ES2300080T3 - Procedimiento y dispositivo de alimentacion para un dispositivo de calentamiento por induccion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para suministrar potencia a un dispositivo de calentamiento por inducción, en el cual se prevé para la alimentación de potencia una tensión alterna de alimentación (Ub) y un convertidor de frecuencia (15) con dispositivos de conmutación (T1, T2), caracterizado por el hecho de que una frecuencia de trabajo (f) de los dispositivos de conmutación o del convertidor de frecuencia en el curso de una semionda de la tensión de alimentación es primero aumentada ligeramente a partir de un valor básico de frecuencia (f G) y luego bajada de nuevo hasta alcanzar el valor básico de frecuencia (f G), de manera que la frecuencia de trabajo (f) ascienda al valor básico de frecuencia (f G) respectivamente a los puntos cero de la tensión de alimentación (Ub).
Description
Procedimiento y dispositivo de alimentación para
un dispositivo de calentamiento por inducción.
La invención se refiere a un procedimiento para
suministrar potencia a un dispositivo de calentamiento por
inducción así como un dispositivo para la alimentación de potencia
de un dispositivo de calentamiento por inducción.
Dichos dispositivos de calentamiento por
inducción se emplean en muchos casos por ejemplo como bobinas de
inducción en placas de cocción de inducción. En este caso existe el
deseo de obtener rendimientos cada vez más altos para poder
realizar de manera rápida particularmente los procesos de cocción
de cantidades más grandes de líquido, por ejemplo agua para la
pasta.
Actualmente hay un límite de aproximadamente 3,2
kW, a partir del cual los convertidores de frecuencia necesarios
para la alimentación de potencia sobrepasan los límites prefijados
por las normas en cuanto a armónicos y los efectos de los armónicos
inducidos en la red. La causa de los intensos efectos de los
armónicos o particularmente del tercer armónico está esencialmente
en que la permeabilidad de los componentes magnéticos en el
convertidor de frecuencia se modifica con la amplitud de la
corriente del inductor que fluye a través de la bobina de
inducción. En caso de altas amplitudes de corriente desciende la
permeabilidad de los ferritos o similares que se utilizan en una
bobina de inducción para la conducción del campo, y también el del
material de la olla. Por ello se modifica a su vez la inductividad
de la bobina de inducción en el curso de una semionda de la tensión
de alimentación y a consecuencia de ello también la frecuencia de
resonancia de un circuito resonante en serie, como el que se usa en
la alimentación de potencia. Debido ello finalmente se distorsiona
la admisión de corriente de la red o en su desarrollo difiere del
desarrollo prefijado de la tensión de alimentación.
La invención se basa en la tarea de crear un
procedimiento del tipo inicialmente indicado así como un
dispositivo, con el cual se puedan evitar los problemas del estado
de la técnica anterior y producir rendimientos particularmente más
altos con dispositivos de calentamiento por inducción o se puedan
reducir los efectos de los armónicos inducidos en la red o las
distorsiones en la admisión de corriente de la red de
alimentación.
Esta tarea es resuelta mediante un procedimiento
con las características de la reivindicación 1, un dispositivo con
las características de la reivindicación 10 así como la utilización
del procedimiento citado para una placa de inducción o un
dispositivo de calentamiento por inducción. Las configuraciones
ventajosas así como preferidas de la invención son objeto de otras
reivindicaciones y a continuación vienen detalladamente descritas.
El texto de las reivindicaciones se toma como contenido de la
descripción por referencia explícita. Algunos de los distintivos y
características enumerados a continuación son aplicados tanto en el
procedimiento como también en el dispositivo. Aquellos se describen
parcialmente solamente una vez, aunque sirven independientemente
tanto para el procedimiento como también para el dispositivo y la
aplicación.
Para suministrar potencia al dispositivo de
calentamiento por inducción sirve una corriente alterna de
alimentación. Además está previsto un convertidor de frecuencia con
dispositivos de conmutación. Según la invención, una frecuencia de
trabajo de los dispositivos de conmutación o de todo el convertidor
de frecuencia en el curso de una semionda de la tensión de
alimentación o tensión de trabajo de la bobina de inducción es
aumentada primero ligeramente y luego es bajada otra vez. Esto
ocurre de manera que fundamentalmente se fija un valor básico de la
frecuencia de trabajo. A partir de este valor se sube primero la
frecuencia de trabajo en el curso de la semionda y luego se baja de
nuevo. Esto ocurre de tal manera que al menos en los puntos cero de
la tensión de alimentación se presente la frecuencia de trabajo con
el valor básico de frecuencia y aumente por en medio.
Así es posible contrarrestar directamente la
aparición de ondas armónicas aumentando temporalmente la frecuencia
de trabajo. Sobre todo una corriente que fluya en un circuito
oscilante de la alimentación de potencia puede mantenerse así
proporcional a la tensión de alimentación. De este modo se reducen
considerablemente los efectos de los armónicos inducidos en la
red.
En un perfeccionamiento de la invención, el
convertidor de frecuencia o el suministro de potencia puede
presentar un circuito oscilante en serie. Este consiste en una
bobina de inducción que representa la transmisión de potencia para
el dispositivo de calentamiento por inducción, condensadores de
circuito oscilante y un semi-puente con los medios
de control conectables. Básicamente se conoce un circuito oscilante
en serie de este tipo para dispositivos de calentamiento por
inducción.
Puede preverse que la frecuencia de trabajo
alcance entonces un máximo cuando la tensión de alimentación o la
tensión de trabajo por su parte alcance un máximo. Por consiguiente
puede preverse entonces que el curso de la frecuencia de trabajo
durante una semionda de la tensión de alimentación se parezca
fundamentalmente al de la tensión de alimentación misma. Bajo
ciertas circunstancias puede ser incluso posible para simplificar
un mando o para influir en la frecuencia de trabajo enlazar su
aumento y su bajada proporcionalmente con la tensión de
alimen-
tación.
tación.
\newpage
Para evitar completamente o en gran parte los
efectos de red, ha resultado, dentro del marco de la invención, que
un aumento de un máximo del 15%, particularmente incluso de un
máximo del 10%, es suficiente en el curso de una semionda, para
compensar la modificación de la inductividad de la bobina de
inducción.
Para evitar un desarrollo de ruidos en la
alimentación de potencia, la frecuencia de trabajo puede ser
modificada a ser posible de manera continua y no gradualmente. Esto
es posible mediante un accionamiento correspondiente del
convertidor de frecuencia o de los dispositivos de conmutación.
Ventajosamente está previsto que el desarrollo
de la frecuencia de trabajo en una sección ascendente sea igual al
de una sección descendente. Esto significa que el curso de la
frecuencia de trabajo durante una semionda es aproximadamente de
una simetría especular. El punto de la simetría especular se
encuentra en este caso al máximo o a media longitud de la
semionda.
Dicha frecuencia de trabajo se encuentra por
ejemplo en el orden de algunos kHz, preferiblemente de 10 kHz hasta
60 kHz, en particular preferiblemente en aproximadamente 20
kHz.
Como tensión de alimentación se usa
ventajosamente la tensión de alimentación normal doméstica,
particularmente con una frecuencia de 50 Hz y una tensión de 230 V.
De este modo son posibles unas potencias por encima de 3 kW o
incluso por encima de 3,2 kW o 3,7 kW sin sobrepasar los valores
límites para los efectos en la red por inducción de armónicos.
Si se utiliza dicho procedimiento en un
dispositivo de calentamiento por inducción de un aparato
electrodoméstico, particularmente de una placa de cocción de
inducción, son posibles los valores de potencia mencionados de
mucho más de 3 kW sin sobrepasar los valores límites prescritos para
los efectos de armónicos inducidos en la red.
Una aplicación según la invención, con la que
por ejemplo puede realizarse un procedimiento arriba citado,
presenta un convertidor de frecuencia que contiene un circuito
oscilante en serie anteriormente descrito. Para los medios de
conexión está previsto un dispositivo de mando. Este está realizado
para modificar la frecuencia de trabajo de los dispositivos de
conmutación o del convertidor de frecuencia, de manera que en el
curso de una semionda de la tensión de alimentación o tensión de
trabajo suba la frecuencia de trabajo a partir de un valor básico
de frecuencia hasta un máximo y luego baje de nuevo al valor básico
de frecuencia. Esto ha sido explicado ya anteriormente.
Estas y otras características se deducen además
de las reivindicaciones también de la descripción y de los dibujos,
donde las características individuales pueden ser realizadas
siempre individualmente o varias en forma de combinaciones
alternativas en una forma de realización de la invención y en otros
campos y pueden representar realizaciones ventajosas e indicadas
para la protección que aquí se solicita. La subdivisión de la
solicitud en secciones individuales así como títulos provisionales
no limitan las declaraciones hechas bajo éstas en su validez
general.
Un ejemplo de realización de la invención está
representado de manera esencialmente esquemática en los dibujos y
es descrito detalladamente a continuación. En los dibujos
muestra:
Fig. 1 los cursos de la impedancia Z = w\cdotL
de la bobina de inducción, de la tensión de trabajo y de la
amplitud de la corriente de inductor en el transcurso del tiempo
según el estado de la técnica,
Fig. 2 un diagrama eléctrico de un dispositivo
para la alimentación de potencia de una bobina de inducción según
la invención y
Fig. 3 las curvas similares a la Fig. 1 en caso
de aplicación del procedimiento según la invención con una
frecuencia de trabajo que se está modificando del convertidor de
frecuencia.
En la Fig. 1 está representado el curso de la
tensión de trabajo U, de la impedancia Z = w\cdotL de la bobina
de inducción L, de la corriente de inductor I y de la frecuencia de
trabajo f en el transcurso del tiempo para los procedimientos
conocidos. Se puede ver cómo con una frecuencia de trabajo
constante la impedancia Z de la bobina de inducción L baja hacia el
punto alto de una semionda de la tensión de trabajo U. Además,
sobre todo el curso de la corriente del inductor I difiere de la
tensión de trabajo U, particularmente difiere de la forma senoidal.
Esto da lugar a efectos negativos de armónicos en la red.
En la Fig. 2 está representado una configuración
o dispositivo de conmutación 11 según la invención. Un mando 13
controla un convertidor de frecuencia 15 con dos dispositivos de
conmutación T_{1} y T_{2}, por ejemplo transistores. Estos
forman conjuntamente con un condensador indirecto C_{zw} y
condensadores de circuito oscilante C_{s} el accionamiento para la
bobina de inducción L. Mediante el mando 13 se prefija sobre todo
la frecuencia de trabajo para los dispositivos de conmutación
T_{1} y T_{2} y por consiguiente del convertidor de frecuencia
15.
\newpage
Este curso de la frecuencia de trabajo f y las
demás magnitudes según la Fig. 1 están representados en un ejemplo
en la Fig. 3. A partir de un valor básico de frecuencia f_{G},
aquí aproximadamente de 20 kHz, sube la frecuencia de trabajo f de
forma similar al curso de la tensión de trabajo U por encima de una
semionda y vuelve entonces de nuevo al valor básico de frecuencia
f_{G}. De este modo el curso representado para la corriente de
inductor I resulta igual a una impedancia Z esencialmente constante
de la bobina de inducción L. Este curso de la corriente del
inductor I a su vez es nuevamente adaptado a la forma senoidal de
la tensión de trabajo U_{b}. Se pueden evitar con ello, de manera
segura, según se había explicado con detalle previamente, los
efectos molestos de los armónicos inducidos en la red.
Si la bobina de inducción L es utilizada en un
dispositivo de calentamiento por inducción o en un dispositivo de
calentamiento para una placa de inducción, entonces son posibles
potencias incluso superiores a 3 kW o 3,2 kW, por ejemplo de 3,5 kW
a 3,7 o incluso 4 kW. Por consiguiente pueden realizarse unos
campos de cocción por inducción más resistentes para procesos de
cocción más rápidos o la transmisión de potencias más altas. El
consumo para el control de la frecuencia de trabajo f del
convertidor de frecuencia 15 o de los dispositivos de conmutación
T_{1} y T_{2} no es entonces especialmente considerable.
Particularmente, cuando el curso de la frecuencia de trabajo f está
prefijado de manera fija o prefijado con el mando de un proceso de
mando, los consumos se mantienen en los límites, puesto que se
puede trabajar con evoluciones anteriormente conocidas.
En un perfeccionamiento algo más costoso de la
invención es también posible captar el curso de la impedancia Z de
la bobina de inducción L y regular la frecuencia de trabajo F de
tal manera que la impedancia Z permanezca esencialmente constante.
Igualmente se puede captar la corriente del inductor I y la
frecuencia de trabajo puede ser regulada de tal manera que la
corriente del inductor presente la forma senoidal exacta u otra
forma exactamente prefijada.
Claims (10)
1. Procedimiento para suministrar potencia a un
dispositivo de calentamiento por inducción, en el cual se prevé
para la alimentación de potencia una tensión alterna de
alimentación (U_{b}) y un convertidor de frecuencia (15) con
dispositivos de conmutación (T_{1}, T_{2}), caracterizado
por el hecho de que una frecuencia de trabajo (f) de los
dispositivos de conmutación o del convertidor de frecuencia en el
curso de una semionda de la tensión de alimentación es primero
aumentada ligeramente a partir de un valor básico de frecuencia
(f_{G}) y luego bajada de nuevo hasta alcanzar el valor básico de
frecuencia (f_{G}), de manera que la frecuencia de trabajo (f)
ascienda al valor básico de frecuencia (f_{G}) respectivamente a
los puntos cero de la tensión de alimentación (U_{b}).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el convertidor de
frecuencia (15) presenta un circuito oscilante en serie,
constituido por una bobina de inducción (L), condensadores de
circuito oscilante (C_{s}) y un semi-puente con
los dispositivos de conmutación (T_{1}, T_{2}).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado por el hecho de que la frecuencia de trabajo
(f) alcanza un máximo, cuando la tensión de alimentación (U_{b})
alcanza un máximo.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el curso de la frecuencia de trabajo (f) es respectivamente
igual en una sección ascendente y en una sección descendente o aún
la frecuencia de trabajo (f) presenta una simetría especular con
respecto a un punto situado en el centro de una semionda de la
tensión de alimentación (U_{b}).
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el aumento de la frecuencia de trabajo (f) es como máximo 15%,
particularmente como máximo 10%.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la variación de la frecuencia de trabajo (f) se produce de
manera continua y no gradualmente.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por una
alimentación de potencia con valores por encima de 3 kW,
preferiblemente por encima de 3,2 kW.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la tensión de alimentación (U_{b}) presenta una frecuencia de
red de 50 Hz o 60 Hz, preferiblemente con una tensión de 230 V
o
240 V.
240 V.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por una
aplicación en un dispositivo de calentamiento por inducción (L) de
un aparato electrodoméstico, particularmente una placa de cocción
por inducción.
10. Configuración para suministrar potencia a un
dispositivo de calentamiento por inducción con un convertidor de
frecuencia (15), que presenta un circuito oscilante en serie
constituido por una bobina de inducción (L), condensadores de
circuito oscilante (C_{s}) y un semi-puente con
los dispositivos de conmutación (T_{1}, T_{2}), donde se prevé
un dispositivo de mando (13) para el accionamiento de los
dispositivos de conmutación (T_{1}, T_{2}) con una frecuencia
de trabajo (f), estando realizado el dispositivo de mando para una
variación de la frecuencia de trabajo (f) en el sentido de que ésta
aumenta hasta un punto máximo en el curso de una semionda de la
tensión de alimentación (U_{b}) a partir de un valor básico de
frecuencia (f_{G}) y baja a continuación de nuevo hasta el valor
básico de frecuencia (f_{G}).
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