ES2586465T3 - Campo de cocción por inducción con al menos un inversor de potencia - Google Patents

Campo de cocción por inducción con al menos un inversor de potencia Download PDF

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ES2586465T3 ES09796993.5T ES09796993T ES2586465T3 ES 2586465 T3 ES2586465 T3 ES 2586465T3 ES 09796993 T ES09796993 T ES 09796993T ES 2586465 T3 ES2586465 T3 ES 2586465T3
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Sergio Llorente Gil
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Abstract

Campo de cocción por inducción con al menos un inversor de potencia (10), que comprende al menos dos conmutadores de semiconductores (14, 16) conectados con diferentes polos de una fuente de tensión continua (12) y al menos dos disposiciones de amortiguación (18, 20), que están dispuestas, respectivamente, paralelas a uno de los conmutadores de semiconductores (14, 16), y con al menos un medio (22) para la regulación de una constante de amortiguación de al menos una de las disposiciones de amortiguación (18, 20), caracterizado porque el medio (22) está diseñado para la modificación simultánea de las constantes de amortiguación de las disposiciones de amortiguación (18, 20) de ambos conmutadores de semiconductores (14, 16).

Description

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DESCRIPCION
Campo de coccion por induccion con al menos un inversor de potencia
La invencion se refiere a un campo de coccion por induccion con al menos un inversor de potencia de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
Se conoce a partir del documento JP 2007 012490 A un campo de coccion por induccion con varios inversores de potencia, que comprende dos conmutadores de semiconductores conectados con un polo de una fuente de tension continua. En paralelo con cada conmutador de semiconductores esta dispuesto un condensador de amortiguacion, que impide una oscilacion siguiente no deseada de un circuito oscilante resonante, que comprende los inductores del campo de coccion, despues de procesos de conmutacion de los conmutadores de semiconductores. La oscilacion siguiente conduce a perdidas por dispersion, que pueden influir negativamente, en general, sobre el rendimiento del campo de coccion.
Otros campos de coccion por induccion del tipo mencionado anteriormente se publican en las publicaciones JP 2006 114320 A, JP 2007 335274 A y JP 2007 012490 A.
Para mantener reducidas las perdidas de potencia y al mismo tiempo posibilitar procesos de conmutacion rapidos. el condensador de amortiguacion debe estar dimensionado correctamente. El dimensionado del condensador de amortiguacion depende especialmente de la potencia previsible, que se transmite antes o despues de procesos de conmutacion a traves de los conmutadores de semiconductores. Especialmente en campos de coccion por induccion de tipo mixto, se agrupan muchos inductores del mismo tipo de manera flexible en zonas calefactoras, que se forman en funcion de una posicion y/o tamano de un elemento de vajilla de coccion detectado, colocado sobre el campo de coccion. Una potencia calefactora teorica determinada por una fase de potencia ajustada por el usuario se distribuye entonces sobre los diferentes inductores de la zona calefactora. Un inversor de potencia puede alimentar entonces un inductor o varios inductores con una corriente calefactora adecuada. La potencia total a generar por un inversor de potencia depende, por lo tanto, mucho mas de la situacion que en campos de coccion por induccion tradicionales, en los que un inductor es alimentado siempre un unico inversor de potencia.
La invencion tiene especialmente el cometido de preparar un campo de coccion por induccion con un inversor de potencia, que puede ser accionado con un rendimiento especialmente alto.
El cometido se soluciona por medio de un campo de coccion por induccion con las caractensticas de la reivindicacion independiente 1. Las configuraciones y desarrollos ventajosos de la invencion se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes.
La invencion parte especialmente de un campo de coccion por induccion con al menos un inversor de potencia, que comprende al menos dos conmutadores de semiconductores conectados con polos diferentes de un fuente de tension continua. A cada uno de los conmutadores de semiconductores esta asociada una disposicion de amortiguacion, que esta dispuesta paralela a uno de los conmutadores de semiconductores.
Se propone equipar el campo de coccion por induccion con al menos un medio para la regulacion de una constante de amortiguacion de al menos juna de las disposiciones de amortiguacion. De esta manera, se abre la posibilidad de una adaptacion de las constantes de amortiguacion a una situacion de funcionamiento, para que se pueda ajustar la constante de amortiguacion siempre a un valor optimo. Esto conduce a una reduccion de perdidas por dispersion, de manera que se puede mejorar, en general, un rendimiento del campo de coccion por induccion.
Los polos de la fuente de tension continua pueden ser de acuerdo con una configuracion de la invencion un polo positivo y un polo negativo o una toma de tierra y un polo con un valor de la tension distinto de cero. La fuente de tension continua puede comprender especialmente un rectificador para la rectificacion de una tension de la red de una red de corriente domestica. Como "constante de amortiguacion" debe entenderse en este contexto una constante de amortiguacion de valor complejo.
La disposicion de amortiguacion puede comprender especialmente uno o varios condensadores y/o una o varias resistencias.
De acuerdo con una configuracion ventajosa de la invencion, la disposicion de amortiguacion comprende un sistema de condensador de amortiguacion, en el que esta disenado el medio para la regulacion de una capacidad total del sistema de condensador de amortiguacion. En este caso, el sistema de condensador de amortiguacion puede comprender o bien un condensador con una capacidad regulable, por ejemplo un condensador giratorio, o varios condensadores que se pueden conectar y desconectar. Se puede garantizar una amortiguacion simetrica de los dos conmutadores de semiconductores cuando el medio esta disenado para la modificacion simultanea, en particular simetrica de las constantes de amortiguacion de ambos conmutadores de semiconductores.
En una configuracion constructiva sencilla y flexible de la invencion se propone que la disposicion de amortiguacion
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comprende varios elementos de conmutacion y varios condensadores, que se pueden conectar en cada caso a traves del cierre de un elemento de conmutador.
Cuando los condensadores tienen diferentes capacidades y se pueden conectar de manera independiente unos de los otros, a traves de la seleccion de combinaciones adecuadas de condensadores se puede conseguir una pluralidad especialmente grande de valores posibles de las capacidades.
Como ya se ha explicado anteriormente, las ventajas de la invencion se pueden utilizar especialmente en conexion con campos de induccion. Debido a la carga muy variable, la idea de la invencion se puede emplear especialmente con exito en campos de coccion del tipo de matriz.
Se puede posibilitar una adaptacion automatica de la disposicion de amortiguacion cuando el campo de coccion por induccion comprende una unidad de control, que ajusta la capacidad total o bien la constante de amortiguacion en funcion de una potencia teorica transmitida sobre los conmutadores de semiconductores. Otros parametros pueden ser una amplitud de la tension alterna generada por el inversor de potencia, un angulo de perdida dielectrica de un sistema de consumidor alimentado por el inversor de potencia y/o una inductividad general de este sistema.
En este caso, no es absolutamente necesaria una modificacion continua de las constantes de amortiguacion. En configuraciones mas sencillas de la invencion, la constante de amortiguacion se puede modificar de forma escalonada, cuando los parametros relevantes alcanzan determinados valores umbrales.
Otras ventajas se deducen a partir de la siguiente descripcion del dibujo. En el dibujo se representan ejemplos de realizacion de la invencion. El dibujo, la descripcion y las reivindicaciones contienen numerosas caractensticas en combinacion. El tecnico considerara las caractensticas de manera mas conveniente tambien individualmente y las agrupara en otras combinaciones convenientes. En este caso:
La figura 1 muestra un campo de coccion con un rectificador y varios inversores de potencia.
La figura 2 muestra una representacion esquematica de un circuito con un inversor de potencia y disposiciones de amortiguacion.
La figura 3 muestra un circuito con un inversor de potencia y una disposicion de amortiguacion de acuerdo con una configuracion alternativa de la invencion.
La figura 4 muestra un circuito con un inversor de potencia de acuerdo con otra configuracion alternativa de la invencion, y
La figura 5 muestra una representacion de perdidas de potencia para diferentes valores de una capacidad total de una disposicion de amortiguacion.
La figura 1 muestra un campo de coccion por induccion con una matriz de inductores 30 y una unidad de control 32, que puede detectar un elemento de vajilla de coccion 34 colocado sobre el campo de coccion y puede determinar el tamano y la forma del fondo del elemento de vajilla de coccion 34 o de varios elementos de vajilla de coccion. En funcion del tamano, forma y posicion del elemento de vajilla de coccion 34, la unidad de control agrupa varios inductores 30 en una zona calefactora 36 que puede ser definida de manera flexible.
A traves de una interfaz de usuario 38 un usuario puede ajustar una fase de potencia para la zona calefactora 36 o para varias zonas calefactoras 36. La unidad de control 32 conecta varios inversores de potencia 10 de una unidad de suministro de corriente 40 con los inductores 30 de la zona calefactora 36, de tal manera que los inductores 30 de la zona calefactora 36 acoplan una potencia calefactora total dependiente de la fase de potencia ajustada en el elemento de vajilla de coccion 34. A tal fin, los inversores de potencia 10 o bien un inversor de potencia 10 generan una corriente alterna de alta frecuencia con una frecuencia en el orden de magnitud de 50-100 kHz, que atraviesa los inductores 30 y genera un campo magnetico alterno con la misma frecuencia. El campo magnetico genera, por su parte, corrientes alternas en el fondo ferromagnetico del elemento de vajilla de coccion 34, con lo que se calienta este fondo.
La unidad de suministro de corriente 40 comprende una fuente de tension continua 12, que comprende un rectificador 42 y un circuito de filtro 44. El rectificador 42 esta conectado en una fase de una red de corriente domestica 46. Aunque en la figura 1 se representa solo una unidad de suministro de corriente 40, se alimenta el campo de coccion en la practica por dos unidades de suministro de corriente, que estan conectadas en dos fases de la red de corriente domestica 46.
Entre la unidad de suministro de corriente 40 y los inductores 30 esta prevista una disposicion de circuito 48 controlada de la misma manera por la unidad de control 32, a traves de la cual se pueden establecer conexiones que se pueden configurar de forma flexible entre los inversores de potencia 10 y los inductores 30.
La figura 2 muestra un circuito con un inversor de potencia 10, que comprende dos conmutadores de
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semiconductores 14, 16. Cada uno de los conmutadores de semiconductores 14, 16 esta constituido por un transistor 50, en particular un transistor bipolar con electrodo de puerta aislado (IGBT) y un diodo 52.
El inversor de potencia 10 con los dos conmutadores de semiconductores 14, 16 esta constituido en una topologfa de semipuente. Un punto de contacto superior 54 esta conectado con una salida positiva de la fuente de tension continua 12 y un punto de contacto inferior 58 del circuito esta conectado con el potencial de toma de tierra..
Para generar en el inductor 30 una tension alterna, se conectan y desconectan los conmutadores de semipuente 14, 16 a traves de la activacion de los transistores 50 de manera alterna. El inductor 30 es complementado por condensadores de resonancia 59 para formar un circuito oscilante. Las perdidas por dispersion estan simbolizadas en la figura 2 por una resistencia 60. Para amortiguar una oscilacion siguiente de este circuito oscilante como consecuencia de un proceso de conmutacion de uno de los conmutadores de semiconductores 14, 16, paralelamente a cada uno de los conmutadores de semiconductores 14, 16 esta prevista una disposicion de amortiguacion 18, 20. En el ejemplo de realizacion representado en la figura 2, cada una de las disposiciones de amortiguacion 18, 20 comprende dos condensador4es 28a, 28b. Un primer condensador 28a esta cableado fijamente con el conmutador de semiconductores 14, 16 correspondiente. Los dos condensadores 28a del conmutador de semiconductores superior e inferior 14, 16 estan conectados, respectivamente, con un punto medio del inversor de potencia 10, con el que esta conectado tambien el inductor 30.
Cada una de las disposiciones de amortiguacion 18, 20 comprende, ademas, otro condensador 28b. Los dos condensadores 28b estan conectados en comun con una entrada de un elemento de conmutacion 26, que puede estar configurado, por ejemplo, como rele electromecanico. A traves del cierre del elemento de conmutacion 26 se pueden conectar los dos condensadores 28b de la misma manera con el punto medio del inversor de potencia 10, de manera que los condensadores 28b se conectan en paralelo al conmutador de semiconductores 14, 16 correspondiente. El elemento de conmutador 26 forma, por lo tanto, en colaboracion con los condensadores 28a, 28b un medio 22 para la modificacion de una constante de amortiguacion de las disposiciones de amortiguacion 18, 20. A traves del cierre del elemento de conmutacion 28 se modifican de la misma manera al mismo tiempo las constantes de amortiguacion de las dos disposiciones de amortiguacion 18, 20 de las dos disposiciones de amortiguacion 18, 20. Los condensadores 28a, 28b forman conjuntamente un sistema de condensador de amortiguacion 24 que se puede configurar de forma flexible.
La unidad de control 32 (figura 1) puede controlar el elemento de conmutacion 26 a traves de una lmea de control no representada. Para adaptar la capacidad total de las disposiciones de amortiguacion 18, 20 a una carga del inductor 30, la unidad de control 32 cierra el elemento de conmutacion 26, cuando una carga del inductor o bien una potencia transmitida sobre los conmutadores de semiconductores 14, 16 excede un valor umbral.
Las figuras 3 y 4 muestran ejemplos de realizacion alternativos de la invencion. La descripcion siguiente se limita esencialmente a diferencias con respecto al ejemplo de realizacion de la invencion representado en las figuras 1 y 2, para evitar repeticiones. Con respecto a las caractensticas constantes se remite a la descripcion de las figuras 1 y 2.
La figura 3 muestra un circuito con tres parejas de condensadores 28a, 28b, 28c, en el que, respectivamente, una parte de la pareja esta asociada a uno de los conmutadores de semiconductores 14, 16 o bien de una de las disposiciones 18, 20. Los condensadores 28a estan cableados fijamente con los conmutadores de semiconductores 14, 16 y los condensadores 28b y 28c se pueden conectar y desconectar, respectivamente, a traves de elementos de conmutacion 26a, 26b. La unidad de control 32 puede seleccionar de esta manera entre tres valores posibles de la capacidad total de las disposiciones de amortiguacion 18, 20 y, en concreto, entre la capacidad de los condensadores 28a, entre la suma de las capacidades de los condensadores 28a y 28b y entre la suma de las capacidades de todos los tres condensadores 28a, 228b, 28c. En el ejemplo de realizacion representado en la figura 3, las capacidades de los condensadores 28b y 28c tienen el mismo valor, de manera que la capacidad total del sistema de condensador de amortiguacion se puede elevar a partir de un valor de base en dos fases con la misma distancia.
La figura 4 muestra otro ejemplo de realizacion alternativo de la invencion, en el que elementos de conmutacion 26a, 267b para la conexion de condensadores 28b, 28v del sistema de condensador de amortiguacion 24 no estan conectados unos detras de los otros en serie como en el ejemplo de realizacion segun la figura 3, sino que estan conectados en paralelo con el punto medio del inversor de potencia 10. Los condensadores 28b, 28c tienen con preferencia diferentes capacidades, de manera que a traves del cierre del elemento de conmutacion 26a, cuando el elemento de conmutacion 26b esta abierto, se puede con seguir otra capacidad total que a traves del cierre del elemento de conmutacion 26b cuando el elemento de conmutacion 26a esta abierto. De esta manera, en general, se pueden ajustar cuatro valores diferentes de la capacidad total.
A traves de la adaptacion de la capacidad total de las disposiciones de amortiguacion 18, 20, la unidad de control 32 puede evitar perdidas por dispersion en el funcionamiento. La capacidad total y, por lo tanto, la constante de amortiguacion de las disposiciones de amortiguacion 18, 20 se pueden adaptar a la carga, de manera que se puede evitar una oscilacion siguiente fuerte de los circuitos oscilantes formados por los condensadores de resonancia 58 y
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el inductor 10 y se puede evitar una descarga de condensadores de amortiguacion sobredimensionados de una disposicion de amortiguacion sobre el transistor 50 de otro circuito de semiconductores. Al mismo tiempo se puede evitar una inercia demasiado grande del circuito a traves de un condensador de amortiguacion sobredimensionado con potencias reducidas.
La figura 5 muestra potencias de perdida en un ejemplo de realizacion ejemplar. Las potencias de perdida se componen de perdidas de la lmea que estan representadas con un rayado horizontal, y por perdidas de conmutacion, que estan representadas con un rayado vertical. La columna izquierda en la figura 5 muestra las perdidas en el caso de una potencia comparativamente alta cuando el elemento de conmutacion 26 esta abierto en el ejemplo de realizacion segun la figura 2, y la columna derecha en la figura 5 muestra las perdidas con la misma potencia cuando el elemento de conmutacion 26 esta cerrado y los condensadores 28b estan conectados. Se puede reconocer que las perdidas de conmutacion se pueden reducir claramente.
Lista de
■ signos de referencia
10
Inversor de potencia
12
Fuente de tension continua
14
Conmutador de semiconductores
16
Conmutador de semiconductores
18
Disposicion de amortiguacion
20
Disposicion de amortiguacion
22
Medio
24
Sistema de condensador de amortiguacion
26
Elemento de conmutacion
28a
Condensador
28b
Condensador
28c
Condensador
30
Inductor
32
Unidad de control
34
Elemento de vajilla de coccion
36
Zona calefactora
38
Interfaz de usuario
40
Unidad de suministro de corriente
42
Rectificador
44
Circuito de filtro
46
Red de corriente domestica
48
Disposicion de circuito
50
Transistor
52
Diodo
54
Punto de contacto
56
Punto de contacto
58
Condensador de resonancia
60
Resistencia

Claims (7)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    REIVINDICACIONES
    1. - Campo de coccion por induccion con al menos un inversor de potencia (10), que comprende al menos dos conmutadores de semiconductores (14, 16) conectados con diferentes polos de una fuente de tension continua (12) y al menos dos disposiciones de amortiguacion (18, 20), que estan dispuestas, respectivamente, paralelas a uno de los conmutadores de semiconductores (14, 16), y con al menos un medio (22) para la regulacion de una constante de amortiguacion de al menos una de las disposiciones de amortiguacion (18, 20), caracterizado porque el medio (22) esta disenado para la modificacion simultanea de las constantes de amortiguacion de las disposiciones de amortiguacion (18, 20) de ambos conmutadores de semiconductores (14, 16).
  2. 2. - Campo de coccion por induccion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la disposicion de amortiguacion (18, 20) comprende al menos un sistema de condensador de amortiguacion (24), en el que el medio (22) esta disenado para la regulacion de una capacidad total del sistema de condensador de amortiguacion (24).
  3. 3. - Campo de coccion por induccion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la disposicion de amortiguacion (18, 20) comprende varios elementos de conmutacion (26) y varios condensadores (28), que se pueden conectar, respectivamente, a traves del cierre de un elemento de conmutacion (26).
  4. 4. - Campo de coccion por induccion de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado porque los condensadores (28) tienen diferentes capacidades y se pueden conectar de manera independiente entre sf.
  5. 5. - Campo de coccion por induccion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aparato electrodomestico es un campo de coccion por induccion y porque el inversor de potencia (10) genera una corriente calefactora para la alimentacion de inductores (30).
  6. 6. - Campo de coccion por induccion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por una unidad de control (32), que esta disenada para regular la capacidad total en funcion de una potencia teorica transmitida a traves de los conmutadores de semiconductores (14, 16).
  7. 7. - Campo de coccion por induccion de acuerdo la reivindicacion 6, caracterizado porque la unidad de control (32) incrementa la capacidad total de forma escalonada, cuando la potencia teorica o una corriente teorica excede un valor umbral.
ES09796993.5T 2008-12-19 2009-12-07 Campo de cocción por inducción con al menos un inversor de potencia Active ES2586465T3 (es)

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ES (2) ES2354093B1 (es)
WO (1) WO2010069789A1 (es)

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ES2354093B1 (es) 2012-01-26
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