FR2792157A1 - Table de cuisson par induction comportant des foyers a induction alimentes par des generateurs - Google Patents

Abstract

Générateur de cuisson par induction à résonance de puissance moyenne ou faible travaillant à une fréquence unique ou à des fréquences multiples permettant d'être associé à des foyers modulaires pour en augmenter la puissance ou de former des surfaces de chauffe dont la puissance peut être différente suivant les endroits. Les différents générateurs esclaves résonnent alors en mode MLI par rapport à un système maître.

Description

La présente invention concerne une table de cuis-

son par induction comportant des foyers à induction alimentés

par des générateurs.

La cuisson par induction ou plus généralement le chauffage par induction utilise les courants de Foucault in-

duits dans une pièce à chauffer, en matière conductrice élec-

trique par un champ magnétique à haute fréquence. Cette pièce est par exemple une casserole. Le champ magnétique est généré

par un inducteur alimenté en courant alternatif à haute fré-

quence par un générateur qui adapte la fréquence et l'amplitude du courant en fonction du chauffage voulu. La

fréquence adaptée pour le chauffage dépend d'un certain nom-

bre de paramètres et notamment de la perméabilité magnétique

relative Pr du récipient et de sa conductivité électrique a.

Partant de l'épaisseur de peau que l'on prend par exemple égale à la moitié de l'épaisseur du fond du récipient à chauffer, on détermine alors la pulsation en utilisant la formule: POr dont on déduit la fréquence par la formule: f -/

On obtient ainsi une fréquence optimale à utili-

ser de l'ordre de 10 à 50 kHz.

Le générateur est alimenté à partir du réseau électrique dont la tension d'alimentation est redressé et filtré. Le générateur alimenté par cette tension redressé U

est en général un générateur à résonance. En effet, Les in-

ducteurs sont typiquement réalisés en bobinant un conducteur électrique en spirale de façon à ce que la charge en regard ramène sur cet inducteur à la fréquence de fonctionnement une

résistance R compatible avec la puissance P = U2/R à trans-

mettre à la charge. Ces mêmes inducteurs sont généralement isolés mécaniquement, électriquement et thermiquement de la charge à chauffer ce qui entraîne un entrefer de plusieurs millimètres entre la charge et 1 'inducteur. A cette distance et dans cette gamme de fréquences, l'Impédance Z = R + j.L.0 de l'inducteur chargé est fortement réactive ce qui entraîne

un facteur de qualité de l'inducteur Q = L.o/R " 1. Il suf-

fit alors d'ajouter un ou plusieurs condensateurs C à l'inducteur d'inductance L pour former un circuit résonnant à la fréquence: f = 2-r

Pour cette raison, les générateurs sont principa-

lement des onduleurs à résonance. L'Impédance Z et particu-

lièrement l'inductance L de l'inducteur dépendant des

caractéristiques de la charge, les fréquences de fonctionne-

ment dans une table de cuisson par induction comportant plu-

sieurs foyers ne sont en général pas identiques mais voisines. Ce phénomène est d'autre part accentué par le fait

que pour conserver des modes de commutation douce, les régla-

ges de puissance se font en général en réglant la fréquence

de travail et donc deux foyers destinés à chauffer des char-

ges identiques à des puissances différentes utiliseront des fréquences différentes. Il faut noter que ce mode de réglage possède l'inconvénient de faire travailler l'onduleur à des fréquences éloignées de sa fréquence naturelle de résonance ce qui génère des pertes élevées. Le meilleurs compromis consiste à travailler en thyristor dual en travaillant pour la puissance maximale le plus proche possible de la résonance qui est la fréquence de travail la plus basse et pour baisser

cette puissance, augmenter la fréquence de travail.

Ces fréquences voisines engendrent des battements qui sont transmis au récipient à chauffer et qui, du fait de

leur faible différence, sont dans le domaine audible (quel-

ques Hz à quelques kHz). Ces battements de fréquence, en de-

hors du bruit qu'ils occasionnent dans les charges, génèrent

des difficultés pour le contrôle des générateurs indépen-

dants.

Pour éviter ce phénomène qui de part son ampli-

tude peut rendre l'utilisation du produit très désagréable,

il est nécessaire de bien séparer les différents couples (gé-

nérateurs - foyers à induction), ce qui est un très important handicap à la modularité des produits; pour la même raison, il est impossible par exemple de chauffer un grand récipient sur plusieurs foyers proches alimentés par des générateurs différents.

Une solution connue consiste à alimenter cycli-

quement des foyers voisins à une période variant de la se-

conde pour des dispositif de commutations mécaniques à la dizaine de milli-secondes pour des solutions complètement électroniques. Dans ces deux cas, les générateurs doivent être surdimensionnés en puissance car la puissance n'est pas transmise en permanence au foyer mais en alternance avec un rapport cyclique variant suivant les puissances demandés sur

chaque foyer connecté au générateur. De plus, cette alimenta-

tion cyclique peut être ressentie comme une gène pour

l'utilisation de l'appareil en raison des variations de puis-

sance, brutales, dans la charge si la période est de l'ordre de la seconde ou en raison du bruit lié à la commutation si cette période est de l'ordre de quelques milli-secondes qui

correspond à des fréquences de quelques centaine de Hertz.

Une autre solution connue dans le domaine de la

commande et de l'électronique de puissance consiste à alimen-

ter des inducteurs à la même fréquence en utilisant des géné-

rateurs à commutation dure, par exemple un hacheur dont le mode de réglage de puissance peut alors se faire à fréquence fixe en mode (MLI) Modulation de Largeur d'Impulsion. Il

n'est cependant pas judicieux d'utiliser ce type de généra-

teur pour alimenter des inducteurs classiques notamment en raison du facteur de qualité élevé des bobines à la fréquence de travail. Ceci entraîne en effet une difficulté pour faire circuler le courant dans les bobines selfiques (courants triangulaires) et des pertes importantes lorsque l'on arrête

le courant dans ces bobines, ceci entraînant un surdimension-

nement très important du générateur de puissance.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de développer une table de

cuisson par induction à faible ou forte puissance et, de ma-

nière générale, un appareil de chauffage par induction fonc-

tionnant avec une seule fréquence ou à des fréquences multiples pour éviter les battements, et surtout permettant d'utiliser des générateurs de puissance faible et notamment

des générateurs modulaires.

A cet effet, l'invention concerne une table de cuisson du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que les

inducteurs voisins ou constituant un même foyer sont alimen-

tés à une même fréquence ou à des fréquences multiples et en

ce qu'elle comprend au moins un foyer de forte puissance com-

posé d'au moins deux inducteurs ayant une impédance en charge quasiment identique ramenée sur ces inducteurs quelle que soit la charge posée sur ce foyer. Une commande unique pilote alors les générateurs qui fonctionnent en mode résonnant à

commutation douce.

De façon avantageuse, cette table de cuisson com-

prend deux foyers à induction équipés d'inducteurs, au moins l'un des foyers (premier foyer) étant de forte puissance avec

au moins deux inducteurs ayant une impédance en charge quasi-

ment identique quelles que soient la nature, la forme et la

position de la charge posée sur ce foyer. Un générateur à on-

duleur est associé à chaque foyer et fonctionne en commuta-

tion douce, une commande unique pilotant les deux

générateurs. Un dispositif de commutation est associé au gé-

nérateur du second foyer et possède deux états: * un état normal pour lequel le dispositif de commutation relie le générateur à l'inducteur du second foyer,

* un état de puissance dans lequel le dispositif de commu-

tation relie le générateur du second foyer au second in-

ducteur du premier foyer.

Les générateurs onduleurs à résonance, lorsqu'ils sont synchronisés en fréquence, permettent de réaliser un

foyer de forte puissance avec des générateurs de faible puis-

sance particulièrement économiques car fonctionnant en perma-

nence en mode de commutation douce. Un dispositif de

commutation, permet d'aiguiller la puissance de deux ou plu-

sieurs générateurs sur des foyers différents mais il est tout

a fait possible de ne pas utiliser ce dispositif de commuta-

tion et de connecter en permanence plusieurs générateurs à un foyer en augmentant ainsi sa puissance. Grâce au dispositif de commutation, la table de cuisson permet de profiter du fait que dans un usage courant des appareils, il n'est pas nécessaire à l'utilisateur de disposer continûment de puissances élevées d'autant plus

qu'avec des systèmes à induction o la puissance est trans-

mise directement à la charge, le rendement est particulière-

ment élevé. Ces puissances sont utiles lors de préparation

particulières et de durées courtes (bouillir de l'eau, chauf-

fer des quantités importantes de liquide, monter un grand grill en température). En régime permanent, les puissances

nécessaires à l'entretien d'une cuisson (maintien à ébulli-

tion, mijotage) sont beaucoup plus faibles et peuvent être

fournies par un seul générateur.

Dans cette table de cuisson, les deux foyers peu-

vent être formés chacun par deux ou plusieurs inducteurs

ayant, pour chaque foyer, une impédance en charge quasi iden-

tique ramenée par ses inducteurs; chaque foyer étant associé à un générateur, des dispositifs de commutation permettent de relier des générateurs d'autres foyers sur les inducteurs

d'un même foyer pour disposer ainsi d'une puissance impor-

tante fournie par plusieurs générateurs de faible puissance

et non par un générateur unique de forte puissance. Cela per-

met notamment une fabrication modulaire et à grande échelle de générateurs onduleurs à résonance, de faible puissance,

utilisables par ailleurs dans de nombreux autres domaines.

Le marché de l'électronique de puissance et des

convertisseurs de fréquence est en pleine expansion et cer-

taines applications sont ou seront prochainement produites à

des millions d'exemplaires comme les convertisseurs de fré-

quence pour la commande de moteurs ou les alimentations de puissance destinées aux magnétrons des fours à micro-ondes par exemple. Il est alors économiquement très intéressant de

pouvoir bénéficier de cet effet d'échelle, soit sur les com-

posants de puissance, soit sur les microcontrôleurs de com-

mande, soit sur les générateurs eux-mêmes. Les productions en grande série se font sur des convertisseurs dont la puissance est moindre. Le mode de réalisation décrit permet de disposer

de générateurs de diverses puissance en couplant ces conver-

tisseurs de faible puissance sur des foyers dont la puissance sera égale à la somme des puissances des convertisseurs

connectés au foyer.

La fréquence des différents générateurs connectés à un foyer doit donc être identique ou multiple d'une seule et même fréquence. La phase des différents générateur est en

général nulle (générateurs en phase) mais il peut être avan-

tageux de piloter des générateurs en opposition de phase afin de cumuler le flux magnétique d'inducteurs voisins ce qui a aussi pour effet de diminuer le champ magnétique au voisinage immédiat des inducteurs. Dans le cas d'inducteurs enchevêtrés composant un même foyer et ramenant chacun une impédance en charge quasiment identique, si le même nombre d'inducteurs enchevêtrés est en phase et en opposition, alors, le foyer générera un champ magnétique et donc une puissance quasiment

nulle. En faisant varier les phases respectives des généra-

teurs connectés au foyer de 180 à 0 , on arrive très aisé-

ment à faire varier la puissance du foyer de 0 à la puissance totale de tous les générateurs connectés au foyer quand ils sont tous en phase. Ceci est particulièrement intéressant car le réglage de puissance peut alors se faire à une fréquence

fixe qui peut être choisie suffisamment proche de la réso-

nance naturelle du convertisseur de façon à minimiser les pertes dans celui-ci. Le réglage de puissance est beaucoup plus fin car il est difficile d'augmenter indéfiniment la fréquence de travail du générateur par rapport à sa résonance naturelle pour baisser sa puissance et en deçà d'une certaine puissance, des techniques de découpage doivent être employées pour atteindre des puissances suffisamment faibles. Enfin,

annuler le champ d'un inducteur par la commande des conver-

tisseurs qui lui sont connectés peut être aussi particulière-

ment intéressant dans le but de minimiser le champ magnétique de fuite dans le cas d'inducteurs pas ou mal couplés à des charges. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses, - la table comporte plusieurs générateurs de petite puissance connectés à un ou plusieurs inducteurs;

- la commande unique comporte un capteur détectant la pré-

sence d'une charge sur un inducteur pour autoriser son ali-

mentation par un ou plusieurs générateurs; - la commande unique commande les inducteurs voisins pour que leurs champs électromagnétiques soient à flux cumulatifs entre les inducteurs et sous la charge; - la commande unique commande les inducteurs d'un même foyer en réglant la phase relative des courants fournis par les

générateurs associés à ces inducteurs dans une plage de dé-

phasage comprise entre 0 et 180 afin de régler la puis-

sance du foyer ou limiter le rayonnement du foyer;

- la table est formée de générateurs de faible puissance pro-

duits en grande série avec des dispositifs permettant de

les associer et de réaliser des foyers de puissance impor-

tante;

- les bobines à induction sont aptes à supporter des tempéra-

tures élevées et sont disposées le plus près possible de la charge tout en en étant isolé électriquement de façon à ce que la résistance de la bobine en charge soit forte devant son inductance;

- le générateur comprend un condensateur de découplage frag-

menté de façon à créer un diviseur capacitif à tension qua-

si - fixe; - le dispositif de commutation se compose d'un commutateur

pour brancher le générateur du second foyer au second in-

ducteur du premier foyer; - le dispositif de commutation comprend un interrupteur entre le point de jonction des inductances du premier foyer et

les condensateurs du circuit résonnant de la première in-

ductance du premier foyer pour fermer (ouvrir) le circuit

résonnant du premier inducteur du premier foyer et un com-

mutateur pour brancher l'inducteur du deuxième foyer sur son générateur ou pour brancher le deuxième générateur sur le deuxième inducteur du premier foyer, en série avec le premier inducteur de ce premier foyer et en série avec un

condensateur commun.

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation d'une table de cuisson à deux foyers selon l'invention, en mode de fonctionnement normal et indépendant des deux foyers, - la figure 1A montre le schéma de la figure 1, en mode de fonctionnement de puissance sur le foyer composé d'inducteurs enchevêtrés ramenant une impédance en charge identique,

- la figure 2 montre un schéma d'une première va-

riante de réalisation d'une table de cuisson à deux foyers, en mode de fonctionnement normal et indépendant des deux foyers, - la figure 2A montre le schéma de la table de

cuisson de la figure 2 en mode de fonctionnement de puis-

sance,

- la figure 3 montre une seconde variante de ré-

alisation d'une table de cuisson à deux foyers selon l'invention, en mode de fonctionnement normal, - la figure 3A montre le schéma de la table de

cuisson de la figure 3 en mode de fonctionnement de puis-

sance, - la figure 4 montre un mode de réalisation d'une table de cuisson à trois inducteurs ramenant une impédance en

charge quelconque.

- la figure 5 montre une généralisation de la ta-

ble de cuisson de la figure 4 pouvant travailler avec plu-

sieurs inducteurs ramenant une impédance en charge quelconque. Selon la figure 1, l'invention concerne une table de cuisson par induction non représentée, comportant deux foyers F1, F2. L'un des foyers F1 ou premier foyer est prévu pour fournir une forte puissance alors que l'autre foyer F2

n'est prévu que pour fournir une puissance moyenne.

Le foyer F1 de forte puissance comporte deux in-

ducteurs Ll, L'l ayant une impédance en charge ramenée sur ces inducteurs quasiment identique. Cette impédance en charge identique est obtenue par la conception des inducteurs, non décrite ici. Cette impédance en charge est la même quelle que

soit la nature, la forme et la position de la charge, c'est-

à-dire l'ustensile à chauffer, placé sur le foyer F1 équipé

de ses deux inducteurs.

Ces foyers sont alimentés en courant haute fré-

quence comme cela est connu de manière générale, à partir d'une source de tension continue schématisée par E. Cette source représente en fait, un ensemble redresseur et filtre relié au réseau de distribution électrique et fournissant en

sortie une tension redressée possédant une composante conti-

nue. Cette tension continue alimente deux générateurs à onduleur en résonance G1, G2. Le générateur G1 est associé au foyer F1 et le générateur G2 au foyer F2. Ces générateurs fonctionnent en commutation douce. Ils sont composés chacun

de deux transistors Tl, T2 ou T3, T4 munis de façon habi-

tuelle de diodes et de condensateurs non référencés. Ces gé-

nérateurs alimentent chacun un circuit oscillant formé d'une inductance et d'une capacité, les résistances ramenées par les charge sur les inducteurs ne sont pas représentées et sont implicitement incluses dans les terme Li, en série avec

les résistances.

Le circuit oscillant du générateur G1 est formé par l'inductance L1 de l'inducteur Il du foyer F1 et de

condensateurs de charge Cl, C2.

Le circuit oscillant du générateur G2 est formé de l'inductance L2 de l'inducteur 12 du foyer F2 et de

condensateurs de charge C3, C4.

Les transistors T1, T2 et T3, T4 des deux généra-

teurs G2, G1 sont reliés à une commande unique CU qui les pi-

lote soit de façon indépendante soit en synchronisme.

Le foyer Fl de puissance se compose de deux in-

ducteurs Ll, L'il combinés pour que leur impédance ramenée en charge soient identiques; et leur couplage est représenté à

la figure 1.

L'alimentation E est découplée par un condensa-

teur de découplage Cd.

Le circuit comporte également un dispositif de

commutation à deux états, en normal et un état de puissance.

Dans l'exemple, le dispositif de commutation est formé d'un commutateur Kl à deux positions associé au générateur G2 du second foyer F2. Ce commutateur Kl peut se mettre en état

normal (figure 1) dans laquelle il ferme le circuit du géné-

rateur G2 puisque celui-ci est alors relié à l'inductance L2 de l'inducteur I2 et permet l'alimentation du foyer F2. Ce commutateur Kl peut également passer dans un second état ou état de puissance (figure lA) dans laquelle il assure le branchement de l'inductance Ll' du premier foyer Fl, de sorte que dans cette position l'inductance L1 est alimentée par le générateur Gl et l'inductance L'l par le générateur G2, l'inductance L2 du second foyer F2 étant déconnectée. Comme par hypothèse dans cette seconde position, les impédances et donc les inductances Ll, L'l sont identiques en charge, les deux inducteurs Il, I'l du foyer Fl pourront être commandés en synchronisme et travailler de façon synchrone en mode de

commutation douce.

Les deux générateurs fournissent une puissance

variable entre 0 et une puissance maximale P égale ou diffé-

rente pour les deux en position normale, lorsque le commuta-

teur Kl assure le branchement de l'inducteur I2, les foyers

Fl et F2 peuvent recevoir tous deux une puissance allant jus-

qu'à la puissance maximale P de chacun des générateurs Gl, G2 auxquels ils sont reliés indépendamment. Les deux générateurs

peuvent aussi être dimensionnés pour des puissances différen-

tes. Dans le second état dit de puissance, le foyer Fl

reçoit une puissance double, pouvant aller jusqu'à la puis-

sance maximale 2P.

Il Il est à remarquer que les inductances Ll, Ll' étant couplées par leur disposition dans leur inducteur du

foyer Fl, il est nécessaire que les courants qui les traver-

sent soient synchrones. Cela est assuré par la commande uni-

que CU des deux générateurs Gl, G2 et par le fait que la

charge qui leur est appliquée est la même.

Ce montage de la figure 1 peut être généralisé à un nombre (n) d'onduleurs permettant de transmettre à un

foyer une puissance allant de 0 à n*P. Cela permet, comme dé-

jà évoqué ci-dessus, de réaliser un foyer de forte puissance avec des générateurs de faible puissance. A titre d'exemple, pour certains usages professionnels, il faut des foyers d'une puissance de l'ordre de 7 à 8 kW. On peut ainsi réaliser un

foyer d'une puissance de 7,2 kW en utilisant quatre généra-

teurs ayant chacun une puissance de 1,8 kW connectés à un foyer à quatre inducteurs imbriqués. Ce montage est également applicable à des combinaisons d'inducteurs imbriqués, ceux ci devant alors ramener une impédance en charge identique ou multiple de façon à ce que les fréquences de fonctionnement

des différents générateurs soient identiques ou multiples.

Dans le cas de (n) onduleurs, ceux-ci peuvent aussi avanta-

geusement posséder (n') dispositifs de commutation de façon qu'en position de puissance, un foyer puisse recevoir la

puissance de (n) générateurs ou plusieurs foyers puissent re-

cevoir une puissance supérieure à la puissance d'un seul gé-

nérateur et qu'en position normale, les (n) générateurs

débitent chacun sur un foyer de la table de cuisson à induc-

tion, certains foyers pouvant fonctionner en permanence avec

plusieurs générateurs.

Le schéma de la figure 1 peut également être gé-

néralisé pour être complètement symétrique, c'est-à-dire avoir deux foyers ayant chacun deux inducteurs de manière à permettre l'alimentation indépendante de chacun des foyers avec son générateur, et la mise en ouvre de seulement l'un des deux inducteurs ou à brancher les deux générateurs sur

les deux inducteurs d'un même foyer. Cela peut être néces-

saire dans certaines configurations de surfaces de chauffe pour avoir des foyers puissants à l'avant de la plaque de

chauffe et non pas uniquement à l'arrière comme cela est tra-

ditionnellement le cas.

Les tables de cuisson comprenant en général qua-

tre foyers, il est en effet suffisant de proposer deux foyers potentiellement très puissants. L'arrêt temporaire du foyer

avant pendant l'utilisation à forte puissance du foyer ar-

rière n'est pas gênante dans la mesure ou la puissance de chaque générateur est relativement élevée (1400 à 1800 W maximum) et qu'il reste encore deux foyers supplémentaires

disponibles sur la table de cuisson. Ceci est enfin particu-

lièrement intéressant car les surfaces des foyers sont diffé-

rentes et correspondent mieux à un usage normal ou l'on utilise des casseroles de tailles différentes, les grandes sur des grands foyers qui peuvent être très puissants et les

petites sur des petits foyers dont la puissance reste suffi-

sante par rapport à la taille de la charge à chauffer.

Dans le montage selon la figure 1, il faut que les charges soient très similaires. Cela impose non seulement des obligations à la conception des inducteurs Il, Il' mais

également sur les tolérances des condensateurs de résonance.

La figure 2 montre une variante de réalisation de la table de cuisson selon l'invention, permettant d'éviter

les contraintes imposées aux composants des circuits os-

cillants. Les éléments de ce circuit identiques à ceux du

circuit de la figure 2 portent les mêmes références.

Ce circuit se distingue par un condensateur de

* charge supplémentaire C5 et un dispositif de commutation com-

prenant outre un interrupteur K2 également un commutateur K3.

Les deux inducteurs Il, Il' sont de même imbri-

qués et un double trait schématise leur couplage électroma-

gnétique dans le foyer Fl.

L'interrupteur K2 peut se mettre dans une posi-

tion de fermeture (figure 2) et dans une position d'ouverture

(figure 2A). Le commutateur K3 peut se mettre dans une posi-

tion a (figure 2) ou une position b (figure 2A).

Ainsi, suivant la position de l'interrupteur K2 et du commutateur K3, on peut faire fonctionner les deux

foyers F1, F2 séparément en les alimentant chacun par son gé-

nérateur G1, G2 ou faire fonctionner le foyer F1 en puissance en l'alimentant avec les deux générateurs G1, G2. Dans le premier cas, les circuits résonants sont constitués, pour le foyer F1 par l'inductance Li et les condensateurs de charge Cl, C2 et pour le foyer F2, par l'inductance L2 et les condensateurs de charge C3, C4. Lorsque les deux générateurs G1, G2 sont reliés aux deux inductances Il, Il' du foyer F1, le circuit résonant est formé par les inductances Li, Li' en

série avec le condensateur de charge C5.

La figure 2 montre pour la position en trait

plein des éléments de commutation (interrupteur K2 commuta-

teur K3) l'alimentation de l'inducteur Il du foyer F1 puisque le circuit résonant Ll, Cl, C2 est relié à l'alimentation et le fonctionnement du foyer F2 puisque le circuit résonant L2,

C3, C4 est branché sur l'alimentation.

Dans ce mode de fonctionnement, les commandes des deux onduleurs sont indépendantes en fonction des ordres de

commande et de leur charges respectives; comme pour le sché-

ma de la figure 1, les fréquences de fonctionnement sont com-

plètement asynchrone ce qui nécessite un écartement suffisant

des deux foyers distincts.

La figure 2A montre la position des éléments de commutation K2, K3 pour le fonctionnement du foyer F1 en

puissance, le foyer F2 étant déconnecté.

Les interrupteur et commutateur K2, K3 occupent la position suivante: l'interrupteur K2 est ouvert et le

commutateur K3 est sur la position b mettant en série les in-

ducteurs (inductances L1 + L'l) sur le condensateur C5 et

coupant le circuit résonant de l'inducteur 12 du foyer F2.

Les courants circulant dans les inductances Ll, L'l sont

alors parfaitement identiques et ceci quelque soit la tolé-

rance sur les composants, notamment les condensateurs de ré-

sonance, puisque ces inductances sont alimentées en série.

L'état de commutation des deux modes de fonction-

nement du circuit de la figure 2 se résume de la manière sui- vante: Etat normal Fonctionnement normal et indépendant des foyers F1 et

F2: L1 et L2: actifs L'l = 0 K2 = 1 K3 = a (figure 2) Etat de puissance Fonctionnement en forte puissance du foyer F1: L1 + L'l: actifs

L2 = 0 K2 = 0

K3 = b (Figure 2A) La figure 3 montre une simplification du circuit

de la figure 2, minimisant le nombre de condensateurs utili-

sés.

Dans cette variante, on utilisera les mêmes réfé-

rences que ci-dessus pour désigner les mêmes éléments.

La modification réside dans la transformation du

condensateur de découplage Cd qui est séparé en deux conden-

sateurs Cdl, Cd2 formant un diviseur capacitif donnant une

tension quasi fixe. Pour cela, il faut respecter les condi-

tions entre les capacités Cdl, Cd2, Cl et C2 suivantes: Cdl + Cd2 " Cl Cdl + Cd2 " C2 Séparer le condensateur de découplage en deux condensateurs est particulièrement intéressant pour réduire

l'épaisseur globale du générateur.

Comme précédemment, cette plaque de cuisson peut fonctionner selon un mode normal à deux foyers indépendants

et un mode à un seul foyer de forte puissance.

Ces deux modes sont respectivement représentés

pour la position des interrupteur et commutateur K2, K3 com-

posant le dispositif de commutation à la figure 3 et à la fi-

gure 3A.

Le condensateur C5 de la seconde variante (figure

2) n'existe pas dans ce cas.

Les deux modes de fonctionnement sont les sui-

vants: Etat de fonctionnement normal (Etat normal) à foyers Fl, F2 indépendants: L'interrupteur K2 est fermé et le commutateur K3 sur la position a. Les inductances Ll, L2 des inducteurs des deux foyers Fl, F2 sont reliées séparément, chacune à son gé-

nérateur Gl, G2.

L'inductance L'l n'est pas branchée.

Le circuit oscillant de l'inducteur Il seule mise en euvre pour le foyer Fl est formé par l'inductance Ll et

les condensateurs Cl, Cdl, Cd2.

Le circuit oscillant du générateur G2 est formé

par l'inductance L2 et les condensateurs Cdl, Cd2.

Ce mode de fonctionnement se schématise comme suit: Ll et L2: actifs L'l = 0 K2 = l K3 = a (figure 3) Le second état de fonctionnement correspond au fonctionnement en forte puissance du foyer Fl seul, le foyer F2 n'étant pas alimenté. L'interrupteur K2 est alors ouvert

et le commutateur K3 sur la position b.

Dans ce cas, les inductances Ll, Ll' des induc-

teurs Il, Il' du foyer Fl sont branchées en série sur les condensateurs Cl, C2 et constituent la charge du pont en H

formé par les deux convertisseurs élémentaires Gl, G2.

Ce mode de fonctionnement est schématisé comme suit: Ll + Ll': actifs

L2 = 0 K2 = 0

K3 = b (figure 3A)

Ce montage offre l'avantage de réduire sensible-

ment le volume global des condensateurs pour un fonctionne-

ment quasiment identique au fonctionnement précédent.

D'une façon générale, les montages 2 et 3

n'obligent plus à utiliser des inducteurs particuliers rame-

nant une impédance identique en charge. Il est alors possible d'étendre les configurations de disposition des inducteurs en réalisant des foyers de formes et de dimensions diverses en associant des inducteurs élémentaires. On peut par exemple réaliser des foyers allongés destinés à chauffer des plats à poisson, ces foyers allongés étant formés par exemple de deux

foyers placés l'un à côté de l'autre. La fréquence de fonc-

tionnement est alors unique de par les structures employées. Ceci impose cependant un courant identique dans ces foyers et donc l'impossibilité de régler séparément la puissance sur des foyers voisins. Il est cependant possible

en conservant une fréquence unique ou des fréquences multi-

ples, de régler séparément les puissances de foyers voisins,

il est alors nécessaire d'utiliser des structures particuliè-

res faisant apparaître la notion de générateur maître et de générateurs esclaves dont les fonctionnements seront liés au

fonctionnement du maître.

La figure 4 montre une réalisation pour alimenter par exemple trois inducteurs Il, I2, I3 dont les inductances

respectives L1, L2, L3 sont quelconques.

Ce circuit peut être utilisé pour l'alimentation de 2 à n inducteurs; pour 1 inducteur, on retrouve le schéma

d'un demi-pont à résonance série classique.

Les circuits oscillants sont formés chaque fois par les inductances Ll, L2, L3 et les condensateurs

(C10,C'10), (C20,C'20), (C30,C'30) associés. Ce circuit com-

prend plusieurs onduleurs à résonance sur une fréquence de

base commune. On retrouve différents générateurs.

Ainsi, lorsque les transistors T30, T40 sont blo-

qués, on alimente l'inductance Li par l'intermédiaire du

demi-pont (T10,T20).

Lorsque les transistors T10 et T20 sont bloqués, les transistors T30, T40 alimentent l'inductance L3. Enfin, lorsque les transistors T10, T40 sont bloqués, on alimente

l'inductance L2 par l'intermédiaire du demi-pont (T20,T30).

On peut également les alimenter simultanément en commandant un inducteur en inducteur maitre et en commandant les autres inducteurs par la même tension mais avec un rapport cyclique réglable selon la technique de modulation de largeur d'impulsion MLI. Dans ce cas, on adapte la capacité des condensateurs de résonance pour que tous les interrupteurs

travaillent selon un mode de commutation en thyristor dual.

Dans ce cas, on a également une commutation douce à partir d'une seule fréquence pour des charges néanmoins différentes associés à chacun des inducteurs Il, I2, I3 qui peuvent être utilisés simultanément et placés à proximités les uns des au- tres sans risque de générer des battements de fréquence tout en autorisant des puissances différentes sur des inducteurs voisins alimentés par des onduleurs différents, les réglages

des puissances se faisant en fonction de la largeur des im-

pulsions (MLI). On notera qu'un mode hacheur MLI sans passer

par cet artifice entraînerait un surdimensionnement très im-

portant du générateur en raison du caractère très selfique des inducteurs. Ce caractère très selfique peut être atténué en rapprochant au maximum l'inducteur de sa charge, voire en

remplaçant le matériau en verre vitrocéramique par un maté-

riau plus résistant d'une épaisseur moindre assurant

l'isolement électrique de l'inducteur et de sa charge.

La figure 5 montre une variante du circuit de la figure 4 pour un nombre plus important d'inducteurs à piloter

selon ce même principe avec un inducteur maître et des induc-

teurs esclaves en travaillant en commutation au passage par

zéro de la tension (commutation ZVS) pour tous les généra-

teurs alimentant les inducteurs esclaves.

Le circuit se compose d'un circuit maître dans la partie haute L, (C0, C'0) et de circuits esclaves formés par les inductances LA, LB, LC, LD et les condensateurs associés (CA, C'A), (CB, C'B), (CC, C'C), (CD, C'D). Chaque circuit oscillant ainsi formé est commandé par des commutateurs (T2i,

T3i) (T21, T22, T23, T24..., T31, T32, T33, T34).

L'interrupteur T1 est commandé par une tension classique et chacun des bras T2i, T3i est commandé suivant un

rapport cyclique variable à l'intérieur de cette tension, ré-

glable séparément pour chaque générateur.

Les conditions de commutations en mode ZVS sont les suivantes: * lors de l'ouverture d'un interrupteur T2i, le courant Ii doit être supérieur à 0, pour pouvoir ouvrir les interrupteurs T3i (qui doivent tous être ouverts simultanément), il faut que - Io >

Il + I2 +...+Ii-1.

Parallèlement, on peut générer le courant Io de manière fixe et contrôlée en alimentant non un inducteur mais par exemple une inductance pure de valeur fixe; les valeurs crêtes du courant seront fixes et calculées pour permettre la

commutation ZVS de tous les générateurs. Cette structure mo-

dulaire est bien adaptée au pilotage d'un système d'induc-

teurs à grand nombre d'enroulements élémentaires. La

puissance de chaque générateur est alors faible.

Cette structure selon l'invention permet donc

d'utiliser dans une même table de cuisson des inducteurs sé-

parés et de les rapprocher suffisamment pour qu'ils puissent former une grande surface de cuisson pouvant chauffer soit un récipient unique de grande dimension à forte puissance, soit

différents récipients à des puissances qui peuvent être dif-

férentes. Les convertisseurs " esclaves " étant de faible puissance, il est possible d'utiliser des composants très

économiques comme indiqué ci-dessus, car utilisés par ail-

leurs en très grande série.

Claims (12)

R E V E N D I C A T I ON S

1 ) Table de cuisson par induction comportant des foyers à induction alimentés par des générateurs, caractérisée en ce que:5 - les foyers comportent au moins un inducteur, - les inducteurs voisins ou constituant un même foyer sont

alimentés à une même fréquence ou à des fréquences multi-

ples. 2 ) Table de cuisson selon la revendication 1, caractérisée en ce que - au moins l'un des foyers est de forte puissance et est composé d'au moins deux inducteurs ayant une impédance en charge quasiment identique ramenée sur ces inducteurs quelle que soit la charge posée sur ce foyer, une commande unique (CU) pilote les générateurs,

- les générateurs fonctionnent en mode résonnant à commuta-

tion douce.

3 ) Table de cuisson selon la revendication 1, intégrant au moins un générateur, caractérisée en ce que - le générateur est composé d'un onduleur maître débitant sur au moins un inducteur puissant ou sur une inductance pure et au moins un autre onduleur fonctionnant en esclave et connecté à au moins un inducteur, - le générateur esclave utilise la fréquence du générateur maître, - la puissance de l'onduleur esclave est réglable en mode

MLI.

4 ) Table de cuisson selon les revendications 1 et 2,

caractérisée en ce qu' elle comprend au moins deux foyers distincts et au moins deux générateurs et un dispositif de commutation (K) à deux états associé à un des générateurs: - un état normal pour lequel le dispositif de commutation relie le second générateur au second inducteur composant le second foyer,

- un état de puissance pour lequel le dispositif de commuta-

tion relie le second générateur au second inducteur du premier foyer de façon à augmenter la puissance de ce foyer, la commande (CU) pilotant les deux générateurs (G1, G2) pour alimenter les deux inducteurs (Il, Il') à la même

fréquence ou à des fréquences multiples.

) Table de cuisson selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'

elle comporte plusieurs générateurs de petite puissance con-

nectés à un ou plusieurs inducteurs.

6 ) Table de cuisson selon les revendications 1 et 2,

caractérisée en ce que

la commande unique (CU) comporte un capteur détectant la pré-

sence d'une charge sur un inducteur pour autoriser son ali-

mentation par un ou plusieurs générateurs.

7 ) Table de cuisson selon les revendications 1 et 2,

caractérisée en ce que la commande unique (CU) commande les inducteurs voisins pour que leurs champs électromagnétiques soient à flux cumulatifs

entre les inducteurs et sous la charge.

8 ) Table de cuisson selon les revendications 1, 2 et 6,

caractérisée en ce que la commande unique (CU) commande les inducteurs d'un même foyer en réglant la phase relative des courants fournis par les générateurs associés à ces inducteurs dans une plage de

déphasage comprise entre 0 et 180 afin de régler la puis-

sance du foyer ou limiter le rayonnement du foyer.

9 ) Table de cuisson selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle est formée de générateurs de faible puissance produits

en grande série avec des dispositifs permettant de les asso-

cier et de réaliser des foyers de puissance importante.

10 ) Table de cuisson selon la revendication 1, caractérisée en ce que

les bobines à induction sont aptes à supporter des températu-

res élevées et sont disposées le plus près possible de la charge tout en en étant isolé électriquement de façon à ce que la résistance de la bobine en charge soit forte devant

son inductance.

11 ) Table de cuisson selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend un condensateur de découplage fragmenté de façon à créer un diviseur capacitif à tension quasi - fixe

12 ) Table de cuisson selon les revendications 1, 2 et 4,

caractérisée en ce que le dispositif de commutation se compose d'un commutateur (Kl)

pour brancher le générateur (G2) du second foyer (F2) au se-

cond inducteur (F'l) du premier foyer (Fl).

13 ) Table de cuisson selon les revendications 1, 2 et 4,

caractérisée en ce que le dispositif de commutation comprend un interrupteur (K2)

entre le point de jonction des inductances (Il, I'l) du pre-

mier foyer et les condensateurs (Cl, C2) du circuit résonnant de la première inductance (Il) du premier foyer (Fl) pour fermer (ouvrir) le circuit résonnant du premier inducteur du premier foyer (Fl) et un commutateur (K3) pour brancher l'inducteur (I2) du deuxième foyer (F2) sur son générateur (G2) ou pour brancher le deuxième générateur (G2) sur le deuxième inducteur (I'l) du premier foyer, en série avec le premier inducteur (Il) de ce premier foyer (Fl) et en série

avec un condensateur (C5) commun.

14 ) Table de cuisson selon la revendication 1, caractérisée par * un condensateur de découplage (Cdl, Cd2) fragmenté pour former un diviseur de tension capacitif donnant une tension quasi fixe, * un condensateur (Cl) en série avec la première inductance (L1) du premier foyer (F1), et formant avec le condensateur fragmenté, le circuit oscillant de la première inductance, * un conducteur (C2) en série avec la deuxième inductance (I'l) du premier foyer (F1),

* le circuit du premier inducteur (Il) et celui du second in-

ducteur (I'l) reliés après les deux condensateurs (Cl, C2), * le dispositif de commutation composé d'un interrupteur (K2) reliant (ouvrant) la liaison entre le point de jonction des circuits du premier et du deuxième inducteur (Il, I'l) au point de tension quasi fixe du diviseur et d'un commutateur (K3) reliant le second générateur (G2) soit:

* à l'inducteur (I2) du second foyer (F2) et aux condensa-

teurs (Cdl, Cd2) et par l'interrupteur (K2) fermé, au condensateur (Cl) et à l'inducteur (Ll) du premier foyer,

* à la deuxième inductance (L') du premier foyer, en sé-

rie avec le premier inducteur (Il) et leurs condensa-

teurs (Cl, C2), l'interrupteur (K2) ayant coupé la

liaison avec le point de tension quasi fixe du condensa-

teur fragmenté.