EP2774455A2 - Induktionsheizvorrichtung - Google Patents

Induktionsheizvorrichtung

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Publication number
EP2774455A2
EP2774455A2 EP12806668.5A EP12806668A EP2774455A2 EP 2774455 A2 EP2774455 A2 EP 2774455A2 EP 12806668 A EP12806668 A EP 12806668A EP 2774455 A2 EP2774455 A2 EP 2774455A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
unit
control unit
induction
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12806668.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sergio Llorente Gil
Daniel PALACIOS THOMAS
Hector Sarnago Andia
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP2774455A2 publication Critical patent/EP2774455A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H05B6/065—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like using coordinated control of multiple induction coils

Definitions

  • the invention is based on an induction heating device according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is, in particular, a generic device with improved properties in terms of high electrical efficiency
  • Patent claim 1 solved, while advantageous embodiments and modifications of the invention can be taken from the dependent claims.
  • the invention is based on an induction heating device, in particular a
  • Induction hob device comprising at least one heating frequency unit, at least one induction heating unit, which is intended to be operated by the heating frequency unit, and at least one control unit.
  • control unit be provided to the
  • Heating power is requested, which is available in a continuous operation of the heating frequency unit to the induction heating unit to operate pulsed.
  • Heating frequency unit is to be understood in particular as an electrical unit which generates an oscillating electrical signal, preferably with a switching frequency of at least 1 kHz, in particular of at least 10 kHz, advantageously of at least 20 kHz, in particular of not more than 100 kHz, for an induction heating unit.
  • the heating frequency unit is intended to be one of which
  • the heating frequency unit comprises at least one inverter which preferably has at least two, preferably series-connected, bidirectional unipolar switches which are formed, in particular, by a transistor and a diode connected in parallel, and particularly advantageously at least one parallel to the bidirectional unipolar switches
  • Damping capacity which is in particular formed by at least one capacitor has.
  • a high-frequency power supply of the induction heating unit can be provided.
  • An "induction heating unit” is to be understood in particular as a unit having at least one induction heating element. In particular, in an operating state in which the induction heating unit with high-frequency
  • induction heating element is to be understood, in particular, as a wound electrical conductor, preferably in the form of a circular disk, which is arranged in at least one
  • Indutationsheizelement is preferably intended to convert electrical energy into a magnetic alternating field, which is intended to be in a
  • control unit is to be understood in particular as meaning an electronic unit which is preferably at least partially integrated in a control and / or regulating unit of an induction heating device and which is preferably provided for, at least the
  • Heating frequency unit to control and / or to regulate.
  • the heating frequency unit to control and / or to regulate.
  • Control unit a computing unit and in particular in addition to the arithmetic unit, a memory unit with a stored therein control and / or control program, which is intended to be executed by the arithmetic unit.
  • provided is meant in particular specially programmed, designed and / or equipped.
  • Required heating power is to be understood in particular as an adjustment made by an operator via an operating unit.
  • a value of an electrical power in particular in watts, and / or a power level, which is preferably assigned by the control unit to an electrical power, can be set.
  • the requested heating power can be set by the control unit as part of a cooking program.
  • a heating power is particularly available in a "continuous operation" when an electrical efficiency of a whole used heating electronics, in particular at least the
  • a rectifier unit, the induction heating unit and / or the control unit is greater than at least 85%, in particular at least 90%, advantageously at least 93%, preferably at least 95%.
  • a rectifier unit, the induction heating unit and / or the control unit is greater than at least 85%, in particular at least 90%, advantageously at least 93%, preferably at least 95%.
  • Power loss of the heating electronics a maximum of 15%, in particular a maximum of 10%, advantageously a maximum of 7%, preferably a maximum of 5%, a heating power over the
  • Induction heating unit is delivered to a heating medium.
  • a heating medium In particular, one is
  • a "pulsed operation” is to be understood in particular as an operating state in which a heating frequency unit alternately, preferably periodically alternately, provides no current in pulsed phase high frequency alternating current or in idle phases ..
  • a pulse phase duration is at least 0.1 s, in particular at least 0.5 s
  • the control unit is provided to select a pulse power, ie heat power during pulse phases, such that a heating power averaged over time
  • the heating powers are at least essentially the same in different, in particular successive, preferably immediately successive, pulse phases, below that two values are "essentially” the same, it shall be understood in particular that a difference in the W maximum of 10%, in particular not more than 5%, preferably not more than 1% of a sum of the values.
  • a resting phase duration in at least one operating state is at most 100%, in particular at most 50%, advantageously at most 25%, preferably at most 10%, of a duration of a preceding pulse phase.
  • a "low to medium” heating power is to be understood in particular to mean a heating power which corresponds to a maximum of 70%, in particular a maximum of 50%, preferably a maximum of 30% of a maximum heating power, in particular a maximum power of the heating frequency unit 1, 5 kW, advantageously at most 1.2 kW, preferably at most 1 kW.
  • Operating mode is provided to set a pulse power as a function of the requested heating power via at least one assignment function.
  • the mathematical function is stored in a memory unit of the control unit, in particular in the form of a table,
  • the assignment function is designed as a step function, alternatively any, preferably monotonous, in particular monotonically increasing Functions are conceivable, in particular a simple control can be achieved.
  • control unit be provided to assign at least two, in particular at least three, advantageously at least four, subregions of an entire range of possible heating powers each having different pulse powers.
  • a "subarea" of a region should in particular be understood to mean a coherent region which lies completely within the region. ⁇ br/> ⁇ br/>
  • the subregions cover the entire region together.
  • ⁇ / RTI> Preferably, an overlap of different subregions is limited to their edges
  • control unit be in at least one
  • Operating state is provided to at least one of the sub-areas to assign a pulse power that is at least 1%, in particular at least 3%, preferably at least 8% greater than a maximum heat output of the sub-area. In particular, high efficiency can be achieved.
  • a pulse phase spacing at least as a function of at least one characteristic, in particular a characteristic which assigns a power to a minimum pulse phase spacing, preferably a flicker characteristic,
  • a "pulse phase distance” is to be understood as meaning, in particular, a distance between start times of two pulse phases, preferably immediately consecutive pulse phases
  • a flicker characteristic should in particular be understood as a characteristic curve which determines, at least, how large a pulse-phase distance as a function of a pulse power should be to disturbances in a power grid and / or
  • Comfort restrictions such as flickering light
  • increased comfort and / or improved network stability can be achieved.
  • control unit be provided, at least in the at least one, at least as a function of an operator input
  • the induction heating device has at least one
  • Operating element in particular a touch-sensitive control surface and / or a menu item in a control menu, which is provided to provide the control unit with a signal for switching.
  • increased comfort can be achieved.
  • control unit is provided to define at least one pulse phase duration and / or at least one pulse power as a function of at least one time characteristic. Under a "time characteristic" should
  • a parameter to be understood that reflects a time period and / or a time.
  • the time parameter is intended to specify a maximum and / or minimum and / or exact idle-phase duration.
  • the time parameter has a value of at least 0 s, in particular at least 2 s, advantageously at least 5 s, in particular a maximum of 30 s, advantageously a maximum of 20 s, preferably a maximum of 10 s.
  • the control unit is to
  • Such a device is particularly advantageously arranged in an induction hob and / or in an oven with induction heating.
  • FIG. 1 shows a domestic appliance 10 designed as an induction hob, with a domestic appliance 10
  • Induction heater 12 has four formed as an inverter
  • the induction heating device 12 has four induction heating units 30, 32, 34, 36 formed as inductors, which are each intended to be operated by different heating frequency units 20, 22, 24, 26.
  • the induction heating units 30, 32, 34, 36 are disposed below a cooking plate and are intended to plate on the hob set Garware, which is positioned above the induction heating units 30, 32, 34, 36 to heat.
  • the induction heating device 12 has a control unit 14 and an operator interface 16.
  • the user interface 16 is intended to allow an operator to control heating power for the
  • Induction heating units 30, 32, 34, 36 to request and currently set
  • the control unit 14 is provided to process inputs of the user interface 16, to control displays of the display units of the user interface 16 and to control the heating frequency units 20, 22, 24, 26 such that the induction heating units 30, 32, 34, 36 deliver powers on average that correspond to requested heating powers via the user interface 16.
  • the control unit 14 is provided to the heating frequency units 20, 22, 24, 26 respectively in an operating mode in which a heating power P me on is requested for the corresponding induction heating unit 30, 32, 34, 36, in a continuous operation of the heating frequency unit 20th , 22, 24, 26 to the induction heating unit 30, 32, 34, 36 is available to operate pulsed ( Figure 2).
  • the induction heating unit 30, 32, 34, 36 is provided to generate in the operating mode periodically alternately during pulse phases 60, 62 with a pulse phase duration t 0 N high-frequency alternating current, which leads to a pulse power P pu i s , and during resting phases 61, 63 with a rest period t off no high-frequency alternating current to produce.
  • a permanently deliverable power is determined by a performance-dependent efficiency ⁇ of electronics of the induction heating device 12 (FIG. 5).
  • ⁇ performance-dependent efficiency
  • the control unit 14 is provided in the one operating mode to a pulse power Ppuis in response to the requested heating power P me on a
  • the control unit 14 is provided to two
  • Divisions 52, 54 of an entire range 50 of possible heating powers P mean each assign different pulse powers P 52 , P 54 .
  • the control unit 14 is provided in the one operating state to allocate a pulse power P 52 to the partial area 52 which is 10% greater than a maximum heating power P 5 2max of the partial area 52.
  • a pulse power P 54 of the partial area 54 corresponds to a maximum heating power P5 4 max of the partial area 54.
  • the partial area 52 extends from 0 W to 2000 W.
  • the partial area 52 is assigned a pulse power P 52 of 2200 W.
  • the partial area 54 extends from 2000 W to 3300 W.
  • the partial area 54 is assigned a pulse power P 54 of 3300 W.
  • An upper limit of the partial area 54 corresponds to a maximum heating power of the heating frequency units 20, 22, 24, 26.
  • the control unit 14 is provided in the one operating mode to a
  • Pulse phase distance t F icker depending on a Flickerkennline f F ii C ker set.
  • FIG. 4 shows, by way of example, a patch characteristic f F ii C ker, as defined by the national standard. The following information refers to the Spanish Flickernorm.
  • the control unit 14 assigns the pulse power P 52 a pulse phase distance t 52 of 32 s and the pulse power P 54 to a pulse phase distance t 54 of 170 s.
  • Subareas 52, 54, the associated pulse powers P 52 , P 54 and the associated pulse phase intervals t 52 , t 54 are stored in an allocation table in a memory unit of the control unit 14.
  • a requested heat output P me on becomes such a
  • assigned to icker a pulse phase duration t 0 N is after the
  • control unit 14 is provided depending on a
  • assignment function f 2 can be designed as a step function with more than 2 stages, in particular any number of stages, for example 4 stages.
  • the assignment function f 3 may be formed as a continuous function, wherein a pulse power P pU
  • Control unit 14 is provided, depending on an operator input via the operator interface 16 to select one of different assignment functions that are provided by the control unit for election. For example, an operator may specify a number of levels and the control unit calculates and / or determines a suitably suitable staircase function.
  • the pulsed operation produces a periodically fluctuating temperature profile with a fluctuation range ⁇ (FIG. 6).
  • ⁇ fluctuation range
  • the control unit 14 In order to keep the fluctuation range ⁇ low, can be provided in a further variant, the control unit 14 to
  • control unit 14 is provided for the Schufrequentsburg 20, 22, 24, 26 at heating power P m ean, which are greater than low to medium heat outputs, ie, for example, greater than 1000 W to operate continuously.
  • Embodiments of the invention are also conceivable in which a heating frequency unit is provided to operate a plurality of induction heating units alternately.
  • Heating frequency unit P 52 Pulse power

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Induktionsheizvorrichtung, insbesondere einer Induktionskochfeldvorrichtung, mit zumindest einer Heizfrequenzeinheit (20, 22, 24, 26), zumindest einer Induktionsheizeinheit (30, 32, 34, 36), die dazu vorgesehen ist, von der Heizfrequenzeinheit (20, 22, 24, 26) betrieben zu werden, und zumindest einer Steuereinheit (14). Um eine gesteigerte Effizienz zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit (14) dazu vorgesehen ist, die Heizfrequenzeinheit (20, 22, 24, 26) in zumindest einem Betriebsmodus, in dem für die zumindest eine Induktionsheizeinheit (30, 32, 34, 36) eine Heizleistung (Pmean) angefordert ist, die in einem Dauerbetrieb von der Heizfrequenzeinheit (20, 22, 24, 26) an die Induktionsheizeinheit (30, 32, 34, 36) lieferbar ist, gepulst zu betreiben.

Description

Induktionsheizvorrichtung
Die Erfindung geht aus von einer Induktionsheizvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Induktionskochfelder bekannt, die einen Induktor aufweisen, der in einem
Betriebszustand, in dem eine Heizleistung angefordert ist, die nicht kontinuierlich geliefert werden kann, gepulst betrieben wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer hohen elektrischen Effizienz
bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Induktionsheizvorrichtung, insbesondere einer
Induktionskochfeldvorrichtung, mit zumindest einer Heizfrequenzeinheit, zumindest einer Induktionsheizeinheit, die dazu vorgesehen ist, von der Heizfrequenzeinheit betrieben zu werden, und zumindest einer Steuereinheit.
Es wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, die
Heizfrequenzeinheit in zumindest einem Betriebsmodus, in dem für die zumindest eine Induktionsheizeinheit eine Heizleistung, insbesondere eine niedrige bis mittlere
Heizleistung, angefordert ist, die in einem Dauerbetrieb von der Heizfrequenzeinheit an die Induktionsheizeinheit lieferbar ist, gepulst zu betreiben. Unter einer
„Heizfrequenzeinheit" soll insbesondere eine elektrische Einheit verstanden werden, die ein oszillierendes elektrisches Signal, vorzugsweise mit einer Schaltfrequenz von zumindest 1 kHz, insbesondere von wenigstens 10 kHz, vorteilhaft von mindestens 20 kHz, insbesondere von maximal 100 kHz, für eine Induktionsheizeinheit erzeugt.
Insbesondere ist die Heizfrequenzeinheit dazu vorgesehen, eine, von der
Induktionsheizeinheit geforderte, maximale elektrische Leistung von zumindest 1000 W, insbesondere zumindest 2000 W, vorteilhaft zumindest 3000 W, vorzugsweise zumindest 3500 W, bereitzustellen. Die Heizfrequenzeinheit umfasst insbesondere zumindest einen Wechselrichter, der vorzugsweise zumindest zwei, vorzugsweise in Reihe geschaltete, bidirektionale unipolare Schalter, die insbesondere von einem Transistor und einer parallel geschalteten Diode gebildet sind, und besonders vorteilhaft zumindest jeweils einen parallel zu den bidirektionalen unipolaren Schaltern geschaltete
Dämpfungskapazität, die insbesondere von zumindest einem Kondensator gebildet ist, aufweist. Hierdurch kann eine hochfrequente Energieversorgung der Induktionsheizeinheit bereitgestellt werden. Unter einer "Induktionsheizeinheit" soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Induktionsheizelement verstanden werden. Insbesondere werden in einem Betriebszustand, in dem die Induktionsheizeinheit mit hochfrequentem
Wechselstrom versorgt wird, alle Induktionsheizelemente der Induktionsheizeinheit, vorzugsweise gleichzeitig, mit hochfrequentem Wechselstrom versorgt. Unter einem „Induktionsheizelement" soll insbesondere ein gewickelter elektrischer Leiter verstanden werden, vorzugsweise in Form einer Kreisscheibe, der in zumindest einem
Betriebszustand von hochfrequentem Wechselstrom durchflössen wird. Das
Induktionsheizelement ist vorzugsweise dazu vorgesehen, elektrische Energie in ein magnetisches Wechselfeld umzuwandeln, das dazu vorgesehen ist, in einem
metallischen, vorzugsweise zumindest teilweise ferromagnetischen, Heizmittel, insbesondere einem Gargeschirr, Wirbelströme und/oder Ummagnetisierungseffekte hervorzurufen, die in Wärme umgewandelt werden. Unter einer„Steuereinheit" soll insbesondere eine elektronische Einheit verstanden werden, die vorzugsweise in einer Steuer- und/oder Regeleinheit einer Induktionsheizvorrichtung zumindest teilweise integriert ist und die vorzugsweise dazu vorgesehen ist, zumindest die
Heizfrequenzeinheit zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise umfasst die
Steuereinheit eine Recheneinheit und insbesondere zusätzlich zur Recheneinheit eine Speichereinheit mit einem darin gespeicherten Steuer- und/oder Regelprogramm, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden. Unter„vorgesehen" soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Unter einer„angeforderten Heizleistung" soll insbesondere eine von einem Bediener über eine Bedieneinheit vorgenommene Einstellung verstanden werden.
Insbesondere kann dabei ein Wert einer elektrischen Leistung, insbesondere in Watt, und/oder eine Leistungsstufe, die vorzugsweise von der Steuereinheit einer elektrischen Leistung zugeordnet wird, eingestellt sein. Alternativ kann die angeforderte Heizleistung von der Steuereinheit im Rahmen eines Garprogramms festgelegt sein. Eine Heizleistung ist insbesondere dann in einem„Dauerbetrieb lieferbar", wenn eine elektrische Effizienz einer gesamten verwendeten Heizelektronik, insbesondere zumindest der
Heizfrequenzeinheit, einer Gleichrichtereinheit, der Induktionsheizeinheit und/oder der Steuereinheit, größer ist als zumindest 85 %, insbesondere zumindest 90 %, vorteilhaft zumindest 93 %, vorzugsweise zumindest 95 %. Insbesondere beträgt eine
Verlustleistung der Heizelektronik maximal 15 %, insbesondere maximal 10 %, vorteilhaft maximal 7 %, vorzugsweise maximal 5 %, einer Heizleistung, die über die
Induktionsheizeinheit an ein Heizmittel abgegeben wird. Insbesondere ist eine
Heizleistung in einem Dauerbetrieb lieferbar, wenn eine Schaltfrequenz der
Heizfrequenzeinheit, die nötig ist, um die Heizleistung zu erzeugen, kleiner ist als 120 kHz, insbesondere kleiner ist als 1 10 kHz, vorzugsweise kleiner ist als 100 kHz. Unter einem„gepulsten Betrieb" soll insbesondere ein Betriebszustand verstanden werden, in dem eine Heizfrequenzeinheit abwechselnd, vorzugsweise periodisch abwechselnd, in Pulsphasen hochfrequenten Wechselstrom oder in Ruhephasen keinen Strom bereitstellt. Insbesondere beträgt eine Pulsphasendauer zumindest 0, 1 s, insbesondere zumindest 0,5 s, vorteilhaft zumindest 1 s, vorzugsweise zumindest 3 s, insbesondere maximal 15 min, vorteilhaft maximal 10 min, vorzugsweise maximal 5 min. Die Steuereinheit ist dazu vorgesehen, eine Pulsleistungen, also Heizleistungen während Pulsphasen, so zu wählen, dass eine Heizleistung im zeitlichen Mittel der angeforderten Heizleistung entspricht. Insbesondere sind die Heizleistungen in unterschiedlichen, insbesondere aufeinanderfolgenden, vorzugsweise unmittelbar aufeinanderfolgenden, Pulsphasen zumindest im Wesentlichen gleich. Darunter, dass zwei Werte„im Wesentlichen" gleich sind, soll insbesondere verstanden werden, dass eine Differenz der Werte maximal 10 %, insbesondere maximal 5 %, vorzugsweise maximal 1 % einer Summe der Werte beträgt. Insbesondere beträgt eine Ruhephasendauer in zumindest dem einen Betriebszustand maximal 100 %, insbesondere maximal 50 %, vorteilhaft maximal 25 %, vorzugsweise maximal 10 %, einer Dauer einer vorangegangen Pulsphase. Unter einer„niedrigen bis mittleren" Heizleistung soll insbesondere eine Heizleistung verstanden werden, die maximal 70 %, insbesondere maximal 50 %, vorzugsweise maximal 30 % einer maximalen Heizleistung, insbesondere einer maximalen Leistung der Heizfrequenzeinheit, entspricht. Insbesondere beträgt eine niedrige bis mittlere Leistung maximal 1 ,5 kW, vorteilhaft maximal 1 ,2 kW, vorzugsweise maximal 1 kW. Durch einen Einsatz höherer Heizleistungen kann insbesondere eine erhöhte elektrische Effizienz erreicht werden. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit in zumindest dem einen
Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, eine Pulsleistung in Abhängigkeit von der angeforderten Heizleistung über zumindest eine Zuordnungsfunktion festzulegen. Unter einer„Zuordnungsfunktion" soll insbesondere eine mathematische Funktion verstanden werden. Insbesondere ist die mathematische Funktion in einer Speichereinheit der Steuereinheit, insbesondere in Form einer Tabelle, hinterlegt. Insbesondere ist die Zuordnungsfunktion als Treppenfunktion ausgebildet. Alternativ sind beliebige, vorzugsweise monotone, insbesondere monoton ansteigende, Funktionen denkbar. Es kann insbesondere eine einfache Steuerung erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, vorteilhaft zumindest vier, Teilbereichen eines gesamten Bereichs möglicher Heizleistungen jeweils unterschiedliche Pulsleistungen zuzuordnen. Unter einem„Teilbereich" eines Bereichs soll insbesondere ein zusammenhängendes Gebiet verstanden werden, das komplett innerhalb des Bereichs liegt. Vorzugsweise decken die Teilbereiche gemeinsam den gesamten Bereich ab. Vorzugsweise ist eine Überschneidung unterschiedlicher Teilbereiche auf ihre Ränder beschränkt. Es kann insbesondere eine Speicherplatz sparende Steuerung erreicht werden. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit in zumindest dem einen
Betriebszustand dazu vorgesehen ist, zumindest einem der Teilbereiche eine Pulsleistung zuzuordnen, die zumindest 1 %, insbesondere zumindest 3 %, vorzugsweise zumindest 8 % größer ist als eine maximale Heizleistung des Teilbereichs. Es kann insbesondere eine hohe Effizienz erreicht werden.
Vorteilhaft wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit in zumindest dem einen
Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, einen Pulsphasenabstand zumindest in Abhängigkeit von wenigstens einer Kennlinie, insbesondere einer Kennlinie, die einer Leistung einen minimalen Pulsphasenabstand zuordnet, vorzugsweise einer Flickerkennlinie,
festzulegen. Unter einem„Pulsphasenabstand" soll insbesondere ein Abstand zwischen Startzeitpunkten zweier Pulsphasen, vorzugsweise unmittelbar aufeinanderfolgender Pulsphasen, verstanden werden. Vorzugsweise sind zumindest in dem einen
Betriebsmodus aufeinanderfolgende Pulsphasenabstände zumindest im Wesentlichen gleich. Unter eine Flickerkennlinie soll insbesondere eine Kennlinie verstanden werden, die festlegt, wie groß ein Pulsphasenabstand in Abhängigkeit von einer Pulsleistung mindestens sein sollte, um Störungen in einem Stromnetz und/oder
Komforteinschränkungen, beispielsweise durch flackerndes Licht, zu vermeiden. Es kann insbesondere ein erhöhter Komfort und/oder eine verbesserte Netzstabilität erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, zumindest in Abhängigkeit von einer Bedienereingabe zumindest in dem zumindest einen
Betriebsmodus zwischen einem gepulsten Betrieb und einem kontinuierlichen Betrieb umzuschalten. Insbesondere weist die Induktionsheizvorrichtung zumindest ein
Bedienelement, insbesondere eine berührungsempfindliche Bedienfläche und/oder einen Menüpunkt in einem Steuerungsmenü, auf, das dazu vorgesehen ist, der Steuereinheit ein Signal zum Umschalten zu liefern. Es kann insbesondere ein erhöhter Komfort erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, zumindest eine Pulsphasendauer und/oder zumindest eine Pulsleistung in Abhängigkeit von zumindest einer Zeitkenngröße festzulegen. Unter einer„Zeitkenngröße" soll
insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, die eine Zeitdauer und/oder einen Zeitpunkt wiedergibt. Insbesondere ist die Zeitkenngröße dazu vorgesehen, eine maximale und/oder minimale und/oder exakte Ruhephasendauer vorzugeben.
Insbesondere weist die Zeitkenngröße einen Wert von zumindest 0 s, insbesondere zumindest 2 s, vorteilhaft zumindest 5 s, insbesondere maximal 30 s, vorteilhaft maximal 20 s, vorzugsweise maximal 10 s auf. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu
vorgesehen, die Zeitkenngröße in Abhängigkeit von einer Bedienereingabe festzulegen. Es kann insbesondere ein erhöhter Komfort, eine flexible Steuerung und/oder ein gleichmäßiges Heizverhalten erreicht werden.
Besonders vorteilhaft ist eine derartige Vorrichtung in einem Induktionskochfeld und/oder in einem Backofen mit Induktionsheizung angeordnet.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der
Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen: ein erfindungsgemäßes Kochfeld in einer schematischen Ansicht von oben,
einen gepulsten Betrieb in einem schematischen Diagramm,
unterschiedliche Zuordnungsfunktionen in einem schematischen
Diagramm,
eine schematische Flickerkennlinie,
eine von einer Heizleistung abhängige Effizienz in einem schematischen Diagramm und
ein schematischer Temperaturverlauf bei gepulstem Betrieb.
Figur 1 zeigt ein als Induktionskochfeld ausgebildetes Hausgerät 10 mit einer als
Induktionskochfeldvorrichtung ausgebildeten Induktionsheizvorrichtung 12. Die
Induktionsheizvorrichtung 12 weist vier als Wechselrichter ausgebildete
Heizfrequenzeinheiten 20, 22, 24, 26 auf. Weiterhin weist die Induktionsheizvorrichtung 12 vier als Induktoren ausgebildete Induktionsheizeinheiten 30, 32, 34, 36 auf, die jeweils dazu vorgesehen sind, von unterschiedlichen der Heizfrequenzeinheiten 20, 22, 24, 26 betrieben zu werden. Die Induktionsheizeinheiten 30, 32, 34, 36 sind unterhalb einer Kochfeldplatte angeordnet und sind dazu vorgesehen, auf die Kochfeld platte aufgestelltes Gargeschirr, das über den Induktionsheizeinheiten 30, 32, 34, 36 positioniert ist, zu erhitzen. Ferner weist die Induktionsheizvorrichtung 12 eine Steuereinheit 14 und eine Bedienerschnittstelle 16 auf. Die Bedienerschnittstelle 16 ist dazu vorgesehen, es einem Bediener zu ermöglichen, über Bedienelemente Heizleistungen für die
Induktionsheizeinheiten 30, 32, 34, 36 anzufordern und aktuell eingestellte
Leistungsstufen auf Anzeigeeinheiten auszugeben. Die Steuereinheit 14 ist dazu vorgesehen, Eingaben der Bedienerschnittstelle 16 zu verarbeiten, Anzeigen der Anzeigeeinheiten der Bedienerschnittstelle 16 zu steuern und die Heizfrequenzeinheiten 20, 22, 24, 26 derart zu regeln, dass die Induktionsheizeinheiten 30, 32, 34, 36 im Mittel Leistungen abgeben, die über die Bedienerschnittstelle 16 angeforderten Heizleistungen entsprechen. Die Steuereinheit 14 ist dazu vorgesehen, die Heizfrequenzeinheiten 20, 22, 24, 26 jeweils in einem Betriebsmodus, in dem für die entsprechende Induktionsheizeinheit 30, 32, 34, 36 eine Heizleistung Pmean angefordert ist, die in einem Dauerbetrieb von der Heizfrequenzeinheit 20, 22, 24, 26 an die Induktionsheizeinheit 30, 32, 34, 36 lieferbar ist, gepulst zu betreiben (Figur 2). Die Induktionsheizeinheit 30, 32, 34, 36 ist dazu vorgesehen, in dem Betriebsmodus periodisch abwechselnd während Pulsphasen 60, 62 mit einer Pulsphasendauer t0N hochfrequenten Wechselstrom zu erzeugen, der zu einer Pulsleistung Ppuis führt, und während Ruhephasen 61 , 63 mit einer Ruhephasendauer toff keinen hochfrequenten Wechselstrom zu erzeugen. Eine mittlere Heizleistung entspricht der angeforderten Heizleistung Pmean-
Eine dauerhaft lieferbare Leistung ist dabei durch eine leistungsabhängige Effizienz η von Elektronik der Induktionsheizvorrichtung 12 bestimmt (Figur 5). Dabei sind für
durchschnittliche Gargeschirre, Heizleistungen P, die über einer minimalen Heizleistung Pmin liegen, dauerhaft lieferbar, da für diese eine Effizienz η der Elektronik größer ist als eine Mindesteffizienz r|min. Die Mindesteffizienz r|min beträgt 95 %. Daraus resultiert eine minimale Heizleistung Pmin von 500 W. Die Steuereinheit 14 ist in dem einen Betriebsmodus dazu vorgesehen, eine Pulsleistung Ppuis in Abhängigkeit von der angeforderten Heizleistung Pmean über eine
Zuordnungsfunktion f-ι festzulegen (Figur 3). Die Zuordnungsfunktion f-ι ist als
Treppenfunktion ausgebildet. Die Steuereinheit 14 ist dazu vorgesehen, zwei
Teilbereichen 52, 54 eines gesamten Bereichs 50 möglicher Heizleistungen Pmean jeweils unterschiedliche Pulsleistungen P52, P54 zuzuordnen. Die Steuereinheit 14 ist in dem einen Betriebszustand dazu vorgesehen, dem Teilbereich 52 eine Pulsleistung P52 zuzuordnen, die 10 % größer ist als eine maximale Heizleistung P52max des Teilbereichs 52. Eine Pulsleistung P54 des Teilbereichs 54 entspricht einer maximalen Heizleistung P54max des Teilbereichs 54. Der Teilbereich 52 erstreckt sich von 0 W bis 2000 W. Dem Teilbereich 52 ist eine Pulsleistung P52 von 2200 W zugeordnet. Der Teilbereich 54 erstreckt sich von 2000 W bis 3300 W. Dem Teilbereich 54 ist eine Pulsleistung P54 von 3300 W zugeordnet. Eine Obergrenze des Teilbereichs 54 entspricht einer maximalen Heizleistung der Heizfrequenzeinheiten 20, 22, 24, 26. Die Steuereinheit 14 ist in dem einen Betriebsmodus dazu vorgesehen, einen
Pulsphasenabstand tF|icker in Abhängigkeit von einer Flickerkennlinie fFiiCker festzulegen. In Figur 4 ist beispielhaft eine Flickerkennlinie fFiiCker gezeigt, wie sie durch nationale Norm festgelegt ist. Folgende Angaben beziehen sich dabei auf die spanische Flickernorm. So ordnet die Steuereinheit 14 der Pulsleistung P52 ein Pulsphasenabstand t52 von 32 s und der Pulsleistung P54 ein Pulsphasenabstand t54 von 170 s zu. Die Grenzen der
Teilbereiche 52, 54, die zugeordneten Pulsleistungen P52, P54 und die zugeordneten Pulsphasenabstände t52, t54 sind in einer Zuordnungstabelle in einer Speichereinheit der Steuereinheit 14 hinterlegt. Einer angeforderten Heizleistung Pmean wird so eine
Pulsleistung PpU|S und ein Pulsphasenabstand tF|icker zugeordnet. Um die angeforderte Heizleistung Pmean einzustellen, ist eine Pulsphasendauer t0N nach der
Berechnungsvorschrift t0N = Pmean / Ppuis x tF|icker zu wählen.
Weiterhin ist die Steuereinheit 14 dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von einer
Bedienereingabe über die Bedienerschnittstelle 16 in dem einen Betriebsmodus zwischen einem gepulsten Betrieb und einem kontinuierlichen Betrieb umzuschalten. Dies ermöglicht es einem Bediener, flexibel zwischen einem Energiesparmodus und einem konventionellen Modus hin- und herzuschalten. Weiterhin sind viele unterschiedliche Varianten für Zuordnungsfunktionen f1 ; f2, f3, f4 denkbar (Figur 2). Insbesondere kann die Zuordnungsfunktion f2 als Stufenfunktion mit mehr als 2 Stufen, insbesondere beliebig vielen Stufen, beispielsweise 4 Stufen, ausgebildet sein. Alternativ kann die Zuordnungsfunktion f3 als kontinuierliche Funktion ausgebildet sein, wobei eine Pulsleistung PpU|S in Abhängigkeit von der angeforderten Heizleistung Pmean in einem ersten Teilbereich konstant ist, in einem mittleren Teilbereich konstant größer ist als die angeforderte Heizleistung Pmean und in einem oberen Bereich konstant einer maximalen Heizleistung entspricht. Weiterhin ist denkbar, dass die
Steuereinheit 14 dazu vorgesehen ist, in Abhängigkeit von einer Bedienereingabe über die Bedienerschnittstelle 16 eine von verschiedenen Zuordnungsfunktionen auszuwählen, die von der Steuereinheit zur Wahl gestellt sind. Beispielsweise kann ein Bediener eine Anzahl an Stufen festlegen und die Steuereinheit berechnet und/oder ermittelt eine entsprechend geeignete Treppenfunktion.
Durch den gepulsten Betrieb entsteht ein periodisch schwankender Temperaturverlauf mit einer Schwankungsbreite ΔΤ (Figur 6). Um die Schwankungsbreite ΔΤ gering zu halten, kann in einer weiteren Variante die Steuereinheit 14 dazu vorgesehen sein,
Pulsphasendauer t0N und/oder Pulsleistungen PpU|S in Abhängigkeit von einer
Zeitkenngröße festzulegen. Als Zeitkenngröße ist hierbei eine maximale
Ruhephasendauer bestimmt. Diese kann beispielsweise 8 s betragen. Es resultiert in Anbetracht der Flickerkennlinie fFiiCker die Zuordnungsfunktion f4 (Figur 2).
Weiterhin sind Ausgestaltungen denkbar, in denen die Steuereinheit 14 dazu vorgesehen ist, die Heizfrequenzeinheit 20, 22, 24, 26 bei Heizleistungen Pmean, die größer sind als niedrige bis mittlere Heizleistungen, also beispielsweise größer sind als 1000 W, kontinuierlich zu betreiben.
Auch sind Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen eine Heizfrequenzeinheit dazu vorgesehen ist, mehrere Induktionsheizeinheiten abwechselnd zu betreiben.
Bezugszeichen
10 Hausgerät toN Pulsphasendauer
12 Induktionsheizvorrichtung toff Ruhephasendauer
14 Steuereinheit ' mean angeforderte Heizleistung
16 Bedienerschnittstelle P Heizleistung
20 Heizfrequenzeinheit Pmin minimale Heizleistung
22 Heizfrequenzeinheit Ppuls Pulsleistung
24 Heizfrequenzeinheit P52 Pulsleistung
26 Heizfrequenzeinheit P54 Pulsleistung
30 Induktionsheizeinheit P52max maximale Heizleistung
32 Induktionsheizeinheit P54max maximale Heizleistung
34 Induktionsheizeinheit fi Zu ord n u n gsf u n kti on
36 Induktionsheizeinheit f2 Zu ord n u n gsf u n kti on
50 Bereich f3 Zu ord n u n gsf u n kti on
52 Teilbereich Zu ord n u n gsf u n kti on
54 Teilbereich fFlicker Flickerkennlinie
60 Pulsphase tFlicker Pulsphasenabstand
61 Ruhephase t52 Pulsphasenabstand
62 Pulsphase tö4 Pulsphasenabstand
63 Ruhephase ΔΤ Schwankungsbreite
η Effizienz
Ilmin Mindesteffizienz

Claims

Patentansprüche
Induktionsheizvorrichtung, insbesondere Induktionskochfeldvorrichtung, mit zumindest einer Heizfrequenzeinheit (20, 22, 24, 26), zumindest einer
Induktionsheizeinheit (30, 32, 34, 36), die dazu vorgesehen ist, von der
Heizfrequenzeinheit (20, 22, 24, 26) betrieben zu werden, und zumindest einer Steuereinheit (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) dazu vorgesehen ist, die Heizfrequenzeinheit (20, 22, 24, 26) in zumindest einem Betriebsmodus, in dem für die zumindest eine Induktionsheizeinheit (30, 32, 34, 36) eine Heizleistung (Pmean) angefordert ist, die in einem Dauerbetrieb von der Heizfrequenzeinheit (20, 22, 24, 26) an die Induktionsheizeinheit (30, 32, 34, 36) lieferbar ist, gepulst zu betreiben. 2. Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) in zumindest dem einen Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, eine Pulsleistung (Ppuis) in Abhängigkeit von der angeforderten Heizleistung (Pmean) über zumindest eine Zuordnungsfunktion (f1 ; f2, f3, f4) festzulegen.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuereinheit (14) dazu vorgesehen ist, zumindest zwei Teilbereichen (52, 54) eines gesamten Bereichs (50) möglicher Heizleistungen (Pmean) jeweils unterschiedliche Pulsleistungen (P52, Ps4) zuzuordnen.
Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) dazu vorgesehen ist, zumindest einem der Teilbereiche (52) eine Pulsleistung (P52) zuzuordnen, die zumindest 1 % größer ist als eine maximale Heizleistung (P52max) des Teilbereichs (52).
Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) in zumindest dem einen
Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, einen Pulsphasenabstand (tFiiCker, 2, ts4) zumindest in Abhängigkeit von wenigstens einer Kennlinie (fFMcker) festzulegen.
6. Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) dazu vorgesehen ist, zumindest in Abhängigkeit von einer Bedienereingabe zumindest in dem zumindest einen Betriebsmodus zwischen einem gepulsten Betrieb und einem kontinuierlichen Betrieb umzuschalten.
7. Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) dazu vorgesehen ist, eine Pulsphasendauer (.0N) und/oder die Pulsleistung (Ppuis) in Abhängigkeit von zumindest einer Zeitkenngröße festzulegen.
8. Hausgerät mit einer Induktionsheizvorrichtung (12) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche.
9. Verfahren zur Steuerung einer Induktionsheizvorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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