WO2007042315A1 - Induktionsheizeinrichtung sowie verfahren zum betrieb einer solchen - Google Patents

Induktionsheizeinrichtung sowie verfahren zum betrieb einer solchen Download PDF

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WO2007042315A1
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induction coil
diode
voltage
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Wilfried Schilling
Ralf Dorwarth
Martin Volk
Tobias SCHÖNHERR
Original Assignee
E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/04—Sources of current

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an induction heating device according to the preamble of claim 1 and an induction heating device according to the preamble of claim 5.
  • Induction cooking appliances or induction cookers are becoming increasingly popular. Advantageous is their high efficiency and the rapid response to a change in the cooking level.
  • the disadvantage is the high price compared to glass ceramic hobs with radiant heaters.
  • Induction cooking appliances usually comprise one or more induction heating devices associated with a respective cooking area with an induction coil which is supplied with an alternating voltage or an alternating current, whereby eddy currents are induced in a cookware to be heated which is magnetically coupled to the induction coil.
  • the eddy currents cause heating of the cookware.
  • For conversion or frequency conversion is usually first the mains input or AC mains voltage with the aid of a rectifier in a DC supply voltage or Bacspispan- rectified rectified and then for generating the high-frequency drive voltage by means of one or more switching means, generally insulated gate bipolar transistors (IGBT), processed.
  • a so-called DC link capacitor for buffering the DC link voltage is usually provided.
  • a widespread in Europe converter variant forms a half-bridge circuit of two IGBTs, wherein the induction coil and two capacitors, which are connected in series between the intermediate circuit voltage and the reference potential, form a series resonant circuit.
  • the induction coil is connected to a connection to a connection point of the two capacitors and to its other connection to a connection point of the two IGBTs forming the half-bridge.
  • This converter version is powerful and reliable, but relatively expensive due to the two IGBTs required.
  • a variant optimized from a cost point of view uses only one switching means or an IGBT, wherein the induction coil and a capacitor form a parallel resonant circuit. Between the output terminals of the rectifier, parallel to the DC link capacitor, the parallel resonant circuit of induction coil and capacitor and the IGBT are connected in series.
  • This variant is also referred to as Eintransistorumrichter.
  • an operator of the induction cooking appliance presets a desired heating power of the cooking place or the induction heating device associated with the cooking place. If a regulation of the set heating power is to take place, it is necessary to determine the actual output of the induction heater or its induction coil power and to control the set value. Task and solution
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for operating an induction heating device and an induction heating device in which the power output by the induction coil can be reliably and inexpensively determined.
  • the invention achieves this object by a method for operating an induction heater according to claim 1 and an induction heater according to claim 5.
  • the inventive method is used to operate an induction heater having an induction coil, a capacitor which is connected in parallel to the induction coil, wherein the induction coil and the capacitor form a parallel resonant circuit, a controllable switching means connected in series with the parallel resonant circuit between a DC voltage generated from an AC line voltage voltage and a reference potential is looped in and is controlled such that during a heating operation, a vibration of the parallel resonant circuit is effected, and a freewheeling diode, which is connected in parallel with the switching means.
  • a switching medium current flowing through the switching means is measured when the switching means is turned on and a diode current flowing through the free-wheeling diode is measured when the switching means is disabled.
  • the switching medium current and the diode current are extracted. tet.
  • the diode current and the switching means current are related to the power delivered by the induction coil. Therefore, by evaluating them easily and reliably perform a performance.
  • a time average of the switching means current is determined, a time average of the diode current is determined and an amount of the time average of the switching means current and an amount of the time average of the diode current added to form a summation average value current, wherein the power is determined based on the summation average value.
  • the sum average current thus formed corresponds approximately to the active current drawn from the network and can therefore be reliably used to determine the active power.
  • the sum mean value current is advantageously multiplied by an effective value of the mains alternating voltage. In this way, the power output by the induction coil is easy to calculate.
  • the power output by the induction coil is regulated to a predefinable desired value, the determined power serving as the actual value of the control.
  • the erf ⁇ ndungs- determined power allows precise power control of the induction cooking.
  • the induction heating device comprises an induction coil, a capacitor which is connected in parallel to the induction coil, wherein the induction coil and the capacitor form a parallel resonant circuit, a controllable switching means, which is looped in series with the parallel resonant circuit between a DC link voltage generated from a mains AC voltage and a reference potential and is controlled such that during a heating operation a vibration of the parallel resonant circuit is effected, and a freewheeling diode, which is connected in parallel with the switching means.
  • the induction heating means comprises a current measuring means for measuring a switching means current flowing through the switching means when the switching means is turned on, and a diode current flowing through the free-wheeling diode when the switching means is disabled, and an evaluation means for evaluating the switching means current and the diode current for determining by the Induction coil output power.
  • a current measuring means for measuring a switching means current flowing through the switching means when the switching means is turned on, and a diode current flowing through the free-wheeling diode when the switching means is disabled, and an evaluation means for evaluating the switching means current and the diode current for determining by the Induction coil output power.
  • IGBTs high-voltage-proof insulated gate bipolar transistors
  • the current measuring means comprises a resistor which is looped between the switching means and the reference potential.
  • the resistor preferably has low resistance values.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown schematically in the drawings and will be described in more detail below.
  • the single figure shows a circuit diagram of an induction heater according to the invention.
  • the figure shows a circuit diagram of an induction heater with a single-transistor converter EU.
  • the induction heating device is part of a cooking or heating device, not shown, for example, a stove, which may have a plurality of heating zones, each heating zone is associated with each one induction heating.
  • the induction heater is used for inductive heating of a cookware KG.
  • the single-transistor converter EU comprises a bridge rectifier GL, which generates an intermediate-circuit voltage UZ from an input mains AC voltage UN of 230 V and 50 Hz.
  • a buffer or intermediate circuit capacitor C1 is connected to stabilize or buffer the intermediate circuit voltage UZ between output terminals N1 and N2 of the rectifier GL.
  • An inductor L1 and a capacitor C2 are connected in parallel and form a parallel resonant circuit.
  • a controllable switching means in the form of an IGBT T1 and a current measuring resistor R1 are connected in series with the parallel resonant circuit between the output terminals N1 and N2 of the rectifier GL and the intermediate circuit voltage UZ and a reference potential in the form of ground GND.
  • the IGBT T1 is controlled by a control unit in the form of a microcontroller MC.
  • a freewheeling diode D1 is connected in parallel with the collector-emitter path of the IGBT T1.
  • a measuring voltage UM present at the current measuring resistor R1 is filtered by a RC filter comprising a resistor R2 and a capacitor C3 and applied to an associated high-impedance input of the microcontroller MC.
  • the input of the microcontroller MC is assigned internally to an A / D converter of the microcontroller MC, which generates from the analog voltage value UM a digital value for evaluation by the microcontroller MC.
  • the intermediate circuit capacitor C1 After applying the mains AC voltage UN or when the induction heater is not operated in a heating mode, the intermediate circuit capacitor C1 charges to a peak value of the AC mains voltage UN, for example, to 325V at 230V AC line voltage.
  • a voltage at the collector of the IGBT or at a connection node of the parallel resonant circuit and the IGBT T1 assumes approximately ground potential GND, since the current measuring resistor R1 is dimensioned very low.
  • the voltage UM or the voltage profile at the current measuring resistor R1 is measured in a first step when the IGBT T1 is switched through. Since the freewheeling diode blocks for this case, the current IS through the IGBT T1 corresponds to the current through the resistor R1. With a known resistance of the resistor R1, a switching medium current or the current IS can be calculated by the IGBT T1. From the determined switching medium current IS or the switching means current profile, a time average is formed.
  • a diode current ID i. a current flow through the freewheeling diode D1
  • the current ID can be calculated. From the determined diode current ID or the diode current profile, a time average is formed.
  • the active power output by the induction coil L1 In order to calculate the active power output by the induction coil L1, first the amount of the time average of the switching medium current IS and the amount of the time average of the diode current ID are formed. This takes into account that the polarity of the voltage UM is inverted when the IGBT is switched on in comparison to the blocked or switched IGBT. For active power calculation, however, only the amounts of the voltage or the current prevail. Subsequently, the amounts of the respective mean values are added to form a mean value stream. This sum mean value flow corresponds approximately to the effective current drawn from the network UN. By multiplying the sum mean value current with an effective value of the AC line voltage, the active power output by the induction coil L1 can be finally calculated.
  • the mentioned calculation steps are carried out in the microcontroller MC.
  • the microcontroller MC now controls the IGBT T1 within a closed control loop in such a way that a nominal power value that can be predetermined by an adjustment device (not shown) is regulated, the power determined as described above serving as the actual value of the control.

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb einer Induktionsheizeinrichtung sowie eine Induktionsheizeinrichtung werden beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Ermittlung einer durch eine Induktionsspule (L1) der Induktionsheizeinrichtung abgegebenen Leistung ein durch ein Schaltmittel (T1) fließender Schaltmittelstroms (IS) gemessen, wenn das Schaltmittel (T1) durchgeschaltet ist, ein durch eine Freilaufdiode (D1) fließender Diodenstrom (ID) gemessen, wenn das Schaltmittel (T1) gesperrt ist, und der Schaltmittelstrom (IS) und der Diodenstrom (ID) zur Bestimmung der durch die Induktionsspule (L1) abgegebenen Leistung ausgewertet.

Description

Beschreibung Induktionsheizeinrichtung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen
Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Induktionsheizeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Induktionsheizeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Induktionskochgeräte bzw. Induktionsherde finden eine immer stärkere Verbreitung. Vorteilhaft ist ihr hoher Wirkungsgrad und die schnelle Reaktion auf eine Änderung der Kochstufe. Nachteilig ist der im Vergleich zu Glaskeramikkochfeldern mit Strahlungsheizkörpern hohe Preis.
Induktionskochgeräte umfassen üblicherweise eine oder mehrere, einer jeweiligen Kochstelle zugeordnete Induktionsheizeinrichtungen mit einer Induktionsspule, die mit einer Wechselspannung bzw. einem Wechselstrom beaufschlagt wird, wodurch in einem magnetisch mit der Induktionsspule gekoppelten, zu erhitzenden Kochgeschirr Wirbelströme induziert werden. Die Wirbelströme bewirken eine Erhitzung des Kochgeschirrs.
Zur Ansteuerung der Induktionsspule sind unterschiedliche Schaltungsanordnungen und Ansteuerverfahren bekannt. Allen Schaltungs- bzw. Verfahrensvarianten ist gemeinsam, dass sie aus einer niederfrequenten Netzeingangsspannung eine hochfrequente Ansteuerspannung für die Induktionsspule erzeugen. Derartige Schaltungen werden als Umrichter bezeichnet.
Zur Umrichtung bzw. Frequenzwandlung wird üblicherweise zunächst die Netzeingangs- bzw. Netzwechselspannung mit Hilfe eines Gleichrichters in eine Versorgungsgleichspannung bzw. Zwischenkreisspan- nung gleichgerichtet und anschließend zur Erzeugung der hochfrequenten Ansteuerspannung mit Hilfe von einem oder mehreren Schaltmitteln, im allgemeinen Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT), aufbereitet. Am Ausgang des Gleichrichters, d.h. zwischen der Zwischenkreisspan- nung und einem Bezugspotential, ist üblicherweise ein so genannter Zwischenkreiskondensator zur Pufferung der Zwischenkreisspannung vorgesehen.
Eine in Europa verbreitete Umrichtervariante bildet eine Halbbrückenschaltung aus zwei IGBTs, wobei die Induktionsspule und zwei Kondensatoren, die seriell zwischen die Zwischenkreisspannung und das Bezugspotential eingeschleift sind, einen Serienschwingkreis bilden. Die Induktionsspule ist mit einem Anschluss mit einem Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren und mit ihrem anderen Anschluss mit einem Verbindungspunkt der beiden die Halbbrücke bildenden IGBTs verbunden. Diese Umrichtervariante ist leistungsfähig und zuverlässig, jedoch aufgrund der beiden benötigten IGBTs relativ teuer.
Eine aus Kostengesichtspunkten optimierte Variante verwendet daher nur ein Schaltmittel bzw. einen IGBT, wobei die Induktionsspule und ein Kondensator einen Parallelschwingkreis bilden. Zwischen die Ausgangsanschlüsse des Gleichrichters, parallel zum Zwischenkreiskondensator sind der Parallelschwingkreis aus Induktionsspule und Kondensator und der IGBT seriell eingeschleift. Diese Variante wird auch als Eintransistorumrichter bezeichnet.
Üblicherweise gibt ein Bediener des Induktionskochgerätes eine gewünschte Heizleistung der Kochstelle bzw. der der Kochstelle zugeordneten Induktionsheizeinrichtung vor. Wenn eine Regelung der eingestellten Heizleistung erfolgen soll, ist es notwendig, die tatsächlich von der Induktionsheizeinrichtung bzw. von deren Induktionsspule abgegebene Leistung zu ermitteln und auf den eingestellten Sollwert zu regeln. Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Induktionsheizeinrichtung und eine Induktionsheizeinrichtung zur Verfügung zu stellen, bei denen die durch die Induktionsspule abgegebene Leistung zuverlässig und kostengünstig ermittelbar ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb einer Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 1 und eine Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 5.
Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb einer Induktionsheizeinrichtung mit einer Induktionsspule, einem Kondensator, welcher der Induktionsspule parallel geschaltet ist, wobei die Induktionsspule und der Kondensator einen Parallelschwingkreis bilden, einem ansteuerbaren Schaltmittel, das in Serie mit dem Parallelschwingkreis zwischen eine aus einer Netzwechselspannung erzeugte Zwischenkreis- spannung und ein Bezugspotential eingeschleift ist und derart angesteuert wird, dass während eines Heizbetriebs eine Schwingung des Parallelschwingkreises bewirkt wird, und eine Freilaufdiode, die dem Schaltmittel parallel geschaltet ist. Beim Betrieb der Induktionsheizeinrichtung wird ein durch das Schaltmittel fließender Schaltmittelstrom gemessen, wenn das Schaltmittel durchgeschaltet ist, und ein durch die Freilaufdiode fließender Diodenstrom gemessen, wenn das Schaltmittel gesperrt ist. Zur Bestimmung der durch die Induktionsspule abgegebenen Leistung wird der Schaltmittelstrom und der Diodenstrom ausgewer- tet. Der Diodenstrom und der Schaltmittelstrom stehen mit der von der Induktionsspule abgegebenen Leistung bzw. Wirkleistung in Beziehung. Daher kann durch deren Auswertung einfach und zuverlässig eine Leistungsermittlung erfolgen.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird ein zeitlicher Mittelwert des Schaltmittelstroms ermittelt, ein zeitlicher Mittelwert des Diodenstroms ermittelt und ein Betrag des zeitlichen Mittelwerts des Schaltmittelstroms und ein Betrag des zeitlichen Mittelwerts des Diodenstroms zur Bildung eines Summenmittelwertstroms addiert, wobei die Leistung anhand des Summenmittelwertstroms ermittelt wird. Der derart gebildete Summen- mittelwertstrom entspricht in etwa dem aus dem Netz entnommenen Wirkstrom und kann daher zuverlässig zur Ermittlung der Wirkleistung verwendet werden. Vorteilhaft wird zur Ermittlung der durch die Induktionsspule abgegebenen Leistung der Summenmittelwertstrom mit einem Effektivwert der Netzwechselspannung multipliziert. Auf diese Weise ist die durch die Induktionsspule abgegebene Wirkleistung einfach zu errechnen.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die durch die Induktionsspule abgegebene Leistung auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt, wobei die ermittelte Leistung als Istwert der Regelung dient. Die erfϊndungs- gemäß ermittelte Leistung ermöglicht eine präzise Leistungsregelung der Induktionskocheinrichtung.
Die erfindungsgemäße Induktionsheizeinrichtung umfasst eine Induktionsspule, einen Kondensator, welcher der Induktionsspule parallel geschaltet ist, wobei die Induktionsspule und der Kondensator einen Parallelschwingkreis bilden, ein ansteuerbares Schaltmittel, das in Serie mit dem Parallelschwingkreis zwischen eine aus einer Netzwechselspannung erzeugte Zwischenkreisspannung und ein Bezugspotential eingeschleift ist und derart angesteuert wird, dass während eines Heizbetriebs eine Schwingung des Parallelschwingkreises bewirkt wird, und eine Freilaufdiode, die dem Schaltmittel parallel geschaltet ist. Erfindungsgemäß umfasst die Induktionsheizeinrichtung ein Strommessmittel zum Messen eines durch das Schaltmittel fließenden Schaltmittelstroms, wenn das Schaltmittel durchgeschaltet ist, und eines durch die Freilaufdiode fließenden Diodenstroms, wenn das Schaltmittel gesperrt ist, und eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten des Schaltmittelstroms und des Diodenstroms zur Bestimmung der durch die Induktionsspule abgegebenen Leistung. Als Schaltmittel können grundsätzlich alle geeignet spannungsfesten Schaltmittel verwendet werden, insbesondere sind dies hochspannungsfeste Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBTs).
In einer Weiterbildung der Induktionsheizeinrichtung umfasst das Strommessmittel einen Widerstand, der zwischen das Schaltmittel und das Bezugspotential eingeschleift ist. Bevorzugt weist der Widerstand niederohmige Widerstandswerte auf. Durch Einfügen des Widerstands zwischen das Schaltmittel und das Bezugspotential, beispielsweise zwischen den Emitter eines IGBTs, der als Schaltmittel verwendet wird, und Masse als Bezugspotential, kann durch Messung des Spannungsverlaufs am Widerstand der Strom durch das Schaltmittel bzw. den IGBT und die Freilaufdiode zuverlässig bestimmt werden.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und Zwi- schen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Hierbei zeigt die einzige Figur ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Induktionsheizeinrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Figur zeigt ein Schaltbild einer Induktionsheizeinrichtung mit einem Eintransistorumrichter EU. Die Induktionsheizeinrichtung ist Teil eines nicht gezeigten Koch- oder Wärmegeräts, beispielsweise eines Herds, das mehrere Heizzonen aufweisen kann, wobei jeder Heizzone jeweils eine Induktionsheizeinrichtungen zugeordnet ist. Die Induktionsheizeinrichtung dient zur induktiven Erwärmung eines Kochgeschirrs KG.
Der Eintransistorumrichter EU umfasst einen Brückengleichrichter GL, der aus einer Eingangsnetzwechselspannung UN von 230V und 50Hz eine Zwischenkreisspannung UZ erzeugt. Ein Puffer- oder Zwischen- kreiskondensator C1 ist zur Stabilisierung bzw. Pufferung der Zwischenkreisspannung UZ zwischen Ausgangsanschlüsse N1 und N2 des Gleichrichters GL eingeschleift.
Eine Induktionsspule L1 und ein Kondensator C2 sind parallel geschaltet und bilden einen Parallelschwingkreis. Ein ansteuerbares Schaltmittel in Form eines IGBTs T1 und ein Strommesswiderstand R1 sind in Serie mit dem Parallelschwingkreis zwischen die Ausgangsanschlüsse N1 und N2 des Gleichrichters GL bzw. die Zwischenkreisspannung UZ und ein Bezugspotential in Form von Masse GND eingeschleift. Der IGBT T1 wird von einer Steuereinheit in Form eines MikroControllers MC angesteuert. Eine Freilaufdiode D1 ist der Kollektor-Emitter-Strecke des IGBTs T1 parallel geschaltet.
Eine am Strommesswiderstand R1 anstehende Messspannung UM wird durch ein RC-Filter aus einem Widerstand R2 und einem Kondensator C3 gefiltert und an einen zugehörigen hochohmigen Eingang des Mikro- controllers MC angelegt. Der Eingang des Mikrocontrollers MC ist intern einem A/D-Wandler des Mikrocontrollers MC zugeordnet, der aus dem analogen Spannungswert UM einen digitalen Wert zur Auswertung durch den Mikrocontroller MC erzeugt.
Nach dem Anlegen der Netzwechselspannung UN oder wenn die Induktionsheizeinrichtung nicht in einem Heizbetrieb betrieben wird, lädt sich der Zwischenkreiskondensator C1 auf einen Scheitelwert der Netzwechselspannung UN auf, beispielsweise auf 325V bei 230V Netzwechselspannung. Wenn der IGBT T1 ausgehend von diesem Zustand eingeschaltet wird, nimmt eine Spannung am Kollektor des IGBTs bzw. an einem Verbindungsknoten des Parallelschwingkreises und des IGBTs T1 in etwa Massepotential GND an, da der Strommesswiderstand R1 sehr niederohmig dimensioniert ist.
Dies bewirkt, dass der Kondensator C2 auf den Wert der Zwischenkreis- spannung UZ aufgeladen wird. Da die Induktionsspule L1 ebenfalls mit der Zwischenkreisspannung UZ beaufschlagt wird, ergibt sich ein linearer Stromanstieg durch die Induktionsspule L1, wodurch magnetische Energie in der Spule L1 gespeichert wird.
Wenn der IGBT T1 abgeschaltet wird, bildet sich im Schwingkreis eine Schwingung aus, deren Amplitude am Kollektor des IGBTs T1 erheblich über den Wert der Zwischenkreisspannung UZ ansteigen kann. Diese Schwingung induziert beispielsweise in einem Boden des über der In- duktionsspule L1 stehenden Kochgefäßes KG einen Wirbelstrom, der zu dessen Erwärmung führt. Dem Schwingkreis wird dadurch Energie entzogen, wodurch die Schwingung gedämpft wird.
Zur Messung bzw. Ermittlung der durch die Induktionsspule L1 abgegebenen Leistung wird in einem ersten Schritt die Spannung UM bzw. der Spannungsverlauf am Strommesswiderstand R1 gemessen, wenn der IGBT T1 durchgeschaltet ist. Da die Freilaufdiode für diesen Fall sperrt, entspricht der Strom IS durch den IGBT T1 dem Strom durch den Widerstand R1. Bei bekannten Widerstandswert des Widerstands R1 kann daraus ein Schaltmittelstrom bzw. der Strom IS durch den IGBT T1 berechnet werden. Aus dem ermittelten Schaltmittelstrom IS bzw. dem Schaltmittelstromverlauf wird ein zeitlicher Mittelwert gebildet.
Wenn der IGBT T1 abgeschaltet wird, bildet sich eine Schwingung des Parallelschwingkreises aus, wodurch in bestimmten Phasenlagen der Schwingung ein Diodenstrom ID, d.h. ein Stromfluss durch die Freilaufdiode D1 , und mit gleicher Stromstärke durch den Strommesswiderstand R1 bewirkt wird. Durch Messen der Spannung UM am Strommesswiderstand R1 kann der Strom ID errechnet werden. Aus dem ermittelten Diodenstrom ID bzw. dem Diodenstromverlauf wird ein zeitlicher Mittelwert gebildet.
Zur Berechnung der durch die Induktionsspule L1 abgegebenen Wirkleistung wird zunächst der Betrag des zeitlichen Mittelwerts des Schaltmittelstroms IS und der Betrag des zeitlichen Mittelwerts des Diodenstroms ID gebildet. Dies berücksichtigt, dass die Polarität der Spannung UM bei eingeschaltetem IGBT im vergleich zu gesperrtem bzw. ausgeschaltetem IGBT invertiert ist. Zur Wirkleistungsberechnung sind jedoch nur die Beträge der Spannung bzw. des Stroms maßgeblich. Anschließend werden die Beträge der jeweiligen Mittelwerte zur Bildung eines Summenmittelwertstroms addiert. Dieser Summenmittelwertstrom entspricht in etwa dem aus dem Netz UN entnommenen Wirkstrom. Durch Multiplizieren des Summenmittelwertstroms mit einem Effektivwert der Netzwechselspannung kann schließlich die durch die Induktionsspule L1 abgegebene Wirkleistung berechnet werden.
Die genannten Berechnungsschritte werden im Mikrocontroller MC durchgeführt. Der Mikrocontroller MC steuert nun innerhalb einer geschlossenen Regelschleife den IGBT T1 derart an, dass ein durch eine nicht gezeigte Einstelleinrichtung vorgebbarer Leistungssollwert eingeregelt wird, wobei die wie oben beschrieben ermittelte Leistung als Istwert der Regelung dient.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Induktionsheizeinrichtung mit einer Induktionsspule (L1 ), einem Kondensator (C2), welcher der Induktionsspule (L1) parallel geschaltet ist, wobei die Induktionsspule (L1 ) und der Kondensator (C2) einen Parallelschwingkreis bilden, einem ansteuerbaren Schaltmittel (T1), das in Serie mit dem Parallelschwingkreis zwischen eine aus einer Netzwechselspannung (UN) erzeugte Zwischenkreisspannung (UZ) und ein Bezugspotential (GND) eingeschleift ist und derart angesteuert wird, dass während eines Heizbetriebs eine Schwingung des Parallelschwingkreises bewirkt wird, und einer Freilaufdiode (D1 ), die dem Schaltmittel (T1) parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Induktionsspule (L1) abgegebene Leistung durch folgende Schritte ermittelt wird
Messen eines durch das Schaltmittel (T1) fließenden Schaltmittelstroms (IS), wenn das Schaltmittel (T1) durchgeschaltet ist,
Messen eines durch die Freilaufdiode (D1 ) fließenden Diodenstroms (ID), wenn das Schaltmittel (T1) gesperrt ist, und
Auswerten des Schaltmittelstroms (IS) und des Diodenstroms (ID) zur Bestimmung der durch die Induktionsspule (L1 ) abgegebenen Leistung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Mittelwert des Schaltmittelstroms (IS) ermittelt wird, ein zeitlicher Mittelwert des Diodenstroms (ID) ermittelt wird und ein Betrag des zeitlichen Mittelwerts des Schaltmittelstroms (IS) und ein Betrag des zeitlichen Mittelwerts des Diodenstroms (ID) zur Bildung eines Summenmittelwertstroms addiert werden, wobei die Leistung anhand des Summenmit- telwertstrom ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der durch die Induktionsspule (L1 ) abgegebenen Leistung der Summenmittelwertstrom mit einem Effektivwert der Netzwechselspannung (UN) multipliziert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Induktionsspule (L1) abgegebene Leistung auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird, wobei die ermittelte Leistung als Istwert der Regelung dient.
5. Induktionsheizeinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Induktionsspule (L1), einem Kondensator (C2), welcher der Induktionsspule (L1) parallel geschaltet ist, wobei die Induktionsspule (L1 ) und der Kondensator (C2) einen Parallelschwingkreis bilden, einem ansteuerbaren Schaltmittel (T1 ), das in Serie mit dem Parallelschwingkreis zwischen eine aus einer Netzwechselspannung (UN) erzeugte Zwischenkreisspannung (UZ) und ein Bezugspotential (GND) eingeschleift ist und derart angesteuert wird, dass während eines Heizbetriebs eine Schwingung des Parallelschwingkreises bewirkt wird, und einer Freilaufdiode (D1), die dem Schaltmittel (T1) parallel geschaltet ist, gekennzeichnet durch ein Strommessmittel (R1 ) zum Messen eines durch das Schaltmittel (T1 ) fließenden Schaltmittelstroms (IS)1 wenn das Schaltmittel (T1) durchgeschaltet ist, und eines durch die Freilaufdiode (D1) fließenden Diodenstroms (ID), wenn das Schaltmittel (T1) gesperrt ist, und eine mit dem Strommessmittel (R1) gekoppelte Auswerteeinrichtung (MC) zum Auswerten des Schaltmittelstroms (IS) und des Diodenstroms (ID) zur Bestimmung der durch die Induktionsspule (L1) abgegebenen Leistung.
6. Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Strommessmittel einen Widerstand (R1) um- fasst, der zwischen das Schaltmittel (T1 ) und das Bezugspotential (GND) eingeschleift ist.
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