NL1014888C2 - Inductie-kooktafel, omvattende door generatoren gevoede inductieplaten. - Google Patents

Description

Induetie-kooktafel, omvattende door generatoren gevoede induetieplaten %

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inductiekooktafel welke voorzien is van inductieplaten die gevoed worden door generatoren.

Bij het induetiekoken, of meer in het algemeen 5 het induetieverwarmen, wórdt gebruik gemaakt van Foucault-stromen die worden geïnduceerd in een te verwarmen voorwerp van een electrisch geleidend materiaal door een hoog-frequent magneetveld. Dit voorwerp is bijvoorbeeld een pan. Het magnetisch veld wordt opgewekt 10 door een inductor die gevoed wordt met hoog-frequente wisselstroom door een generator welke de frequentie en de amplitude van de stroom instelt als functie van de gewenste verwarming. De frequentie die ingesteld is voor de verwarming hangt af van een aantal parameters, en met 15 name van de relatieve magnetische permeabiliteit μτ van de houder en zijn electrische geleidbaarheid σ. Uitgaande van de huiddikte, die bijvoorbeeld gelijk gekozen wordt aan de helft van de dikte van de bodem van de te verwarmen houder, wordt dan de pulsering ω bepaald door 20 gebruik te maken van de formule: «5= [y yj/Vo-Vr ·σ ω waaruit de frequentie wordt afgeleid door de 25 formule: f = co/ J /2.π

Zo wordt een optimale te gebruiken frequentie 30 verkregen in de orde van 10 tot 50 kHz.

De generator wordt gevoed vanuit het electriciteitsnet, waarvan de voedingsspanning gelijkgericht en gefilterd wordt. De generator die gevoed 1014888 2 met deze gelijkgerichte spanning U is in het algemeen een resonantie-generator. Inductoren worden immers in het algemeen gevormd door het wikkelen van een electrische geleider in spiraalvorm, zodanig dat de betreffende 5 belasting op deze inductor bij de werkingsfrequentie een weerstand R uitoefent die compatibel is met het vermogen P = U2/R dat doorgegeven wordt aan de belasting. Deze zelfde inductoren zijn in het algemeen mechanisch, electrisch en thermisch geïsoleerd van de te verwarmen 10 last, hetgeen een luchtspleet met zich meebrengt van enkele millimeters tussen de last en de inductor. Bij deze afstand en in dit frequentie-bereik is de impedantie Z = R + j.L.o van de belaste inductor sterk reactief, hetgeen leidt tot een kwaliteitsfactor van de inductor 15 Q = Ιι.ω/R >> 1. Het is derhalve voldoende om één of meer condensatoren C toe te voegen aan de inductor met de inductantie L voor het vormen van een resonantie-schakeling met de frequentie: 20 f = /Kwic

Dit is de reden dat generatoren in hoofdzaak resonantie-ondulatoren zijn. De impedantie Z en in het bijzonder de inductantie L van de inductor hangt af van 25 de karakteristieken van de belasting, zodat de werkingsfrequenties in een inductie-kooktafel welke verschillende platen omvat in het algemeen niet identiek zullen zijn, maar dichtbij elkaar zullen zijn gelegen.

Dit fenomeen wordt anderzijds geaccentueerd door het feit 30 dat voor het handhaven van zachte omschakeltoestanden, de regeling van de vermogens in het algemeen plaats heeft door het regelen van de werkfrequentie, en derhalve twee platen die bedoeld zijn voor het verwarmen van identieke belastingen op verschillende vermogens gebruik maken van 35 verschillende frequenties. Opgemerkt moet worden dat deze wijze van regelen het nadeel vertoont dat hierdoor de ondulator moet werken op frequenties die ver afliggen van zijn natuurlijke resonantie-frequentie, hetgeen leidt tot 1014888 3 aanzienlijke verliezen. Het beste compromis bestaat uit het werken met een duale thyristor door bij het werken op maximaal vermogen zo dicht mogelijk bij de resonantie-frequentie te komen, hetgeen de laagste werkfrequentie 5 is, en door het verhogen van werkfrequentie voor het verlagen van dit vermogen.

Door deze dicht bij elkaar gelegen frequenties ontstaan er faseverschillen, die doorgegeven worden aan de te verwarmen houder, en die als gevolg van hun geringe 10 verschil zich in het hoorbare bereik bevinden (enkele Hz tot enkele kHz). Deze faseverschillen in de frequentie leiden, naast het lawaai dat deze opleveren in de belasting, tot problemen bij het regelen van de afzonderlijke generatoren.

15 Om dit fenomeen te vermijden, dat als gevolg van de optredende amplitudes het gebruik van het product zeer onaangenaam kan maken, is het noodzakelijk de verschillende koppels (generatoren-inductieplaten) goed te scheiden, hetgeen een belangrijke handicap is met 20 betrekking tot de modulariteit van de producten; om dezelfde reden is het onmogelijk om bijvoorbeeld een grote houder te verwarmen op een aantal aangrenzende kookplaten die gevoed worden door verschillende generatoren.

25 Een bekende oplossing bestaat uit het cyclisch voeden van de aangrenzende platen met een periode die uiteen loopt van de orde van hele seconden voor inrichtingen met mechanische schakelingen tot de orde van tientallen milliseconden voor volledig electronische 30 oplossingen. In deze twee gevallen dienen de generatoren overgedimensioneerd te zijn voor wat het betreft hun vermogen, aangezien het vermogen niet permanent wordt doorgegeven aan de plaat, maar slechts afwisselend, met een cyclische verhouding die afhangt van het gevraagde 35 vermogen op elke plaat die verbonden is met de generator. Bovendien bestaan er bezwaren tegen deze cyclische voeding, omdat dit een bezwaar kan zijn voor het gebruik van het apparaat, als gevolg van de plotselinge 1014888 4 verschillen in het vermogen in de belasting wanneer de periode in de orde van hele seconden is, of als gevolg van het lawaai dat samenhangt met de omschakeling wanneer deze periode in de orde van enkele milliseconden is, 5 hetgeen overeenkomt met frequenties van enkele honderden Hertz.

Een andere oplossing die bekend is op het gebied van de besturing en de vermogenselectronica bestaat uit het voeden van de inductoren op dezelfde 10 frequentie door gebruik te maken van generatoren met een harde omschakeling, bijvoorbeeld een afkapelement waarvan de vermogensregeltoestand dan plaats kan vinden bij een vaste frequentie in een pulsbreedte-modulatie-toestand (PWM). Het is echter niet verstandig dit type generator 15 te gebruiken voor het voeden van conventionele inductoren, met name als gevolg van de hoge kwaliteitsfactor van de spoelen bij de werkfrequentie.

Dit leidt immers tot problemen bij het doen lopen van de stroom in de zelfinductiespoelen (driehoekstromen) en 20 aanzienlijke verliezen wanneer de stroom in deze spoelen wordt stopgezet, hetgeen een zeer grote overdimensionering van de vermogensgenerator met zich zou meebrengen.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel deze 25 nadelen weg te nemen en stelt voor een inductie-kooktafel te ontwikkelen met gering of hoog vermogen en meer in het algemeen een inductie-verwarmingsapparaat dat werkt met een enkele frequentie of met frequenties die veelvouden van elkaar zijn voor het voorkomen van klapperen, en 30 waarbij het met name mogelijk is om generatoren met gering vermogen te gebruiken, in het bijzonder modulaire generatoren.

Daartoe verschaft de uitvinding een kooktafel van het hier voor beschreven type, die wordt gekenmerkt 35 doordat de inductoren die naast elkaar gelegen zijn of onderdeel vormen van dezelfde plaat gevoed worden met een zelfde frequentie of met frequenties die veelvouden van elkaar zijn, en doordat deze tenminste één plaat met hoog tl 0 1 4 8 8 8 5 vermogen omvat die gevormd wordt door tenminste twee inductoren met een impedantie onder belasting die nagenoeg identiek is, en die over deze inductoren staat, ongeacht de belasting die op de plaat aangebracht wordt.

5 De generatoren worden dus bestuurd door een enkele besturing, en werken in een resonantie-toestand met zachte omschakeling.

Met voordeel omvat deze kooktafel twee inductieplaten die voorzien zijn van inductoren, waarbij 10 tenminste een van de platen (eerste plaat) een groot vermogen vertoont, met tenminste twee inductoren die een impedantie onder belasting vertonen die nagenoeg identiek is ongeacht de aard, de vorm en de positie van de belasting die op de plaat geplaatst is. Met elke plaat is 15 een ondulatie-generator verbonden, die werkt met zachte omschakeling, waarbij een enkele besturing de twee generatoren bestuurt. Met de generator van de tweede plaat is een omschakelinrichting verbonden, die twee toestanden vertoont: 20 - een normale toestand waarbij de omschakelinrichting de generator verbindt met de inductor van de tweede plaat, en - een vermogenstoestand waarin de omschakelinrichting de generator van de tweede plaat 25 verbindt met de tweede inductor van de eerste plaat.

Wanneer de ondulatie-resonantie-generatoren in frequentie gesynchroniseerd zijn, kan hierdoor een plaat met groot vermogen gevormd worden met behulp van generatoren met een gering vermogen die bijzonder 30 kostenbesparend zijn, aangezien deze permanent in een zachte omschakeltoestand fungeren. Door een omschakelinrichting kan het vermogen van twee of meer generatoren op verschillende platen gestuurd worden, maar het is eveneens mogelijk om geen gebruik te maken van 35 deze omschakelinrichting en verschillende generatoren permanent met een plaat te verbinden en zo het vermogen daarvan te verhogen.

1014888 6

Dankzij de omschakelinrichting kan met de kooktafel geprofiteerd worden van het feit dat bij normaal gebruik van de apparaten de gebruiker niet noodzakelijkerwijs continu hoeft te beschikken over hoge 5 vermogens, te meer daar bij inductie-systemen, waar het vermogen rechtstreeks wordt doorgegeven aan de belasting, het rendement bijzonder hoog is. Deze vermogens zijn bruikbaar bij specifieke bereidingen gedurende korte tijd (het koken van water, het verwarmen van grote 10 hoeveelheden vloeistof, het verhogen van de temperatuur van een groot stuk vlees). Bij permanent gebruik zijn de vermogens die nodig zijn voor het onderhouden van het koken (het aan de kook houden, het stoven) aanzienlijk kleiner, en kunnen deze geleverd worden door een enkele 15 generator.

Bij deze kooktafel kunnen de twee platen elk gevormd worden door twee of meer inductoren, die voor elke plaat een door de inductor veroorzaakte impedantie onder belasting vertonen die nagenoeg identiek is; 20 terwijl elke plaat verbonden is met een generator, kunnen door omschakelinrichtingen generatoren van andere platen verbonden worden met de inductoren van een zelfde plaat om zo te kunnen beschikken over een groot vermogen dat geleverd wordt door verschillende generatoren met gering 25 vermogen, en niet door een enkele generator met groot vermogen. Hierdoor is met name een modulaire opbouw op grote schaal mogelijk van ondulatie-resonantie-generatoren met gering vermogen, die overigens op velerlei andere gebieden toepassing vinden.

30 De markt voor vermogenselectronica en frequentie-omzetters groeit sterk en bepaalde applicaties, zoals frequentie-omzetters voor de besturing van motoren of vermogensvoedingen die bedoeld zijn voor magnetrons van microgolfovens worden in miljoenen stuks 35 vervaardigd, of zullen dat binnenkort worden. Het is derhalve economisch zeer interessant gebruik te kunnen maken van dit schaaleffect, hetzij voor de vermogensonderdelen, hetzij voor de microcontrollers voor 1014888 7 de besturing, hetzij voor de generatoren zelf. Productie op grote schaal vindt al plaats voor omzetters waarvan het vermogen gering is. Door de beschreven uitvoeringsvorm kan gebruik gemaakt worden van 5 generatoren met verschillende vermogens, door deze omzetters met gering vermogen te koppelen met platen waarvan het vermogen gelijk is aan de som van de vermogens van de omzetters die met de plaat zijn verbonden..

10 De frequentie van de verschillende generatoren die verbonden zijn met een plaat dient derhalve identiek te zijn, of een veelvoud van één en dezelfde frequentie. De fase van de verschillende generatoren is in het algemeen nul (generatoren in fase), maar het kan voordeel 15 bieden om de generatoren in tegenfase te sturen, ten einde de magnetische flux van de aangrenzende inductoren bij elkaar te kunnen tellen, hetgeen eveneens tot gevolg heeft dat het magnetisch veld in de directe nabijheid van de inductoren verminderd wordt. In het geval van 20 samengebouwde inductoren die een zelfde plaat vormen en die elk een nagenoeg identieke impedantie onder belasting met zich meebrengen, zal, wanneer hetzelfde aantal samengebouwde inductoren in fase en in tegenfase verkeert, de plaat een magnetisch veld en derhalve een 25 vermogen leveren dat nagenoeg nul is. Door de respectieve fasen van de generatoren die met plaat verbonden zijn te variëren van 180° tot 0° kan zeer eenvoudig bereikt worden dat het vermogen van de plaat gevarieerd wordt van 0 tot het totale vermogen van alle 30 generatoren die verbonden zijn met de plaat wanneer deze allen in fase zijn. Dit is met name interessant aangezien de vermogensregeling dan plaats kan vinden met een vaste frequentie die voldoende dicht bij de natuurlijk resonantie-frequentie van de omzetter gekozen kan worden, 35 om de verliezen daarvan te minimaliseren. De vermogensregeling is aanzienlijk meer verfijnd, aangezien het moeilijk is de werkfrequentie van de generator eindeloos te verhogen ten opzichte van zijn natuurlijke 1014888 8 resonantie-frequentie, voor het verlagen van het vermogen, en buiten een bepaald vermogen moet zelfs gebruik gemaakt worden van afkaptechnieken voor het bereiken van voldoende lage vermogens. Tenslotte kan het 5 wegnemen van het veld van een inductor door het besturen van de omzettere die daarmee verbonden zijn ook met name interessant zijn met het oog op het minimaliseren van het magnetisch lekveld in het geval van inductoren die niet of nauwelijks gekoppeld zijn met belastingen.

10 Volgens andere met voordeel toe te passen kenmerken ·.

omvat de tafel een aantal generatoren met gering vermogen, die verbonden zijn met één of meerdere inductoren; 15 omvat de enkele besturing een sensor die de aanwezigheid van een belasting op een inductor waarneemt voor het toelaten van het voeden daarvan door één of meer generatoren; stuurt de enkele besturing de aangrenzende 20 inductoren zodanig aan, dat hun electromagnetische velden een elkaar versterkende flux vertonen tussen de inductoren en onder de belasting; stuurt de enkele besturing de inductoren van een zelfde plaat aan door het regelen van de onderlinge 25 fase van de stroom die geleverd wordt door de generatoren die verbonden zijn met deze inductoren binnen een fase-verschuivingsbereik dat gelegen is tussen 0° en 180°, teneinde het vermogen van de plaat te regelen of de straling van de plaat te beperken; 30 wordt de tafel gevormd door generatoren met gering vermogen die in grote serie vervaardigd zijn, in combinatie met inrichtingen waardoor deze met elkaar verbonden kunnen worden en platen met groot vermogen gevormd kunnen worden; \ 35 zijn de inductiespoelen ingericht om hoge temperaturen te weerstaan en zo dicht mogelijk bij de belasting geplaatst, terwijl deze electrisch daarvan 1014888 9 geïsoleerd zijn, zodanig dat de weerstand van de spoel bij belasting groot is voor zijn inductantie,· omvat de generator een ontkoppelingscondensator die zodanig verdeeld is, dat hierdoor een capacitatieve 5 deler met nagenoeg constante spanning gevormd wordt; bestaat de omschakelinrichting uit een schakelelement voor het verbinden van de generator van de tweede plaat met de tweede inductor van de eerste plaat; omvat de omschakelinrichting een onderbreker 10 tussen het verbindingspunt van de inductanties van de eerste plaat en de condensatoren van de resonantie-schakeling van de eerste inductantie van de eerste plaat voor het sluiten (of openen) van de resonantie-schakeling van de eerste inductor van de eerste plaat, alsmede een 15 schakelelement voor het verbinden van de inductor van de tweede plaat met de generator daarvan of voor het verbinden van de tweede generator met de tweede inductor van de eerste plaat, in serie met de eerste inductor van de eerste plaat en in serie met een gemeenschappelijke 20 condensator.

De onderhavige uitvinding wordt hierna meer in detail beschreven onder verwijzing naar de bijgevoegde tekening, waarin: figuur l een schema is van een eerste 25 uitvoeringsvorm van een kooktafel met twee platen volgens de uitvinding bij de normale en onderling onafhankelijke werking van de twee platen, figuur la het schema van figuur l toont in de bedrijfstoestand voor hoog vermogen op de plaat die 30 bestaat uit met elkaar samengebouwde inductoren die een identieke impedantie onder belasting met zich meebrengen, figuur 2 een schema toont van een eerste uitvoeringsvariant van een kooktafel met twee platen in een normale en onderling onafhankelijke bedrijfstoestand Λ 35 van de twee platen, figuur 2a het schema van de kooktafel van figuur 2 toont in de bedrijfstoestand voor hoog vermogen, 1014888 10 figuur 3 een tweede uitvoeringsvariant toont van een kooktafel met twee platen volgens de uitvinding in de normale bedrijfstoestand, figuur 3a het schema van de kooktafel van 5 figuur 3 toont in de bedrijfstoestand voor hoog vermogen, figuur 4 een uitvoeringsvorm toont van een kooktafel met drie inductoren die een willekeurige impedantie onder belasting vertonen, en figuur 5 een generalisatie toont van de 10 kooktafel van figuur 4 die kan werken met verschillende inductoren die onder belasting een willekeurige impedantie met zich meebrengen.

In overeenstemming met figuur l betreft de uitvinding een hier niet getoonde inductie-kooktafel, 15 welke voorzien is van twee platen FI, F2. Een van de platen Fl, de eerste plaat, is bedoeld om een hoog vermogen te leveren, terwijl de andere plaat F2 slechts bedoeld is een gemiddeld vermogen af te geven.

De plaat Fl met hoog vermogen omvat twee 20 inductoren LI en L'l die een nagenoeg identieke impedantie vertonen wanneer een belasting wordt aangelegd over de inductoren. Deze identieke impedantie onder belasting wordt bereikt door het ontwerp van de inductoren, dat hier niet beschreven wordt. Deze 25 impedantie onder belasting is hetzelfde, ongeacht de aard, de vorm en de positie van de belasting, dat wil zeggen het te verwarmen voorwerp, dat geplaatst wordt op de plaat Fl met zijn twee inductoren.

Deze platen worden gevoed met hoog-frequente 30 stroom, zoals in zijn algemeenheid bekend is, vanuit een constante spanningsbron die schematisch aangegeven is met E. Deze bron staat in feite voor een gelijkrichtings- en filterschakeling die verbonden is met het electriciteitsnet en die aan de uitgang een \ 35 gelijkgerichte spanning met een continue component afgeeft.

Deze gelijkspanning wordt toegevoerd aan twee ondulator-resonantie-generatoren Gl, G2. De generator G1 1014888 11 is verbonden met de plaat F1 en de generator G2 met de plaat F2. Deze generatoren werken met een zachte omschakeling. Ze worden elk gevormd door twee transistoren Tl, T2 of T3, T4 die op gebruikelijke wijze 5 voorzien zijn van hier verder met beschreven diodes en condensatoren. Door deze generatoren wordt telkens een oscillatieschakeling gevoed, die gevormd wordt door een inductantie en een condensator, waarbij de weerstand die door de belastingen wordt opgewekt in de inductoren niet 10 weergegeven is en impliciet begrepen is in de term Li, in serie met de weerstanden.

De oscillatieschakeling van de generator G1 wordt gevormd door de inductantie LI van de inductor II van de plaat F1 en de ladingscondensatoren Cl, C2.

15 De oscillatieschakeling van de generator G2 wordt gevormd door de inductantie L2 van de inductor 12 van de plaat F2 en de ladingscondensatoren C3, C4.

De transistoren Tl, T2 en T3, T4 van de twee generatoren G2, G1 zijn verbonden met een enkele 20 besturing CU waardoor deze, hetzij onafhankelijk van elkaar, hetzij synchroon worden aangestuurd.

De vermogensplaat F1 wordt gevormd door twee inductoren LI, L'l die zodanig gecombineerd zijn dat hun impedantie als gevolg van belasting identiek is; en deze 25 koppeling is weergegeven in figuur 1.

De voeding E is ontkoppeld door een ontkoppelingscondensator Cd.

De schakeling omvat verder een omschakelinrichting met twee toestanden, een normale 30 toestand en een vermogenstoestand. In dit voorbeeld wordt de omschakelinrichting gevormd door een schakelaar KI met twee standen die verbonden is met generator G2 van de tweede plaat F2. Deze schakelaar KI kan in de normale stand geplaatst worden (figuur l) , waarin deze de 35 schakeling van de generator G2 sluit, aangezien deze dan verbonden is met de inductantie L2 van de inductor 12 en de voeding van de plaat F2 mogelijk maakt. De schakelaar KI kan ook naar een tweede stand bewegen, ook wel de 1014888 12 vermogensstand genoemd (figuur IA) waarin deze zorgt voor het verbinden van de inductantie LI' van de eerste plaat Fl, zodanig dat in deze stand de inductantie LI gevoed wordt door de generator G1 en de inductantie L'l door de 5 generator G2, waarbij de inductantie L2 op de tweede plaat F2 ontkoppeld is. Omdat er vanuit gegaan wordt dat in deze tweede stand de impedanties en derhalve de inductanties LI, L'l onder belasting identiek zijn, kunnen de twee inductoren 11, l'l van de plaat Fl 10 synchroon aangestuurd worden en op synchrone wijze werken in een toestand met zachte omschakeling.

De twee generatoren geven een vermogen af dat gevarieerd kan worden tussen 0 en een maximaal vermogen P, dat gelijk of verschillend kan zijn voor deze twee 15 generatoren in de normale stand, terwijl de platen Fl en F2, wanneer de schakelaar Kl de inductor 12 verbindt, beide een vermogen kunnen ontvangen dat oploopt tot aan het maximaal vermogen P van elk van de generatoren Gl, G2 waarmee zij onafhankelijk van elkaar verbonden zijn. De 20 twee generatoren kunnen ook gedimensioneerd zijn voor verschillende vermogens.

In de tweede toestand, de vermogenstoestand, ontvangt de plaat Fl een dubbel vermogen dat kan oplopen tot het maximale vermogen 2P.

25 Opgemerkt moet worden dat, aangezien de inductanties Li, L'l door hun plaatsing in de inductor van de plaat Fl gekoppeld zijn, het nodig is dat de stroom die daar doorheen loopt synchroon is. Dit wordt gewaarborgd door de enkele besturing CU voor de beide 30 generatoren Gl, G2, en door het feit dat de belasting die daarop uitgeoefend wordt hetzelfde is.

De schakeling van figuur 1 kan worden gegeneraliseerd tot een aantal (n) ondulatoren, waardoor aan een plaat een vermogen kan worden afgegeven dat loopt \ 35 van 0 tot n.P. Hierdoor kan zoals hiervoor reeds aangegeven, een plaat met groot vermogen worden gevormd op basis van generatoren met een gering vermogen. Bij wijze van voorbeeld worden er voor bepaalde professionele 1014888 13 toepassingen platen gevraagd met een vermogen in de orde van 7 tot 8 kW. Zo kan een plaat met een vermogen van 7,2 kW gevormd worden door gebruik te maken van vier generatoren die elk een vermogen van 1,8 kW leveren en 5 die verbonden zijn met een plaat met vier inductoren in cascade-schakeling. Deze opstelling kan ook worden toegepast bij combinaties van inductoren in cascade-schakeling, die dan onder belasting een impedantie moeten vertonen die identiek is of een geheel veelvoud is, 10 zodanig dat de frequenties waarop de verschillende generatoren werken identiek zijn of gehele veelvouden zijn. In het geval van (n) ondulatoren, kunnen deze met voordeel voorzien zijn van (n') omschakelinrichtingen, zodanig dat in de vermogensstand een plaat het vermogen 15 kan opnemen van (n) generatoren of verschillende platen een vermogen kunnen opnemen dat groter is dan het vermogen van een enkele generator, en in de normale stand de (n) generatoren elk stroom leveren aan een plaat van de inductie-kooktafel, waarbij bepaalde platen permanent 20 kunnen werken met meerdere generatoren.

Het schema van figuur 1 kan gegeneraliseerd worden om volledig symmetrisch te zijn, dat wil zeggen twee platen te vertonen die elk voorzien zijn van twee inductoren, zodanig dat elk van platen onafhankelijk 25 gevoed kan worden door zijn generator, slechts een van de twee inductoren gebruikt kan worden, of de twee generatoren aangesloten kunnen worden op de twee inductoren van een zelfde plaat. Dit kan nodig zijn bij bepaalde configuraties van verwarmingsoppervlakken, om 30 daarbij de hoog-vermogende platen te vormen aan de voorzijde van de verwarmingsplaat, en niet slechts uitsluitend aan de achterzijde, zoals dit traditioneel het geval is.

Daar de kooktafels in het algemeen vier platen \ 35 vertonen, is het in feite voldoende twee platen te verschaffen die mogelijk een hoog vermogen leveren. Het tijdelijk onderbreken van de voorste plaat bij gebruik van de achterste plaat met hoog vermogen is geen nadeel, 1014888 14 in de zin dat het vermogen van elke generator relatief hoog is, (bijvoorbeeld maximaal 1400 tot 1800 Watt) en er op de kooktafel nog twee beschikbare extra platen oveirblijven. Dit is tenslotte met name interessant, 5 aangezien de oppervlakken van de platen verschillend zijn en beter overeenkomen met een normaal gebruik, waarbij gebruik gemaakt wordt van pannen met verschillende afmetingen; grote pannen op de grote platen die een zeer groot vermogen kunnen leveren, en kleine pannen op kleine 10 platen waarvan het vermogen voldoende blijft in verhouding tot de maat van het te verwarmen voorwerp.

Bij de opstelling volgens figuur 1 is het noodzakelijk dat de belastingen sterk overeenkomen. Hierdoor worden niet slechts eisen gesteld aan het 15 ontwerp van de inductoren II, II', maar ook aan de toleranties van resonantie-condensatoren.

Figuur 2 toont een uitvoeringsvariant van de kooktafel volgens de uitvinding waarmee de beperkingen die opgelegd worden aan de onderdelen van de 20 oscillatieschakelingen kunnen worden weggenomen.

De elementen van deze schakeling die identiek zijn aan die van de schakeling van figuur 2 dragen dezelfde verwijzingscijfers.

Deze schakeling onderscheidt zich door een 25 extra ladingscondensator C5 en een omschakelinrichting welke naast een onderbreker K2 ook een schakelelement K3 omvat.

De twee inductoren 11, II' zijn weer in een cascade-schakeling gebracht en hun electromagnetische 30 koppeling in de plaat Fi is schematisch weergegeven met een dubbele lijn.

De onderbreker K2 kan in een gesloten stand (figuur 2) geplaatst worden, of in een open stand (figuur 2a). Het schakelelement K3 kan in een positie a geplaatst 35 worden (figuur 2) of in een positie b (figuur 2a).

Zo kan men, afhankelijk van de positie van de onderbreker K2 en het schakelelement K3, de twee platen FI, F2 onafhankelijk van elkaar laten werken door deze 1014888 15 elk te voeden vanuit hun generator Gl, G2, of de plaat F1 in zijn vermogensstand laten werken door deze te voeden vanuit de twee generatoren Gl, G2. In het eerste geval worden de resonantie-schakelingen gevoed door de 5 inductantie LI en ladingscondensatoren Cl, C2 voor de plaat Fl, en door de inductantie L2 en de ladingscondensatoren C3, C4 voor de plaat F2. Wanneer de twee generatoren Gl, G2 verbonden zijn met twee inductanties II, II' van de plaat Fl, wordt de 10 resonantie-schakeling gevormd door de inductanties LI, LI1 in serie met de ladingscondensator C5.

Figuur 2 toont voor de positie met doorgetrokken lijnen van de schakelelementen (onderbreker K2 en schakelelement K3) de voeding van de inductor II 15 van de plaat Fl, doordat de resonantie-schakeling LI, Cl, C2 verbonden is met de voeding, en de werking van de plaat F2 doordat de resonantie-schakeling L2, C3, C4 aangesloten is op de voeding.

Bij deze bedrijfstoestand zijn de 20 besturingssignalen voor de twee ondulatoren onafhankelijk voor wat betreft de volgorde van de aansturing en de respectieve belastingen,· net als bij het schema van figuur 1 zijn de werkingsfrequenties volledig a-synchroon, hetgeen een voldoende tussenruimte 25 noodzakelijk maakt van de twee afzonderlijke platen.

Figuur 2 toont de stand van de schakelelementen K2, K3 voor de werking van de plaat Fl met hoog vermogen, waarbij de plaat F2 ontkoppeld is.

De onderbreker en het schakelelement K2, K3 30 nemen de volgende stand in : de onderbreker K2 is geopend en het schakelelement K3 bevindt zich in de stand b, waardoor de inductoren (inductanties LI + L'l) in serie geschakeld worden met de condensator C5 en de resonantie-schakeling van inductor 12 wordt losgekoppeld van de \ 35 plaat F2. De stromen die lopen door de inductanties LI, L'l zijn dan perfect identiek, en dit ongeacht de tolerantie in de onderdelen, met name de resonantie- 1014888 16 condensatoren, aangezien deze inductanties in serie gevoed worden.

De schakeltoestand van de beide bed^ijfstoestanden van de schakeling van figuur 2 kan op 5 de volgende manieren worden samengevat:

Normale toestand.

Normale en onderling onafhankelijke werking van de platen F1 en F2:

Li en L2: actief 10 L'1 = 0 K2 = 1 K3 = a (figuur 2)

Vermogens toestand

Bedrijf van de plaat Fl bij hoog vermogen.

LI + L'l: actief 15 L2 = 0 K2 = 0 K3 = b (figuur 2A)

Figuur 3 toont een vereenvoudiging van de schakeling van figuur 2 waardoor het aantal gebruikte condensatoren wordt geminimaliseerd.

20 Bij deze variant worden dezelfde verwijzingscijfers als hiervoor gebruikt om dezelfde onderdelen aan te duiden.

De aanpassing bestaat uit een verandering van de ontkoppelingscondensator Cd die gescheiden is in twee 25 condensatoren Cdl, Cd2 welke een capacitatieve deler vormen die een nagenoeg constante spanning afgeeft. Daartoe dienen voor de condensatoren Cdl, Cd2, Cl en C2 de volgende betrekkingen in acht genomen te worden:

Cdl + Cd2 >> Cl 30 Cdl + Cd2 » C2

Het scheiden van de ontkoppelingscondensator in twee condensatoren is met name interessant met het oog op het verminderen van de globale dikte van de generator.

Net als hiervoor kan deze kookplaat fungeren in \ 35 een normale bedrijfstoestand met twee onafhankelijke platen, en een bedrijfstoestand met een enkele plaat met hoog vermogen.

1014888 17

Deze twee toestanden zijn respectievelijk weergegeven met de stand van de onderbreker en het schakelelement K2, K3 welke de omschakelinrichting vormen in figuur 3 en in figuur 3A.

5 De condensator C5 van de tweede variant (figuur 2) is in dat geval niet aanwezig.

De twee bedrijfstoestanden zijn als volgt:

Normale bedrijfstoestand (normale toestand) met onafhankelijk werkende platen FI, F2: 10 De onderbreker K2 is gesloten en het schakelelement K3 bevindt zich in de stand a. De inductanties LI, L2 van de inductoren van de twee platen Fl, F2 zijn afzonderlijk verbonden, elk met zijn eigen generator G1, G2.

15 De inductantie L'l is niet aangesloten.

De oscillatie-schakeling voor de inductor II, die als enige gebruikt wordt voor de plaat Fl, wordt gevormd door de inductantie LI en condensatoren Cl, Cdl, Cd2.

20 De oscillatie-schakeling voor de generator G2 wordt gevormd door de inductantie L2 en de condensatoren Cdl en Cd2.

Deze bedrijfstoestand is schematisch als volgt weer te geven: 25 LI en L2: actief L'l = 0 K2 = 1 K3 = a (figuur 3)

De tweede bedrijfstoestand komt overeen met het bedrijf van uitsluitend de plaat Fl met een hoog 30 vermogen, waarbij de plaat F2 niet gevoed wordt. De onderbreker K2 is dan geopend en het schakelelement K3 bevindt zich in de positie b.

In dat geval zijn de inductanties LI, LI' van de inductoren II, II' van de plaat Fl in serie geschakeld 35 met de condensatoren Cl, C2 en vormen de belasting voor de H-vormige brug die gevormd wordt door de twee elementaire omzetters Gl, G2.

1014888 18

Deze bedrijfstoestand kan als volgt worden geschematiseerd worden: LI + Li': actief L2 = 0 K2 = 0 5 K3 = b (figuur 3A)

Deze opstelling heeft het voordeel dat hierdoor het globale volume van de condensatoren aanzienlijk wordt verminderd bij een werking die nagenoeg identiek aan de hiervoor beschreven werking.

10 In zijn algemeenheid geldt dat bij de opstellingen 2 en 3 het niet langer nodig is gebruik te maken van specifieke inductoren die een identieke impedantie met zich meebrengen bij belasting. Het is derhalve mogelijk de configuraties met betrekking tot de 15 opstelling van de inductoren uit te breiden en platen te vormen met uiteenlopende afmetingen en vormen door elementaire inductoren met elkaar te verbinden. Bijvoorbeeld kunnen langwerpige platen gevormd worden die bedoeld zijn voor het verwarmen van visschotels, welke 20 langwerpige platen bijvoorbeeld gevormd worden door twee naast elkaar geplaatste platen. De werkingsfrequentie is dan uniek, afhankelijk van de gebruikte structuren.

Hiervoor is echter een identieke stroom vereist in deze platen, en dit brengt met zich mee dat het niet 25 mogelijk is het vermogen in de aangrenzende platen onafhankelijk van elkaar te regelen. Het is echter mogelijk om, onder behoud van een enkele frequentie of frequenties die veelvouden van elkaar zijn, de vermogens van aangrenzende platen afzonderlijk te regelen, maar dan 30 is het noodzakelijk dat er gebruik gemaakt wordt van specifieke structuren waardoor het idee ontstaat van een meester-generator en slaaf-generatoren waarvan de werking samenhangt met de werking van de meester.

Figuur 4 toont een uitvoering voor het voeden 35 van bijvoorbeeld drie inductoren II, 12, 13 waarvan de respectieve inductanties LI, L2, L3 willekeurig zijn.

Deze schakeling kan gebruikt worden voor het voeden van twee tot n inductoren, voor één inductor wordt 4014888 19 weer het schema verkregen van een conventionele in serie geschakelde halve resonantie-brug.

De oscillatieschakelingen worden telkens gevormd door de inductanties LI, L2, L3 en de daarbij 5 behorende condensatoren (CIO, C'10), (C20f C'20), (C30, C’30). Deze schakeling omvat verschillende resonantie-ondulatoren op een gemeenschappelijke basis-frequentie.

Er worden verschillende generatoren gevormd.

Wanneer de transistoren T30, T40 geblokkeerd 10 zijn wordt dus de inductantie LI gevoed onder tussenkomst van de halve brug (T10, T20).

Wanneer de transistoren T10 en T20 geblokkeerd zijn wordt de inductantie L3 gevoed door de transistoren T30 en T40. Wanneer tenslotte de transistoren T10, T40 15 geblokkeerd zijn, wordt de inductantie L2 gevoed onder tussenkomst van de halve brug (T20, T30). Deze kunnen ook tegelijkertijd gevoed worden door één inductor aan te sturen als meester inductor en de andere inductoren aan te sturen met dezelfde spanning maar met een cyclische 20 verhouding die geregeld wordt met behulp van de pulsbreedte modulatietechniek (PWM). In dat geval wordt de capaciteit van resonantie-condensatoren zodanig aangepast dat alle onderbrekers werken in een omschakelingstoestand met duale thyristor. In dat geval 25 bestaat er eveneens een zachte omschakeling, uitgaande van een enkele frequentie voor belastingen die toch verschillend zijn en die verbonden zijn met elk van inductoren II, 12, 13, die tegelijkertijd gebruikt kunnen worden en bij elkaar in de buurt geplaatst kunnen worden 30 zonder risico zodat hierdoor frequentie-verschuivingen opgewekt worden, waarbij toch verschillende vermogens mogelijk zijn over de aangrenzende inductoren die gevoed worden door de verschillende ondulatoren, en waarbij het regelen van de vermogens plaats heeft als functie van de 35 pulsbreedte (PWM). Opgemerkt wordt dat een PWM- afkaptoestand zonder gebruik te maken van deze kunstgreep een zeer forse overdimensionering van de generator met zich mee zou brengen, als gevolg van het sterk zelf- 1014888 20 inducerend karakter van de inductoren. Dit sterk zelf-inducerend karakter kan worden gedempt door de inductor zo dicht mogelijk bij zijn belasting te brengen, zelfs door het vervangen van het glas-keramisch materiaal door 5 een dunner materiaal met een grotere weerstand waardoor de inductor electrisch geïsoleerd wordt van zijn belasting.

Figuur 5 toont een variant van de schakeling van figuur 4 voor een groter aantal inductoren die 10 bestuurd moeten worden volgens hetzelfde principe met een meester inductor en slaaf-inductoren en die werkzaam is met omschakeling bij het door nul gaan van de spanning (ZVS-schakeling) voor alle generatoren waardoor de slaaf-inductoren worden gevoed.

15 Deze schakeling bestaat een meester-schakeling in het bovenste deel L (CO, CO) en slaaf-schakelingen die gevormd worden door deinductanties LA, LB, LC, LD en de bijbehorende condensatoren (CA, C'A), (CB, C'B), (CC, C'C), (CD, CD). Elke zo gevormde oscillatieschakeling 20 wordt bestuurd door schakelelementen (T2i, T3i) (T21, T22, T23, T24..., T31, T32, T33, T34).

De onderbreker Tl wordt aangestuurd door een conventionele spanning en elk van de armen T2i, T3i wordt volgens een variabele cyclische verhouding aangestuurd 25 binnen deze spanning, welke afzonderlijk regelbaar is voor elke generator.

De voorwaarden voor omschakeling in de ZVS-toestand zijn de volgende:

Bij het openen van een onderbreker T2i dient de 30 stroom I groter te zijn dan 0,

Om de onderbrekers T3i te kunnen openen (die allen tegelijkertijd geopend dienen te worden) is het nodig dat -10 > II + 12 +...+ Ii-1.

Op soortgelijke wijze kan de stroom 10 op vaste \ 35 en gecontroleerde wijze worden opgewekt door niet een inductor maar bijvoorbeeld een pure inductantie met een vaste waarde te voeden; de piekwaarden van de stroom zijn dan vast en berekend voor het toelaten van de ZVS- 10 1 4 888 21 omschakeling van alle generatoren. Deze modulaire structuur is goed geschikt voor het besturen van een systeem van inductoren met een groot aantal elementaire wikkelingen. Het vermogen van elke generator is dan 5 gering.

Deze structuur volgens de uitvinding maakt het dus mogelijke in zelfde kooktafel gescheiden inductoren te gebruiken en deze voldoende dicht bij elkaar te plaatsen om daardoor een groot kookvlak te kunnen vormen, 10 waardoor hetzij een enkele houder met grote afmetingen kan worden verwarmd met groot vermogen, hetzij verschillende houders met vermogens die van elkaar kunnen verschillen. Doordat de "slaaf"-omzetters een gering vermogen vertonen, is het mogelijk om gebruik te maken 15 van zeer goedkope onderdelen zoals hiervoor aangegeven, die ook elders in zeer grote series worden toegepast.

λ 10 1 4 88$

Claims (14)

1. Inductie-kooktafel, omvattende door generatoren gevoede inductieplaten, met het kenmerk, dat: 5 aangrenzende inductoren of inductoren die een zelfde plaat vormen gevoed worden met een zelfde frequentie of met frequenties die veelvouden van elkaar zijn, en de kooktafel tenminste één van de platen hoog vermogende plaat omvat, die gevormd wordt door tenminste 10 twee inductoren met een nagenoeg identieke impedantie onder belasting, die over de inductoren bestaat ongeacht de belasting die op de plaat geplaatst is.

2. Kooktafel volgens conclusie l, met het kenmerk, dat: 15 de generatoren bestuurd worden door een enkele besturing (CU), en de generatoren in een resonantie-toestand met zachte omschakeling werkzaam zijn.

3. Kooktafel volgens conclusie 1, waarin 20 tenminste één generator is opgenomen, met het kenmerk, dat: de generator gevormd wordt door een meester-ondulator die stroom afgeeft aan tenminste één vermogensinductor of een zuivere inductantie en tenminste 25 één andere ondulator die als slaaf fungeert en verbonden is met tenminste één inductor, waarbij de slaaf-generator gebruik maakt van de frequentie van de meester-generator, en waarbij het vermogen van de slaaf ondulator 30 regelbaar is in een PWM-regeling.

4. Kooktafel volgens conclusies 1 en 2, met het kenmerk, dat deze tenminste twee afzonderlijke platen omvat, alsmede tenminste twee generatoren en een omschakelinrichting (K) die verbonden is met één van de 35 generatoren en twee toestanden vertoont: 1014888 een normale toestand waarbij de omschakelinrichting de tweede generator verbindt met de tweede inductor welke de tweede plaat vormt, en - een vermogenstoestand waarin de 5 omschakelinrichting de tweede generator verbindt met de tweede inductor van de eerste plaat teneinde het vermogen van deze plaat te verhogen, waarbij de besturing (CU) de twee generatoren (Gl, G2) aanstuurt voor het voeden van de twee inductoren (II, II') met dezelfde frequentie of 10 met frequenties die veelvouden van elkaar zijn.

5. Rooktafel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze een aantal generatoren met gering vermogen omvat die verbonden zijn met één of meerdere inductoren.

6. Rooktafel volgens conclusies 1 en 2, met het kenmerk, dat de enkele besturing (CU) een sensor omvat die de aanwezigheid van een belasting op een inductor waarneemt voor het toelaten van het voeden daarvan door één of meer generatoren.

7. Rooktafel volgens conclusies 1 en 2, met het kenmerk, dat de enkele besturing (CU) de aangrenzende inductoren zodanig aanstuurt, dat hun electromagnetische velden een elkaar versterkende flux vertonen tussen de inductoren en onder de belasting.

8. Rooktafel volgens conclusies 1, 2 en 6, met het kenmerk, dat de enkele besturing de inductoren van een zelfde plaat aanstuurt door het regelen van de onderlinge fase van de stroom die geleverd wordt door de generatoren die verbonden zijn met deze inductoren binnen 30 een fase verschuivingsbereik dat gelegen is tussen 0° en 180°, teneinde het vermogen van de plaat te regelen of de straling van de plaat te beperken.

9. Rooktafel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze gevormd wordt door generatoren met 35 gering vermogen die in grote serie vervaardigd zijn, in combinatie met inrichtingen waardoor deze met elkaar verbonden kunnen worden en platen met groot vermogen gevormd kunnen worden. 1014888

10. Rooktafel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inductiespoelen ingericht zijn om hoge temperaturen te weerstaan en zo dicht mogelijk bij de belasting geplaatst zijn, terwijl deze electrisch daarvan 5 geïsoleerd zijn, zodanig dat de weerstand van de spoel bij belasting groot is voor zijn inductantie.

11. Rooktafel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze een ontkoppelingscondensator omvat die zodanig verdeeld is dat hierdoor een capacitatieve deler 10 met nagenoeg constante spanning gevormd wordt.

12. Rooktafel volgens conclusies 1, 2 en 4, met het kenmerk, dat de omschakelinrichting bestaat uit een schakelelement (Rl) voor het verbinden ven de generator (G2) van de tweede plaat (F2) met de tweede inductor 15 (F'l) van de eerste plaat (Fl).

13. Rooktafel volgens conclusies 1, 2 en 4, met het kenmerk, dat de omschakelinrichting een onderbreker (R2) omvat tussen het verbindingspunt van de inductanties (II, I'1) van de eerste plaat en de condensatoren (Cl,

20 C2) van de resonantie-schakeling van de eerste inductantie (II) van de eerste plaat (Fl) voor het sluiten (of openen) van de resonantie-schakeling van de eerste inductor van de eerste plaat (Fl), alsmede een schakelelement (R3) voor het verbinden van de inductor 25 (12) van de tweede plaat (F2) met de generator (G2) daarvan of voor het verbinden van de tweede generator (G2) met de tweede inductor (I'D van de eerste plaat, in serie met de eerste inductor (II) van de eerste plaat (Fl) en in serie met een gemeenschappelijke condensator 30 (C5).

14. Rooktafel volgens conclusie l, gekenmerkt door: een ontkoppelingscondensator (Cdl, Cd2) die gedeeld is ter vorming van een capacitatieve 35 spanningdeler welke een nagenoeg constante spanning levert, een condensator (Cl) in serie met de eerste inductantie (LI) van de eerste plaat (Fl), welke met de * 1014988 gedeelde condensator de oscillatie-schakeling voor de eerste inductantie vormt, een geleider (C2) in serie met de tweede inductantie (I'l) van de eerste plaat (Fl), \ 5. waarbij de schakeling van de eerste inductor (II) en die van de tweede inductor (ΙΊ) met elkaar verbonden zijn na de twee condensatoren (Cl, C2), waarbij de omschakelinrichting gevormd wordt door een onderbreker (K2) welke de verbinding tussen het 10 punt van samenkomen van de schakelingen van de eerste en tweede inductor (11, ΙΊ) op het punt van nagenoeg constante spanning van de deler tot stand brengt (of onderbreekt), en een schakelelement (K3) waardoor de tweede generator (G2) verbonden wordt met hetzij: 15 de inductor (12) van de tweede plaat (F2) en de condensatoren (Cdl, Cd2), alsmede via de gesloten onderbreker (K2) met de condensator (Cl) en inductor (LI) van de eerste plaat, of de tweede inductantie (ΙΊ) van de eerste 20 plaat in serie met de eerste inductor (II) en de condensatoren (Cl, C2) daarvan, waarbij de onderbreker (K2) de verbinding met het punt van nagenoeg constante spanning van de gedeelde condensator onderbroken heeft. « 1014888