ES2632751T3 - Sistema de cocina de calentamiento por inducción y proceso para controlar un sistema de cocina de calentamiento por inducción - Google Patents
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Abstract
Un sistema de cocina de calentamiento por inducción, que comprende: - una primera bobina de calentamiento (2a); - al menos una segunda bobina de calentamiento (2b) dispuesta en la proximidad de la primera bobina de calentamiento (2a) para el calentamiento de un único objeto sometido a 5 calentamiento (P) cooperando entre sí; - unos sistemas de circuitos de accionamiento primero y segundo (14a, 14b) que suministran una corriente de alta frecuencia de la misma frecuencia de forma individual a las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b); caracterizado por que comprende además: - un primer extractor de componente de orden n, siendo n un número natural, que extrae una componente de corriente de accionamiento de orden n de la corriente de accionamiento que circula por la primera bobina de calentamiento (2a) y una componente de tensión de accionamiento de orden n de la tensión de accionamiento en la primera bobina de calentamiento (2a); - un segundo extractor de componente de orden n, siendo n un número natural, que extrae una componente de corriente de accionamiento de orden n de la corriente de accionamiento que circula por la segunda bobina de calentamiento (2b) y una componente de tensión de accionamiento de orden n de la tensión de accionamiento en la segunda bobina de calentamiento (2b); y - un controlador (50) que está adaptado para calcular la resistencia de carga de las bobinas de calentamiento primera y segunda a partir de las componentes de corriente de accionamiento de orden n y de las componentes de tensión de accionamiento de orden n extraídas por medio de los extractores de componente de orden n primero y segundo, en el que el controlador (50) está adaptado para controlar la energía eléctrica suministrada desde los sistemas de circuitos de accionamiento primero y segundo (14a, 14b) a las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b) de acuerdo a unos ratios de distribución de energía que dependen del ratio de las resistencias de carga calculadas de las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b).
Description
DESCRIPCION
Sistema de cocina de calentamiento por induccion y proceso para controlar un sistema de cocina de calentamiento por induccion
Campo tecnico
5 La presente invencion se refiere a un sistema de cocina de calentamiento por induccion que calienta por induccion un unico objeto sometido a calentamiento por medio de una pluralidad de bobinas de calentamiento, y a un proceso de control del mismo.
Antecedentes de la tecnica
Hasta ahora, se han propuesto diversos sistemas de cocina de calentamiento por induccion, por ejemplo, el 10 documento de patente 1 de Japon (2009-238 575 A) y el documento de patente 2 de Japon (2009-238 613 A) describen una cocina de calentamiento por induccion que incluye una pluralidad de bobinas de calentamiento pequenas o compactas dispuestas de acuerdo a un patron de rejilla y una pluralidad de sensores dispuestos en correspondencia con cada una de las bobinas de calentamiento para la deteccion del objeto sometido a calentamiento, tal como un hervidor o una cazuela, el cual determina una superficie sobre una placa superior 15 ocupada por el objeto sometido a calentamiento en funcion de la salidas generadas por los sensores, de manera que se accionan las bobinas de calentamiento seleccionadas alrededor de la superficie ocupada.
La solicitud de patente de EE.UU. n° 2010/0282740 es tecnica anterior adicional que describe un sistema segun el preambulo de la reivindicacion 1 y un proceso segun el preambulo de la reivindicacion 4.
Compendio de la invencion
20 Problemas que ha de resolver la invencion
No obstante, los sensores utilizados en la cocina de calentamiento por induccion descrita en los documentos de patente 1 y 2 son, por ejemplo, sensores opticos, detectando unicamente cada uno de ellos si la cazuela esta situada o no sobre las correspondientes bobinas de calentamiento (existencia o no existencia de la cazuela), y, por lo tanto, detectando la superficie ocupada por la cazuela de una manera aproximada. Aunque se accionen de forma 25 selectiva unicamente las bobinas de calentamiento situadas alrededor de la superficie ocupada, estas cocinas de calentamiento por induccion convencionales no pueden determinar como esta situada la cazuela sobre la placa superior de la cocina de calentamiento por induccion (la superficie de la ubicacion de la cazuela).
Por tanto, incluso cuando se detecta por medio de estos sensores que la cazuela esta situada sobre la placa superior, la superficie de la ubicacion de la cazuela sobre las correspondientes bobinas de calentamiento puede ser 30 inapreciable o limitada. En este caso, dado que estas cocinas de calentamiento por induccion convencionales de los documentos de patente 1 y 2 accionan cada una de las bobinas de calentamiento bajo la misma condicion de accionamiento, se puede calentar la parte inferior de la cazuela de manera desigual de acuerdo al lugar de ubicacion de la cazuela, dando lugar a una variacion de la temperatura superficial de la parte inferior de la cazuela (o de la potencia electrica aplicada por unidad de superficie por parte de las bobinas de calentamiento), lo cual, a su vez, 35 puede dar lugar a que la comida se carbonice en la cazuela y/o a protuberancias parciales sobre la parte inferior de la cazuela.
Medios para resolver los problemas
Para la resolucion de los inconvenientes anteriores, una realizacion de la presente invencion es la provision de un sistema de cocina de calentamiento por induccion que comprende:
40 una primera bobina de calentamiento;
al menos una segunda bobina de calentamiento dispuesta en la proximidad de la primera bobina de calentamiento para el calentamiento de un unico objeto sometido a calentamiento cooperando entre si;
unos sistemas de circuitos de accionamiento primero y segundo que suministran una corriente de alta frecuencia de la misma frecuencia de forma individual a las bobinas de calentamiento primera y segunda;
45 un primer extractor de componente de orden n (n: numero natural) que extrae una componente de corriente de accionamiento de orden n de la corriente de accionamiento que circula por la primera bobina de calentamiento y una componente de tension de accionamiento de orden n de la tension de accionamiento en la primera bobina de calentamiento;
un segundo extractor de componente de orden n (n: numero natural) que extrae una componente de corriente de 50 accionamiento de orden n de la corriente de accionamiento que circula por la segunda bobina de calentamiento y una componente de tension de accionamiento de orden n de la tension de accionamiento en la segunda bobina de calentamiento; y
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un controlador que esta adaptado para calcular la resistencia de carga de las bobinas de calentamiento primera y segunda a partir de las componentes de corriente de accionamiento de orden n y de las componentes de tension de accionamiento de orden n extraidas por medio de los extractores de componente de orden n primero y segundo.
El controlador de la presente invencion esta adaptado para controlar la energia electrica suministrada desde los sistemas de circuitos de accionamiento primero y segundo a las bobinas de calentamiento primera y segunda de acuerdo a unos ratios de distribucion de energia que dependen del ratio de las resistencias de carga calculadas de las bobinas de calentamiento primera y segunda.
Ventaja de la invencion
Segun el sistema de cocina de calentamiento por induccion de la presente invencion, el controlador esta adaptado para calcular de forma instantanea una resistencia de carga de una pluralidad de bobinas de calentamiento y para controlar la energia electrica suministrada a las bobinas de calentamiento primera y segunda de acuerdo a unos ratios de distribucion de energia que dependen del ratio de las resistencias de carga calculadas de las bobinas de calentamiento primera y segunda, al objeto de calentar la cazuela de manera uniforme o regular, evitando de esta forma la carbonizacion o el quemado de comida en la cazuela.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es una vista en planta superior de la bobina de calentamiento de la realizacion 1 segun la presente invencion.
La figura 2 es un diagrama esquematico de bloques basicos de circuito de un sistema de cocina de calentamiento por induccion segun la presente invencion.
La figura 3 es una forma de onda de la tension de accionamiento detectada por un detector de tension de accionamiento, y de la corriente de accionamiento detectada por un detector de corriente de accionamiento.
Las figuras 4A - 4C son vistas en planta superior de unos discos hechos de diferentes materiales que se situan sobre una bobina de calentamiento.
Las figuras 5A - 5B son mapas que muestran la relacion entre la frecuencia de resonancia y la resistencia de carga de discos hechos de diferentes materiales situados en diferentes lugares de ubicacion.
Las figuras 6A - 6B son mapas que muestran la relacion entre la inductancia y la resistencia de carga de discos hechos de diferentes materiales situados en diferentes lugares de ubicacion.
La figura 7 es un diagrama de bloques de circuito esquematico de un sistema de cocina de calentamiento por induccion alternativo.
La figura 8 es un diagrama de bloques de circuito esquematico de un sistema de cocina de calentamiento por induccion de la realizacion 1.
La figura 9 es una vista en planta superior de la bobina de calentamiento de una modificacion.
La figura 10 es una vista en planta superior de la bobina de calentamiento de otra modificacion.
Significado de los numeros de referencia
- 1
- = sistema de cocina de calentamiento por induccion
- 2
- = bobina de calentamiento
- 10
- = fuente de alimentacion comercial
- 12
- = sistema de circuitos de rectificacion
- 14
- = sistema de circuitos de accionamiento
- 20
- = calentador LCR de induccion
- 24
- = condensador de resonancia
- 30
- = detector de tension de accionamiento
- 32
- = detector de corriente de accionamiento
- 40
- = extractor de componente principal
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50 = controlador
P = cazuela
Descripcion de las realizaciones
Haciendo referenda a los dibujos adjuntos, a continuacion se describiran realizaciones de un sistema de cocina de calentamiento por induccion segun la presente invencion. Los componentes similares se denotan por los mismos numeros de referencia a lo largo de la descripcion y los dibujos.
Realizacion 1
Haciendo referencia a las figuras 1 a 10, a continuacion se describira en detalle la realizacion 1 de un sistema de cocina de calentamiento por induccion segun la presente invencion. La figura 1 es una vista en planta de la bobina de calentamiento 2 de la realizacion 1. La bobina de calentamiento 2 de la realizacion 1 incluye una bobina de calentamiento interna 2a (una primera bobina de calentamiento) formada por medio del enrollamiento de un cable conductor en un plano y una bobina de calentamiento externa 2b (una segunda bobina de calentamiento) formada por medio del enrollamiento de otro cable conductor de forma concentrica alrededor de la bobina central 2a.
Tal y como se describira en detalle mas adelante haciendo referencia a la figura 8, el sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 incluye, en general, unos sistemas de circuitos de accionamiento (sistemas de circuitos de accionamiento primero y segundo) 14a, 14b para el accionamiento de las bobinas de accionamiento 2a, 2b, unos extractores de componente principal 30a, 30b para la extraccion de las componentes principales de la tension de accionamiento detectada y de la corriente de accionamiento detectada, y un controlador 50 para el control de los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b.
Antes de pasar a la descripcion detallada de la estructura electrica y el funcionamiento de la realizacion 1 del sistema de cocina de calentamiento por induccion 1, en primer lugar se realizara la descripcion en particular de la estructura electrica basica del extractor de componente principal.
La figura 2 es un diagrama de bloques de circuito esquematico de un sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 que tiene una unica bobina de calentamiento 2. Haciendo referencia al mismo, se explicara en detalle un principio basico del sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 segun la presente invencion.
El sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 incluye, en general, un sistema de circuitos de rectificacion 12 adaptado para la rectificacion de la corriente alterna monofasica o trifasica de una fuente de alimentacion comercial 10 en corriente continua, un sistema de circuitos de accionamiento 14 adaptado para el suministro de una corriente de alta frecuencia de una frecuencia de accionamiento determinada a una bobina de calentamiento 2, un calentador LCR de induccion 20 compuesto por la bobina de calentamiento 2 y por un condensador de resonancia 24 conectados en serie entre si, un detector de tension de accionamiento 30 adaptado para la deteccion de la tension de accionamiento en el calentador LCR de induccion 20, y un detector de corriente de accionamiento 32 adaptado para la deteccion de la corriente de accionamiento que circula por el calentador LCR de induccion 20.
Mas en concreto, el sistema de circuitos de rectificacion 12 puede estar adaptado para una rectificacion de onda completa o de media onda, y puede incluir un sistema de circuitos de filtrado que tenga una inductancia para la formacion de la componente continua y un condensador (no mostrados). Ademas, el sistema de circuitos de accionamiento 14 puede estar compuesto por un inversor que tenga una pluralidad de elementos de conmutacion tales como IGBTs (no mostrados), pudiendo ser cualquier tipo de inversor, por ejemplo, un sistema de circuitos inversor de medio puente y un sistema de circuitos inversor de puente completo.
Tal y como se ha explicado con anterioridad, el calentador LCR de induccion 20 esta compuesto de la bobina de calentamiento 2 y del condensador de resonancia 24 conectados en serie entre si, estando indicada la bobina de calentamiento 2 en la figura 2 de acuerdo a sus circuitos equivalentes de inductancia L y de resistencia de carga R. En este dibujo, lo que se ilustra por encima de la inductancia L es el objeto sometido a calentamiento P, por ejemplo una cazuela.
Cuando se alimenta con corriente de alta frecuencia, la bobina de calentamiento 2 genera un campo magnetico alterno que se acopla magneticamente con el objeto sometido a calentamiento P hecho de material conductor, y da lugar a una corriente de Foucault en el interior del objeto sometido a calentamiento P, calentando de esta forma el propio objeto sometido a calentamiento P.
En general, la resistencia de carga R del calentador LCR de induccion 20 varia de acuerdo a la existencia y/o al lugar de la ubicacion (superficie y posicion) del objeto sometido a calentamiento P, es decir, de acuerdo al campo magnetico alterno que se acopla magneticamente con el objeto sometido a calentamiento P. Por tanto, la resistencia de carga R del calentador LCR de induccion 20 es equivalente a la resistencia del cableado RC de la bobina de calentamiento 2 cuando no se situa ninguna cazuela P sobre la bobina de calentamiento, la cual se suma a una resistencia aparente RL de la cazuela P que aparece cuando la cazuela se situa sobre la bobina de calentamiento (es decir, R = RC + RL).
Se debe observar que se puede utilizar cualquier tipo de detector de tension de los comunmente conocidos en la tecnica como detector de tension de accionamiento 30 para la deteccion de la tension de accionamiento V (tension de salida) a traves del calentador LCR de induccion 20. Ademas, se puede utilizar cualquier tipo de detector de corriente como detector de corriente de accionamiento 32 para la deteccion de la corriente de accionamiento I 5 (corriente de salida) que circula por el calentador LCR de induccion 20, tal como un transformador de corriente.
El sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 de la presente invencion incluye ademas un extractor de componente principal 40 conectado electricamente con el detector de tension de accionamiento 30 y con el detector de corriente de accionamiento 32. Tal y como se ha descrito con anterioridad, mientras que el sistema de circuitos de accionamiento 14 es un inversor que tiene elementos de conmutacion, tales como IGBTs (transistores bipolares 10 de puerta aislada, insulated gate bipolar transistors, por sus siglas en ingles), estando accionado cada uno de los IGBTs del sistema de circuitos de accionamiento 14 por medio de una senal de control (senal de puerta) que tiene una frecuencia de accionamiento determinada (30 kHz, por ejemplo), el detector de tension de accionamiento 30 y el detector de corriente de accionamiento 32 detectan la tension de accionamiento V y la corriente de accionamiento I moduladas de alta frecuencia, tal y como se muestra en la figura 3, las cuales contienen una pluralidad de 15 componentes de orden de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I, respectivamente.
La tension de accionamiento V y la corriente de accionamiento I moduladas de alta frecuencia se expresan, por lo general, como una forma de onda compuesta que contiene multiples componentes de orden de las formas de onda de la tension de accionamiento y de las formas de onda de la corriente de accionamiento que tienen componentes de orden superior de multiplo entero de la frecuencia de accionamiento, respectivamente. El extractor de 20 componente principal 40 segun la presente invencion esta adaptado para extraer unicamente las componentes principales de la tension de accionamiento V detectada y de la corriente de accionamiento I detectada, teniendo cada una de ellas la misma frecuencia que la frecuencia de accionamiento.
El extractor de componente principal 40 esta adaptado para extraerlas por medio del muestreo de datos de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I a una frecuencia de muestreo igual a k veces (k es 25 un numero natural de valor 2 o mayor) la frecuencia de accionamiento, y por medio de la realizacion de una transformacion de Fourier discreta sobre los datos muestreados de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I.
Ademas, el extractor de componente principal 40 esta disenado para procesar las componentes principales de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I de acuerdo a su expresion en notacion compleja 30 como sigue:
V1 = V1Re + J * V1Im
I1 = 11Re + J * Aim •••(1),
en donde V1, I1 indican las componentes principales de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I; V1 Re, I1 Re indican las partes reales de V1, I1; V1 Im, I1Im indican las partes imaginarias de V1, I1, respectivamente; y j representa la unidad imaginaria.
35 La impedancia Z del calentador LCR de induccion 20 y el desfase angular 0 entre la tension de accionamiento V1 y la corriente de accionamiento I1 (la fase de la tension de accionamiento V1 con respecto a la corriente de accionamiento I1, o la fase de la impedancia Z) se expresan como sigue:
Z = VJ Ii
6 = arctan(Im(Z) / Re(Z)) •••(2),
en donde Im(Z) y Re(Z) indican la parte real y la parte imaginaria de la impedancia Z, respectivamente. El desfase 40 angular 0 entre la tension de accionamiento V y la corriente de accionamiento I se puede expresar con el “arco seno” o el “arco coseno”, en lugar de con la “arco tangente”, lo cual puede ser mas beneficioso ya que la “arco tangente” probablemente se haga divergente y contenga muchos errores de calculo con desfases angulares 0 proximos a 90°.
El sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 de la presente invencion incluye ademas un controlador 50 conectado electricamente tanto al sistema de circuitos de accionamiento 14 como al extractor de componente 45 principal 40, tal y como se ilustra en la figura 2. El controlador 50 de la presente invencion esta adaptado para calcular la impedancia Z del calentador LCR de induccion 20 y el desfase angular 0 (argumento) entre la tension de accionamiento V1 y la corriente de accionamiento I1 a partir de la formula (2) anterior, y para aplicar en consecuencia una serie de senales de control de accionamiento apropiadas (senales de puerta) al sistema de circuitos de accionamiento 14.
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Ademas, el controlador 50 de la presente invencion esta adaptado para calcular la potencia electrica eficaz WE y la corriente eficaz IE como sigue:
*
WE = Re(Vi XI1 )/2
Ie =Vir:xI17 A/2 ...(3),
en donde I1* es el complejo conjugado de la corriente de accionamiento I1.
Tal y como se ha explicado con anterioridad, a partir de la tension de accionamiento principal V1 y de la corriente de accionamiento principal 11, el controlador 50 de la presente invencion esta adaptado para calcular la impedancia Z del calentador LCR de induccion 20, el desfase angular 0 (argumento) entre la tension de accionamiento principal V1 y la corriente de accionamiento principal I1, la potencia electrica eficaz WE y la corriente eficaz IE.
Por otro lado, en un tipico sistema de circuitos LCR que incluye el calentador LCR de induccion 20, parametros tales como la resistencia de carga R, la impedancia Z, la inductancia L y la frecuencia de resonancia Fr de la bobina de calentamiento 2 se pueden expresar de la siguiente manera:
R = We / Ie 2
Z = R + j X (wL -1/wC)
L = (R tan 6 +1 / coC) / w
Fr = 1/2 tt4lC ...(4),
en donde w es la frecuencia f de las componentes principales (igual a la frecuencia de accionamiento por definicion, w = 2nf), y C es la capacidad del condensador de resonancia 24, siendo ambos conocidos. El controlador 50 de la presente invencion es capaz de calcular tambien la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R (= RC + RL) a partir de la formula (4), con el desfase angular 0 calculado por medio de la formula (2).
De manera similar, se puede utilizar otro enfoque para el calculo de la frecuencia de resonancia Fr, tal y como se ha analizado en la presente memoria. Como se ha explicado con anterioridad, la resistencia de carga R y la impedancia Z se calculan de la siguiente forma:
z=yj I,
Z = R + j X (wL -1/wC) ...(5).
Si se modifica la formula (5), la inductancia L se puede expresar como sigue:
R = Re( Z)
L = (Im(Z) + 1/wC)/w ...(6).
Por lo tanto, el controlador 50 es capaz de calcular la frecuencia de resonancia Fr con la inductancia L calculada por medio de la formula (6) y con la capacidad C conocida del condensador de resonancia 24.
Fr = 1/2WLC ...(7).
Tal y como se analizara en detalle en la presente memoria, para cada una de las bobinas de calentamiento, tras el calculo de la frecuencia de resonancia Fr (o de la inductancia L de la bobina de calentamiento 2) y de la resistencia de carga R a partir de las componentes principales de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I, el controlador 50 de la presente invencion es capaz de determinar de forma instantanea el lugar de la ubicacion del objeto sometido a calentamiento P (incluyendo si la cazuela P esta o no sobre la bobina de calentamiento), asi como el material del objeto sometido a calentamiento P, y de controlar la potencia electrica de los sistemas de circuitos de accionamiento 14 (es decir, la cantidad de calor generado en las zonas de la cazuela P situadas sobre las correspondientes bobinas de calentamiento) de acuerdo a un ratio de la resistencia de carga R que es generada por la cazuela P para cada una de las bobinas de calentamiento.
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Se debe observar que el controlador 50 de la presente invencion esta adaptado para calcular la frecuencia de resonancia Fr (o la inductancia L de la bobina de calentamiento 2) y la resistencia de carga R, a partir de las componentes principales de la tension de accionamiento V y la corriente de accionamiento I moduladas de alta frecuencia detectadas en un unico “ciclo de accionamiento de bobina” como el mostrado en la figura 2 (durante aproximadamente 33 microsegundos a una frecuencia de accionamiento de 30 kHz), en un periodo de tiempo bastante corto.
A continuacion, se realizara la descripcion detallada con algunos ejemplos relativos a como el controlador 50 de la presente invencion determina el lugar de la ubicacion (la superficie de la ubicacion sobre la bobina de calentamiento) de la cazuela P, tras el calculo de la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R. Las figuras 4A, 4B y 4C son vistas en planta superior de la bobina de calentamiento 2 y de una pluralidad de discos 26 situados sobre la bobina de calentamiento. Se disponen cuatro discos 26, los cuales estan hechos de hierro, acero inoxidable magnetico, acero inoxidable no magnetico y aluminio.
Se considera cada uno de los discos 26 como una pseudo-cazuela P. Los diametros de la bobina de calentamiento 2 y de los discos 26 son de aproximadamente 180 mm y de aproximadamente 200 mm, respectivamente, y el grosor de cada disco 26 es de aproximadamente 1,5 mm. En la figura 4A, el disco 26 esta situado alrededor del centro (indicado como centro O) de la bobina de calentamiento 2, y se hace referencia a su lugar de ubicacion como de “tasa de solapamiento del 100 %”.
Ademas, en las figuras 4B y 4C, los discos 26 estan desviados con respecto al centro, de manera que los bordes perifericos E de los mismos estan situados a un 75 % y a un 50 % del diametro de la bobina de calentamiento 2, y se hace referencia a sus lugares de ubicacion como de “tasa de solapamiento del 75 %” y de “tasa de solapamiento del 50 %”, respectivamente. Por lo tanto, el lugar de ubicacion de tasa de solapamiento del 50 % significa que el disco 26 tiene el borde periferico E del disco 26 situado sobre el centro O de la bobina de calentamiento 2.
Despues de que cada uno de los discos 26 hechos de hierro, acero inoxidable magnetico, acero inoxidable no magnetico y aluminio haya sido situado sobre la bobina de calentamiento 2 de manera que la tasa de solapamiento sea del 100 %, 75 % y 50 % (lo cual se corresponde con las figuras 4A, 4B y 4C, respectivamente), se calcula la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R a partir de las componentes principales de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I, tal y como se ha explicado con anterioridad, y se representan graficamente en un mapa (grafico), tal y como se muestra en la figura 5A.
Ademas, cuando no se situa ningun disco sobre la bobina de calentamiento 2 (por lo tanto, lugar de ubicacion sin carga), la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R se calculan en un punto representado por un circulo doble en las figuras 5A y 5B.
En la presente invencion, para cada uno de los discos 26 hechos de materiales diferentes, los puntos representados graficamente (Fr, R) que tienen tasas de solapamiento del 100 %, 75 % y 50 % se pueden unir por lineas de forma continua, al objeto de definir una “zona de supresion de accionamiento” que tiene una tasa de solapamiento inferior al 50 %, tal y como se muestra por medio de un sombreado en la figura 5B.
Por tanto, cuando se detecta que el punto de la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R cae dentro de la zona de supresion de accionamiento predeterminada que tiene la tasa de solapamiento inferior al 50 %, el controlador 50 de la presente invencion actua para controlar que el sistema de circuitos de accionamiento 14 no suministre potencia electrica al calentador LCR de induccion 20, debido a que determina que la cazuela P no esta suficientemente situada sobre la bobina de calentamiento 2 o que unicamente es un pequeno objeto el que esta situado sobre la misma. Aparentemente, el umbral de la tasa de solapamiento para la determinacion de la supresion del suministro de potencia electrica no esta limitado al 50 %, pudiendo ser de menos del 40 % o de menos del 60 %.
Asimismo, ademas de conectar de forma continua los puntos que muestran unas tasas de solapamiento del 100 %, 75 % y 50 %, tambien se puede estimar la tasa de solapamiento de un disco 26 hecho de cualquier material a partir de la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R como se muestra en la figura 5B. Por ejemplo, cuando se da el caso de una frecuencia de resonancia Fr y una resistencia de carga R como las representadas graficamente por medio de un simbolo de estrella en la figura 5B, el controlador 50 de la presente invencion determina que la cazuela P esta situada sobre la bobina de calentamiento 55 con una tasa de solapamiento del 75 %, debido a que el punto representado graficamente se ubica sobre la linea discontinua que une de forma continua las tasas de solapamiento del 75 %.
Ademas, dado que el controlador 50 de la presente invencion esta adaptado para calcular rapidamente la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R a partir de las componentes principales de la tension de accionamiento V y la corriente de accionamiento I moduladas de alta frecuencia detectadas en un solo ciclo (durante aproximadamente 33 microsegundos a la frecuencia de accionamiento de 30 kHz), de esta manera se evita el calentamiento del objeto pequeno que no se haya de calentar.
Esto garantiza un sistema mas seguro y ahorra energia electrica al eliminar el consumo de energia no deseado cuando no hay carga sobre la bobina de calentamiento. Dicho de otro modo, segun la presente invencion, el calculo
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de la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R contribuye a la rapida determinacion del material y del lugar de ubicacion de la cazuela P (es decir, cuanta superficie de la cazuela esta situada sobre la bobina de calentamiento 2) al objeto de facilitar el calentamiento de la cazuela P bajo una condicion optima de calentamiento para el material y el lugar de ubicacion de la cazuela P.
En lo anterior, el controlador 50 esta adaptado para la deteccion de la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R. De forma alternativa, el controlador 50 se puede disenar para calcular la inductancia L de la bobina de calentamiento 2 y la resistencia de carga R, al objeto de controlar el sistema de circuitos de accionamiento 14. Las figuras 6A y 6B son mapas (graficos) que muestran una relacion entre la inductancia L de la bobina de calentamiento 2 y la resistencia de carga R calculadas a partir de las componentes principales de la tension de accionamiento V y la corriente de accionamiento I, las cuales son similares a las figuras 5A y 5B.
Cuando no se situa ningun disco (es decir, lugar de ubicacion sin carga), la inductancia L y la resistencia de carga R se obtienen en un punto representado por un circulo doble en las figuras 6A y 6B. El controlador 50 se hace funcionar para controlar que el sistema de circuitos de accionamiento 14 permita que la corriente de alta frecuencia circule por el calentador LCR de induccion 20 unicamente cuando los parametros detectados de la inductancia L y la resistencia de carga R queden situados por fuera de la zona de supresion de accionamiento (tal y como se muestra por medio de un sombreado en la figura 6B). El umbral de la tasa de solapamiento para la determinacion de la supresion del suministro de potencia electrica se puede fijar a menos del 40 %. Ademas, la zona de supresion de accionamiento se puede definir para que no se caliente una cazuela P hecha de aluminio.
Asimismo, ademas de conectar de forma continua los puntos que muestran unas tasas de solapamiento del 100 %, 70 % y 40 %, como se muestra en la figura 6B, tambien se puede estimar la tasa de solapamiento de un disco 26 hecho de cualquier material a partir de la inductancia L y la resistencia de carga R.
Por ejemplo, cuando se da el caso de una inductancia L y una resistencia de carga R como las representadas graficamente por medio de un simbolo de estrella en la figura 6B, el controlador 50 de la presente invencion determina que la cazuela P esta situada sobre la bobina de calentamiento 55 con una tasa de solapamiento del 70 %, debido a que el punto representado graficamente se ubica sobre la linea discontinua que une de forma continua las tasas de solapamiento del 70 %.
En general, es bien conocido que la cazuela P se puede calentar de la manera mas eficiente si la frecuencia de accionamiento es igual a la frecuencia de resonancia propia de la cazuela P. El controlador 50 de la presente invencion halla la frecuencia de resonancia Fr al objeto de elegir la frecuencia de accionamiento de manera que sea igual a la frecuencia de resonancia Fr.
Ademas, una frecuencia de accionamiento inferior a la frecuencia de resonancia Fr da lugar a un efecto adverso sobre los elementos de conmutacion IGBTs, por lo tanto, en la tecnica anterior, si no se identifica de forma exacta la frecuencia de resonancia Fr, a menudo se elige una frecuencia de accionamiento que es mucho mayor que la frecuencia de resonancia real.
Esto hace que un usuario disfrute unicamente de una capacidad de calentamiento limitada del sistema de cocina de calentamiento por induccion, ya que de otra forma se podria suministrar mas corriente que la de la frecuencia de accionamiento inferior u optima. Sin embargo, segun la presente invencion, el controlador puede determinar la frecuencia de resonancia Fr al objeto de elegir la frecuencia de accionamiento optima en funcion de la potencia de calentamiento deseada.
A pesar de que en el analisis anterior se utiliza un transformador de corriente para el detector de corriente de accionamiento 32, de forma alternativa, se puede utilizar un detector de tension capacitivo 34 para la determinacion de la corriente de accionamiento que circula por el calentador LCR de induccion 20 por medio de la deteccion de la tension de condensador en el condensador de resonancia 24. La figura 7 es un diagrama de bloques de circuito esquematico alternativo, similar al de la figura 2.
Tal y como se ilustra en la figura 7, el sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 incluye un detector de tension capacitivo 34 conectado electricamente con el extractor de componente principal 40, para la medicion de una tension de condensador VC en el condensador de resonancia 24. De forma similar a la tension de accionamiento V, la tension de condensador VC contiene componentes de orden superior de multiplo entero de la frecuencia de accionamiento.
Por lo tanto, se hace funcionar el extractor de componente principal 40 para la extraccion de la componente principal (o de la componente de primer orden que tenga la frecuencia igual a la frecuencia de accionamiento) de la tension de condensador VC, por medio de la realizacion de una transformacion de Fourier discreta sobre los datos muestreados de la tension de condensador VC, la cual se puede expresar tambien por medio de un notacion compleja.
Existe una relacion entre la componente principal de la tension de condensador VC y la corriente de accionamiento I, tal como la que sigue:
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Vci = V jwC
Ii = jwCVci -(8),
en donde w es la frecuencia f de las componentes principales (igual a la frecuencia de accionamiento por definicion, w = 2nf), y C es la capacidad del condensador de resonancia 24, siendo ambos conocidos. Como se ve de forma evidente a partir de la formula (8), la corriente de accionamiento I1 tiene una fase que va adelantada con respecto a la de la tension de condensador VC en n/2, es decir, en 90°. Por tanto, puesto que la tension de condensador VC1 esta expresada por medio de una notacion compleja, la componente principal de la corriente de accionamiento I1 se puede calcular de forma sencilla, como sigue:
Vci = a + j x b
I1 = (-b + j x a) xwC ...(9).
A partir de la corriente de accionamiento I1, la frecuencia de resonancia Fr (o la inductancia L de la bobina de calentamiento 2) y la resistencia de carga R se calculan tal y como se ha analizado con anterioridad al objeto de determinar el material de la cazuela y el lugar de la ubicacion (incluyendo si la cazuela P esta o no sobre la bobina de calentamiento 2), tal y como se ha analizado en la realizacion 1. Ademas, puesto que el transformador de corriente relativamente caro se puede reemplazar por el detector de tension capacitivo 34 para la deteccion de la corriente de accionamiento a un coste mas razonable, se puede reducir el coste de fabricacion de los sistemas de cocina de calentamiento por induccion, tal y como se ha analizado en la realizacion 1.
En el analisis anterior, se utiliza el extractor de componente principal 40 para la extraccion de las componentes principales de la tension de accionamiento V detectada por el detector de tension de accionamiento 30 y de la corriente de accionamiento I detectada por el detector de corriente de accionamiento 32; se puede utilizar un extractor de componente de orden n para la extraccion de las componentes de orden n de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I por medio del muestreo de datos de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I a una frecuencia de muestreo igual a k veces (k es un numero natural de valor 2 o mayor) la frecuencia de accionamiento, y por medio de la realizacion de una transformacion de Fourier discreta sobre los datos muestreados de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I, calculando de esta forma la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R.
En general, cuando se calienta por induccion el objeto sometido a calentamiento P de aluminio, se requiere suministrar a la bobina de calentamiento una corriente modulada de alta frecuencia que tenga una frecuencia superior a la que se requiere para el calentamiento por induccion del objeto sometido a calentamiento P de hierro.
Se ha propuesto un denominado sistema de cocina de calentamiento por induccion “para todo metal” que esta adaptado para el calentamiento de cazuelas de cualquier metal que tenga una elevada conductividad electronica y permeabilidad magnetica tal como la del aluminio (vease, por ejemplo, la patente de Japon n° 3.460.997 B), el cual esta disponible comercialmente en la actualidad. La presente invencion se puede incorporar asimismo en el sistema de cocina de calentamiento por induccion “para todo metal”.
Cuando se calienta el objeto sometido a calentamiento P de aluminio con una corriente de accionamiento I de una frecuencia igual a n veces la frecuencia de accionamiento, esto se controla a menudo de manera que se reduzca la componente principal de la corriente de accionamiento y se incremente la componente de orden n de la corriente de accionamiento. En el caso en el que las componentes de orden n (por ejemplo, las componentes terceras) de la corriente de accionamiento I y de la tension de accionamiento V son mayores que la componente principal de las mismas, el extractor de componente de orden n puede elegir las componentes de orden n para el calculo instantaneo de la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R de una forma similar a la analizada con anterioridad. En este ejemplo, este calculo con las componentes de orden n elimina de forma ventajosa la necesidad de aumentar la resolucion del convertidor A/D.
Aunque no se ilustra en detalle, se puede obtener un mapa (grafico) que muestra una relacion entre la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R calculadas a partir de las componentes de orden n de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I, el cual es similar al de la figura 5A.
Sin embargo, la resistencia de carga del disco de aluminio es mayor que la de la figura 5A debido a que la frecuencia de resonancia del mismo es mas elevada. Por lo tanto, el controlador 50 se hace funcionar para calcular la frecuencia de resonancia Fr (o la inductancia L) y la resistencia de carga R a partir de las componentes de orden n de la tension de accionamiento V y la corriente de accionamiento I.
Haciendo referencia ahora a la figura 8, se describira mas en detalle el sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 de la realizacion 1. El sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 mostrado en la figura 8 incluye dos sistemas de circuitos de rectificacion 12a, 12b adaptados para la rectificacion de la corriente alterna de la
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fuente de alimentacion comercial 10 en corriente continua, unos sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b adaptados para el suministro de una corriente de alta frecuencia de una frecuencia de accionamiento determinada a las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b, unos calentadores LCR de induccion 20a, 20b compuestos por las bobinas de calentamiento 2a, 2b y unos condensadores de resonancia 24a, 24b conectados en serie entre si.
Ademas, el sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 incluye unos detectores de tension de accionamiento 30a, 30b adaptados para la deteccion de la tension de accionamiento en los calentadores LCR de induccion 20a, 20b, y unos detectores de corriente de accionamiento 32a, 32b adaptados para la deteccion de la corriente de accionamiento que circula por los calentadores LCR de induccion 20a, 20b.
Ademas, incluye unos extractores de componente principal 40a, 40b conectados tanto con los detectores de tension de accionamiento 30a, 30b como con los detectores de corriente de accionamiento 32a, 32b, y un controlador 50 conectado con los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b y con los extractores de componente principal 40a, 40b.
Se debe observar que a pesar de que cada uno de los sistemas de circuitos de rectificacion 12a, 12b de la figura 8 se proporciona para el suministro de corriente continua a los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b, alternativamente se podria compartir un unico sistema de circuitos de rectificacion 12 al objeto de suministrar corriente continua a los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b.
Cada componente mostrado en la figura 8, por ejemplo, los sistemas de circuitos de rectificacion 12a, 12b, los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b (sistemas de circuitos de accionamiento primero y segundo), los calentadores LCR de induccion 20a, 20b que tienen las bobinas de calentamiento 2a, 2b (bobinas de calentamiento interna y externa) y los condensadores de resonancia 24a, 24b conectados en serie entre si para calentar de forma conjunta una unica cazuela P, los detectores de tension de accionamiento 30a, 30b, los detectores de corriente de accionamiento 32a, 32b, los extractores de componente principal 40a, 40b y el controlador 50, son los mismos que los que se han descrito haciendo referencia a las figuras 2 y 7, en consecuencia se prescindira de la descripcion repetida de estos componentes comunes.
Dado que las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b estan adaptadas para el calentamiento conjunto o simultaneo de la unica cazuela P, ambas estan dispuestas fisicamente proximas entre si. Por ello, cuando las corrientes de alta frecuencia suministradas a las bobinas de calentamiento tienen frecuencias diferentes entre si, se puede generar un ruido pulsante audible que se corresponde con la diferencia de frecuencias, lo cual hace que el usuario se sienta bastante incomodo.
Por lo tanto, al objeto de evitar el indeseable ruido pulsante, el controlador 50 necesita controlar los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b al objeto de suministrar la corriente de alta frecuencia con una misma frecuencia a ambas bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b.
Tal y como se ha descrito con anterioridad, el controlador 50 de la presente invencion mostrado en la figura 8 puede calcular la resistencia de carga R a partir de las componentes principales de la tension de accionamiento V y la corriente de accionamiento I moduladas de alta frecuencia detectadas en un unico “ciclo de accionamiento de bobina” (durante aproximadamente 33 microsegundos), en un periodo de tiempo bastante corto.
Ademas, cuando se realiza la deteccion de la carga de las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b, se pueden extraer las componentes principales de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I para cada una de las bobinas de calentamiento de forma simultanea, o alternativamente en secuencia, es decir, una a una, al objeto de minimizar de esta forma la adversa influencia mutua debida al acoplamiento magnetico entre las bobinas de calentamiento 2a, 2b.
Segun el sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 de la realizacion 1, se supone que la resistencia de carga R es un indicador del calor especifico (es decir, la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura en una unidad) de la parte de la cazuela P que esta situada sobre las bobinas de calentamiento. Por lo tanto, el controlador 50 esta adaptado para controlar los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b de manera que la energia electrica Q mayor se suministra a las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b que tienen la mayor resistencia de carga R, calentando de esta forma la cazuela P de manera uniforme o regular.
Mas en concreto, el controlador 50 esta adaptado para calcular unos ratios de distribucion de energia r1 y r2 que se pueden expresar por medio de la resistencia de carga R1 y R2 de las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b de la siguiente forma.
r = R /(R + R2)
r2 = R2/( R1 + R2) ...(10).
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Ademas, el controlador 50 esta adaptado para distribuir la energia electrica total Q0 correspondiente a la “potencia de calentamiento” elegida por el usuario para la totalidad de la cazuela P, en unas energias electricas parciales Q1, Q2 que se han de suministrar a cada una de las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b en funcion de los ratios de distribucion de energia r1 y r2.
Por tanto, el controlador 50 calcula las energias electricas parciales Q1, Q2 para las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b tal y como se expresa a continuacion, y controla los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b al objeto de suministrar las energias electricas parciales Q1, Q2 a las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b.
Qx = Qo x r
Q2 = Q0 x r2 -(H)-
Dado que la energia electrica Q se puede calcular como el valor integral de la potencia electrica W a lo largo de un periodo de tiempo determinado, el controlador 50 puede utilizar cualesquiera procesos y dispositivos para calcular las citadas energias electricas Q1, Q2 para el control de los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b.
Por ejemplo, en el caso en el que a las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b se les suministra de forma contante una potencia electrica predeterminada W1, W2 (es decir, un accionamiento de potencia constante), el controlador 50 puede controlar los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b al objeto de suministrar las potencias electricas W1, W2, que se expresan a continuacion por medio de un parametro de la potencia electrica total W0 (= dQ0/dt), a las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b.
Wx = W0 x rx
W2 = W0 x r2 ...(12).
De forma alternativa, en un caso en el que a las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b se les suministra de forma intermitente la misma potencia electrica W0, pero con duraciones de tiempo (periodos t1, t2) de suministro de potencia diferentes entre si (es decir, un accionamiento por impulsos), el controlador 50 puede controlar los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b al objeto de suministrar la misma potencia electrica W0 durante los periodos t1, t2 expresados a continuacion, a las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b. Por definicion, se introduce Q1 = W0 x t1, Q2 = W0 x t2 y Q0 = W0 x (t1 + t2) en la formula (11) para obtener la siguiente formula:
- II X + X
- i_*-k ll + X
- Q2 _ W0 X (t1 + t2 )X r2
- \ t2 = (tx +12 )x r
- tx/12 = Rx/ R2
- (q Formula (11)) ...(13)
Por lo tanto, al objeto de conseguir la energia electrica deseada Q1, Q2 en las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b, el controlador 50 puede utilizar las potencias electricas W1, W2 de la formula (12) en el proceso de accionamiento de potencia constante, o puede controlar los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b en el proceso de accionamiento por impulsos de manera que el ratio (t1/t2) del tiempo de duracion del suministro de potencia electrica a las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b sea igual al ratio (R1/R2) de las resistencias de carga de las mismas.
Ademas, el controlador 50 puede combinar el proceso de accionamiento de potencia constante y el proceso de accionamiento por impulsos para controlar los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b al objeto de conseguir las energias electricas Q1, Q2 obtenidas por la formula (11), para calentar de esta forma la totalidad de la cazuela P de manera uniforme.
Por lo tanto, el controlador 50 de la presente invencion puede calcular la resistencia de carga R1 y R2 y los ratios de distribucion de energia r1 y r2 al objeto de distribuir la totalidad de la energia electrica Q0 en las apropiadas energias electricas Q1, Q2 para las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b, calentando de esta forma la cazuela P de manera uniforme o regular.
A pesar de que las anteriores energias electricas Q1, Q2 se calculan por medio de la formula (13) suponiendo que dependen linealmente de los ratios de distribucion de energia r1 y r2, las energias electricas Q1, Q2 puede que no varien de forma lineal con los ratios de distribucion de energia r1 y r2, o que no esten ponderadas por ellos. La ponderacion de la energia electrica se puede determinar cuando se disena cada uno de los productos del sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 a partir de la medida real de la relacion entre la resistencia de carga y la energia de calentamiento deseada.
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Modificacion 1
A pesar de que el sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 de la realizacion 1 incluye la bobina de calentamiento interna 2a y la bobina de calentamiento externa 2b dispuestas de forma concentrica alrededor de la bobina central 2a, tal y como se ilustra en la figura 1, este puede incluir una unica bobina central 2a y cuatro bobinas perifericas 2b a 2e dispuestas segun la forma de un cuarto de arco de circulo (como un platano o un pepino), tal y como se ilustra en la figura 9. De forma alternativa, el sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 puede incluir una pluralidad de bobinas de calentamiento 2 secundarias circulares dispuestas en una matriz, tal y como se ilustra en la figura 10.
En estos casos, se puede proporcionar una pluralidad de sistemas de circuitos de accionamiento 14 y de extractores de componente principal 40 (o de extractores de componente de orden n) de manera que el controlador 50 calcula la resistencia de carga R de cada una de las bobinas de calentamiento 2 y controla la energia electrica Q que se ha de suministrar a las mismas de acuerdo con los ratios de distribucion de energia al objeto de calentar la totalidad de la cazuela P de manera uniforme.
Ademas, incluso cuando un usuario cambia la posicion de la cazuela P, por ejemplo, al remover los ingredientes en la cazuela P, el controlador 50 de la presente invencion puede actualizar repetidamente la resistencia de carga R de cada una de las bobinas de calentamiento 2 al objeto de conservar la adecuada energia electrica para cada una de las bobinas de calentamiento, obteniendo de esta forma un calentamiento uniforme de la cazuela P.
Hay que indicar a este respecto que cada una de las bobinas de calentamiento 2 tiene, por lo general, la maxima energia electrica que suministra la corriente de alta frecuencia por segundo, es decir, la maxima potencia electrica nominal WMAX. Cuando ambas bobinas de calentamiento 2 se accionan bajo las mismas condiciones de accionamiento (es decir, con la misma relacion de servicio o duracion temporal de la corriente de alta frecuencia), una de las bobinas de calentamiento 2 a la que se ha de suministrar potencia puede tener la resistencia de carga R mayor que la otra.
Por tanto, por ejemplo, la potencia electrica W1 suministrada a la bobina de calentamiento central 2a para la energia electrica deseada Q, la cual se calcula en funcion de los ratios de distribucion de energia r1 y r2 (Q = W x t), puede ser mayor que la maxima potencia electrica nominal WMAX.
Por lo tanto, como con anterioridad, la energia electrica Q se puede calcular como el valor integral de la potencia electrica W a lo largo de un periodo de tiempo predeterminado; cuando la duracion temporal del suministro de energia electrica a cada una de las bobinas de calentamiento 2 se fija de forma igual y la energia electrica Q para cada una de ellas se distribuye en funcion de los ratios de distribucion de energia r1 y r2, una bobina de calentamiento 2 particular puede tener una potencia electrica W que exceda de la maxima potencia electrica nominal WMAX, lo cual, a su vez, puede deteriorar la fiabilidad del sistema de cocina de calentamiento por induccion 1.
Por tanto, segun la modificacion 1, el controlador 50 da mayor prioridad a la consecucion de un calentamiento fiable que a la consecucion de una energia de calentamiento suficiente, a la vez que asegura un calentamiento uniforme de la cazuela P, por medio de la limitacion de la energia electrica total a Q0’ para todas las bobinas de calentamiento 2, si no, la potencia electrica W calculada para la obtencion de la energia electrica deseada Q1, Q2 por medio de la formula (11) seria mayor que la maxima potencia electrica nominal WMAX.
Esto proporciona un sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 que calienta la totalidad de la cazuela P de una manera uniforme o regular a la vez que mantiene la potencia electrica W suministrada a cada una de las bobinas de calentamiento por debajo de la maxima potencia electrica nominal WMAX, al objeto de mejorar de esta forma la fiabilidad del mismo.
Ademas, en la descripcion anterior, el proposito de calcular la resistencia de carga R y los ratios de distribucion de energia r y de controlar la potencia electrica para cada una de las bobinas de calentamiento 2 es el de calentar de manera uniforme la cazuela P, aunque no esta limitado a ello.
Por lo tanto, por ejemplo, si se deseara calentar la cazuela P de manera no uniforme, por ejemplo, de manera mas intensa en una parte periferica que en una parte central de la cazuela P, el controlador 50 puede calcular la resistencia de carga R y controlar los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b al objeto de suministrar las energias electricas ponderadas Q1 ’, Q2’ a las bobinas de calentamiento 2.
Realizacion 2
A continuacion, se describira la realizacion 2 del sistema de cocina de calentamiento por induccion segun la presente invencion. Al objeto de distribuir de forma apropiada la energia electrica entre cada una de las bobinas de calentamiento 2, en la realizacion 2 el controlador 50 calcula los ratios de distribucion de energia r en funcion de la tasa de solapamiento (la superficie de la ubicacion sobre la bobina de calentamiento 2) de la cazuela P, mientras que en la realizacion 1 lo hace en funcion de la resistencia de carga R de cada una de las bobinas de calentamiento 2. Dado que las otras caracteristicas de la realizacion 2 son similares a las de la realizacion 1, no se repetira ninguna descripcion en detalle de las caracteristicas comunes.
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Tal y como se ha descrito haciendo referencia a la figura 8, el controlador 50 de la presente invencion puede calcular de forma instantanea cualquier par de entre la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R, o la inductancia L y la resistencia de carga R de las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b a partir de las componentes principales de la tension de accionamiento V y de la corriente de accionamiento I moduladas de alta frecuencia detectadas en un solo ciclo de accionamiento de bobina.
Ademas, haciendo referencia a los mapas mostrados en las figuras 5 y 6 y almacenados previamente en la memoria (no mostrada), el controlador 50 de la presente invencion puede determinar facilmente la tasa de solapamiento de la cazuela P situada sobre las bobinas de calentamiento 2a, 2b tomando como referencia el punto representado graficamente (por ejemplo, el simbolo de estrella) de la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R sobre el mapa de la figura 5B, o el representado graficamente de la inductancia L y la resistencia de carga R sobre el mapa de la figura 6B.
La superficie en la que la cazuela P situada sobre las bobinas de calentamiento 2a, 2b es calentada de forma efectiva es fija al depender del tamano y la forma de las bobinas de calentamiento 2; por lo tanto, una vez que se ha determinado la tasa de solapamiento de la cazuela P, se puede calcular la superficie de la ubicacion S1, S2 de la cazuela P sobre las bobinas de calentamiento 2a, 2b.
Segun el sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 de la realizacion 2, se supone que la superficie de la ubicacion S de la cazuela P es un indicador del calor especifico de la parte de la cazuela P que esta situada sobre las bobinas de calentamiento 2a, 2b. Por lo tanto, el controlador 50 esta adaptado para controlar los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b de manera que la energia electrica Q mayor se suministra a las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b que tienen la mayor superficie de ubicacion S, calentando de esta forma la cazuela P de manera uniforme o regular.
Mas en concreto, el controlador 50 esta adaptado para calcular unos ratios de distribucion de energia r1 y r2 que se pueden expresar por medio de superficie de la ubicacion S1 y S2 de las bobinas de calentamiento 2a, 2b de la siguiente forma.
r = Si /( s + s 2)
r2 = S2/(Si + S2) ...(14).
Ademas, el controlador 50 esta adaptado para distribuir la energia electrica total Q0 correspondiente a la “potencia de calentamiento” elegida por el usuario para la totalidad de la cazuela P, en unas energias electricas parciales Q1, Q2 que se han de suministrar a cada una de las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b en funcion de los ratios de distribucion de energia r1 y r2.
Por tanto, el controlador 50 calcula las energias electricas parciales Q1, Q2 para las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b tal y como se expresa a continuacion, y controla los sistemas de circuitos de accionamiento 14a, 14b al objeto de suministrar las energias electricas parciales Q1, Q2 a las bobinas de calentamiento interna y externa 2a, 2b.
Qi = Qox r
Q2 = Qo x r ...(15).
Se debe observar que la superficie de la ubicacion S1, S2 de la cazuela P sobre las bobinas de calentamiento 2a, 2b se puede determinar haciendo referencia a los mapas mostrados en las figuras 5B y 6B tras tener en cuenta los factores, no solo de la resistencia de carga R, sino ademas de la frecuencia de resonancia Fr y la resistencia de carga R de las bobinas de calentamiento 2a, 2b, los cuales pueden variar de forma substancial de acuerdo al material de composicion de la cazuela P.
En consecuencia, el controlador 50 de esta realizacion puede distribuir una energia electrica que sea incluso mas apropiada para cada una de las bobinas de calentamiento 2a, 2b que el de la realizacion 1, al objeto de mejorar de esta forma el calentamiento uniforme o regular de la cazuela P.
De forma similar a la realizacion 1, al objeto de conseguir las energias electricas Q1, Q2 expresadas con anterioridad, el controlador 50 puede controlar la potencia electrica W1, W2 suministrada a las bobinas de calentamiento 2a, 2b en el proceso de accionamiento de potencia constante, o de forma alternativa puede controlar la duracion temporal t1, t2 del suministro de potencia en el proceso de accionamiento por impulsos.
Ademas, las energias electricas Q1, Q2 mencionadas con anterioridad se pueden calcular como si dependieran linealmente de los ratios de distribucion de energia r1 y r2, o puede que no varien de forma lineal o que no esten ponderadas por ellos. Tambien de forma similar a la realizacion 1, la ponderacion de la energia electrica se puede
determinar cuando se disena cada uno de los productos del sistema de cocina de calentamiento por induccion 1 a partir de la medida real de la relacion entre la resistencia de carga y la energia de calentamiento deseada.
Claims (5)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Un sistema de cocina de calentamiento por induccion, que comprende:- una primera bobina de calentamiento (2a);- al menos una segunda bobina de calentamiento (2b) dispuesta en la proximidad de la primera bobina de calentamiento (2a) para el calentamiento de un unico objeto sometido a calentamiento (P) cooperando entre si;- unos sistemas de circuitos de accionamiento primero y segundo (14a, 14b) que suministran una corriente de alta frecuencia de la misma frecuencia de forma individual a las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b);caracterizado por que comprende ademas:- un primer extractor de componente de orden n, siendo n un numero natural, que extrae una componente de corriente de accionamiento de orden n de la corriente de accionamiento que circula por la primera bobina de calentamiento (2a) y una componente de tension de accionamiento de orden n de la tension de accionamiento en la primera bobina de calentamiento (2a);- un segundo extractor de componente de orden n, siendo n un numero natural, que extrae una componente de corriente de accionamiento de orden n de la corriente de accionamiento que circula por la segunda bobina de calentamiento (2b) y una componente de tension de accionamiento de orden n de la tension de accionamiento en la segunda bobina de calentamiento (2b); y- un controlador (50) que esta adaptado para calcular la resistencia de carga de las bobinas de calentamiento primera y segunda a partir de las componentes de corriente de accionamiento de orden n y de las componentes de tension de accionamiento de orden n extraidas por medio de los extractores de componente de orden n primero y segundo,en el que el controlador (50) esta adaptado para controlar la energia electrica suministrada desde los sistemas de circuitos de accionamiento primero y segundo (14a, 14b) a las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b) de acuerdo a unos ratios de distribucion de energia que dependen del ratio de las resistencias de carga calculadas de las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b).
- 2. El sistema de cocina de calentamiento por induccion segun la reivindicacion 1, en el que el controlador esta adaptado para:a) calcular una frecuencia de resonancia o una inductancia de las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b) a partir de las componentes de corriente de accionamiento de orden n y de las componentes de tension de accionamiento de orden n extraidas por medio de los extractores de componente de orden n primero y segundo,b) determinar las superficies de ubicacion primera y segunda del objeto sometido a calentamiento (P) situado sobre las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b) por medio de un mapa que muestra una relacion entre la frecuencia de resonancia calculada y la resistencia de carga calculada de las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b), o entre la inductancia calculada y la resistencia de carga calculada de las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b), yc) controlar la energia electrica suministrada a las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b) de acuerdo a unos ratios de distribucion de energia que dependen de las superficies de ubicacion calculadas primera y segunda de las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b).
- 3. El sistema de cocina de calentamiento por induccion segun la reivindicacion 1 o 2, en el que se dispone una pluralidad de segundas bobinas de calentamiento (2b - 2e) de forma concentrica alrededor de la primera bobina de calentamiento (2a), o se disponen segun la forma de un arco de circulo o de un circulo.
- 4. Un proceso de control de un sistema de cocina de calentamiento por induccion, comprendiendo el sistema de cocina de calentamiento por induccion una primera bobina de calentamiento (2a), al menos una segunda bobina de calentamiento (2b) dispuesta en la proximidad de la primera bobina de calentamiento (2a) para el calentamiento de un unico objeto sometido a calentamiento (P) cooperando entre si, incluyendo el proceso:- suministrar una corriente de alta frecuencia de la misma frecuencia de forma individual a las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b);caracterizado por:1015
- 5.2025- extraer una componente de corriente de accionamiento de orden n, siendo n un numero natural, de la corriente de accionamiento que circula por la primera bobina de calentamiento (2a) y una componente de tension de accionamiento de orden n de la tension de accionamiento en la primera bobina de calentamiento (2a);- extraer una componente de corriente de accionamiento de orden n, siendo n un numero natural, de la corriente de accionamiento que circula por la segunda bobina de calentamiento (2b) y una componente de tension de accionamiento de orden n de la tension de accionamiento en la segunda bobina de calentamiento (2b);- calcular una resistencia de carga de las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b) a partir de las componentes de corriente de accionamiento de orden n y de las componentes de tension de accionamiento de orden n, y- controlar la energia electrica suministrada desde los sistemas de circuitos de accionamiento primero y segundo (14a, 14b) a las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b) de acuerdo a unos ratios de distribucion de energia que dependen del ratio de las resistencias de carga calculadas de las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b).El proceso segun la reivindicacion 4, en el que la etapa de control tiene unas sub-etapas que incluyen:a) calcular una frecuencia de resonancia o una inductancia de las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b) a partir de las componentes de corriente de accionamiento de orden n y de las componentes de tension de accionamiento de orden n extraidas por medio de los extractores de componente de orden n primero y segundo (40),b) determinar las superficies de ubicacion primera y segunda del objeto sometido a calentamiento (P) situado sobre las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b) por medio de un mapa que muestra una relacion entre la frecuencia de resonancia calculada y la resistencia de carga calculada de las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b), o entre la frecuencia de resonancia calculada y la inductancia calculada de las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b), yc) controlar la energia electrica suministrada a las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b) de acuerdo a unos ratios de distribucion de energia que dependen de las superficies de ubicacion calculadas primera y segunda de las bobinas de calentamiento primera y segunda (2a, 2b).
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