EP2101543B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Anstreuerung von Induktionsheizeinrichtungen eines Induktionskochfeldes - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Anstreuerung von Induktionsheizeinrichtungen eines Induktionskochfeldes Download PDF

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EP2101543B1
EP2101543B1 EP09002980A EP09002980A EP2101543B1 EP 2101543 B1 EP2101543 B1 EP 2101543B1 EP 09002980 A EP09002980 A EP 09002980A EP 09002980 A EP09002980 A EP 09002980A EP 2101543 B1 EP2101543 B1 EP 2101543B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
additional
rectifier
converter
induction
induction heating
Prior art date
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Revoked
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EP09002980A
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English (en)
French (fr)
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EP2101543A3 (de
EP2101543A2 (de
Inventor
Christian Egenter
Thomas Haag
Wilfried Schilling
Sebastian Stadtmüller
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EGO Elektro Geratebau GmbH
Original Assignee
EGO Elektro Geratebau GmbH
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Publication date
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Application filed by EGO Elektro Geratebau GmbH filed Critical EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority to PL09002980T priority Critical patent/PL2101543T3/pl
Publication of EP2101543A2 publication Critical patent/EP2101543A2/de
Publication of EP2101543A3 publication Critical patent/EP2101543A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/04—Sources of current

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for controlling or supplying power to induction heating devices of an induction hob, so-called induction coils.
  • the power supply of these induction heaters via the mains or a mains phase thereof, wherein a filter unit and the filter unit is provided on a rectifier unit with at least one inverter and a DC link.
  • a rectifier unit with two inverters in the rectifier unit are advantageously connected to a filter unit so that one induction heater is driven or supplied with power per inverter.
  • Induction generators or devices for cooktops are optimized for two or four induction coils or hobs.
  • Devices with one or three hotplates are realized by omitting an inverter or by operating a two-circuit cooking zone by means of two-speed converters.
  • Systems with four cooking zones are realized by parallel construction of two two-unit units. Five or six systems respectively use three two-unit units or a four-unit unit in combination with a two-unit unit.
  • a generator basically includes the inverters that generate the high frequency and a filter.
  • Filter and inverter can be constructed on a printed circuit board or separately, but always a converter unit with one or more induction coils, typically two induction coils, permanently associated with a filter unit.
  • Each filter unit can be connected separately to a mains phase. If fewer phases of the network are available than filter units, the filter units are always connected together on the network side.
  • a single converter is switched alternately by means of relay switching to a plurality of induction coils or a plurality of heating circuits of an induction coil.
  • two or more inverters which may also be located in different converter units, can be permanently connected to different partial coils of a multi-circuited induction coil.
  • the JP 2003-282226 A describes a generic device for controlling induction heating of an induction cooktop with a filter unit, a rectifier unit, a plurality of converters and a DC link.
  • the structure of the drive for each induction coil of the induction heaters is the same.
  • the invention has for its object to provide an aforementioned device and a method for power supply or control of induction heating, with which problems of the prior art can be avoided and in particular advantageously an additional induction heater can be controlled with the least possible Effort.
  • an additional induction heater which is connected behind one of the existing filter units to be provided for a further induction heating device which is to be controlled by the device or the method and to be supplied with power.
  • a further induction heating device which is to be controlled by the device or the method and to be supplied with power.
  • the additional converter can be connected without a rectifier to an intermediate circuit of an existing, connected to the filter unit rectifier unit, in particular directly connected. Furthermore, this connection can again be made via switching means similar to the above.
  • the additional converter without rectifier can be connected via switching means to a plurality of intermediate circuits of a plurality of rectifier units. An alternating power supply of the additional converter via the connection of different intermediate circuits can be carried out according to the same principles as described above for the connection of the additional converter to a filter unit.
  • the additional converter for the additional induction heater is connected together with a rectifier unit for it between a filter unit and an existing rectifier unit with the inverters.
  • the additional converter can be connected directly to a connection between the filter unit and rectifier unit.
  • a switching means for example a relay
  • the additional converter is connected, as it were, to one or another filter unit via the switching means, depending on the still available power reserve of the filter unit.
  • the additional converter for the additional induction heating device can in each case be connected to that filter unit which at this moment has a lower power output for its existing induction heating devices, that is to say even a larger power reserve.
  • additional power to additional heating devices, each having two or more associated induction coils as so-called two-circuit heaters or multi-circuit heaters so that the power comes from an existing first rectifier unit for a first induction coil
  • the power can come from a pre-described additional converter, which is connected to switching means with one of the intermediate circuits of the existing rectifier units.
  • the power supply of the second induction coil can come via an additional converter with rectifier unit, which is connected to an existing filter unit.
  • inverter operated frequency synchronized.
  • interference noise between the induction heaters can be avoided.
  • a device 11a is shown for driving induction heating devices 14a to 17a.
  • These induction heating devices 14a to 17a are part of an induction hob 12a shown in dashed lines, as for example from the above-mentioned WO 2004/014106 A1 is basically known.
  • the induction heating devices 14a to 17a each have induction coils 14'a to 17a, which are shown schematically, or are formed by these. This realization is no problem for the skilled person.
  • the device 11a has two filter units 23a and 24a, which are connected to a power grid 21, in particular a two-phase power grid. Although the filter units 23a and 24a are shown together, they may be separate components. Advantageously and usually they are arranged on the same circuit board or in the same housing.
  • a first rectifier unit 26a is connected on the left filter unit 23a.
  • This has a rectifier 27a, which feeds two converters 28a and 29a, via an intermediate circuit, not shown, but this is usually done and also emerges from the aforementioned prior art.
  • the inverter 28a feeds the induction heater 14a and the inverter 29a feeds the induction heater 15a, and the inverters are respectively responsible for the power supply of the induction heaters.
  • the right filter unit 24a accordingly feeds a second rectifier unit 31a having a rectifier 32a and two inverters 33a and 34a which in turn power the induction heaters 16a and 17a.
  • the device described corresponds to the state of the art for driving the four induction heating devices 14a to 17a via four inverters 28a, 29a, 33a and 34a.
  • an additional induction heater 18a with corresponding induction coil 18'a is to be supplied with power in the induction hob 12a, this is difficult in itself. Although it could be connected via a switching means to an output of one of the inverter, but then the other, usually supplied by this inverter induction heater could not be supplied with power.
  • a switching means 36a is connected to the connections of both rectifier units 26a and 31a with their respective filter unit 23a and 24a, ie behind the filter units.
  • the switching means 36a can connect to the supply of one of the filter units, depending on the current power requirement situation.
  • the switching means 36a feeds an additional converter 38a. This in turn ensures the power supply for the additional induction heater 18a.
  • the switching means 36a is connected to the right filter unit 24a. This means that the total power required by the induction heaters 16a, 17a and 18a may not exceed the total power that the filter unit 24a can provide to a maximum, for example even in the short term.
  • the above-described power sharing methods are applied between the three induction heaters set by the inverters 33a, 34a and 38a, respectively.
  • the filter unit 24a is overloaded, it is possible to switch to the possibly still left-hand filter unit 23a.
  • An additional converter thus basically switches over the switching means to the filter unit or rectifier unit which is more suitable at this moment.
  • the desired power of each induction heater can be adjusted by the inverter.
  • Fig. 2 is a modification of the device Fig. 1 shown as a device 11 b.
  • the additional switching means 36b is no longer connected directly to the filter units 23b and 24b, but to the intermediate circuits, not shown, of the first rectifier unit 26b and the second rectifier unit 31b.
  • the additional rectifier according to Fig. 1 is no longer necessary because the connection is just made directly to the DC link of the existing rectifier units. Otherwise, the same applies here as before for the function and use of the switching means 36.
  • the maximum available total power of the rectifier units or the associated DC link must also be taken into account.
  • Fig. 3 is a further modification of a device 11 c shown, which again essentially that of Fig. 2 corresponds, ie with the additional switching means 36 c connected to the intermediate circuits of the first rectifier unit 26 c and second rectifier unit 31 c. Furthermore, in Fig. 3 the existing induction heater 17c and the corresponding induction coil, the inner part of a two-circuit heater. The outer part surrounding the inner part is formed by the additional induction heater 18c with the corresponding induction coil. This additional induction heater 18c is powered by an additional inverter 38c.
  • the two induction heaters 17c and 18c form the same hotplate for an induction hob, they are fed from different inverters and, if the additional inverter 38c is connected to the left rectifier unit 26c via the switching means 36c, even across different filter units and different rectifier units.
  • the distribution of the power can be advantageous in this case, however, since in a two-circuit operation of the two-circuit heater large power is needed and then belonging to the same rectifier unit 31 c induction heater 16c probably not or only with very low power could be operated. Otherwise, the same rules for a power distribution apply as described above.
  • two additional inverters 38d and 39d are connected to a switching means 36d.
  • the additional inverter 38d feeds the additional induction heater 18d and the additional converter 39d feeds the additional induction heater 19d.
  • an induction hob with six induction heating 14d to 19d and thus also six cooking zones can be constructed here.
  • Both additional induction heaters 18d and 19d can thus be connected via additional inverters 38d and 39d and the switching means 36d to one of the intermediate circuits of the existing rectifier units 26d and 31d. In this respect, performance management is of great importance.
  • a device 11 e is shown.
  • two additional switching means 36e and 40e are provided, which are respectively connected to both intermediate circuits of the existing rectifier units 26e and 31 e.
  • the switching means 36e is connected to an additional converter 38e, which feeds an additional induction heater 18e from the intermediate circuit of one of the rectifier units.
  • the additional switching means 40e connects the additional inverter 39e to one of the intermediate circuits of the existing rectifier units for supplying power to the additional induction heater 19e.
  • each of the inverters 38e and 39e for the induction heaters 18e and 19e are connected as needed via the switching means 36e and 40e to one of the intermediate circuits of the existing rectifier units 26e and 31e.
  • both converters 38e and 39e are connected to the same DC link if this is the set power as well as the power reserves of the relevant rectifier unit.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung bzw. Leistungsversorgung von Induktionsheizeinrichtungen eines Induktionskochfeldes, sogenannten Induktionsspulen. Die Leistungsversorgung dieser Induktionsheizeinrichtungen erfolgt über das Stromnetz bzw. eine Netzphase davon, wobei daran eine Filtereinheit und an der Filtereinheit eine Gleichrichtereinheit mit mindestens einem Umrichter und einem Zwischenkreis vorgesehen ist. Dabei sind vorteilhaft an eine Filtereinheit eine Gleichrichtereinheit mit jeweils zwei Umrichtern in der Gleichrichtereinheit angeschlossen, sodass pro Umrichter eine Induktionsheizeinrichtung angesteuert bzw. mit Leistung versorgt wird.
  • Übliche Induktionsgeneratoren bzw. vorbeschriebene Vorrichtungen für Kochfelder sind für zwei oder vier Induktionsspulen bzw. Kochstellen optimiert. Vorrichtungen mit einer bzw. drei Kochstellen werden durch Weglassen eines Umrichters bzw. durch Betreiben einer Zweikreis-Kochzone mittels Zweier-Umrichter realisiert. Systeme mit vier Kochstellen werden durch parallelen Aufbau von zwei Zweier-Einheiten realisiert. Fünfer bzw. Sechser Systeme verwenden entsprechend drei Zweier-Einheiten oder eine Vierereinheit in Kombination mit einer Zweiereinheit.
  • Ein Generator beinhaltet grundsätzlich die Umrichter, die die Hochfrequenz erzeugen, sowie einen Filter. Filter und Umrichter können auf einer Leiterplatte oder getrennt aufgebaut sein, jedoch ist immer eine Umrichtereinheit mit einer oder mehreren Induktionsspulen, typisch zwei Induktionsspulen, fest einer Filtereinheit zugeordnet. Jede Filtereinheit kann separat an eine Netzphase angeschlossen werden. Stehen weniger Phasen des Netzes als Filtereinheiten zur Verfügung, so werden die Filtereinheiten stets auf der Netzseite zusammen geschaltet.
  • Weiter ist bekannt, dass ein einzelner Umrichter alternierend mittels Relais-Umschaltung auf mehrere Induktionsspulen bzw. mehrere HeizKreise einer Induktionsspule geschaltet wird. Ebenfalls bekannt ist, dass zwei oder mehr Umrichter, die sich auch in unterschiedlichen Umrichtereinheiten befinden können, fest auf verschiedene Teilspulen einer mehrkreisigen Induktionsspule geschaltet werden können.
  • Bei alternierender Verwendung eines Umrichters für zwei Induktionsspulen kann zwar ein Umrichter eingespart werden. Allerdings kann dann auch immer nur eine Induktionsspule gleichzeitig mit Strom versorgt werden.
  • Wird der Umrichter in zeitlich kurzen Abständen alternierend auf beide Induktionsspulen geschaltet, wie es aus der DE 3712242 A1 bekannt ist, so entstehen Nachteile im Kochbild wie beispielsweise Auf- und Abschwellen beim Kochen von Wasser. Außerdem entstehen durch das mechanische Umschalten des Relais regelmäßige störende Klack-Geräusche. Auch der entstehende Flicker beim Umschalten ist von Nachteil.
  • Wird der Umrichter hingegen stationär über ein Relais einer Induktionsspule zugeordnet, wie es aus der EP 1 194 008 A2 und der WO 2004/014 106 A1 bekannt ist, so dass eine weitere Induktionsspule stationär ohne Umrichteranschluss ist, so kann die Induktionsspule nicht mit Strom versorgt werden und die entsprechende Kochstelle bleibt kalt. Vorteilhaft an dieser Lösung ist, dass kein regelmäßig auftretendes Klack-Geräusch entsteht und das Arbeitsgeräusch leiser ist, sofern die beiden Umrichter der mehrkreisigen Induktionsheizeinrichtung miteinander frequenzsynchronisiert sind.
  • Die JP 2003-282226 A beschreibt eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung von Induktionsheizeinrichtungen eines Induktionskochfeldes mit einer Filtereinheit, einer Gleichrichtereinheit, mehreren Umrichtern und einem Zwischenkreis. Dabei ist der Aufbau der Ansteuerung für jede Induktionsspule der Induktionsheizeinrichtungen gleich ausgebildet.
    • Aufgabe und Lösung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Leistungsversorgung bzw. Ansteuerung von Induktionsheizeinrichtungen zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere auf vorteilhafte Art und Weise eine weitere Induktionsheizeinrichtung angesteuert werden kann mit möglichst geringem Aufwand.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der nachfolgend aufgezählten Merkmale nur für die Vorrichtung oder nur für das Verfahren beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für die Vorrichtung als auch für das Verfahren gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Des weiteren wird der Wortlaut der deutschen Prioritätsanmeldung DE 102008015036.3 vom 14. März 2008 derselben Anmelderin durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass für eine weitere Induktionsheizeinrichtung, die mit der Vorrichtung bzw. dem Verfahren angesteuert und mit Leistung versorgt werden soll, ein zusätzlicher Umrichter vorgesehen ist, der hinter einer der bestehenden Filtereinheiten angeschlossen ist. Somit ist also bei der Erfindung vorgesehen, dass für einen zusätzlichen Umrichter einer weiteren Induktionsheizeinrichtung selbst bei an sich schon voll belegten Filtereinheiten keine weitere Filtereinheit vorgesehen wird, sondern dieser zusätzliche Umrichter dahinter angeschlossen ist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind insgesamt zwei Filtereinheiten vorgesehen, wobei jede von ihnen eine Gleichrichtereinheit versorgen mit jeweils zwei Umrichtern. An jeden dieser Umrichter ist eine bestehende Induktionsheizeinrichtung angeschlossen.
  • In einer ersten grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung kann der zusätzliche Umrichter ohne Gleichrichter an einen Zwischenkreis einer bestehenden, an die Filtereinheit angeschlossenen Gleichrichtereinheit angeschlossen werden, insbesondere direkt angeschlossen. Des weiteren kann dieser Anschluss wiederum über Schaltmittel ähnlich wie vorbeschrieben erfolgen. In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der zusätzliche Umrichter ohne Gleichrichter über Schaltmittel an mehrere Zwischenkreise mehrerer Gleichrichtereinheiten angeschlossen sein. Eine wechselnde Leistungsversorgung des zusätzlichen Umrichters über die Verbindung aus verschiedenen Zwischenkreisen kann gemäß den selben Prinzipien erfolgen wie zuvor für die Verbindung des zusätzlichen Umrichters an eine Filtereinheit beschrieben.
  • Des weiteren ist es bei der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, dass nicht nur ein zusätzlicher Umrichter für eine zusätzliche Induktionsheizeinrichtung, sondern mehrere zusätzliche Umrichter für jeweils eine zusätzliche Induktionsheizeinrichtung an die Zwischenkreise von bestehenden Gleichrichtereinheiten angeschlossen werden. Dies kann vorteilhaft wiederum über Schaltmittel erfolgen, da dies eine vorteilhafte Möglichkeit zur Leistungsversorgung aus mehreren Gleichrichtereinheiten bzw. mehreren Filtereinheiten ermöglicht.
  • In einer anderen grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zusätzliche Umrichter für die zusätzliche Induktionsheizeinrichtung zusammen mit einer Gleichrichtereinheit dafür zwischen einer Filtereinheit und einer bestehenden Gleichrichtereinheit mit den Umrichtern angeschlossen ist. Insbesondere kann der zusätzliche Umrichter dabei direkt an eine Verbindung zwischen Filtereinheit und Gleichrichtereinheit angeschlossen werden. Hierbei ist es vorteilhaft möglich, den zusätzlichen Umrichter über ein Schaltmittel, beispielsweise ein Relais, an eine derartige Verbindung zwischen Filtereinheit und Gleichrichtereinheit anzuschließen. Besonders vorteilhaft ist es möglich, den zusätzlichen Umrichter über die Schaltmittel nicht nur an eine Verbindung einer Filtereinheit mit einer Gleichrichtereinheit anzuschließen, sondern an die Verbindungen mehrerer Filtereinheiten mit jeweils ihren fest zugeordneten Gleichrichtereinheiten. So ist es möglich, was nachfolgend noch näher erläutert wird, dass über die Schaltmittel der zusätzliche Umrichter sozusagen an die eine oder eine andere Filtereinheit angeschlossen wird, je nach noch zur Verfügung stehenden Leistungsreserve der Filtereinheit. Insbesondere kann dabei der zusätzliche Umrichter für die zusätzliche Induktionsheizeinrichtung jeweils an diejenige Filtereinheit angeschlossen werden, die in diesem Moment eine geringere Leistungsabgabe für ihre vorhandenen Induktionsheizeinrichtungen aufweist, also noch eine größere Leistungsreserve.
  • Hierbei ist es des weiteren noch möglich, bei nicht ausreichender Restleistung selbst dieser weniger belasteten Filtereinheit die zusätzliche Induktionsheizeinrichtung mit verringerter Leistung zu betreiben, sodass eine maximal zulässige Leistung, insbesondere auch eine kurzzeitig maximal zulässige Leistung, der Filtereinheit eingehalten wird. In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine solche Leistungsreduzierung zwar vorwiegend bei der zusätzlichen Induktionsheizeinrichtung vorgenommen werden, aber zusätzlich auch bei einer der bestehenden Induktionsheizeinrichtungen der Filtereinheit. So kann die quasi gezwungenermaßen notwendige Leistungsreduzierung auf mehrere Induktionsheizeinrichtungen verteilt werden, sodass sie sich bei keiner von ihnen besonders stark bzw. negativ bemerkbar macht. Mögliche Verfahren für eine derartige Leistungsreduzierung sind dem Fachmann aus der DE 10 2005 045 875 A1 bekannt, deren Inhalt diesbezüglich hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, zusätzliche Heizeinrichtungen, die jeweils zwei oder noch mehr zusammengehörende Induktionsspulen aufweisen als sogenannte Zweikreis-Heizeinrichtungen oder Mehrkreis-Heizeinrichtungen, derart mit Leistung zu beaufschlagen, dass für eine erste Induktionsspule die Leistung aus einer vorhandenen ersten Gleichrichtereinheit kommt. Für eine zweite oder auch weitere Induktionsspule, die vorteilhaft eine üblicherweise zur ersten Induktionsspule zuschaltbare Heizeinrichtung ist, kann die Leistung aus einem vorbeschriebenen zusätzlichen Umrichter kommen, der mit Schaltmitteln mit einem der Zwischenkreise der vorhandenen Gleichrichtereinheiten verbunden ist. Alternativ kann die Leistungsversorgung der zweiten Induktionsspule über einen zusätzlichen Umrichter mit Gleichrichtereinheit kommen, die an eine bestehende Filtereinheit angeschlossen ist.
  • In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Umrichter frequenzsynchronisiert betrieben werden. So können Interferenzgeräusche zwischen den Induktionsheizeinrichtungen vermieden werden.
  • Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Darstellung eines Anschlusses einer zusätzlichen Gleich- richtereinheit für eine zusätzliche Induktionsheizeinrichtung über Schaltmittel an beide bestehenden Filtereinheiten,
    Fig. 2
    eine Abwandlung der Darstellung aus Fig. 1 mit dem Anschluss über die Schaltmittel an die Zwischenkreise zweier vorhandener Gleichrichtereinheiten,
    Fig. 3
    den Anschluss einer zusätzlichen Induktionsheizeinrichtung als Zweikreis-Spule mit einer Induktionsspule an eine bestehende Gleichrichtereinheit und der anderen Induktionsspule an einen zusätzlichen Umrichter,
    Fig. 4
    eine weitere Abwandlung, bei der eine zweifache zusätzliche Umrichtereinheit über Schaltmittel an Zwischenkreise zweier be- stehender Gleichrichtereinheiten angeschlossen wird für zwei zusätzliche Induktionsheizeinrichtungen und
    Fig. 5
    eine Abwandlung der Darstellung aus Fig. 4, bei der zwei sepa- rate zusätzliche Umrichter für jeweils eine zusätzliche Indukti- onsheizeinrichtung über jeweils ein eigenes Schaltmittel an bei- de Zwischenkreise beider bestehender Gleichrichtereinheiten angeschlossen sind.
    Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 11a dargestellt zur Ansteuerung von Induktionsheizeinrichtungen 14a bis 17a. Diese Induktionsheizeinrichtungen 14a bis 17a sind Bestandteil eines gestrichelt dargestellten Induktionskochfeldes 12a, wie dies beispielsweise aus der eingangs genannten WO 2004/014106 A1 grundsätzlich bekannt ist. Die Induktionsheizeinrichtungen 14a bis 17a weisen jeweils schematisch dargestellte Induktionsspulen 14'a bis 17a auf bzw. werden von diesen gebildet. Diese Realisierung ist für den Fachmann kein Problem.
  • Die Vorrichtung 11a weist zwei Filtereinheiten 23a und 24a auf, die an ein Stromnetz 21, insbesondere ein zweiphasiges Stromnetz, angeschlossen sind. Obwohl die Filtereinheiten 23a und 24a zusammengehörig dargestellt sind, können es getrennte Bauteile bzw. Baueinheiten sein. Vorteilhaft und üblicherweise sind sie auf der selben Leiterplatte bzw. im selben Gehäuse angeordnet. An der linken Filtereinheit 23a ist eine erste Gleichrichtereinheit 26a angeschlossen. Diese weist einen Gleichrichter 27a auf, der zwei Umrichter 28a und 29a speist, und zwar über einen nicht dargestellten Zwischenkreis, was jedoch üblicherweise so gemacht wird und auch aus dem eingangs genannten Stand der Technik hervorgeht. Dabei speist der Umrichter 28a die Induktionsheizeinrichtung 14a und der Umrichter 29a die Induktionsheizeinrichtung 15a bzw. die Umrichter sind jeweils für die Leistungsversorgung der Induktionsheizeinrichtungen zuständig.
  • Die rechte Filtereinheit 24a speist entsprechend eine zweite Gleichrichtereinheit 31 a mit einem Gleichrichter 32a und zwei Umrichtern 33a und 34a, die wiederum die Induktionsheizeinrichtungen 16a und 17a mit Leistung versorgen. Insoweit entspricht die beschriebene Vorrichtung dem Stand der Technik zur Ansteuerung der vier Induktionsheizeinrichtungen 14a bis 17a über vier Umrichter 28a, 29a, 33a und 34a.
  • Soll nun jedoch bei dem Induktionskochfeld 12a noch eine zusätzliche Induktionsheizeinrichtung 18a mit entsprechender Induktionsspule 18'a mit Leistung versorgt werden, so ist dies an sich schwierig. Sie könnte zwar über ein Schaltmittel an einen Ausgang eines der Umrichter angeschlossen werden, wobei dann aber die andere, üblicherweise von diesem Umrichter versorgte Induktionsheizeinrichtung nicht mehr mit Leistung versorgt werden könnte.
  • Deswegen ist erfindungsgemäß ein Schaltmittel 36a an die Verbindungen beider Gleichrichtereinheiten 26a und 31 a mit ihrer jeweiligen Filtereinheit 23a und 24a angeschlossen, also hinter die Filtereinheiten. Das Schaltmittel 36a kann an die Versorgung einer der Filtereinheiten anschließen, je nach derzeitiger Leistungsbedarfssituation. Das Schaltmittel 36a speist einen zusätzlichen Umrichter 38a. Dieser wiederum stellt die Leistungsversorgung für die zusätzliche Induktionsheizeinrichtung 18a sicher. Im in Fig. 1 dargestellten Fall ist das Schaltmittel 36a an die rechte Filtereinheit 24a angeschlossen. Dies bedeutet, dass die von den Induktionsheizeinrichtungen 16a, 17a und 18a benötigte Gesamt-Leistung nicht über der Gesamt-Leistung liegen darf, die die Filtereinheit 24a maximal zur Verfügung stellen kann, beispielsweise auch kurzfristig. In diesem Fall greifen die zuvor beschriebenen Verfahren zur Leistungsaufteilung zwischen den drei Induktionsheizeinrichtungen, welche jeweils durch die Umrichter 33a, 34a und 38a eingestellt werden. Alternativ kann bei überlasteter Filtereinheit 24a auf die möglicherweise noch Reserven aufweisende linke Filtereinheit 23a geschaltet werden.
  • Ein zusätzlicher Umrichter schaltet sich also über die Schaltmittel grundsätzlich der in diesem Moment besser geeigneten Filtereinheit bzw. Gleichrichtereinheit zu. Über Frequenz- oder Phasenregelung kann die gewünschte Leistung einer jeden Induktionsheizeinrichtung eingestellt werden durch den Umrichter.
  • In Fig. 2 ist eine Abwandlung der Vorrichtung aus Fig. 1 als Vorrichtung 11 b dargestellt. Der Unterschied besteht hier darin, dass das zusätzliche Schaltmittel 36b nicht mehr direkt an die Filtereinheiten 23b und 24b angeschlossen ist, sondern an die nicht dargestellten Zwischenkreise der ersten Gleichrichtereinheit 26b und der zweiten Gleichrichtereinheit 31 b. Dies bedeutet, dass dann auch der zusätzliche Gleichrichter gemäß Fig. 1 nicht mehr notwendig ist, da der Anschluss eben direkt an die Zwischenkreise der bestehenden Gleichrichtereinheiten erfolgt. Ansonsten gilt hier für Funktion und Verwendung des Schaltmittels 36 das selbe wie zuvor. Zusätzlich ist nun aber auch noch die maximal verfügbare Gesamt-Leistung der Gleichrichtereinheiten bzw. auch der zugehörigen Zwischenkreise zu beachten.
  • In Fig. 3 ist eine weitere Abwandlung einer Vorrichtung 11 c dargestellt, die wieder im wesentlichen derjenigen aus Fig. 2 entspricht, also mit dem zusätzlichen Schaltmittel 36c angeschlossen an die Zwischenkreise der ersten Gleichrichtereinheit 26c und zweiten Gleichrichtereinheit 31 c. Des weiteren ist in Fig. 3 die bestehende Induktionsheizeinrichtung 17c bzw. die entsprechende Induktionsspule der innere Teil einer Zweikreis-Heizeinrichtung. Der äußere, den inneren Teil umgebende Teil wird durch die zusätzliche Induktionsheizeinrichtung 18c mit der entsprechenden Induktionsspule gebildet. Diese zusätzliche Induktionsheizeinrichtung 18c wird von einem zusätzlichen Umrichter 38c gespeist. Obwohl somit die beiden Induktionsheizeinrichtungen 17c und 18c bei einem Induktionskochfeld quasi die selbe Kochstelle bilden, werden sie aus unterschiedlichen Umrichtern gespeist und, falls über das Schaltmittel 36c der zusätzliche Umrichter 38c an die linke Gleichrichtereinheit 26c angeschlossen ist, sogar über unterschiedliche Filtereinheiten und unterschiedliche Gleichrichtereinheiten. Die Verteilung der Leistung kann gerade in diesem Fall aber vorteilhaft sein, da bei einem Zweikreis-Betrieb der Zweikreis-Heizeinrichtung große Leistung benötigt wird und dann die zur selben Gleichrichtereinheit 31 c gehörende Induktionsheizeinrichtung 16c wahrscheinlich nicht oder nur mit sehr geringer Leistung betrieben werden könnte. Ansonsten gelten hier eben die selben Regeln für eine Leistungsverteilung wie zuvor beschrieben.
  • In der weiteren Vorrichtung 11 d gemäß Fig. 4 sind an ein Schaltmittel 36d zwei zusätzliche Umrichter 38d und 39d angeschlossen. Dabei speist der zusätzliche Umrichter 38d die zusätzliche Induktionsheizeinrichtung 18d und der zusätzliche Umrichter 39d die zusätzliche Induktionsheizeinrichtung 19d. Somit kann hier ein Induktionskochfeld mit sechs Induktionsheizeinrichtung 14d bis 19d und somit auch sechs Kochstellen aufgebaut werden. Beide zusätzlichen Induktionsheizeinrichtungen 18d und 19d sind somit über zusätzliche Umrichter 38d und 39d sowie die Schaltmittel 36d an einen der Zwischenkreise der bestehenden Gleichrichtereinheiten 26d und 31d anschließbar. Insofern ist gerade hier auch ein Leistungsmanagement von großer Bedeutung.
  • In Fig. 5 schließlich ist eine Vorrichtung 11 e dargestellt. In Abwandlung der Vorrichtung aus Fig. 4 sind hier zwei zusätzliche Schaltmittel 36e und 40e vorgesehen, die jeweils an beide Zwischenkreise der bestehenden Gleichrichtereinheiten 26e und 31 e angeschlossen sind. Das Schaltmittel 36e ist mit einem zusätzlichen Umrichter 38e verbunden, der eine zusätzliche Induktionsheizeinrichtung 18e speist aus dem Zwischenkreis einer der Gleichrichtereinheiten. Das zusätzliche Schaltmittel 40e schließt den zusätzlichen Umrichter 39e an einen der Zwischenkreise der bestehenden Gleichrichtereinheiten an zur Leistungsversorgung der zusätzlichen Induktionsheizeinrichtung 19e.
  • Mit der Vorrichtung 11 e gemäß Fig. 5 kann also vorteilhafter als mit der Vorrichtung 11 d in Fig. 4 jeder der Umrichter 38e und 39e für die Induktionsheizeinrichtungen 18e und 19e nach Bedarf über die Schaltmittel 36e und 40e an einen der Zwischenkreise der bestehenden Gleichrichtereinheiten 26e und 31 e angeschlossen werden. Insofern ist es auch möglich, dass beide Umrichter 38e und 39e an den selben Zwischenkreis angeschlossen werden, wenn dies die eingestellten Leistungen sowie die Leistungsreserven der betreffenden Gleichrichtereinheit hergeben.

Claims (15)

  1. Vorrichtung (11a-e) zur Ansteuerung von Induktionsheizeinrichtungen (14a-e bis 17a-e) eines Induktionskochfeldes (12a), wobei die Leistungsversorgung der Induktionsheizeinrichtungen über das Stromnetz (21) bzw. eine Netzphase davon, eine Filtereinheit (23a-e, 24a-e) und eine Gleichrichtereinheit (27a-e, 32a-e) mit mindestens einem Umrichter (28a-e, 29a-e, 33a-e, 34a-e) und Zwischenkreis erfolgt, wobei an eine Filtereinheit eine Gleichrichtereinheit und mindestens ein Umrichter, insbesondere zwei Umrichter, angeschlossen sind für zwei Induktionsheizeinrichtungen(14a-e bis 17a-e), dadurch gekennzeichnet, dass für eine weitere Induktionsheizeinrichtung (18a-e, 19d-e) ein zusätzlicher Umrichter (38a-e, 39d-e) hinter einer der bestehenden Filtereinheiten (23a-e, 24a-e) angekoppelt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt zwei Filtereinheiten (23a-e, 24a-e) vorgesehen sind, vorzugsweise mit jeweils einer Gleichrichtereinheit (27a-e, 32a-e) mit jeweils zwei Umrichtern (28a-e, 29a-e, 33a-e, 34a-e) für jeweils eine Induktionsheizeinrichtung (14a-e bis 17a-e) pro Umrichter.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Umrichter (38a-e, 39d-e) ohne Gleichrichter insbesondere direkt an einen Zwischenkreis einer bestehenden Gleichrichtereinheit (27a-e, 32a-e) mit Umrichter angeschlossen ist, vorzugsweise über Schaltmittel (36a-e) an mehrere Zwischenkreise von Gleichrichtereinheiten(27a-e, 32a-e).
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zusätzliche Umrichter (38a-e, 39d-e) an Zwischenkreise mehrerer Gleichrichtereinheiten (27a-e, 32a-e) angeschlossen sind, wobei vorzugsweise jeder zusätzliche Umrichter über Schaltmittel (36a-e) an die Zwischenkreise aller Gleichrichtereinheiten angeschlossen ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Umrichter (38a-e, 39d-e) zusammen mit einer Gleichrichtereinheit (27a-e, 32a-e) insbesondere direkt an eine Verbindung zwischen einer Filtereinheit (23a-e, 24a-e) und bestehenden Gleichrichtereinheiten mit Umrichtern (28a-e, 29a-e, 33a-e, 34a-e) angeschlossen ist, vorzugsweise über Schaltmittel (36a) an Verbindungen mehrerer Filtereinheiten (23a, 24a) mit jeweils einer Gleichrichtereinheit(27a, 32a).
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Induktionsheizeinrichtungen mit zwei zusammengehörenden Induktionsspulen mit Leistung beaufschlagt sind derart, dass für eine erste Induktionsspule die Leistung aus einer vorhandenen Gleichrichtereinheit kommt und für eine zweite Induktionsspule, die vorzugsweise eine zusätzliche Induktionsspule zur ersten Induktionsspule ist, die Leistung aus einem zusätzlichen Umrichter mit Schaltmitteln kommt, wobei die Schaltmittel mit einem der Zwischenkreise der vorhandenen Gleichrichtereinheiten verbunden sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Umrichter (38a) dazu ausgebildet ist, die zusätzliche Induktionsheizeinrichtung (18a) an diejenige Filtereinheit (23a, 24a) anzuschließen, die in diesem Moment eine geringere Leistung erzeugt, wobei vorzugsweise bei nicht ausreichender Restleistung dieser Filtereinheit für die zusätzliche Induktionsheizeinrichtung diese zusätzliche Induktionsheizeinrichtung (18a) mit verringerter Leistung unter Einhaltung der maximalen Leistung der Filtereinheit (23a, 24a) betrieben ist.
  8. Verfahren zur Ansteuerung von Induktionsheizeinrichtungen (14a-e bis 17a-e) eines Induktionskochfeldes (12a), wobei die Leistungsversorgung der Induktionsheizeinrichtungen über das Stromnetz (21) bzw. eine Netzphase davon, eine Filtereinheit (23a-e, 24a-e) und eine Gleichrichtereinheit (27a-e, 32a-e) mit mindestens einem Umrichter (28a-e, 29a-e, 33a-e, 34a-e) und Zwischenkreis erfolgt, wobei an eine Filtereinheit eine Gleichrichtereinheit und mindestens ein Umrichter, insbesondere zwei Umrichter, angeschlossen sind für zwei Induktionsheizeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass für eine weitere Induktionsheizeinrichtung (18a-e, 19d-e) des Induktionskochfeldes ein zusätzlicher Umrichter (38a-e, 39d-e) hinter einer der bestehenden Filtereinheiten (23a-e, 24a-e) angekoppelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt zwei Filtereinheiten (23a-e, 24a-e) vorgesehen sind, vorzugsweise mit jeweils einer Gleichrichtereinheit (27a-e, 32a-e) mit jeweils zwei Umrichtern (28a-e, 29a-e, 33a-e, 34a-e) für jeweils eine Induktionsheizeinrichtung (14a-e bis 17a-e) pro Umrichter.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Umrichter (38a-e, 39d-e) ohne Gleichrichter insbesondere direkt an einen Zwischenkreis einer bestehenden Gleichrichtereinheit (27a-e, 32a-e) mit (28a-e, 29a-e, 33a-e, 34a-e) angeschlossen wird, vorzugsweise über Schaltmittel (36a-e) an mehrere Zwischenkreise von Gleichrichtereinheiten(27a-e, 32a-e).
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zusätzliche Umrichter (38a-e, 39d-e) an Zwischenkreise mehrerer Gleichrichtereinheiten (27a-e, 32a-e) angeschlossen werden, wobei vorzugsweise jeder zusätzliche Umrichter über Schaltmittel (36a-e) an die Zwischenkreise aller Gleichrichtereinheiten angeschlossen wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Umrichter (38a-e, 39d-e) zusammen mit einer Gleichrichtereinheit (27a-e, 32a-e) an eine Verbindung zwischen einer Filtereinheit (23a-e, 24a-e) und bestehenden Gleichrichtereinheiten mit Umrichtern (28a-e, 29a-e, 33a-e, 34a-e) angeschlossen wird, vorzugsweise über Schaltmittel (36a) an Verbindungen mehrerer Filtereinheiten (23a, 24a) mit jeweils einer Gleichrichtereinheit (27a, 32a).
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Induktionsheizeinrichtungen mit zwei Induktionsspulen mit Leistung beaufschlagt werden derart, dass für eine Induktionsspule die Leistung aus einer vorhandenen Gleichrichtereinheit kommt und für die andere Induktionsspule, die vorzugsweise eine zusätzliche Induktionsspule ist, die Leistung über einen zusätzlichen Umrichter mit Schaltmitteln verbunden an einen der Zwischenkreise der vorhandenen Gleichrichtereinheiten.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Umrichter (38a) die zusätzliche Induktionsheizeinrichtung (18a) an diejenige Filtereinheit (23a, 24a) anschließt, die in diesem Moment eine geringere Leistung erzeugt, wobei vorzugsweise bei nicht ausreichender Restleistung dieser Filtereinheit für die zusätzliche Induktionsheizeinrichtung diese zusätzliche Induktionsheizeinrichtung (18a) mit verringerter Leistung unter Einhaltung der maximalen Leistung der Filtereinheit (23a, 24a) betrieben wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass alle Umrichter (28a-e, 29a-e, 33a-e, 34a-e, 38a-e, 39a-e) frequenzsynchronisiert werden zur Vermeidung von Interferenzgeräuschen zwischen den Induktionsheizeinrichtungen Induktionsheizeinrichtungen (14a-e bis 17a-e, 18a-e, 19d-e).
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