Kommutatorkreise wird die Hochfrequenzenergie unterbrochen, um unerwünschte Interferenzen, d.h. gegenseitige Einwirkungen zwischen den verbundenen Kommutatorkreisen sowie einen unerwünschten Stromstoß zu vermeiden, wenn die Zündung der gate-gesteuerten Schalteinrichtung nach der Unterbrechung beginnt, wenn der Momentanwert der Speisespannung über dem Null-Volt-Pegel liegt.

Erfindungsgemäß wird die Frequenz der Zündimpulse entsprechend der Höhe oder Stärke der Last erhöht, die dazu neigt, die Resonanzfrequenz des zugehörigen Kommutatorkreises zu erhöhen, wobei der Energieverlust in der Inuktionserhitzungsspule, die unbeabsichtigt unbelastet bleibt, auf ein Minimum reduziert wird. Darüberhinaus werden die Kommutatorkreise während der Zeit, zu der die Zündimpulse unterbrochen sind, an die Hochfrequenzenergiequelle angeschlossen, so daß über den normalerweise geöffneten Kontakten, die den

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Erregerstrom führen, keine Funken auftreten.

Mit der Erfindung wird daher ein Induktionserhitzungs-Kochgerät für Mehrfachlast geschaffen, bei dem die Radiofrequenzstörung minimal ist. Außerdem wird ein solches Gerät geschaffen, das die Verwendung billiger Leistungsthyristoren zur Erzeugung der Hochfrequenzenergie erlaubt. Schließlich wird ein derartiges Gerät geschaffen, bei dem Einrichtungen vorgesehen sind, um eine Sicherung gegen einen Stromstoß zu bieten, der sich ergibt, wenn der Leistungsthyristor gezündet wird, während die Spannung der Wechselspannungsquelle über dem Null-Volt-Potential liegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 ein Schaltbild der Gate-Steuerschaltung von Fig. 1,

Fig. 3 eine Reihe von Signalverläufen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform von Fig. 1, und

Fig. 4 eine Reihe von Signalverläufen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ringzählers von Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Das erfindungsgemäße Induktionserhitzungsgerät enthält allgemein ein erstes und ein zweites Paar gate-gesteuerter Thyristorschalter 21, 22, 23 und 24, drei Kommutatorkreise 2oa, 2ob und 2oc, die jeweils einen Kommutatorkondensator 13, eine Kommutatorspulenanordnung mit einer spiralförmig gewickelten, flachen Induktionserhitzungsspule 14 und einer Spule 15 mit

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veränderlicher Induktivität und drei Sätze gekuppelter Schaltkontakte 16, 17, 18 und 19 umfassen.

Die Thyristorschalter 21 und 22 des ersten Paares sind so verbunden, daß der Kathodenanschluß jedes Thyristors mit dem Anodenanschluß des anderen Thyristors verbunden ist, um eine gate-gesteuerte, in beiden Richtungen schaltbare Schalteinrichtung 31 zu schaffen, damit der kommutierende Strom in entgegengesetzten Richtungen fließen kann. Die Thyristorschalter 23 und 24 im zweiten Paar sind in der gleichen Weise wie die Thyristorschalter 21 und 22 des ersten Paares verbunden, um eine zweite gate-gesteuerte,in beiden Richtungen schaltbare Schalteinrichtung 32 zu schaffen. Die erste und die zweite Schalteinrichtung 31 und 32 sind in Reihe über eine Filterspule 12a und über einen Satz parallel geschalteter Schaltkontakte 19a, 19b und 19c einerseits an einen ersten Anschluß 41 einer Wechselspannungsquelle 1o von 1oo V, 6o Hz und andererseits über eine Filterspule 12b an den zweiten Anschluß 42 der Wechselspannungsquelle angeschlossen. Der zweite Anschluß 42 kann mit einer Sammelleitung 43 verbunden sein. Mit den Filterspulen 12a und 12b ist ein Kondensator 11 verbunden, um hierdurch einen Pfad für den kommutierenden Strom zu bilden. Die Filterspulen 12a und 12b sind um einen gemeinsamen Kern gewickelt, um eine Gegeninduktivität zu schaffen und die Spulengröße auf einem Minimum zu halten.

Die Schaltkontakte 16 bis 19 sind als Verbindungsschaltereinheit aufgebaut und arbeiten in der gleichen Weise, wie es in der amerikanischen Patentanmeldung 5o9 o52 vom 25.9.74 beschrieben wird. Die Schaltkontakte 16, 17 und 19 sind verzögert schaltende, normalerweise offene Kontakte, während der Schaltkontakt 18 ein frühschaltender, normalerweise geschlossener Kontakt ist. Wie in der genannten US-Anmeldung beschrieben, besitzt die Verbindungsschaltereinheit eine (nicht gezeigte) Steuerwelle, die beim Anlegen einer Betätigungskraft in einer Richtung den frühschaltenden

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Schaltkontakt 18 öffnet, bevor die verzögert schaltenden Schaltkontakte geschlossen werden, wobei der Schaltkontakt automatisch in seinen normalen Schaltzustand zurückkehrt, kurz nachdem die verzögert schaltenden Schaltkontakte geschlossen wurden, während die Betätigungskraft weiter anliegt, um die Steuerwelle von der Ausschaltstellung in die Einschaltstellung zu bringen. Wenn eine Betätigungskraft in entgegengesetzter Richtung angelegt wird, um die Steuerwelle aus der Einschaltstellung zu lösen, wird zunächst wieder der frühschaltende Schaltkontakt 18 betätigt, bevor die verzögert schaltenden Schaltkontakte in ihren normalen Schaltzustand · zurückkehren, und danach freigegeben, während die Betätigungskraft noch anliegt, um die Steuerwelle in die Ausschaltstellung zurückzubringen. Die verzögert schaltenden Schaltkontakte 16, 17 und 19 schließen und öffnen sich daher während der Schaltdauer des frühschaltenden Schaltkontakts 18, bleiben im betätigten Zustand, d.h. in der geschlossenen Schaltstellung, nachdem die Betätigungskraft entfernt wurde und kehren während der Schaltperiode des frühschaltenden Schaltkontakts wieder zu ihrem normalen Schaltzustand zurück (siehe Fig. 3c und 3d).

Der verzögert schaltende Schaltkontakt 16a verbindet im betätigten, d.h. geschlossenen Zustand die Verbindung zwischen dem Kommutatorkondensator 13a und der Kommutatorspuleneinheit bestehend aus der Spule veränderlicher Induktivität 15a und der Induktionserhitzungsspule 14a über die Leitung 26 mit der Gate-Steuerschaltung 25. Der Schaltkontakt 17a verbindet im betätigten, d.h. geschlossenen Zustand den Komittutatorkreis 2oa mit den Hauptanschlüssen (Kathoden- und.Anodenanschlüssen) der in beiden Richtungen schaltbaren Schalteinrichtungen 31 und 32. Entsprechend sind die Schaltkontakte 16b und 16c für die Verbindung der Verbindungspunkte der Kommutatorkreise 2ob bzw. 2oc mit der Gate-Steuerschaltung 25 über die Leitung 26 vorgesehen, während die Schaltkontakte 17b und 17c der Verbindung der Kommuta-

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torkreise 2ob bzw. 2oc mit den Hauptanschlüssen der in beiden Richtungen schaltbaren Schalteinrichtungen dienen. Die frühschaltenden Schaltkontakte 18a, 18b und 18c sind in Reihe geschaltet, um die Gate-Steuerschaltung 25 über die Leitung 27 mit der Sammelleitung 43 zu verbinden und auf deren Potential zu bringen. Die Kapazität und die Induktivität der Kondensatoren 13 und der Spulen 14, 15 sind so ausgewählt, daß die Resonanzfrequenz der parallel geschalteten Kommutatorkreise bei Zuständen ohne Last im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz eines einzelnen Kommutatorkreises ist. Daher wirken die parallel geschalteten Kommutatorkreise 2oa bis 2oc als ein seriengeschalteter LC-Kreis, der auf eine einzelne Frequenz abgestimmt ist, und zwar unabhängig von der Anzahl der so angeschlossenen Kommutatorkreise.

Gemäß Fig. 2 enthält die Gate-Steuerschaltung 25 einen Differenzverstärker 5o, dem ein Signal von einem Gleichrichter 2 9 über eine Leitung 26 zugeführt wird,welches ein Effektivpotential bzw. die Effektivspannung am Verbindungspunkt zwischen dem Kommutatorkondensator 13 und den Kommutatorspulen 14, 15 darstellt. Der Differenzverstärker 5o vergleicht diese Spannung, mit einer Bezugsspannung, um ein Fehlersignal zu erzeugen, dessen Amplitude dem Unterschied zwischen den beiden Eingangsspannungen entspricht. Das Fehlersignal vom vergleichenden Differenzverstärker 5o wird an einen spannungsgesteuerten Oszillator 51 angelegt, der aus einer integrierten Schaltung NE 555 aufgebaut und als astabiler Multivibrator ausgeführt sein kann und in der Lage ist, ein Ausgangssignal verändenderlicher Frequenz zu liefern, das sich abhängig von der Amplitude des Fehlersignals ändert, damit der Fehler ausgeglichen wird. Wenn eine Last über eine Induktionserhitzungsspule gesetzt wird, wird dem Kommutatorkreis Leistung entzogen und als Ergebnis davon die Spannung am Verbindungsp.unkt auf einen Wert verringert, der unter dem gesteuerten Einstellwert liegt, so daß ein Fehlersignal erzeugt wird. Als Reaktion darauf erhöht der spannungsgesteuer-

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te Oszillator 51 die Frequenz seines Ausgangssignals von beispielsweise 19 kHz auf 22 kHz, so daß die den Kommutatorkreisen 2o gelieferte Gesamtleistung erhöht wird, bis der gesteuerte Einstellwert erreicht ist.

Das Ausgangssignal vom Oszillator 51 wird an einen reversiblen Ringzähler 52 angelegt, der die Impulse des Ausgangssignals vom Oszillator 51 der Reihe nach an seine Ausgangsanschlüsse verteilt und die Reihenfolge des Auftretens der Impulse nach jedem Spannungsnulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsquelle 1o umkehrt. Zu diesem Zweck ist ein Nulldurchgangs- bzw. Nullspannungsdetektor 53 vorgesehen, dem das Potential des ersten Anschlusses 41 der Wechselspannungsquelle über die Schaltkontakte 19 und die Leitung 28 (Fig. 1) zugeführt wird, damit er positive Rechteckimpulse erzeugt, wenn das Potential am ersten Anschluß 41 während einer Halbperiode der Spannung von der Wechselspannungsquelle 1o negativ gegenüber dem zweiten Anschluß 42 ist. Die Ausgangssignale vom Ringzähler 52 werden mittels jeweiliger Gate-Treiber 61, 62, 63 und 64 verstärkt, deren Ausgänge mit dem (Steuer-)Gate und der Kathode der Leistungsthyristoren 21, 22, 23 bzw. 24 verbunden sind. Die Umkehr der Reihenfolge der Zündimpulse soll zulassen, daß die Thyristoren in der Reihenfolge 21, 22, 23 und 24 gezündet werden, wenn der Anschluß 41 während einer Halbperiode der Wechselspannung von der Wechselspannungsquelle 1o positiv gegenüber dem Anschluß 42 ist, während sie in umgekehrter Reihenfolge gezündet werden, wenn während der nachfolgenden Halbperiode die Polarität der Eingangsspannung umgekehrt ist.

Der reversierbare Ringzähler 52 enthält ein JK-FIiflop 71, dessen Q und Q Ausgänge mit den J und K Eingängen eines Flipflops 72 verbunden sind, dessen Q und Q Ausgänge mit den K und J Eingängen des Flipflops 71 verbunden sind. Die Takteingänge beider Flipflops sind zusammen an den Ausgang des Oszillators 51 angeschlossen. Der Q Ausgang und der

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Q Ausgang des Flipflops 71 sind mit einem Eingang von NAND-Gliedern 73 bzw. 74 verbunden. Der Ausgang vom Nullspannungsdetektor 53 ist direkt mit dem anderen Eingang des NAND-Glieds 74 und über einen Inverter 75 mit dem anderen Eingang des NAND-Glieds 73 verbunden, damit die Ausgangssignale vom Flipflop 71 zu abwechselnden Halbperioden der Speisespannung einem NAND-Glied 76 zugeführt werden. Der Ausgang des NAND-Glieds 76 ist zum einen mit ersten Eingängen von UND-Gliedern 81 und 82 und zum anderen über einen Inverter 77 mit ersten Eingängen von UND-Gliedern 83 und 84 verbunden. Der Q Ausgang des Flipflops 72 ist mit zweiten Eingängen der UND-Glieder und 83 verbunden, während der Q Ausgang des Flipflops 72 mit zweiten Eingängen der UND-Glieder 81 und 84 verbunden ist.

Der Eingang einer Transistorschaltung 54 ist mit der Leitung 27 verbunden, damit diese Schaltung als Reaktion auf das öffnen irgendeines der Schaltkontakte 18a bis 18c ein Signal mit niedrigem Wert erzeugt. Der Ausgang der Transistorschaltung 54 ist mit dem Dateneingang eines D-Flipflops 55 verbunden, dessen Takteingang mit dem Ausgang vom Nullspannungsdetektor 53 verbunden ist. Das D-Flipflop ändert seinen Zustand auf den Binärzustand am Dateneingang, wenn an seinem Takteingang ein Signal auftritt.

Fig. 3 zeigt eine Reihe von Signalverlaufen, die an verschiedenen Punkten der Ausführungsform der Erfindung auftreten. Fig. 3a ist eine Sinusspannung, die zwischen den Leistungseingangsanschlüssen bzw. dem ersten und dem zweiten Anschluß 41 und 42 der Wechselspannungsquelle auftritt; Fig. 3b zeigt den Signalverlauf des Ausgangssignals des Nullspannungsdetektors 53. Der offene Zustand irgendeines der Schaltkontakte 18a bis 18c ist in Fig. 3c dargestellt. Während der Öffnungsdauer des Schaltkontakts 18 schließen und öffnen sich die Schaltkontakte 16 und 17, wie in Fig. 3d angedeutet. Wenn der Schaltkontakt 18 betätigt wird, ist der

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Stromkreis der Leitung 27 unterbrochen, so daß das Ausgangssignal der Transistorschaltung 54 zum Zeitpunkt t - t- auf ein niedriges Potential fällt. Wenn zum Zeitpunkt t = t₂ ein Taktimpuls auftritt, nimmt das D-Flipflop 55 den niedrigen binären Zustand des Dateneingangs an und verbleibt in diesem Zustand bis zum Zeitpunkt t = t. anschließend an die Freigabe bzw. das Schließen des Schaltkontakts 18 zum Zeitpunkt t = t-j. DaJier ist der Q Ausgang des D-Flipflops 55 normalerweise hoch (= auf hohem Potential) und wird niedrig (= geht auf niedriges Potential) für ein Intervall, das zu Zeitpunkten beginnt und endet, welche mit jedem Nulldurchgang der Spannung von der Spannungsquelle 1o synchron sind. Die Betätigung und das Lösen bzw. das Schließen und öffnen der Schaltkontakte 16 und 17 tritt mit Sicherheit auf, während sich das D-Flipflop 55 im Zustand mit niedrigem Wert befindet.

Der Ausgang des D-Flipflops 55 ist mit dritten Eingängen jedes der UND-Glieder 31, 82, 83 und 84 verbunden, um zu verhindern, daß die Gate-Steuerimpulse hindurchgehen, wenn die Schaltkontakte 16 bis 18 ein- oder ausgeschaltet werden.

Die Arbeitsweise des Ringzählers 52 wird unter bezug auf Fig. 4 beschrieben. Das JK-Flipflop 71 wechselt synchron mit der Anstiegsflanke eines vom Oszillator oder Impulsoszillator 51 veränderlicher Frequenz gelieferten Taktimpulses zum Zustand mit hohem Ausgang und kehrt an der Anstiegsflanke des nächsten Taktimpulses zum Zustand mit niedrigem Ausgang zurück (Fig. 4a und 4b), während das JK-FIiflop 72 synchron mit der Anstiegsflanke eines invertierten Taktimpulses zum Zustand mit hohem Ausgang wechselt und an der Anstiegsflanke des nächsten invertierten Taktimpulses zum Zustand mit niedrigem Ausgang zurückkehrt (Fig. 4a und 4c). Daher erscheint das Ausgangssignal vom Q-Ausgang des Flipflops 71 (Fig. 4b) am Ausgang des NAND-Glieds 76, während der Anschluß 41 positiv gegenüber dem Anschluß 42 ist, wohingegen das Ausgangssignal des Q Ausgangs vom Flipflop 71

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durchgelassen wird, wenn sich die Polarität der Speisespannung von der Spannungsquelle in der nächsten Halbperiode umkehrt. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 81 bis 84 sind die logischen Produkte der Ausgangssignale von den Ausgängen Q und Q der JK-Flipflops 71 und 72, die zu Impulsen 91a, 92a, 93a und 94a führen, welche jeweils nacheinander von den UND-Gliedern 81, 82, 83 und 84 während einer Halbperiode der Sinusspannung abgegeben werden, und zu Impulsen 94b, 93b, 92b und 91b führen, welche während der nächsten Halbperiode der Reihe nach von den UND-Gliedern 84, 83, 82 und 81 geliefert werden.

Es sei angenommen, daß im Betrieb des Geräts ein magnetischer Kochbehälter über die Induktionserhitzungsspule 14a gestellt ist, wobei die Schaltkontakte 16a bis 19a betätigt werden, um die Spule 14a mit einem Hochfrequenzstrom zu erregen. Es wird ferner angenommen, daß der Anschluß 41 positiv gegenüber dem Anschluß 42 ist. Dann wird der Thyristor 21 als erster gezündet, während die Spannung der Spannungs<jnol1.e ihre Polarität beibehält. Der Kondensator 13a wird nhav . -·η nun leitenden Thyristor 21 und die Induktionserhitzuti'pspaiti 14a auf die Speisespannung aufgeladen. Während der Strom, der den Kondensator 13a auflädt, noch fließt, wird der Thyristor 22 vom nächsten Impuls 92a vom Gate-Treiber 62 gezündet. Die Ladung am Kondensator 13a oszilliert dann durch die Inuktionserhitzungsspule 14a, so daß der Kondensator 13a umgeladen wird. Die umgekehrte Ladung am Kondensator 13a erzeugt einen umgekehrten Strom durch den nun leitenden Thyristor 22 und sperrt den Thyristor 21. Der Kondensator 13a wird in der ursprünglichen Richtung geladen und dann entladen durch den Thyristor 23, der aufgrund des dritten Impulses 93a leitend wird. Der vierte Impuls 94a zündet den Thyristor 24, damit der Kondensator 13a in umgekehrter Richtung geladen wird. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die Speisespannung der Spannungsquelle ihre Polarität umkehrt. Wenn sich die Polarität der Speisespannung während der nächsten Halbperiode umkehrt, wird die Zündreihenfolge in der zuvor beschriebenen

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Weise umgedreht, Die Induktionserhitzungsspule 14a wird von dem hochfrequenten oszillierenden Strom erregt, und die Last, die über der Induktionserhitzungsspule 14a angeordnet ist, entzieht dieser elektromagnetische Energie.

Wenn in diesem Fall die Schaltkontakte 16b bis 19b betätigt werden, um die Induktionserhitzungsspule 14b für einen gleichzeitigen KochVorgang zu erregen, dann öffnet sich der Schaltkontakt 18b, bevor sich die Schaltkontakte 16b, 17b und 19b schließen und sperrt die UND-Glieder 81 bis 84 während des Zeitintervalls von t₂ bis t. (Fig. 3) synchron mit Beginn einer Halbperiode der Speisespannung. Während dieser Sperrzeit schließen sich die Schaltkontakte 16b, 17b und 19b zum Zeitpunkt t = t₂'. Daher werden der Kommutatorkondensator und die Kommutatorspulenanordnung der Kommutatorkreise 2oa und 2ob während des Zeitpunkts jeweils in eine Parallelschaltung gebracht, zu dem der hochfrequente Erregerstrom unterbrochen ist. Wenn eine Induktionserhitzungsspule abgeschaltet wird, wird in ähnlicher Weise wiederum der Schaltkontakt 18 für ein Zeitintervall t = t₅ bis t = t₇ betätigt, während das D-Flipflop 55 zum Zeitpunkt t = t_g nach dem Zeitpunkt t[- zum Zustand mit niedrigem Ausgang wechselt und zum Zeitpunkt t = t„ nachfolgend zum Zeitpunkt t- zum Zustand mit hohem Ausgang zurückkehrt, und zwar synchron mit dem Beginn jeder Halbperiode der Speisespannung. Zum Zeitpunkt t = t_ß' kehren die Schaltkontakte 16, 17 und 19 aus dem betätigten, d.h. geschlossenen, zum normalen, d.h. offenen Schaltzustand zurück. Es ist daher möglich, einen unerwünschten Stromstoß während der Schaltdauer aufgrund der Tatsache, daß die Thyristoren 21 bis 24 in einem Moment gezündet werden, bei dem die Speisespannung oberhalb dem Null-Volt-Wert liegt, zu vermeiden. Darüberhinaus erlaubt es die parallele Anschaltung der Kommutatorkreise, sie als einen einzigen, reihengeschalteten LC-Resonanzkreis zu betreiben, der auf eine Frequenz abgestimmt ist, die im wesentlichen gleich der eines einzelnen Kommutatorkreises ist. Wenn daher zwei Induktionserhitzungs-

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spulen 14a und 14b erregt werden, wobei eine einzige Last über die Spule 14a gesetzt ist, während die Spule 14b unbelastet bleibt, dann ruft das Lastungleichgewicht zwischen den beiden Induktionserhitzungsspulen nicht die unangenehme gegenseitige Einwirkung zwischen den Kommutatorkreisen hervor, wie es bei dem bekannten Gerät der Fall ist, bei dem die Kommutatorkreise nicht zur Bildung eines einzigen LC-Kreises angeschlossen sind. Da die Resonanzfrequenz eines Kommutatorkreises mit der Höhe der über ihr angeordneten Last stark zunimmt und die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den parallel verbundenen Kommutatorkondensatoren und den parallel verbundenen Kommutatorspulenanordnungen, vom Differenzverstärker zum Vergleich mit dem Bezugswert festgestellt wird, verursacht eine Lastzunähme eine Verminderung der Spannung am Verbindungspunkt oder der Leitung 26, so daß sich das Ausgangssignal vom Differenzverstärker 5o ändert, um die Frequenz des Spannungsgesteuerten Oszillators 51 zu erhöhen, bis der Verbindungspunkt den ursprünglichen Potentialwert annimmt.

Durch Ausschalten des Stromstoßes und der gegenseitigen Beeinflussung zwischen den Kommutatorkreisen während der Schaltperioden ist es möglich, die Nennleistung der Thyristoren 21 bis 24 zu senken.

Wegen des vorteilhaften Merkmals der vorliegenden Erfindung kann die Induktionserhitzungsspule 14c aus einem Transformator bestehen, um die in der Primärwicklung auftretende Spannung hochzutransformieren und wirkungsvoll eine Hochspannung zu erzeugen. Die Hochspannung wird mittels eines Gleichrichters 1oo in eine Gleich-Hochspannung gleichgerichtet, die an den Anodenanschluß und den Kathodenanschluß eines Magnetrons 1o1 angelegt wird, um eine Strahlungsenergie im Mikrowellenfrequenzbereich zu erzeugen. Die Kathode des Magnetrons wird mittels eines Stroms geheizt, der von den Anschlüssen 41 und 42 über einen Schaltkontakt 19c¹ und einen Spannungserniedrigungstransformator 1o2 geliefert wird. Die

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vom Magnetron 1o1 abgestrahlte Mikrowellenenergie kann wirkungsvoll für die Erhitzung von Lebensmitteln innerhalb einer abgedichteten Kammer eines Mikrowellenofens verwendet werden.

Die Spulen 15a bis 15c veränderlicher Induktivität werden dazu verwendet, die Erregerströme für die Induktionserhitzungsspulen 14a, 14b und 14c individuell zu steuern. Es ist jedoch vorzuziehen, einen Satz Hebemechanismen zu verwenden, wie er in der genannten US-Anmeldung gezeigt und beschrieben ist, um den Luftspalt zwischen dem Boden eines Kochbehältors und der zugehörigen Induktionserhitzungsspule 14a oder 14b zu steuern, anstatt Spulen 15a und 15b mit veränderlicher Induktivität zu verwenden.

Bei der vorangegangenen Beschreibung wird in der Energiequelle ein Paar in beiden Richtungen leitender oder schaltbarer, gate-gesteuerter Schalteinrichtungen verwendet. Es ist naheliegend, eine einzige, in beiden Richtungen schaltbare, gate-gesteuerte Schalteinrichtung anstelle der beiden in dem Fall zu verwenden, bei dem ein Zündimpuls für jede Vollendung der Kommutierung durch den Kommutatorkreis und die in beiden Richtungen schaltbare Schalteinrichtung erzeugt wird. Außerdem ist es ebenso möglich, anstelle der Wechselspannungsquelle eine doppelweg-gleichgerichtete ungefilterte Gleichspannung zu verwenden. In diesem Fall wird die in beiden Richtungen schaltbare Schalteinrichtung durch einen vorwärtsleitenden Thyristor und eine zu diesem antiparallel geschaltete Diode ersetzt. Vom Standpunkt der Radiofrequenzstörung ist es jedoch vorzuziehen, ein Paar in beiden Richtungen leitender, gate-gesteuerter Schalteinrichtungen zu verwenden, wie sie gezeigt und beschrieben wurden, da dieses Paar in der Lage ist, sinusförmige Erregerströme ohne Radiofrequenzanteile zu erzeugen.

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Claims

Patentansprüche

ΛJ Induktionserhitzungsgerät/ gekennzeichnet durch

a) wenigstens eine gate-gesteuerte, in beiden Richtungen schaltbare Schalteinrichtung (31, 32) mit einem Paar von Hauptanschlüssen, die so angeordnet sind, daß sie mit einer Spannungsquelle (1o) niedriger Frequenz zu verbinden sind,

b) mehrere Kommutatorkreise (2oa bis 2oc), von denen jeder einen Kommutatorkondensator (13a bis 13c) und eine Kommutatorspulenanordnung mit einer Induktionserhitzungs-Arbeitsspule (14a bis 14c), welche induktiv mit einer zu erhitzenden magnetischen Last koppelbar ist, umfaßt,

c) Einrichtungen (16 bis 19), um wahlweise die Kommutatorkreise in Parallelschaltung mit den Hauptanschlüssen der Schalteinrichtungen und die Verbindungsstelle zwischen dem Kommutatorkondensator und der Kommutatorspulenanordnung der parallel geschalteten Kommutatorkreise mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt (26) zu verbinden,

d) eine Einrichtung (5o) zur Erzeugung eines Fehlersignals, das der Differenz zwischen der am gemeinsamen Verbindungspunkt auftretenden Spannung und einer Bezugsspannung entspricht, und

e) eine Einrichtung (25) die die gate-gesteuerten, in beiden Richtungen schaltbaren Schalteinrichtungen mit Zündimpulsen hoher Frequenz beliefert, wobei die Frequenz abhängig vom Fehlersignal variabel ist, und so geändert wird, daß die Differenz zwischen der Spannung und der Bezugsspannung aufgehoben wird.
2. Induktionserhitzungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen (16 bis 19) zum manuellen, selektiven Anschalten der Kommutatorkreise (2oa bis 2oc) eine Vielzahl von Schaltern umfassen,

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ORIGINAL INSPECTED

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von denen jeder verzögert arbeitende Schaltkontakte (16, 17, 19) und einen früharbeitenden Schaltkontakt (18) aufweist, wobei die verzögert arbeitenden Schaltkontakte für die Verbindung der Kommutatorkreise in Parallelschaltung mit den Hauptanschlüssen der Schalteinrichtung (31, 32) zur Schaffung einer Kommutierung der Ströme durch die Schalteinrichtung in entgegengesetzten Richtungen und zur Verbindung der Verbindungsstelle mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt (26), damit das Fehlersignal erzeugt werden kann, vorhanden sind, während der früharbeitende Schaltkontakt so betätigbar ist, daß er als Antwort auf eine Betätigungskraft in einer Richtung aktiv wird, bevor die verzögert arbeitenden Schaltkontakte aktiv oder inaktiv werden, und inaktiv wird als Antwort auf eine Betätigungskraft in der anderen Richtung, nachdem die verzögert arbeitenden Schaltkontakte aktiv oder inaktiv geworden sind.
3. Induktionserhitzungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gate-geSteuerte, in beiden Richtungen schaltbare Schalteinrichtung (31, 32) über eine Vielzahl parallel geschalteter Schaltkontakte (19a bis 19c) mit der Spannungsquelle niedriger Frequenz verbunden ist, wobei jeder Schaltkontakt mit einem zugehörigen Paar verzögert arbeitender Schaltkontakte (16, 17) betätigbar ist.
4. Induktionserhitzungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Einrichtungen (54, 55, 31 bis 84), die die Zufuhr der Zündimpulse für ein Zeitintervall unterbrechen,das synchron mit dem Auftreten eines Nulldurchgangs der Spannung von der Spannungsquelle (1o) niedriger Frequenz zu einem ersten Zeitpunkt beginnt und einem zweiten Zeitpunkt endet, wobei der erste Zeitpunkt vor und der zweite Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt der Verbindung der Kommutatorkreise (2oa bis 2oc) in Parallelschaltung und den Zeitpunkt der Verbindung der

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Verbindungsstelle mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt (26) liegen.
5. Induktionserhitzungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zur Unterbrechung der Zündimpulse umfassen:

einen Nullspannungsdetektor (53), der beim Auftreten einer Spannung von 0 Volt an der Spannungsquelle (1o) niedriger Frequenz ein Signal abgibt, und

eine bistabile Einrichtung (55) mit einem Dateneingang (D), der als Antwort auf den aktiven Zustand des früharbeitenden Schaltkontakts (13) auf einen Binärwert gelegt wird, mit einem Takteingang (0), der auf das Signal vom Nullspannungsdetektor anspricht, und mit einem Ausgangsanschluß (Q), wobei die bistabile Einrichtung nach dem Auftreten des Signals am Takteingang den Binärwert an ihrem Ausgangsanschluß auf den Binärwert am Dateneingang ändert, so daß der Ausgang der bistabilen Einrichtung während eines Zeitintervalls auf dem einen Binärwert ist, das mit dem Auftreten einer Null-Volt-Spannung der Spannungsquelle niedriger Frequenz beginnt und mit dem Auftreten einer nachfolgenden Null-Volt-Spannung der Spannungsquelle endet.
6. Induktionserhitzungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Resonanzfrequenz der parallel geschalteten Kommutatorkreise (2oa bis 2oc), wenn keine Last induktiv angekoppelt ist, im wesentlichen die gleiche wie die Resonanzfrequenz eines einzelnen Kommutatorkreises ist.
7. Induktionserhitzungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Induktionserhitzungsspule (14c) eines der Kommutatorkreise (2oa bis 2oc) eine Primärwicklung eines Transformators zur Spannungserhöhung umfaßt, daß mit der Sekundärwicklung des. Transformators ein Gleichrichter (1oo) verbunden ist

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und eine vom Hochtransformieren des durch die Primärwicklung des Transformators und die in beiden Richtungen schaltbare Schalteinrichtung (31/ 32) fließenden Stroms stammende Hochspannung gleichrichtet, und daß der Kathodenanschluß und der Anodenanschluß eines Magnetrons (1o1) die Ausgangsspannung vom Gleichrichter empfangen, um Strahlungsenergie mit Mikrowellenfrequenzen zu erzeugen.

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