WO2024046629A1 - Gargerätevorrichtung - Google Patents

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WO2024046629A1
WO2024046629A1 PCT/EP2023/068687 EP2023068687W WO2024046629A1 WO 2024046629 A1 WO2024046629 A1 WO 2024046629A1 EP 2023068687 W EP2023068687 W EP 2023068687W WO 2024046629 A1 WO2024046629 A1 WO 2024046629A1
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WO
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duty cycle
cooking appliance
interval
switch
control unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/068687
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eduardo Imaz Martinez
Manuel Fernandez Martinez
Cristina Blan Sanmartin
Victor Camañes Vera
Jose Manuel Palacios Gasos
Lucia Herrero Lorente
Diego Puyal Puente
Javier SERRANO TRULLEN
Rosario Romeo Velilla
Alberto Dominguez Vicente
Jorge VILLA LOPEZ
Jorge ESPAÑOL LEZA
Antonio Muñoz Fumanal
Original Assignee
BSH Hausgeräte GmbH
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Filing date
Publication date
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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
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a cooking appliance device according to the preamble of claim 1 and a method for operating a cooking appliance device according to the preamble of claim 12.
  • Cooking appliances in particular hobs, with cooking appliance devices are already known from the prior art, which have inductors which are operated to heat various cooking utensils, with complex control schemes for controlling inductors for heating cooking utensils being used to avoid intermodulation noises as a result of increased customer requirements For example, noise levels and cooking temperatures are taken into account, which makes it difficult to comply with flicker and EMC (electromagnetic compatibility) standards, which in turn increases the complexity of the control scheme.
  • EP 3001773 B1 discloses an induction hob device with two inverters, each of which operates an inductor, and with a control unit that operates two inverters together in a time window of a continuous operating state and divides the time window into two time intervals, the control unit achieving a total heating output the at least two inverters continuously change in a transition time interval of the two time intervals.
  • the object of the invention is, in particular, to provide a generic cooking appliance device with improved properties in terms of control.
  • the object is achieved according to the invention by the features of claims 1 and 12, while advantageous refinements and developments of the invention can be found in the subclaims.
  • the invention is based on a cooking appliance device, in particular an induction hob device, with at least one control unit, which is intended to repeatedly control at least one induction target and to supply it with energy in at least one periodic continuous heating operating state, to which at least one operating period is assigned, and to supply the induction target in at least one Switch-on interval of the operating period to operate with a heating output.
  • control unit is intended to operate the induction target in the switch-on interval of the operating period with a substantially constant heating current frequency and to vary a duty cycle.
  • the design according to the invention makes it possible to provide a generic cooking appliance device with improved properties in terms of control.
  • compliance with EMC standards can be achieved while at the same time achieving target heating outputs precisely.
  • the occurrence of flicker can advantageously be reduced, in particular minimized.
  • a cooking appliance device with particularly advantageous properties with regard to low-noise operation can be provided.
  • the design according to the invention can advantageously enable a reduction in, in particular a waiver of, EMC filters, whereby a cost-effective cooking appliance device can be provided.
  • an energy-saving cooking appliance device can also be provided in this way.
  • a low-noise and EMC standard-compliant operation of the cooking appliance device can advantageously be achieved, especially when several induction targets are operated at the same time.
  • the cooking appliance device can be operated independently of a number of induction targets while reliably adhering to EMC standards.
  • a “cooking appliance device”, advantageously under an “induction hob device” should include at least a part, in particular a subassembly, of a cooking appliance, in particular an oven, for example an induction oven, and advantageously of a hob, preferably an induction hob.
  • a cooking appliance having the cooking appliance device can be designed, for example, as an oven and/or as a microwave and/or as a grill and/or as a steamer.
  • a cooking appliance having the cooking appliance device is advantageously designed as a hob and preferably an induction hob.
  • control unit is to be understood as meaning an electronic unit which is preferably at least partially integrated in the cooking appliance device, in particular the induction hob device, and which is intended to control and/or regulate at least one inverter unit of the cooking appliance device.
  • the control unit comprises a computing unit and in particular, in addition to the computing unit, a storage unit with a control and/or regulation program stored therein, which is intended to be executed by the computing unit.
  • the cooking appliance device has at least one inverter unit for controlling and supplying energy to the at least one induction target, which can be designed in particular as a resonance inverter and preferably as a dual half-bridge inverter.
  • the inverter unit preferably comprises at least two switching elements, in particular inverter switching elements, which can be controlled individually by the control unit.
  • a “switching element” is to be understood as an element that is intended to establish and/or separate an electrically conductive connection between two points, in particular contacts of the switching element.
  • the switching element preferably has at least one control contact via which it can be switched.
  • the switching element is preferably designed as a semiconductor switching element, in particular as a transistor, for example as a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) or organic field effect transistor (OFET), advantageously as a bipolar transistor with a preferably insulated gate electrode (IGBT).
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor field effect transistor
  • OFET organic field effect transistor
  • IGBT preferably insulated gate electrode
  • the switching element is designed as a mechanical and/or electromechanical switching element, in particular as a relay.
  • the cooking appliance device preferably comprises at least one resonance capacitor unit, which has at least one, preferably two, resonance capacitors.
  • the control unit is intended to act as the unit having the induction target in the continuous heating operating state to operate an oscillating circuit.
  • a resonant circuit having the induction target is formed from at least one inverter switching element, in particular exactly one inverter switching element, the inverter unit, at least one inductor, a cooking utensil and at least one resonance capacitor, in particular exactly one resonance capacitor.
  • an “induction target” is to be understood as meaning an inductor or a plurality of inductors, which is/are in particular part of the cooking appliance device, with a cooking utensil set up above the inductor and/or the plurality of inductors, the inductor or the plurality of inductors in at least one continuous heating operating state, in particular together, are intended to inductively heat the cooking utensils placed above the inductor or the plurality of inductors.
  • the inductors of the induction target can each provide the same heating output compared to one another in at least the continuous heating operating state.
  • the control unit preferably controls the inductors of an induction target with the same heating current frequency.
  • the inductor, in particular exactly a single inductor, of the induction target can deliver a different heating output over time during at least the continuous heating operating state.
  • the control unit is intended in particular to define at least one induction target.
  • the control unit can define several induction targets.
  • the cooking appliance device has in particular at least one inductor, in particular a plurality of inductors.
  • An “inductor” is to be understood here in particular as an element which, in at least one continuous heating operating state, supplies energy to at least one cooking utensil for the purpose of heating the cooking utensil, in particular in the form of an alternating magnetic field which is intended to be in a metallic, preferably at least partially ferromagnetic Heating means, in particular a cooking utensil, cause eddy currents and / or remagnetization effects, which are converted into heat.
  • the inductor in particular has at least one induction coil and is intended in particular to supply energy to the cooking utensil in the form of an alternating magnetic field with a heating current frequency that is variable, in particular for a short period of time.
  • the inductor is arranged in particular below and advantageously in a close area of at least one set-up plate of a cooking appliance, in particular a hob, which has the cooking appliance device.
  • the plurality of inductors can be arranged in a matrix-like manner, whereby the Inductors arranged like a matrix can form a variable cooking surface.
  • the inductors can be combined with one another to form induction targets of any size, in particular with different contours.
  • inductors can also be arranged in the form of a classic cooking mirror, in particular with two, three, four or five heating zones, in particular highlighted compared to the remaining surface of the stand-up plate designed as a matrix hob.
  • a “set-up plate” should be understood to mean at least one, in particular plate-like, unit which is intended for setting up at least one cooking utensil and/or for placing at least one item to be cooked.
  • the support plate could, for example, be made at least largely of glass and/or of glass ceramic and/or of Neolith and/or of Dekton and/or of wood and/or of marble and/or of stone, in particular of natural stone, and/or of laminate and/or made of plastic and/or ceramic.
  • a “heating current frequency” is intended to mean, in particular, a frequency of an electrical alternating current in a range from 20 kHz to 100 kHz, preferably 30 kHz to 75 kHz, which is provided by the inverter unit in the continuous heating operating state and applied to an inductor to generate an alternating magnetic field is.
  • the heating current frequency is different from the network frequency of an alternating network voltage of the energy source, in particular a power supply network.
  • the control unit is preferably intended to select and/or set the heating current frequency in a range from 20 kHz to 100 kHz, preferably 30 kHz to 75 kHz, and to keep it essentially constant.
  • a “substantially constant” operating parameter is to be understood as meaning that the operating parameter, for example the heating frequency and/or a real conductance and/or a complex conductance and/or an impedance and/or another operating parameter of the cooking device and/or one the cooking appliance having a cooking appliance, except for deviations of a maximum of 10%, preferably a maximum of 8%, particularly preferably a maximum of 5%, has a constant value over at least 70%, preferably at least 80%, particularly preferably at least 90% of a corresponding period of time.
  • Operating parameters can be kept constant by the control unit, either directly or indirectly, that is, by controlling at least one further operating parameter.
  • the phrase “supplying an object with energy” is intended to mean, in particular, a provision of electrical energy in the form of an electrical voltage, an electrical current and/or an electrical and/or electromagnetic field from at least one energy source for the object.
  • An “energy source” is to be understood in particular as a unit which provides electrical energy in the form of an electrical voltage, an electrical current and/or an electrical and/or electromagnetic field to at least one further unit and/or at least one electrical circuit.
  • the energy source can in particular be an electrical current phase of a power supply network.
  • an inverter unit is arranged between the energy source and at least one induction target, preferably all induction targets.
  • a “continuous heating operating state” is to be understood as an operating state of the cooking appliance device in which the control unit operates the at least one induction target with a heating output without interruption.
  • the continuous heating operating state lasts at least 10 ms, preferably at least 1 s, advantageously at least 60 s, preferably at least 90 s and particularly preferably at least 120 s.
  • a “repetitive control” of a unit or “repetitive control” of a unit is to be understood here in particular as a periodically repeating control of a unit in the at least one continuous heating operating state, in particular with an electrical signal.
  • the induction target is repeatedly controlled with the operating period in the continuous heating operating state.
  • the control unit preferably repeats the control from a single operating period of at least one induction target within a single continuous heating operating state, in particular until this continuous heating operating state is ended by an operator input.
  • the operating period in particular the control of the induction targets of an operating period, repeats over the entire duration of the continuous heating operating state.
  • the duration of an operating period preferably corresponds to half a period of the AC mains voltage, which lasts, for example, 10 ms at a mains frequency of 50 Hz.
  • a “duty cycle” is intended to be understood as a control parameter of the inverter unit, which defines a relationship between a pulse duration, in which a Inverter switching element of the inverter unit is closed, and at least one induction target is subjected to an electrical alternating current pulse, and indicates a period of the operating period.
  • the duty cycle can have values between 0% and 100% or alternatively can be specified as a dimensionless parameter with values between 0.0 and 1.0.
  • the control unit is intended to vary the duty cycle within the switch-on interval in order in particular to reduce, preferably minimize, disturbing influences that can be caused in the continuous heating operating state of the cooking device, for example by individual peaks of the heating current frequency.
  • Disturbances can be influences that are perceived by a user and are perceived as undesirable and/or influences that are not permitted by legal regulations.
  • interference could be designed as flicker.
  • interference could be unwanted acoustic influences, in particular in a frequency range between 20 Hz and 20 kHz that is perceptible to an average human ear.
  • Disturbances could be caused in particular by intermodulations and manifest themselves in acoustically perceptible intermodulation noises.
  • Intermodulations should be understood as meaning sum and/or difference products of individual alternating current frequencies or their nth harmonics, where n is an integer greater than zero. Disturbances can also be caused, alternatively or additionally, by the occurrence of a ripple current, i.e. an alternating current of any frequency and curve shape, which is superimposed on a direct current and manifests itself in an undesirable humming sound. In this context, disruptive influences do not include technical malfunctions and/or defects.
  • control unit is provided to keep at least one real conductance of at least one resonant circuit having the induction target at least substantially constant within the switch-on interval by varying the duty cycle in the continuous heating operating state.
  • a “real conductance” should be understood as a reciprocal of a real part of an impedance.
  • control unit is provided to keep at least one complex conductance of at least one resonant circuit having the induction target at least substantially constant within the switch-on interval by varying the duty cycle in the continuous heating operating state.
  • This can advantageously further improve electromagnetic compatibility.
  • a “complex conductance” should be understood as a reciprocal of an imaginary part of the impedance.
  • control unit is intended to keep at least one impedance of at least one resonant circuit having the induction target at least substantially constant within the switch-on interval by varying the duty cycle in the continuous heating operating state.
  • control unit is provided to vary the duty cycle during at least a first switch-on interval within a first duty cycle range, with duty cycles less than or equal to a maximum power duty cycle.
  • control unit is provided to vary the duty cycle during at least a second switch-on interval within a second duty cycle range, with duty cycles greater than or equal to the maximum power duty cycle.
  • switching losses of inverter switching elements of the inverter unit can be reduced if these are arranged in a dual half-bridge configuration and the control unit controls the duty cycle during the at least one first switch-on interval within the first duty cycle range, with duty cycles less than or equal to the maximum power duty cycle and during the at least one second switch-on interval within the second duty cycle range, with duty cycles greater than or equal to the maximum power duty cycle, varies.
  • the maximum power duty cycle corresponds to a duty cycle of 50% or 0.5.
  • the inverter unit provides maximum power at a specific heating current frequency.
  • control unit is intended to continuously change the duty cycle in the switch-on interval in the continuous heating operating state.
  • continuously changing is to be understood as meaning that the duty cycle in the switch-on interval is changed, in particular adjusted, at constant intervals at least ten times, preferably at least twenty times, preferably at least twenty-five times, particularly preferably at least fifty times.
  • control unit is intended to repeatedly control at least one further induction target in the continuous heating operating state and to supply it with energy and to operate the further induction target with a heating output in at least one further switch-on interval of the operating period.
  • control unit is intended to repeatedly control at least one further induction target in the continuous heating operating state and to supply it with energy and to operate the further induction target with a heating output in at least one further switch-on interval of the operating period.
  • control unit is provided, in the continuous heating operating state, to operate a further heating current frequency for the second induction target in the further switch-on interval of the operating period with a substantially constant further heating current frequency and to vary a further duty cycle.
  • control unit is intended to at least minimize intermodulation noise between the induction target and the further induction target in the continuous heating operating state. This can advantageously enable simultaneous operation of at least two induction targets while complying with EMC standards.
  • the invention also relates to a cooking appliance, in particular a hob, with at least one cooking appliance device according to one of the previously described embodiments.
  • a cooking appliance is characterized in particular by the previously described advantageous properties of the cooking appliance device.
  • the invention is further based on a method for operating a cooking appliance device, in particular an induction hob device, in particular according to one of the previously described embodiments, wherein in at least one periodic continuous heating operating state, to which at least one operating period is assigned, at least one induction target is repeatedly controlled and supplied with energy and the induction target is operated with a heating output in at least one switch-on interval of the operating period.
  • the heating current frequency is kept essentially constant in the switch-on interval of the operating period and a duty cycle is varied.
  • Such a configuration can provide an improved method for operating the cooking appliance device with regard to control.
  • the cooking appliance device can advantageously be operated with particularly low noise and while minimizing disruptive influences.
  • the cooking appliance device should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the cooking appliance device can have a number of individual elements, components and units that deviate from the number mentioned herein.
  • FIG. 1 shows a cooking appliance with a cooking appliance device in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a schematic electrical circuit diagram of the cooking appliance device with a control unit, several inverter units, resonance capacitor units and induction targets,
  • FIG. 3 shows a schematic electrical circuit diagram of an inverter unit of the cooking appliance device, a resonance capacitor unit and an induction target,
  • 4a is a schematic diagram showing a course of a real conductance of a resonant circuit having the induction target without variation of a duty cycle by the control unit and with reduction of power at the beginning and at the end of an operating period
  • Fig. 4b is a schematic diagram showing a time course of a theoretical power provided by the inverter unit when operating a purely ohmic load and a real power provided by the inverter unit when operating the induction target without varying the duty cycle by the control unit and when reducing the power at the beginning and at the end of the operating period,
  • 4c is a schematic diagram showing a time course of a variation of the duty cycle by the control unit in a first switch-on interval of the operating period
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of a time course of the real conductance of the at least one resonant circuit having the induction target within the first switch-on interval when the duty cycle is varied by the control unit
  • Fig. 6a is a schematic diagram showing a course of the real conductance of a resonant circuit having the induction target without Variation of a duty cycle by the control unit and when reducing power at the maximum amount of a rectified AC mains voltage within the operating period,
  • Fig. 6b is a schematic diagram to show a time course of a theoretical power provided by the inverter unit when operating a purely ohmic load and a real power provided by the inverter unit when operating the induction target without varying the duty cycle by the control unit and when reducing at the maximum amount rectified AC mains voltage within the operating period,
  • 6c is a schematic diagram showing a time course of a variation of the duty cycle by the control unit in a second switch-on interval of the operating period
  • FIG. 8 shows a schematic diagram of a time course of a complex conductance of the at least one resonant circuit having the induction target within the first switch-on interval when the duty cycle is varied by the control unit and
  • Fig. 9 is a schematic process flow diagram of a method for operating the cooking device.
  • FIG. 1 shows a cooking appliance 50 in a schematic representation.
  • the cooking appliance 50 is designed as a hob 52, specifically as an induction hob.
  • the cooking appliance 50 has a mounting plate 80, which in the present case is designed as a hob plate of the hob 52.
  • the cooking appliance 50 has a cooking appliance device 10. This is the case
  • Cooking appliance device 10 designed as an induction hob device.
  • the cooking appliance device 10 has a control unit 12.
  • three cooking utensils 66, 68, 70 are shown as examples, which are set up on the support plate 80.
  • FIG. 2 shows a schematic electrical circuit diagram of the cooking appliance device 10.
  • the cooking appliance device 10 has four inductors 58, 60, 62, 64. Alternatively, however, the cooking appliance device 10 could have any other number of inductors 58, 60, 62, 64, which is greater than or equal to one.
  • the inductors 58, 60, 62, 64 are arranged below the mounting plate 80 of the cooking appliance 50 (see FIG. 1) when the cooking appliance device 10 is in an assembled state.
  • a first inductor 58 forms an induction target 18 with a first cooking utensil 66.
  • the control unit 12 is intended to repeatedly control and supply at least the induction target 18 with energy in at least one periodic continuous heating operating state, to which at least one operating period 16 (see FIG. 4a) is assigned, and to control the induction target 18 in at least one switch-on interval 26, 44 ( see Figures 4c and 6c) of the operating period 16 to operate with a heating output.
  • the operating period 16 corresponds to half a period of an AC mains voltage of a power supply network (not shown), by means of which the cooking appliance device 10 is supplied with energy in the continuous heating operating state.
  • the period of the AC mains voltage corresponds to a reciprocal of the mains frequency and lasts, for example, 20 ms at a mains frequency of 50 Hz, so that the operating period 16 has a duration of 10 ms, for example.
  • the control unit 12 is intended to operate the induction target 18 in at least one switch-on interval 26, 44 of the operating period 16 with a substantially constant heating current frequency (not shown) and to vary a duty cycle 30 (see Figure 4c).
  • a second inductor 60 forms a first further induction target 20 with a second cooking utensil 68
  • a third inductor 62 forms a second further induction target 22
  • Fourth inductor 64 forms a third additional induction target 24 with a fourth cooking utensil 72.
  • the control unit 12 is intended to repeatedly control and supply with energy at least one of the further induction targets 20, 22, 24 in the continuous heating operating state and to operate the further induction target 20 with a heating output in at least one further switch-on interval (not shown) of the operating period 16.
  • the control unit 12 is intended to repeatedly control and supply the first further induction target 20, the second further induction target 22 and the third further induction target 24 with energy in the continuous heating operating state and in each case in at least one further switch-on interval (not shown) of the operating period 16 to operate with a heating output.
  • the cooking appliance device 10 has at least one inverter unit 74, with a first inverter switching element 76 and a second inverter switching element 78.
  • the cooking appliance device 10 has a total of four inverter units 74, each with a first inverter switching element 76 and a second inverter switching element 78.
  • each of the inductors 58, 60, 62, 54 is assigned an inverter unit 74.
  • the cooking appliance device 10 has at least one resonance capacitor unit 82, with a first resonance capacitor 84 and a second resonance capacitor 86.
  • the cooking appliance device 10 has a total of four resonance capacitor units 82, each with a first resonance capacitor 84 and a second resonance capacitor 86.
  • each of the inverter units 74 is assigned a resonance capacitor unit 82.
  • the control unit 12 is intended, in the continuous heating operating state, to operate the first further induction target 20 in the further switch-on interval of the operating period 16 with a substantially constant further heating current frequency (not shown) and to vary a further duty cycle (not shown).
  • the control unit 12 is intended to detect intermodulation noises between the induction target 18 and at least one of the further induction targets 20, 22, in the continuous heating operating state. 24 at least to minimize.
  • the minimization of the intermodulation noise between the induction target 18 and at least one of the further induction targets 20, 22, 24 is achieved by varying the duty cycle 30 and the at least one further duty cycle, the control unit 12 being intended to control the variations of the duty cycle 30 and the at least one further duty cycle so that intermodulation noises between the induction target 18 and at least one of the further induction targets 20, 22, 24 are at least minimized, preferably completely prevented.
  • Figure 3 shows a schematic electrical circuit diagram of the inverter unit 74 of the cooking appliance device 10 with the resonance capacitor unit 82 and the induction target 18.
  • the control unit 12 is intended to keep at least one real conductance 32 (cf. Figures 4a and 5) of at least one resonant circuit 34 having the induction target 18 at least substantially constant in the continuous heating operating state within a first switch-on interval 26 by varying the duty cycle 30.
  • the inverter unit 74 forms the at least one resonant circuit 34 with the induction target 18 and the resonance capacitor unit 82.
  • the control unit 12 controls the first inverter switching element 76 of the inverter unit 74 to operate the induction target 18 with the essentially constant heating frequency, so that a voltage Vo drops across the inverter switching element, which is half of a Bus capacitor voltage V bus corresponds to which a bus capacitor (not shown), which is arranged electrically in parallel to the inverter unit 74, is charged at the beginning of the operating period 16.
  • An amount of the bus capacitor voltage V bus at the beginning of the operating period in turn corresponds to a peak value of a rectified AC mains voltage (not shown).
  • the first inverter switching element 76 of the inverter unit 74 forms the resonant circuit 34 with the induction target 18 and the first resonance capacitor 84.
  • a voltage V RL drops across the induction target 18 within the operating period 16 and an alternating current l flows within the resonant circuit 34.
  • the second inverter switching element 76 of the inverter unit 74 forms a further resonant circuit (not shown) with the induction target 18 and the second resonance capacitor 86 of the resonance capacitor unit 82.
  • FIG. 4a shows a schematic diagram to show a course of the real conductance 32 of the resonant circuit 34 having the induction target 18 in the event that the duty cycle 30 does not vary in the first switch-on interval 26 and a power provided via the inverter unit 74 at the beginning and at the end of the Operating period 16, when an amount of the rectified AC mains voltage is minimal, is reduced.
  • a time in seconds is plotted on an abscissa 54 of the diagram.
  • a conductance in milliohm -1 is plotted on an ordinate 56 of the diagram.
  • the conductance 32 has a curve-shaped time course with maximum values of approximately 100 milliohm -1 and a minimum value of approximately 50 milliohm -1 within the first switch-on interval 26, the duration of which in the present case corresponds to the duration of the operating period 16, if the duty cycle 30 is not varied in the first switch-on interval 26.
  • FIG. 4b shows a time course of a theoretical power 28 provided by the inverter unit 74 when operating a purely ohmic load and a real power 38 provided by the inverter unit 74 when operating the induction target 18 in the event that the duty cycle 30 does not vary in the first switch-on interval 26 and a power provided via the inverter unit 74 at the beginning and at the end of the operating period 16, when an amount of the rectified AC mains voltage is minimal, is reduced.
  • a time in seconds is plotted on an abscissa 88.
  • a power in watts is plotted on an ordinate 90.
  • the theoretical power 28 is lower than the real power 38, since inductive and capacitive reactive power losses occur in the resonant circuit 34 shown in Figure 3.
  • the aim of the present invention is to achieve an almost purely ohmic behavior by varying the duty cycle 30 and thereby to minimize these reactive power losses within the first switch-on interval 26.
  • Figure 4c shows a time course of a variation of the duty cycle 30 through the
  • Control unit 12 in the first switch-on interval 26 On an abscissa 92 of the
  • a time in seconds is plotted in the diagram.
  • a duty cycle of 30 is plotted as a dimensionless parameter.
  • the control unit 12 is intended to vary the duty cycle 30 during at least a first switch-on interval 26 within a first duty cycle range 40, with duty cycles 30 less than or equal to a maximum power duty cycle 42. In the present case, the control unit 12 is intended to continuously change the duty cycle 30 in the first switch-on interval 26 in the continuous heating operating state.
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of a time course of the real conductance 32 of the at least one resonant circuit 34 having the induction target 18 (cf.
  • FIG. 6a shows a schematic diagram to show a course of the real conductance 32 of the resonant circuit 34 having the induction target 18 in the event that the duty cycle 30 does not vary in a second switch-on interval 44 and a power provided via the inverter unit 74 at the maximum amount of the rectified AC mains voltage is reduced within the operating period 16.
  • a time in seconds is plotted on an abscissa 100 of the diagram.
  • a conductance in milliohm -1 is plotted on an ordinate 102 of the diagram.
  • the conductance 32 has a curve-shaped time course within the second switch-on interval 44 with maximum values of approximately 120 milliohms -1 and a minimum value of approximately 70 milliohms -1 if the duty cycle 30 does not vary in the second switch-on interval 44 becomes.
  • FIG. 6b shows a time course of the theoretical power 28 provided by the inverter unit 74 when operating a purely ohmic load and a real power 38 provided by the inverter unit 74 when operating the induction target 18 in the event that the duty cycle 30 does not vary in the second switch-on interval 44 and the power provided via the inverter unit 74 is reduced at the maximum amount of the rectified AC mains voltage within the operating period 16.
  • a time in seconds is plotted on an abscissa 104.
  • a power in watts is plotted on an ordinate 106.
  • the theoretical power 28 is much lower than the real power 38, since inductive and capacitive reactive power losses again occur in the resonant circuit 34 shown in Figure 3.
  • 6c shows a time course of a variation of the duty cycle 30 by the control unit 12 in the second switch-on interval 44.
  • a time in seconds is plotted on an abscissa 108 of the diagram.
  • a duty cycle is plotted as a dimensionless parameter on an ordinate 110 of the diagram.
  • the control unit 12 is intended to vary the duty cycle 30 during the at least one second switch-on interval 44 within a second duty cycle range 46, with duty cycles greater than or equal to the maximum power duty cycle 42. In the present case, the control unit 12 is intended to continuously change the duty cycle 30 in the second switch-on interval 44 in the continuous heating operating state.
  • FIG. 7 shows a schematic diagram of a time course of the real conductance 32 of the at least one resonant circuit 34 having the induction target 18 (cf.
  • the control unit 12 is intended to keep at least a complex conductance 36 of the at least one resonant circuit 34 having the induction target 18 (see FIG. 3) within the first switch-on interval 26 (see FIG. 4c) within the first switch-on interval 26 (see FIG. 4c) by varying the duty cycle 30 in the continuous heating operating state to keep.
  • 8 shows a schematic diagram of a time course of the complex conductance 36 of the at least one resonant circuit 34 having the induction target 18 within the first switch-on interval 26 when the duty cycle 30 (see FIG. 4c) is varied by the control unit 12.
  • On an abscissa 116 of the diagram a time plotted in milliseconds.
  • a conductance in milliohm -1 is plotted on an ordinate 118 of the diagram. As can be seen from the diagram, it is possible to keep the complex conductance 36 of the at least one resonant circuit 34 having the induction target 18 at least essentially constant within the first switch-on interval 26 by the variation of the duty cycle 30 shown in FIG. 4c.
  • the control unit 12 is also intended to keep at least one impedance (not shown) of the at least one resonant circuit 34 having the induction target 18 at least substantially constant within the first switch-on interval 26 by varying the duty cycle 30 in the continuous heating operating state. Since the real conductance 32 (see Figure 5) represents the reciprocal of the real part of the impedance of the at least one resonant circuit 34 having the induction target 18 and the complex conductance 36 represents the reciprocal of the imaginary part of the impedance of the at least one resonant circuit 34 having the induction target 18 and both the real conductance 32 as well as the complex conductance 36 are kept at least essentially constant by varying the duty cycle 30 within the first switch-on interval 26, the impedance of the at least one resonant circuit 34 having the induction target 18 also remains within the first switch-on interval 26 due to the variation of the duty cycle 30 at least essentially constant.
  • the method includes at least two method steps 120, 122.
  • a first method step 120 of the method in the at least one periodic continuous heating operating state, to which the at least one operating period 16 is assigned, at least one induction target 18 is repeatedly controlled and supplied with energy and the induction target 18 is operated with a heating power in at least one switch-on interval 26, 44 of the operating period 16, the heating current frequency being kept essentially constant .
  • the duty cycle 30 is varied in the continuous heating operating state in at least one of the switch-on intervals 26, 44 of the operating period 16.
  • Inverter unit first inverter switching element second inverter switching element
  • Resonance capacitor unit first resonance capacitor, second resonance capacitor

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Gargerätevorrichtung (10), insbesondere Induktionskochfeldvorrichtung, mit zumindest einer Steuereinheit (12), welche dazu vorgesehen ist, in zumindest einem periodischen Dauerheizbetriebszustand, welchem zumindest eine Betriebsperiode (16) zugeordnet ist, zumindest ein Induktionsziel (18) repetitiv anzusteuern und mit Energie zu versorgen und das Induktionsziel (18) in zumindest einem Einschaltintervall (26, 44) der Betriebsperiode (16) mit einer Heizleistung zu betreiben. Um eine Gargerätevorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Ansteuerung bereitzustellen wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, das Induktionsziel (18) in dem Einschaltintervall (26, 44) der Betriebsperiode (16) mit einer im Wesentlichen konstanten Heizstromfrequenz zu betreiben und einen Tastgrad (30) zu variieren.

Description

Gargerätevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Gargerätevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Gargerätevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Gargeräte, insbesondere Kochfelder, mit Gargerätevorrichtungen bekannt, welche Induktoren aufweisen, welche zur Beheizung von verschiedenen Gargeschirren betrieben werden, wobei zur Vermeidung von Intermodulationsgeräuschen komplexe Steuerungsschemas zur Steuerung von Induktoren zur Beheizung von Gargeschirren als Folge von gestiegenen Kundenanforderungen an beispielsweise Geräuschbelastung und Kochtemperaturen herangezogen werden, was zu einer erschwerten Einhaltung von Flicker- und EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit)-Standards führt, wodurch wiederum eine Komplexität des Steuerungsschemas zunimmt.
Die EP 3001773 B1 offenbart in diesem Zusammenhang eine Induktionskochfeldvorrichtung mit zwei Wechselrichtern, welche jeweils einen Induktor betreiben, und mit einer Steuereinheit, die zwei Wechselrichter in einem Zeitfenster eines Dauerbetriebszustands gemeinsam betreibt und das Zeitfenster in zwei Zeitintervalle einteilt, wobei die Steuereinheit eine insgesamt erreichte Heizleistung der zumindest zwei Wechselrichter in einem Übergangszeitintervall der zwei Zeitintervalle stetig verändert.
Die Druckschrift US 8686321 B2 offenbart in diesem Zusammenhang ein Verfahren zur Versorgung von Induktionszielen, welche jeweils einen Induktor umfassen, wobei in einem Verfahrensschritt alle Induktoren anhand einer vorher ermittelten Ansteuerungssequenz mit einer Heizleistung versorgt werden, um einem Bedienerinput nachzukommen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Gargerätevorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Ansteuerung bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können. Die Erfindung geht aus von einer Gargerätevorrichtung, insbesondere Induktionskochfeldvorrichtung, mit zumindest einer Steuereinheit, welche dazu vorgesehen ist, in zumindest einem periodischen Dauerheizbetriebszustand, welchem zumindest eine Betriebsperiode zugeordnet ist, zumindest ein Induktionsziel repetitiv anzusteuern und mit Energie zu versorgen und das Induktionsziel in zumindest einem Einschaltintervall der Betriebsperiode mit einer Heizleistung zu betreiben.
Es wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, das Induktionsziel in dem Einschaltintervall der Betriebsperiode mit einer im Wesentlichen konstanten Heizstromfrequenz zu betreiben und einen Tastgrad zu variieren.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Gargerätevorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Ansteuerung bereitgestellt werden. Es kann insbesondere einer Einhaltung von EMV-Standards bei gleichzeitig genauer Erzielung von Sollheizleistungen erreicht werden. Zudem kann vorteilhaft ein Auftreten von Flicker reduziert, insbesondere minimiert, werden. Es kann eine Gargerätevorrichtung mit besonders vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich eines geräuscharmen Betriebs bereitgestellt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Verringerung an, insbesondere ein Verzicht auf, EMV- Filter ermöglicht werden, wodurch eine kostengünstige Gargerätevorrichtung bereitgestellt werden kann. Ferner kann hierdurch auch eine energiesparsame Gargerätevorrichtung bereitgestellt werden. Vorteilhaft kann ein geräuscharmer und EMV-Standard konformer Betrieb der Gargerätevorrichtung, insbesondere bei einem gleichzeitigen Betrieb von mehreren Induktionszielen, erreicht werden. Zudem kann eine zuverlässige Ausgestaltung in Bezug auf eine durch einen Bediener angeforderte Sollheizleistung erzielt werden. Ferner kann vorteilhaft ein intermittierender Betrieb von Induktionszielen verhindert werden. Des Weiteren können vorteilhaft schnelle Perturbationen, beispielsweise aufgrund von Gargeschirrverschiebungen und/oder ferromagnetischen Sättigungen, vermieden werden. Vorteilhaft kann die Gargerätevorrichtung unabhängig von einer Anzahl an Induktionszielen unter einer sicheren Einhaltung von EMV-Standards betreibbar sein.
Unter einer „Gargerätevorrichtung“, vorteilhaft unter einer „Induktionskochfeldvorrichtung“ soll zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe eines Gargeräts, insbesondere eines Backofens, beispielsweise eines Induktionsbackofens, und vorteilhaft eines Kochfelds, vorzugsweise eines Induktionskochfelds, verstanden werden. Ein die Gargerätevorrichtung aufweisendes Gargerät kann beispielsweise als ein Backofen und/oder als eine Mikrowelle und/oder als ein Grillgerät und/oder als ein Dampfgargerät ausgebildet sein. Vorteilhaft ist ein die Gargerätevorrichtung aufweisendes Gargerät als ein Kochfeld und vorzugsweise ein Induktionskochfeld ausgebildet.
Unter einer „Steuereinheit“ soll eine elektronische Einheit verstanden werden, die vorzugsweise in der Gargerätevorrichtung, insbesondere der Induktionskochfeldvorrichtung, zumindest teilweise integriert ist und die dazu vorgesehen ist, zumindest eine Wechselrichtereinheit der Gargerätevorrichtung zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit eine Recheneinheit und insbesondere zusätzlich zur Recheneinheit eine Speichereinheit mit einem darin gespeicherten Steuer- und/oder Regelprogramm, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden. Vorzugsweise weist die Gargerätevorrichtung zu der Steuerung und Energieversorgung des zumindest einen Induktionsziels zumindest eine Wechselrichtereinheit auf, welche insbesondere als ein Resonanzinverter und vorzugsweise als ein dualer Halbbrückeninverter ausgebildet sein kann. Die Wechselrichtereinheit umfasst bevorzugt zumindest zwei Schaltelemente, insbesondere Wechselrichterschaltelemente, welche durch die Steuereinheit einzeln ansteuerbar sind. Unter einem „Schaltelement“ soll ein Element verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, zwischen zwei Punkten, insbesondere Kontakten des Schaltelements, eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen und/oder zu trennen. Vorzugsweise weist das Schaltelement zumindest einen Steuerkontakt auf, über den es geschaltet werden kann. Vorzugsweise ist das Schaltelement als Halbleiterschaltelement, insbesondere als Transistor, beispielsweise als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder Organischer Feldeffekttransistor (OFET), vorteilhaft als Bipolartransistor mit vorzugsweise isolierter Gate- Elektrode (IGBT), ausgebildet. Alternativ ist denkbar, dass das Schaltelement als mechanisches und/oder elektromechanisches Schaltelement, insbesondere als ein Relais, ausgebildet ist.
Vorzugsweise umfasst die Gargerätevorrichtung zumindest eine Resonanzkondensatoreinheit, welche zumindest einen, vorzugsweise zwei, Resonanzkondensatoren aufweist. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, in dem Dauerheizbetriebszustand die das Induktionsziel aufweisende Einheit als Schwingkreis zu betreiben. Ein das Induktionsziel aufweisender Schwingkreis wird aus zumindest einem Wechselrichterschaltelement, insbesondere genau einem Wechselrichterschaltelement, der Wechselrichtereinheit, zumindest einem Induktor, einem Gargeschirr und zumindest einen Resonanzkondensator, insbesondere genau einem Resonanzkondensator ausgebildet.
Unter einem „Induktionsziel“ soll ein Induktor oder eine Vielzahl von Induktoren, welcher/welche insbesondere Teil der Gargerätevorrichtung ist/sind, mit einem über dem Induktor und/oder der Vielzahl von Induktoren aufgestellten Gargeschirr verstanden werden, wobei der Induktor oder die Vielzahl von Induktoren in zumindest einem Dauerheizbetriebszustand, insbesondere gemeinsam, dazu vorgesehen sind, das über dem Induktor oder der Vielzahl an Induktoren aufgestellte Gargeschirr induktiv zu beheizen. Dabei können die Induktoren des Induktionsziels im Vergleich untereinander in zumindest dem Dauerheizbetriebszustand jeweils eine gleiche Heizleistung bereitstellen. Vorzugsweise steuert die Steuereinheit die Induktoren eines Induktionsziels mit einer gleichen Heizstromfrequenz an. Ferner kann der Induktor, insbesondere genau ein einzelner Induktor, des Induktionsziels zeitlich während zumindest des Dauerheizbetriebszustands eine unterschiedliche Heizleistung liefern. Die Steuereinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, zumindest ein Induktionsziel zu definieren. Insbesondere kann die Steuereinheit mehrere Induktionsziele definieren. Die Gargerätevorrichtung weist insbesondere zumindest einen Induktor, insbesondere eine Vielzahl an Induktoren auf. Unter einem „Induktor“ soll hier insbesondere ein Element verstanden werden, welches in wenigstens einem Dauerheizbetriebszustand zumindest einem Gargeschirr Energie zum Zweck einer Beheizung des Gargeschirrs zuführt, insbesondere in Form eines magnetischen Wechselfelds, das dazu vorgesehen ist, in einem metallischen, vorzugsweise zumindest teilweise ferromagnetischen Heizmittel, insbesondere einem Gargeschirr, Wirbelströme und/oder Ummagnetisierungseffekte hervorzurufen, die in Wärme umgewandelt werden. Der Induktor weist insbesondere zumindest eine Induktionsspule auf und ist insbesondere dazu vorgesehen, Energie in Form eines magnetischen Wechselfelds mit einer, insbesondere kurzfristig variablen, Heizstromfrequenz dem Gargeschirr zuzuführen. Der Induktor ist insbesondere unterhalb und vorteilhaft in einem Nahbereich zumindest einer Aufstellplatte eines die Gargerätevorrichtung aufweisenden Gargeräts, insbesondere Kochfelds, angeordnet. Insbesondere kann die Vielzahl an Induktoren matrixartig angeordnet sein, wobei die matrixartig angeordneten Induktoren eine variable Kochfläche bilden können.
Insbesondere sind die Induktoren zu beliebig großen Induktionszielen, insbesondere mit unterschiedlichen Konturen, miteinander kombinierbar. Alternativ oder zusätzlich können Induktoren auch in Form eines klassischen Kochspiegels, insbesondere mit zwei, drei, vier oder fünf, insbesondere gegenüber der restlichen Fläche der als Matrixkochfeld ausgebildeten Aufstellplatte hervorgehobenen, Heizzonen, angeordnet sein. Unter einer „Aufstellplatte“ soll zumindest eine, insbesondere plattenartige, Einheit verstanden werden, welche zu einem Aufstellen wenigstens eines Gargeschirrs und/oder zu einem Auflegen wenigstens eines Garguts vorgesehen ist. Die Aufstellplatte könnte beispielsweise wenigstens zu einem Großteil aus Glas und/oder aus Glaskeramik und/oder aus Neolith und/oder aus Dekton und/oder aus Holz und/oder aus Marmor und/oder aus Stein, insbesondere aus Naturstein, und/oder aus Schichtstoff und/oder aus Kunststoff und/oder aus Keramik gebildet sein.
Unter einer „Heizstromfrequenz“ soll insbesondere eine Frequenz eines elektrischen Wechselstroms in einem Bereich von 20 kHz bis 100 kHz, bevorzugt 30 kHz bis 75 kHz, verstanden werden, welcher in dem Dauerheizbetriebszustand durch die Wechselrichtereinheit bereitgestellt und an einen Induktor zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds angelegt ist. Die Heizstromfrequenz ist verschieden von der Netzfrequenz einer Netzwechselspannung der Energiequelle, insbesondere eines Stromversorgungsnetzes. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, die Heizstromfrequenz in einem Bereich von 20 kHz bis 100 kHz, bevorzugt 30 kHz bis 75 kHz zu wählen und/oder einzustellen und im Wesentlichen konstant zu halten.
Unter einem „im Wesentlichen konstanten“ Betriebs para meter soll verstanden werden, dass der Betriebsparameter, beispielsweise die Heizfrequenz und/oder ein realer Leitwert und/oder ein komplexer Leitwert und/oder eine Impedanz und/oder ein anderer Betriebsparameter der Gargerätevorrichtung und/oder eines die Gargerätevorrichtung aufweisenden Gargeräts, bis auf Abweichungen von maximal 10 %, bevorzugt maximal 8 %, besonders bevorzugt maximal 5 % über zumindest 70 %, bevorzugt zumindest 80 %, besonders bevorzugt zumindest 90 % einer entsprechenden Zeitspanne einen konstanten Wert aufweist. Betriebsparameter können dabei durch die Steuereinheit, entweder direkt oder indirekt, das heißt durch Steuerung zumindest eines weiteren Betriebsparameters, konstant gehalten werden. Unter der Wendung ein Objekt „mit Energie zu versorgen“ soll insbesondere eine Bereitstellung einer elektrischen Energie in Form einer elektrischen Spannung, eines elektrischen Stroms und/oder eines elektrischen und/oder elektromagnetischen Felds aus zumindest einer Energiequelle für das Objekt verstanden werden. Unter einer „Energiequelle“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche eine elektrische Energie in Form einer elektrischen Spannung, eines elektrischen Stroms und/oder eines elektrischen und/oder elektromagnetischen Feldes zumindest einer weiteren Einheit und/oder zumindest einem elektrischen Stromkreis bereitstellt. Die Energiequelle kann insbesondere eine elektrische Stromphase eines Stromversorgungsnetzes sein. Vorzugsweise ist zwischen der Energiequelle und zumindest einem Induktionsziel, bevorzugt allen Induktionszielen, jeweils eine Wechselrichtereinheit angeordnet.
Unter einem „Dauerheizbetriebszustand“ soll ein Betriebszustand der Gargerätevorrichtung verstanden werden, in welchem die Steuereinheit das zumindest eine Induktionsziel zeitlich ununterbrochen mit einer Heizleistung betreibt. Der Dauerheizbetriebszustand dauert zumindest 10 ms, bevorzugt zumindest 1 s, vorteilhaft zumindest 60 s, bevorzugt zumindest 90 s und besonders bevorzugt zumindest 120 s.
Unter einer „repetitiven Ansteuerung“ einer Einheit oder unter eine Einheit „repetitiv anzusteuern“ soll hier insbesondere eine sich in dem zumindest einem Dauerheizbetriebszustand periodisch wiederholende Ansteuerung einer Einheit, insbesondere mit einem elektrischen Signal, verstanden werden. Vorzugsweise ist das Induktionsziel in dem Dauerheizbetriebszustand mit der Betriebsperiode repetitiv angesteuert. Vorzugsweise wiederholt die Steuereinheit die Ansteuerung aus einer einzelnen Betriebsperiode zumindest eines Induktionszieles innerhalb eines einzelnen Dauerheizbetriebszustandes, insbesondere solange bis dieser Dauerheizbetriebszustand durch eine Bedienereingabe beendet wird. Insbesondere wiederholt sich die Betriebsperiode, insbesondere die Ansteuerung der Induktionsziele einer Betriebsperiode, über die gesamte Dauer des Dauerheizbetriebszustandes. Vorzugsweise entspricht die Dauer einer Betriebsperiode einer halben Periodendauer der Netzwechselspannung, welche bei einer Netzfrequenz von 50 Hz beispielsweise 10 ms andauert.
Unter einem „Tastgrad“ soll ein Steuerparameter der Wechselrichtereinheit verstanden werden, welcher ein Verhältnis zwischen einer Impulsdauer, in welchem ein Wechselrichterschaltelement der Wechselrichtereinheit geschlossen ist, und zumindest ein Induktionsziel mit einem elektrischen Wechselstromimpuls beaufschlagt wird, und einer Periodendauer der Betriebsperiode angibt. Der Tastgrad kann Werte zwischen 0 % und 100 % annehmen oder alternativ als dimensionslose Kenngröße mit Werten zwischen 0.0 und 1.0 angegeben werden.
Die Steuereinheit ist dazu vorgesehen, den Tastgrad innerhalb des Einschaltintervalls zu variieren, um insbesondere Störeinflüsse, welche in dem Dauerheizbetriebszustand der Gargerätevorrichtung, beispielsweise durch einzelne Peaks der Heizstromfrequenz hervorgerufen werden können, zu reduzieren, vorzugsweise zu minimieren. Störeinflüsse können durch einen Nutzer wahrnehmbare und als unerwünscht empfundene Einflüsse und/oder durch gesetzliche Vorschriften unerlaubte Einflüsse sein. Beispielsweise könnten Störeinflüsse als Flicker ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich könnte es sich bei Störeinflüssen um unerwünschte akustische Einflüsse, insbesondere in einem für ein durchschnittliches menschliches Ohr wahrnehmbaren Frequenzbereich zwischen 20 Hz und 20 kHz, handeln. Störeinflüsse könnten insbesondere durch Intermodulationen hervorgerufen sein und sich in akustischen wahrnehmbaren Intermodulationsgeräuschen äußern. Unter „Intermodulationen“ sollen Summen- und/oder Differenzprodukte einzelner Wechselstromfrequenzen bzw. deren n-ten Harmonischen, wobei n für eine ganze Zahl größer Null steht, verstanden werden. Störeinflüsse können ferner, alternativ oder zusätzlich, durch ein Auftreten eines Rippeistroms, also eines Wechselstroms beliebiger Frequenz und Kurvenform, welcher einem Gleichstrom überlagert ist und sich in einem unerwünschten Brummton äußert, hervorgerufen sein. Störeinflüsse beinhalten in diesem Zusammenhang keine technischen Störungen und/oder Defekte.
In dem vorliegenden Dokument dienen Zahlwörter, wie beispielsweise „erste/r/s“ und „zweite/r/s“, welche bestimmten Begriffen vorangestellt sind, lediglich zu einer Unterscheidung von Objekten und/oder einer Zuordnung zwischen Objekten untereinander und implizieren keine vorhandene Gesamtanzahl und/oder Rangfolge der Objekte. Insbesondere impliziert ein „zweites Objekt“ nicht zwangsläufig ein Vorhandensein eines „ersten Objekts“.
Unter „vorgesehen“ soll speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand zumindest einen realen Leitwert zumindest eines das Induktionsziel aufweisenden Schwingkreises innerhalb des Einschaltintervalls durch Variation des Tastgrads zumindest im Wesentlichen konstant zu halten. Hierdurch kann vorteilhaft eine Gargerätevorrichtung mit verbesserter elektromagnetischer Verträglichkeit bereitgestellt werden. Unter einem „realen Leitwert“ soll ein Kehrwert eines Realteils einer Impedanz verstanden werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand zumindest einen komplexen Leitwert zumindest eines das Induktionsziel aufweisenden Schwingkreises innerhalb des Einschaltintervalls durch Variation des Tastgrads zumindest im Wesentlichen konstant zu halten. Hierdurch kann vorteilhaft eine elektromagnetische Verträglichkeit weiter verbessert werden. Unter einem „komplexen Leitwert“ soll ein Kehrwert eines Imaginärteils der Impedanz verstanden werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand zumindest eine Impedanz zumindest eines das Induktionsziel aufweisenden Schwingkreises innerhalb des Einschaltintervalls durch Variation des Tastgrads zumindest im Wesentlichen konstant zu halten. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine elektromagnetische Verträglichkeit noch weiter verbessert werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, den Tastgrad während zumindest eines ersten Einschaltintervalls innerhalb eines ersten Tastgradbereichs, mit Tastgraden kleiner oder gleich einem Maximalleistungstastgrad, zu variieren. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, den Tastgrad während zumindest eines zweiten Einschaltintervalls innerhalb eines zweiten Tastgradbereichs, mit Tastgraden größer oder gleich dem Maximalleistungstastgrad, zu variieren. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Energieeffizienz verbessert werden. Insbesondere können Schaltverluste von Wechselrichterschaltelementen der Wechselrichtereinheit reduziert werden, wenn diese in einer dualen Halbbrückenkonfiguration angeordnet sind und die Steuereinheit den Tastgrad während des zumindest einen ersten Einschaltintervalls innerhalb des ersten Tastgradbereichs, mit Tastgraden kleiner oder gleich dem Maximalleistungstastgrad und während des zumindest einen zweiten Einschaltintervalls innerhalb des zweiten Tastgradbereichs, mit Tastgraden größer oder gleich dem Maximalleistungstastgrad, variiert. Der Maximalleistungstastgrad entspricht bei dualer Halbbrückenkonfiguration der Wechselrichterschaltelemente einem Tastgrad von 50 % bzw. 0,5. Bei dem Maximalleistungstastgrad stellt die Wechselrichtereinheit eine maximale Leistung bei einer bestimmten Heizstromfrequenz bereit.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand den Tastgrad in dem Einschaltintervall stetig zu verändern. Hierdurch kann vorteilhaft eine zuverlässige Regelung zumindest eines Betriebsparameters, insbesondere eine zuverlässige Konstanthaltung des realen Leitwerts und/oder des komplexen Leitwerts und/oder der Impedanz des zumindest einen das Induktionsziel aufweisenden Schwingkreises, ermöglicht werden. Unter „stetig zu verändern“ soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass der Tastgrad in dem Einschaltintervall in konstanten Abständen zumindest zehnmal, vorzugsweise zumindest zwanzigmal, bevorzugt zumindest fünfundzwanzigmal, besonders bevorzugt zumindest fünfzigmal verändert, insbesondere angepasst, wird.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand zumindest ein weiteres Induktionsziel repetitiv anzusteuern und mit Energie zu versorgen und das weitere Induktionsziel in zumindest einem weiteren Einschaltintervall der Betriebsperiode mit einer Heizleistung zu betreiben. Hierdurch kann vorteilhaft eine Gargerätevorrichtung mit einem hohen Maß an Flexibilität bereitgestellt werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand eine weitere Heizstromfrequenz für das zweite Induktionsziel in dem weiteren Einschaltintervall der Betriebsperiode mit einer im Wesentlichen konstanten weiteren Heizstromfrequenz zu betreiben und einen weiteren Tastgrad zu variieren. Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine vorteilhafte Kochumgebung bei gleichzeitigem Betrieb mehrerer Induktionsziele und bei gleichzeitiger Einhaltung von EMV-Standards erreicht werden. Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand Intermodulationsgeräusche zwischen dem Induktionsziel und dem weiteren Induktionsziel zumindest zu minimieren. Hierdurch kann vorteilhaft ein gleichzeitiger Betrieb von zumindest zwei Induktionszielen unter Einhaltung von EMV- Standards ermöglicht werden.
Die Erfindung betrifft zudem ein Gargerät, insbesondere Kochfeld, mit zumindest einer Gargerätevorrichtung nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen. Ein derartiges Gargerät zeichnet sich insbesondere durch die vorhergehend beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften der Gargerätevorrichtung aus.
Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Gargerätevorrichtung, insbesondere einer Induktionskochfeldvorrichtung, insbesondere nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen, wobei in zumindest einem periodischen Dauerheizbetriebszustand, welchem zumindest eine Betriebsperiode zugeordnet ist, zumindest ein Induktionsziel repetitiv angesteuert und mit Energie versorgt wird und das Induktionsziel in zumindest einem Einschaltintervall der Betriebsperiode mit einer Heizleistung betrieben wird.
Es wird vorgeschlagen, dass in dem Dauerheizbetriebszustand die Heizstromfrequenz in dem Einschaltintervall der Betriebsperiode im Wesentlichen konstant gehalten und ein Tastgrad variiert wird. Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein verbessertes Verfahren zum Betrieb der Gargerätevorrichtung im Hinblick auf eine Ansteuerung bereitgestellt werden. Die Gargerätevorrichtung kann vorteilhaft besonders geräuscharm und unter Minimierung von Störeinflüssen betrieben werden.
Die Gargerätevorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die Gargerätevorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der
Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Gargerät mit einer Gargerätevorrichtung in einer schematischen Darstellung,
Fig. 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild der Gargerätevorrichtung mit einer Steuereinheit, mehreren Wechselrichtereinheiten, Resonanzkondensatoreinheiten und Induktionszielen,
Fig. 3 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Wechselrichtereinheit der Gargerätevorrichtung, einer Resonanzkondensatoreinheit und eines Induktionsziels,
Fig. 4a ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Verlaufs eines realen Leitwerts eines das Induktionsziel aufweisenden Schwingkreises ohne Variation eines Tastgrads durch die Steuereinheit und bei Reduzierung einer Leistung zu Beginn und am Ende einer Betriebsperiode,
Fig. 4b ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer durch die Wechselrichtereinheit bereitgestellten theoretischen Leistung bei Betrieb einer rein ohmschen Last und einer durch die Wechselrichtereinheit bereitgestellten realen Leistung bei Betrieb des Induktionsziels ohne Variation des Tastgrads durch die Steuereinheit und bei Reduzierung der Leistung zu Beginn und am Ende der Betriebsperiode,
Fig. 4c ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer Variation des Tastgrads durch die Steuereinheit in einem ersten Einschaltintervall der Betriebsperiode,
Fig. 5 ein schematisches Diagramm eines zeitlichen Verlaufs des realen Leitwerts des zumindest einen das Induktionsziel aufweisenden Schwingkreises innerhalb des ersten Einschaltintervalls bei Variation des Tastgrads durch die Steuereinheit,
Fig. 6a ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Verlaufs des realen Leitwerts eines das Induktionsziel aufweisenden Schwingkreises ohne Variation eines Tastgrads durch die Steuereinheit und bei Reduzierung einer Leistung bei maximalem Betrag einer gleichgerichteten Netzwechselspannung innerhalb der Betriebsperiode,
Fig. 6b ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer durch die Wechselrichtereinheit bereitgestellten theoretischen Leistung bei Betrieb einer rein ohmschen Last und einer durch die Wechselrichtereinheit bereitgestellten realen Leistung bei Betrieb des Induktionsziels ohne Variation des Tastgrads durch die Steuereinheit und bei Reduzierung bei maximalem Betrag der gleichgerichteten Netzwechselspannung innerhalb der Betriebsperiode,
Fig. 6c ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer Variation des Tastgrads durch die Steuereinheit in einem zweiten Einschaltintervall der Betriebsperiode,
Fig. 7 ein schematisches Diagramm eines zeitlichen Verlaufs des realen Leitwerts des zumindest einen das Induktionsziel aufweisenden Schwingkreises innerhalb des zweiten Einschaltintervalls bei Variation des Tastgrads durch die Steuereinheit,
Fig. 8 ein schematisches Diagramm eines zeitlichen Verlaufs eines komplexen Leitwerts des zumindest einen das Induktionsziel aufweisenden Schwingkreises innerhalb des ersten Einschaltintervalls bei Variation des Tastgrads durch die Steuereinheit und
Fig. 9 ein schematisches Verfahrensfließbild eines Verfahrens zum Betrieb der Gargerätevorrichtung.
Figur 1 zeigt ein Gargerät 50 in einer schematischen Darstellung. Vorliegend ist das Gargerät 50 als ein Kochfeld 52 ausgebildet, und zwar als ein Induktionskochfeld.
Das Gargerät 50 weist eine Aufstellplatte 80 auf, welche vorliegend als Kochfeldplatte des Kochfelds 52 ausgebildet ist.
Das Gargerät 50 weist eine Gargerätevorrichtung 10 auf. Vorliegend ist die
Gargerätevorrichtung 10 als eine Induktionskochfeldvorrichtung ausgebildet. Die Gargerätevorrichtung 10 weist eine Steuereinheit 12 auf. In der Figur 1 sind beispielhaft drei Gargeschirre 66, 68, 70 dargestellt, welche auf der Aufstellplatte 80 aufgestellt sind.
Figur 2 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild der Gargerätevorrichtung 10.
Die Gargerätevorrichtung 10 weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Induktoren 58, 60, 62, 64 auf. Alternativ könnte die Gargerätevorrichtung 10 jedoch eine beliebige andere Anzahl von Induktoren 58, 60, 62, 64 aufweisen, welche größer oder gleich eins ist.
Die Induktoren 58, 60, 62, 64 sind in einem montierten Zustand der Gargerätevorrichtung 10 unterhalb der Aufstellplatte 80 des Gargeräts 50 (vgl. Figur 1) angeordnet.
In einem Betriebszustand der Gargerätevorrichtung 10 bildet vorliegend ein erster Induktor 58 mit einem ersten Gargeschirr 66 ein Induktionsziel 18 aus.
Die Steuereinheit 12 ist dazu vorgesehen, in zumindest einem periodischen Dauerheizbetriebszustand, welchem zumindest eine Betriebsperiode 16 (vgl. Figur 4a) zugeordnet ist, zumindest das Induktionsziel 18 repetitiv anzusteuern und mit Energie zu versorgen und das Induktionsziel 18 in zumindest einem Einschaltintervall 26, 44 (vgl. Figuren 4c und 6c) der Betriebsperiode 16 mit einer Heizleistung zu betreiben.
Die Betriebsperiode 16 entspricht vorliegend einer halben Periodendauer einer Netzwechselspannung eines Stromversorgungsnetzes (nicht dargestellt), mittels dessen die Gargerätevorrichtung 10 in dem Dauerheizbetriebszustand mit Energie versorgt wird. Die Periodendauer der Netzwechselspannung entspricht dabei einem Kehrwert der Netzfrequenz und dauert bei einer Netzfrequenz von 50 Hz beispielsweise 20 ms an, sodass die Betriebsperiode 16 beispielsweise eine Dauer von 10 ms aufweist.
Die Steuereinheit 12 ist dazu vorgesehen, das Induktionsziel 18 in zumindest einem Einschaltintervall 26, 44 der Betriebsperiode 16 mit einer im Wesentlichen konstanten Heizstromfrequenz (nicht dargestellt) zu betreiben und einen Tastgrad 30 (vgl. Figur 4c) zu variieren.
In dem Betriebszustand der Gargerätevorrichtung 10 bildet ein zweiter Induktor 60 mit einem zweiten Gargeschirr 68 ein erstes weiteres Induktionsziel 20, ein dritter Induktor 62 bildet mit einem dritten Gargeschirr 70 ein zweites weiteres Induktionsziel 22 und ein vierter Induktor 64 bildet mit einem vierten Gargeschirr 72 ein drittes weiteres Induktionsziel 24 aus.
Die Steuereinheit 12 ist dazu vorgesehen, in dem Dauerheizbetriebszustand zumindest eines der weiteren Induktionsziele 20, 22, 24 repetitiv anzusteuern und mit Energie zu versorgen und das weitere Induktionsziel 20 in zumindest einem weiteren Einschaltintervall (nicht dargestellt) der Betriebsperiode 16 mit einer Heizleistung zu betreiben. Vorliegend ist die Steuereinheit 12 dazu vorgesehen, in dem Dauerheizbetriebszustand das erste weitere Induktionsziel 20, das zweite weitere Induktionsziel 22 und das dritte weitere Induktionsziel 24 jeweils repetitiv anzusteuern und mit Energie zu versorgen und jeweils in zumindest einem weiteren Einschaltintervall (nicht dargestellt) der Betriebsperiode 16 mit einer Heizleistung zu betreiben.
Die Gargerätevorrichtung 10 weist zumindest eine Wechselrichtereinheit 74, mit einem ersten Wechselrichterschaltelement 76 und einem zweiten Wechselrichterschaltelement 78 auf. Vorliegend weist die Gargerätevorrichtung 10 insgesamt vier Wechselrichtereinheiten 74, mit jeweils einem ersten Wechselrichterschaltelement 76 und einem zweiten Wechselrichterschaltelement 78 auf. Vorliegend ist jedem der Induktoren 58, 60, 62, 54 jeweils eine Wechselrichtereinheit 74 zugeordnet.
Von mehrfach vorhandenen Objekten ist in den Figuren jeweils nur eines mit einem Bezugszeichen versehen.
Die Gargerätevorrichtung 10 weist zumindest eine Resonanzkondensatoreinheit 82, mit einem ersten Resonanzkondensator 84 und einem zweiten Resonanzkondensator 86 auf. Vorliegend weist die Gargerätevorrichtung 10 insgesamt vier Resonanzkondensatoreinheiten 82, mit jeweils einem ersten Resonanzkondensator 84 und einem zweiten Resonanzkondensator 86 auf. Vorliegend ist jeder der Wechselrichtereinheiten 74 jeweils eine Resonanzkondensatoreinheit 82 zugeordnet.
Die Steuereinheit 12 ist dazu vorgesehen, in dem Dauerheizbetriebszustand das erste weitere Induktionsziel 20 in dem weiteren Einschaltintervall der Betriebsperiode 16 mit einer im Wesentlichen konstanten weiteren Heizstromfrequenz (nicht dargestellt) zu betreiben und einen weiteren Tastgrad (nicht dargestellt) zu variieren. Die Steuereinheit 12 ist dazu vorgesehen, in dem Dauerheizbetriebszustand Intermodulationsgeräusche zwischen dem Induktionsziel 18 und zumindest einem der weiteren Induktionsziele 20, 22, 24 zumindest zu minimieren. Die Minimierung der Intermodulationsgeräusche zwischen dem Induktionsziel 18 und zumindest einem der weiteren Induktionsziele 20, 22, 24 wird durch Variation des Tastgrads 30 und des zumindest einen weiteren Tastgrads erreicht, wobei die Steuereinheit 12 dazu vorgesehen ist, die Variationen des Tastgrads 30 und des zumindest einen weiteren Tastgrads so aufeinander abzustimmen, dass Intermodulationsgeräusche zwischen dem Induktionsziel 18 und zumindest einem der weiteren Induktionsziele 20, 22, 24 zumindest minimiert, vorzugsweise vollständig verhindert, werden.
Figur 3 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild der Wechselrichtereinheit 74 der Gargerätevorrichtung 10 mit der Resonanzkondensatoreinheit 82 und dem Induktionsziel 18.
Die Steuereinheit 12 ist dazu vorgesehen, in dem Dauerheizbetriebszustand zumindest einen realen Leitwert 32 (vgl. Figuren 4a und 5) zumindest eines das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 innerhalb eines ersten Einschaltintervalls 26 durch Variation des Tastgrads 30 zumindest im Wesentlichen konstant zu halten.
In dem Dauerheizzustand bildet die Wechselrichtereinheit 74 den zumindest einen Schwingkreis 34 mit dem Induktionsziel 18 und der Resonanzkondensatoreinheit 82 aus. Innerhalb einer Betriebsperiode 16, also während einer halben Periodendauer der Netzwechselspannung, steuert die Steuereinheit 12 das erste Wechselrichterschaltelement 76 der Wechselrichtereinheit 74 zum Betrieb des Induktionsziels 18 mit der im Wesentlichen konstanten Heizfrequenz an, sodass über dem Wechselrichterschaltelement eine Spannung Vo abfällt, welche der Hälfte einer Buskondensatorspannung Vbus entspricht, auf die ein Bus-Kondensator (nicht dargestellt), welcher elektrisch parallel zu der Wechselrichtereinheit 74 angeordnet ist, zu Beginn der Betriebsperiode 16 aufgeladen ist. Ein Betrag der Buskondensatorspannung Vbus zu Beginn der Betriebsperiode entspricht wiederum einem Scheitelwert einer gleichgerichteten Netzwechselspannung (nicht dargestellt). Innerhalb der Betriebsperiode 16 bildet das erste Wechselrichterschaltelement 76 der Wechselrichtereinheit 74 mit dem Induktionsziel 18 und dem ersten Resonanzkondensator 84 den Schwingkreis 34 aus. Über dem Induktionsziel 18 fällt innerhalb der Betriebsperiode 16 eine Spannung VRL ab und es fließt ein Wechselstrom l innerhalb des Schwingkreises 34. Während einer weiteren Betriebsperiode (nicht dargestellt), also während einer weiteren halben Periodendauer der Netzwechselspannung, bildet das zweite Wechselrichterschaltelement 76 der Wechselrichtereinheit 74 mit dem Induktionsziel 18 und dem zweiten Resonanzkondensator 86 der Resonanzkondensatoreinheit 82 einen weiteren Schwingkreis (nicht dargestellt) aus.
Figur 4a zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Verlaufs des realen Leitwerts 32 des das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 für den Fall, dass der Tastgrad 30 in dem ersten Einschaltintervall 26 nicht variiert und eine über die Wechselrichtereinheit 74 bereitgestellte Leistung zu Beginn und am Ende der Betriebsperiode 16, wenn ein Betrag der gleichgerichteten Netzwechselspannung minimal ist, reduziert wird. Auf einer Abszisse 54 des Diagramms ist eine Zeit in Sekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 56 des Diagramms ist ein Leitwert in Milliohm-1 aufgetragen. Wie dem Diagramm entnommen werden kann, weist der Leitwert 32 innerhalb des ersten Einschaltintervalls 26, dessen Dauer vorliegend der Dauer der Betriebsperiode 16 entspricht, einen kurvenförmigen zeitlichen Verlauf mit Maximalwerten von etwa 100 Milliohm-1 und einem Minimalwert von etwa 50 Milliohm-1 auf, wenn der Tastgrad 30 in dem ersten Einschaltintervall 26 nicht variiert wird.
Figur 4b zeigt einen zeitlichen Verlauf einer durch die Wechselrichtereinheit 74 bereitgestellten theoretischen Leistung 28 bei Betrieb einer rein ohmschen Last und einer durch die Wechselrichtereinheit 74 realen Leistung 38 bei Betrieb des Induktionsziels 18 für den Fall, dass der Tastgrad 30 in dem ersten Einschaltintervall 26 nicht variiert und eine über die Wechselrichtereinheit 74 bereitgestellte Leistung zu Beginn und am Ende der Betriebsperiode 16, wenn ein Betrag der gleichgerichteten Netzwechselspannung minimal ist, reduziert wird. Auf einer Abszisse 88 ist eine Zeit in Sekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 90 ist eine Leistung in Watt aufgetragen. Wie dem Diagramm der Figur 4b entnommen werden kann, ist die theoretische Leistung 28 geringer als die reale Leistung 38, da in dem in der Figur 3 gezeigten Schwingkreis 34 induktive und kapazitive Blindleistungsverluste auftreten. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, durch Variation des Tastgrads 30 ein nahezu rein ohmsches Verhalten zu erreichen und dadurch diese Blindleistungsverluste innerhalb des ersten Einschaltintervalls 26 zu minimieren.
Figur 4c zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Variation des Tastgrads 30 durch die
Steuereinheit 12 in dem ersten Einschaltintervall 26. Auf einer Abszisse 92 des
Diagramms ist eine Zeit in Sekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 94 des Diagramms ist ein Tastgrad 30 als dimensionslose Kenngröße aufgetragen. Die Steuereinheit 12 ist dazu vorgesehen, den Tastgrad 30 während zumindest eines ersten Einschaltintervalls 26 innerhalb eines ersten Tastgradbereichs 40, mit Tastgraden 30 kleiner oder gleich einem Maximalleistungstastgrad 42, zu variieren. Vorliegend ist die Steuereinheit 12 dazu vorgesehen, in dem Dauerheizbetriebszustand den Tastgrad 30 in dem ersten Einschaltintervall 26 stetig zu verändern.
Figur 5 zeigt ein schematisches Diagramm eines zeitlichen Verlaufs des realen Leitwerts 32 des zumindest einen das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 (vgl.
Figur 3) innerhalb des ersten Einschaltintervalls 26 bei Variation des Tastgrads 30 durch die Steuereinheit 12. Auf einer Abszisse 96 des Diagramms ist eine Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 98 des Diagramms ist ein Leitwert in Milliohm-1 aufgetragen. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, kann der reale Leitwert 32 des zumindest einen das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 innerhalb des ersten Einschaltintervalls 26 durch die in der Figur 4c gezeigte Variation des Tastgrads 30 zumindest im Wesentlichen konstant gehalten werden.
Figur 6a zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Verlaufs des realen Leitwerts 32 des das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 für den Fall, dass der Tastgrad 30 in einem zweiten Einschaltintervall 44 nicht variiert und eine über die Wechselrichtereinheit 74 bereitgestellte Leistung bei maximalem Betrag der gleichgerichteten Netzwechselspannung innerhalb der Betriebsperiode 16 reduziert wird. Auf einer Abszisse 100 des Diagramms ist eine Zeit in Sekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 102 des Diagramms ist ein Leitwert in Milliohm-1 aufgetragen. Wie dem Diagramm entnommen werden kann, weist der Leitwert 32 innerhalb des zweiten Einschaltintervalls 44 einen kurvenförmigen zeitlichen Verlauf mit Maximalwerten von etwa 120 Milliohm-1 und einem Minimalwert von etwa 70 Milliohm-1 auf, wenn der Tastgrad 30 in dem zweiten Einschaltintervall 44 nicht variiert wird.
Figur 6b zeigt einen zeitlichen Verlauf der durch die Wechselrichtereinheit 74 bereitgestellten theoretischen Leistung 28 bei Betrieb einer rein ohmschen Last und einer durch die Wechselrichtereinheit 74 realen Leistung 38 bei Betrieb des Induktionsziels 18 für den Fall, dass der Tastgrad 30 in dem zweiten Einschaltintervall 44 nicht variiert und die über die Wechselrichtereinheit 74 bereitgestellte Leistung bei maximalem Betrag der gleichgerichteten Netzwechselspannung innerhalb der Betriebsperiode 16 reduziert wird. Auf einer Abszisse 104 ist eine Zeit in Sekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 106 ist eine Leistung in Watt aufgetragen. Wie dem Diagramm der Figur 6b entnommen werden kann, ist die theoretische Leistung 28 viel geringer als die reale Leistung 38, da in dem in der Figur 3 gezeigten Schwingkreis 34 wiederum induktive und kapazitive Blindleistungsverluste auftreten.
Figur 6c zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Variation des Tastgrads 30 durch die Steuereinheit 12 in dem zweiten Einschaltintervall 44. Auf einer Abszisse 108 des Diagramms ist eine Zeit in Sekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 110 des Diagramms ist ein Tastgrad als dimensionslose Kenngröße aufgetragen. Die Steuereinheit 12 ist dazu vorgesehen, den Tastgrad 30 während des zumindest einen zweiten Einschaltintervalls 44 innerhalb eines zweiten Tastgradbereichs 46, mit Tastgraden größer oder gleich dem Maximalleistungstastgrad 42, zu variieren. Vorliegend ist die Steuereinheit 12 dazu vorgesehen, in dem Dauerheizbetriebszustand den Tastgrad 30 in dem zweiten Einschaltintervall 44 stetig zu verändern.
Durch abwechselnde Variation des Tastgrads 30 innerhalb des ersten Tastgradbereichs 40 (vgl. Figur 4c) in dem ersten Einschaltintervall 26 und innerhalb des zweiten Tastgradbereichs 46 in dem zweiten Einschaltintervall 44 können vorteilhaft Schaltverluste in den Wechselrichterschaltelementen 76, 78, welche in einer dualen Halbbrücken-Konfiguration angeordnet sind (vgl. Figur 3), reduziert werden, wobei in dem periodischen Dauerheizbetriebszustand die Heizleistung konstant gehalten werden kann, da die Heizleistungen, welche mit den Tastgraden 30, innerhalb des ersten Tastgradbereichs 40, welche kleiner oder gleich dem Maximalleistungstastgrad 42 sind, erreicht werden können, äquivalent sind zu den Heizleistungen, welche mit den Tastgraden 30, innerhalb des zweiten Tastgradbereichs 46, welche größer oder gleich dem Maximalleistungstastgrad 42 sind, erreicht werden können.
Figur 7 zeigt ein schematisches Diagramm eines zeitlichen Verlaufs des realen Leitwerts 32 des zumindest einen das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 (vgl.
Figur 3) innerhalb des zweiten Einschaltintervalls 44 bei Variation des Tastgrads 30 durch die Steuereinheit 12. Auf einer Abszisse 112 des Diagramms ist eine Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 114 des Diagramms ist ein Leitwert in Milliohm'1 aufgetragen. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, kann der reale Leitwert 32 des zumindest einen das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 innerhalb des zweiten Einschaltintervalls 44 durch die in der Figur 6c gezeigte Variation des Tastgrads 30 zumindest im Wesentlichen konstant gehalten werden.
Die Steuereinheit 12 ist dazu vorgesehen, in dem Dauerheizbetriebszustand zumindest einen komplexen Leitwert 36 des zumindest einen das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 (vgl. Figur 3) innerhalb des ersten Einschaltintervalls 26 (vgl. Figur 4c) durch Variation des Tastgrads 30 zumindest im Wesentlichen konstant zu halten. Figur 8 zeigt ein schematisches Diagramm eines zeitlichen Verlaufs des komplexen Leitwerts 36 des zumindest einen das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 innerhalb des ersten Einschaltintervalls 26 bei Variation des Tastgrads 30 (vgl. Figur 4c) durch die Steuereinheit 12. Auf einer Abszisse 116 des Diagramms ist eine Zeit in Millisekunden aufgetragen. Auf einer Ordinate 118 des Diagramms ist ein Leitwert in Milliohm-1 aufgetragen. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, gelingt es den komplexen Leitwert 36 des zumindest einen das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 innerhalb des ersten Einschaltintervalls 26 durch die in der Figur 4c gezeigte Variation des Tastgrads 30 zumindest im Wesentlichen konstant zu halten.
Die Steuereinheit 12 ist darüber hinaus dazu vorgesehen, in dem Dauerheizbetriebszustand zumindest eine Impedanz (nicht dargestellt) des zumindest eines das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 innerhalb des ersten Einschaltintervalls 26 durch Variation des Tastgrads 30 zumindest im Wesentlichen konstant zu halten. Da der reale Leitwert 32 (vgl. Figur 5) den Kehrwert des Realteils der Impedanz des zumindest einen das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 darstellt und der komplexe Leitwert 36 den Kehrwert des Imaginärteils der Impedanz des zumindest einen das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 darstellt und sowohl der reale Leitwert 32 als auch der komplexe Leitwert 36 durch Variation des Tastgrads 30 innerhalb des ersten Einschaltintervalls 26 zumindest im Wesentlichen konstant gehalten werden, bleibt auch die Impedanz des zumindest eines das Induktionsziel 18 aufweisenden Schwingkreises 34 innerhalb des ersten Einschaltintervalls 26 aufgrund der Variation des Tastgrads 30 zumindest im Wesentlichen konstant.
Figur 9 zeigt ein schematisches Verfahrensfließbild eines Verfahrens zum Betrieb der Gargerätevorrichtung 10. Das Verfahren umfasst zumindest zwei Verfahrensschritte 120, 122. In einem ersten Verfahrensschritt 120 des Verfahrens wird in dem zumindest einen periodischen Dauerheizbetriebszustand, welchem die zumindest eine Betriebsperiode 16 zugeordnet ist, zumindest ein Induktionsziel 18 repetitiv angesteuert und mit Energie versorgt und das Induktionsziel 18 wird in zumindest einem Einschaltintervall 26, 44 der Betriebsperiode 16 mit einer Heizleistung betrieben, wobei die Heizstromfrequenz im Wesentlichen konstant gehalten wird. In einem zweiten Verfahrensschritt 122 des Verfahrens wird in dem Dauerheizbetriebszustand in zumindest einem der Einschaltintervalle 26, 44 der Betriebsperiode 16 der Tastgrad 30 variiert.
Bezugszeichen
10 Gargerätevorrichtung
12 Steuereinheit
16 Betriebsperiode
18 Induktionsziel
20 erstes weiteres Induktionsziel
22 zweites weiteres Induktionsziel
24 drittes weiteres Induktionsziel
26 erstes Einschaltintervall
28 theoretische Leistung
30 Tastgrad
32 realer Leitwert
34 Schwingkreis
36 komplexer Leitwert
38 reale Leistung
40 Tastgradbereich
42 Maximalleistungstastgrad
44 zweites Einschaltintervall
46 zweiter Tastgradbereich
50 Gargerät
52 Kochfeld
54 Abszisse
56 Ordinate
58 erster Induktor
60 zweiter Induktor
62 dritter Induktor
64 vierter Induktor
66 erstes Gargeschirr
68 zweites Gargeschirr drittes Gargeschirr viertes Gargeschirr
Wechselrichtereinheit erstes Wechselrichterschaltelement zweites Wechselrichterschaltelement
Aufstell platte
Resonanzkondensatoreinheit erster Resonanzkondensator zweiter Resonanzkondensator
Abszisse
Ordinate
Abszisse
Ordinate
Abszisse
Ordinate
Abszisse
Ordinate
Abszisse
Ordinate
Abszisse
Ordinate
Abszisse
Ordinate
Abszisse
Ordinate erster Verfahrensschritt zweiter Verfahrensschritt

Claims

Ansprüche Gargerätevorrichtung (10), insbesondere Induktionskochfeldvorrichtung, mit zumindest einer Steuereinheit (12), welche dazu vorgesehen ist, in zumindest einem periodischen Dauerheizbetriebszustand, welchem zumindest eine Betriebsperiode (16) zugeordnet ist, zumindest ein Induktionsziel (18) repetitiv anzusteuern und mit Energie zu versorgen und das Induktionsziel (18) in zumindest einem Einschaltintervall (26, 44) der Betriebsperiode (16) mit einer Heizleistung zu betreiben, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, das Induktionsziel (18) in dem Einschaltintervall (26, 44) der Betriebsperiode (16) mit einer im Wesentlichen konstanten Heizstromfrequenz zu betreiben und einen Tastgrad (30) zu variieren. Gargerätevorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand zumindest einen realen Leitwert (32) zumindest eines das Induktionsziel (18) aufweisenden Schwingkreises (34) innerhalb des Einschaltintervalls (26, 44) durch Variation des Tastgrads (30) zumindest im Wesentlichen konstant zu halten. Gargerätevorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand zumindest einen komplexen Leitwert (36) zumindest eines das Induktionsziel (18) aufweisenden Schwingkreises (34) innerhalb des Einschaltintervalls (26, 44) durch Variation des Tastgrads (30) zumindest im Wesentlichen konstant zu halten. Gargerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand zumindest eine Impedanz zumindest eines das Induktionsziel (18) aufweisenden Schwingkreises (34) innerhalb des Einschaltintervalls (26, 44) durch Variation des Tastgrads (30) zumindest im Wesentlichen konstant zu halten. Gargerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, den Tastgrad (30) während zumindest eines ersten Einschaltintervalls (26) innerhalb eines ersten Tastgradbereichs (40), mit Tastgraden (30) kleiner oder gleich einem Maximalleistungstastgrad (42), zu variieren. Gargerätevorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, den Tastgrad (30) während zumindest eines zweiten Einschaltintervalls (44) innerhalb eines zweiten Tastgradbereichs (46), mit Tastgraden größer oder gleich dem Maximalleistungstastgrad (42), zu variieren. Gargerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand den Tastgrad (30) in dem Einschaltintervall (26, 44) stetig zu verändern. Gargerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand zumindest ein weiteres Induktionsziel (20, 22, 24) repetitiv anzusteuern und mit Energie zu versorgen und das weitere Induktionsziel (20, 22, 24) in zumindest einem weiteren Einschaltintervall der Betriebsperiode (16) mit einer Heizleistung zu betreiben. Gargerätevorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand das weitere Induktionsziel (20, 22, 24) in dem weiteren Einschaltintervall (44) der Betriebsperiode (16) mit einer im Wesentlichen konstanten weiteren Heizstromfrequenz zu betreiben und einen weiteren Tastgrad zu variieren. Gargerätevorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu vorgesehen ist, in dem Dauerheizbetriebszustand Intermodulationsgeräusche zwischen dem Induktionsziel (18) und dem weiteren Induktionsziel (20, 22, 24) zumindest zu minimieren. Gargerät (50), insbesondere Kochfeld (52), mit zumindest einer Gargerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Verfahren zum Betrieb einer Gargerätevorrichtung (10), insbesondere einer Induktionskochfeldvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei in zumindest einem periodischen Dauerheizbetriebszustand, welchem zumindest eine Betriebsperiode (16) zugeordnet ist, zumindest ein Induktionsziel (18) repetitiv angesteuert und mit Energie versorgt wird und das Induktionsziel (18) in zumindest einem Einschaltintervall (26, 44) der Betriebsperiode (16) mit einer Heizleistung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Dauerheizbetriebszustand eine Heizstromfrequenz in dem Einschaltintervall (26, 44) der Betriebsperiode (16) im Wesentlichen konstant gehalten und ein Tastgrad (30) variiert wird.
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