專利名稱：用于對(duì)感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行功率供給的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
和
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行功率供給的方法和一種 用于對(duì)感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行功率供給的裝置。
這種感應(yīng)加熱裝置例如用作感應(yīng)烹調(diào)區(qū)中的感應(yīng)線圏。其中存在對(duì) 于越來(lái)越大的功率的希望，以便能夠快速地進(jìn)行特別是對(duì)更大量的液體 例如面條水的煮沸過(guò)程。
當(dāng)前的極限約為3.2kW,從該極限起，對(duì)于功率供給所必需的變頻 器就會(huì)超過(guò)按照規(guī)定預(yù)先設(shè)定的、有關(guān)諧波的極限值和電網(wǎng)反作用的極 限值。諧波的強(qiáng)烈作用或者特別是三次諧波的強(qiáng)烈作用的原因主要在 于，變頻器中的磁部件的磁導(dǎo)率隨著流經(jīng)感應(yīng)線圈的感應(yīng)電流的幅度而 改變。在電流幅度較大時(shí)，在感應(yīng)線圏中用于磁場(chǎng)導(dǎo)向的鐵氧體等的磁 導(dǎo)率降低，并且罐形材料的磁導(dǎo)率也降低。由此在供電電壓的半波的曲 線內(nèi)感應(yīng)線圏的電感也由此改變，因此串聯(lián)振蕩回路的諧振頻率也改 變，該串聯(lián)振蕩回路例如在功率供給中使用。最后，來(lái)自電網(wǎng)的耗用電 流由此失真，或者其曲線偏離于預(yù)先設(shè)定的供電電壓曲線。
這種感應(yīng)加熱裝置的解決方案或者其供電方法例如在同一申請(qǐng)人 的未公開(kāi)的DE 10 2005 028 829.4中有所記載。其中，為了避免對(duì)電網(wǎng) 的反作用，開(kāi)關(guān)裝置或整個(gè)變頻器的工作頻率在半波的曲線內(nèi)被提高， 然后又降低。但對(duì)工作頻率的這種改變?cè)诳刂萍夹g(shù)上代價(jià)較大。
目的和解決方案
本發(fā)明的目的在于，提出一種開(kāi)頭部分所述的方法以及一種適合于 該方法的裝置，利用它們能夠避免現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，特別是在感應(yīng)加熱 裝置的功率較大的情況下無(wú)需改變工作頻率即可減小來(lái)自電源網(wǎng)絡(luò)的 耗用電流的失真或?qū)﹄娋W(wǎng)的反作用。
所述目的通過(guò)一種具有權(quán)利要求1的特征的方法、 一種具有權(quán)利要 求9的特征的裝置以及所述方法用于感應(yīng)烹調(diào)區(qū)或感應(yīng)加熱裝置的用途 得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利的以及優(yōu)選的改進(jìn)是其它權(quán)利要求的主題，下 面對(duì)其予以詳細(xì)說(shuō)明。下述的某些特征既適用于方法又適用于裝置或者用途。這些特征部分地僅僅:故說(shuō)明一次，但可相互獨(dú)立地既適用于方法 又適用于裝置以及用途。權(quán)利要求書(shū)的內(nèi)容通過(guò)明確的引用成為說(shuō)明書(shū) 的內(nèi)容。
交流供電電壓用于對(duì)感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行功率供給。此外變頻器設(shè)有 可切換的開(kāi)關(guān)裝置。在此，該開(kāi)關(guān)裝置或變頻器的工作頻率在交流供電 電壓的半波的曲線內(nèi)沿著該半波觀察保持不變。根據(jù)本發(fā)明，在對(duì)本發(fā) 明的第 一種基本設(shè)計(jì)中，開(kāi)關(guān)裝置或變頻器的控制的脈沖寬度在半波的 變化曲線內(nèi)改變。這種改變?nèi)缦逻M(jìn)行，即直至半波的一半時(shí)間，第一開(kāi) 關(guān)裝置的脈沖寬度變短，而另一第二開(kāi)關(guān)裝置的脈沖寬度變長(zhǎng)。在半波 的第二半時(shí)間內(nèi)，脈沖寬度又如下改變，即直至半波的末端，脈沖寬度 又保持等長(zhǎng)。優(yōu)選脈沖寬度(G1、 G2)的總和保持相同。雖然這種改 變可以關(guān)于 一半時(shí)間非對(duì)稱地進(jìn)行，但優(yōu)選關(guān)于 一半時(shí)間對(duì)稱地進(jìn)行改 變
變頻器或者感應(yīng)加熱裝置的功率供給裝置可以具有串聯(lián)振蕩回路。 該串聯(lián)振蕩回路由用于功率傳輸?shù)母袘?yīng)線圈、振蕩回路電容器和帶有可 切換的開(kāi)關(guān)裝置的半橋構(gòu)成。對(duì)于感應(yīng)加熱裝置而言，這種串聯(lián)振蕩回 路原則上是已知的。
這樣可以通過(guò)根據(jù)半波的曲線(Verlauf)對(duì)脈沖寬度比例進(jìn)行改變 來(lái)抑制高次諧波的產(chǎn)生。就此而言，由此可以在工作頻率不改變的情況 下減小功率，因此可以使得在功率供給振蕩回路中流動(dòng)的電流保持與交 流供電電壓成比例。因此減小了對(duì)電網(wǎng)的反作用，且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于感應(yīng) 加熱裝置的整體上更大的功率。
根據(jù)對(duì)本發(fā)明的有利設(shè)計(jì)，脈沖寬度改變可以為10%至40%。特 別有利的是，脈沖寬度最多改變、即縮短或延長(zhǎng)25%。
在本發(fā)明的第二種基本設(shè)計(jì)中，對(duì)于所有的或者兩個(gè)存在于串聯(lián)振 蕩回路中的開(kāi)關(guān)裝置而言，兩個(gè)脈沖寬度縮短，從而位于其間的時(shí)滯 (Totzeit)延長(zhǎng)。這也在半波的曲線內(nèi)進(jìn)行，其中直至半波的一半時(shí)間， 時(shí)滯變長(zhǎng)，然后又縮短。在這些時(shí)滯中沒(méi)有開(kāi)關(guān)裝置被控制。時(shí)滯改變 優(yōu)選最多在100%,即最多為在最短的時(shí)滯和最長(zhǎng)的時(shí)滯之間的時(shí)滯的 兩倍。特別有利的是，最大改變略低于這個(gè)，例如為50%至80%。
通過(guò)延長(zhǎng)在開(kāi)關(guān)裝置的脈沖之間的時(shí)滯也可以略微減小感應(yīng)線圏 上的功率，以便減少高次諧波，進(jìn)而減小對(duì)電網(wǎng)的反作用。如同對(duì)時(shí)滯的延長(zhǎng) 一 樣，對(duì)開(kāi)關(guān)裝置的接通時(shí)間或脈沖寬,度的縮短 同樣最好關(guān)于半波的一半時(shí)間對(duì)稱地進(jìn)行。因此可以實(shí)現(xiàn)均勻的控制和 功率產(chǎn)生。
在本發(fā)明的另一特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)中規(guī)定，在電網(wǎng)電壓半波上的、脈 沖寬度或時(shí)滯的改變盡可能均勻地或分布地進(jìn)行。特別是可以如下分 布，即脈沖寬度或時(shí)滯的改變基本上相應(yīng)于正弦狀的曲線走向。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，為了改變開(kāi)關(guān)裝置的接通時(shí)間、脈 沖寬度或時(shí)滯，僅設(shè)有控制裝置，而沒(méi)有調(diào)節(jié)裝置。由此可以省去用于 調(diào)節(jié)回路的反饋，并明顯地減小了代價(jià)，特別是布線代價(jià)。
前述裝置因此具有帶有振蕩回路的變頻器，該振蕩回路由感應(yīng)線 圏、振蕩回路電容器和帶有可切換的開(kāi)關(guān)裝置的半橋構(gòu)成。此外，設(shè)有 用于開(kāi)關(guān)裝置的控制裝置，其中可以影響開(kāi)關(guān)裝置的工作頻率或接通時(shí) 間。特別是由此可以如前所述那樣改變脈沖寬度或時(shí)滯，其中工作頻率 保持不變，而脈沖寬度縮短或者時(shí)滯延長(zhǎng)。
這些特征和其它特征除了可由權(quán)利要求書(shū)得到外，還可以由說(shuō)明書(shū) 和附圖得到，其中在本發(fā)明的實(shí)施方式中，各個(gè)特征可以分別單獨(dú)地或 者多個(gè)地以子組合的形式實(shí)現(xiàn)，和在其它領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)，以及有利地產(chǎn)生本 身能夠獲得保護(hù)的設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)在此要求權(quán)利保護(hù)。將本申請(qǐng)劃分成 各個(gè)段落以及其間的小標(biāo)題并不限制在其下所做的說(shuō)明的通用性。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)短說(shuō)明
本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中大致示意性地示出，下面對(duì)其予以詳細(xì)說(shuō)
明。圖中示出


圖1 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的感應(yīng)線圏阻抗、工作電壓、感應(yīng)器電流幅
度、脈沖寬度和時(shí)滯關(guān)于時(shí)間的曲線圖2 根據(jù)本發(fā)明的用于感應(yīng)線圏的功率供給的裝置的電路圖； 圖3 在沒(méi)有改變的情況下，靠近過(guò)零點(diǎn)的脈沖寬度和時(shí)滯的曲
線圖4 類似于圖3的、靠近半波的最高點(diǎn)的曲線圖，其中脈沖寬 度改變；
圖5 類似于圖3的、靠近半波的最高點(diǎn)的曲線圖，其中時(shí)滯改 變；和圖6 根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)線圈阻抗、工作電壓、感應(yīng)器電流幅度、
脈沖寬度和時(shí)滯的時(shí)間曲線圖。
對(duì)實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明
圖1中針對(duì)已知的方法示出工作電壓Ub、感應(yīng)線圈L的阻抗Z二wL、 感應(yīng)器電流k、例如為20kHz的工作頻率f、脈沖寬度G和時(shí)滯H關(guān)于 時(shí)間的曲線圖?？梢?jiàn)，在工作頻率f恒定不變的情況下，感應(yīng)器電流IL 的曲線圖偏離工作電壓Ub的曲線圖，特別是它偏離正弦形狀。這導(dǎo)致 所述的不利的對(duì)電網(wǎng)的反作用。
圖2中示出本發(fā)明的裝置或電路裝置11?？刂蒲b置13借助兩個(gè)開(kāi) 關(guān)裝置T!和丁2例如晶體管來(lái)控制變頻器15。這些開(kāi)關(guān)裝置與中間回路 電容器Czw和振蕩回路電容器Cs—起形成對(duì)感應(yīng)線圈L的控制。通過(guò) 控制裝置13特別是預(yù)先設(shè)定開(kāi)關(guān)裝置T,和T2的工作頻率，進(jìn)而預(yù)先設(shè) 定變頻器15。因此也預(yù)先設(shè)定了脈沖寬度G和時(shí)滯H。
如果感應(yīng)線圏L被裝設(shè)在感應(yīng)加熱裝置或用于感應(yīng)烹調(diào)區(qū)的加熱裝 置中，則由此可以實(shí)現(xiàn)甚至超過(guò)3kW或3.2kW的功率，例如為3.5kW 至3.7kW，或者甚至為4kW。因此可以建立更強(qiáng)的感應(yīng)烹調(diào)區(qū)，用于更 快速地蒸煮或者傳遞更大的功率。其中對(duì)變頻器15或開(kāi)關(guān)裝置T!和丁2 的脈沖寬度G和時(shí)滯H的控制成本并非特別高。特別是在其曲線被固定 地預(yù)先設(shè)定或者通過(guò)控制過(guò)程控制地被預(yù)先設(shè)定時(shí)，所迷成本保持在極 限范圍內(nèi)，因?yàn)榭梢砸灶A(yù)先設(shè)定的曲線工作。
在圖3的曲線圖中示出在電網(wǎng)過(guò)零點(diǎn)附近的時(shí)刻或者在該電網(wǎng)過(guò)零 點(diǎn)時(shí)刻根據(jù)圖2的晶體管Tl和T2的時(shí)滯Hl和H2以及脈沖寬度Gl和 G2。由此可見(jiàn)，無(wú)論脈沖寬度Gl還是G2都持續(xù)相同的時(shí)間。同樣， 位于它們之間的時(shí)滯H1和H2在該時(shí)刻也持續(xù)相同的時(shí)間。
在圖4中根據(jù)對(duì)本發(fā)明的所述第一種基本設(shè)計(jì)改變脈沖寬度。這意 味著，在時(shí)滯Hl和H2相同的情況下，晶體管Tl上的脈沖寬度即Gl 變短，更確切地說(shuō)，這里在靠近電網(wǎng)半波的最高點(diǎn)縮短約25%。晶體管 T2上的脈沖寬度G2延長(zhǎng)了約25。/。。通過(guò)這些不同的脈沖寬度，在工作 頻率f不改變的情況下，感應(yīng)線圏上的功率也略微減小。如由圖6可見(jiàn)， 脈沖寬度G1的變化本身又為正弦形曲線或者為正弦形狀。最小的脈沖 寬度G1分別位于電網(wǎng)半波的中點(diǎn)或最高點(diǎn)。未示出的曲線G2由Gl的曲線以如下直線為基準(zhǔn)的鏡像對(duì)稱得到，該直線水平這樣地穿過(guò)G1的
最大值，使得總和(Gl+G2)始終恒定不變。
不同于圖4，根據(jù)對(duì)本發(fā)明的第二種基本設(shè)計(jì)，在圖5中示出，脈 沖寬度G1和G2保持不變，而位于其間的時(shí)滯H1和H2改變。時(shí)滯H1 和H2、即在相應(yīng)的脈沖寬度G1和G2之前，相比于圖3延長(zhǎng)了約60% 。 在此，Hl的示意性的曲線也可以由圖6得到，并且H2的曲線也是同樣 的。
在工作頻率恒定不變的情況下，采用改變時(shí)滯H的這種方法還可以 實(shí)現(xiàn)較正弦形的耗用電流IL或者正好實(shí)現(xiàn)正弦的耗用電流。該效果也可 以由圖6得到。
不言而喻，也可以共同地采用本發(fā)明的兩種基本設(shè)計(jì)。在兩種情況 下，在電網(wǎng)電壓半波內(nèi)對(duì)脈沖寬度或時(shí)滯的改變應(yīng)盡可能類似地或者鏡 像對(duì)稱地或者以小的步驟來(lái)進(jìn)行。由此 一 方面可以減少或避免高次諧波 的產(chǎn)生，另一方面可以避免由所產(chǎn)生的功率突變所引起的噪聲。
如已在開(kāi)頭部分所述，可以省去對(duì)脈沖寬度G和時(shí)滯H的調(diào)節(jié)，而 這僅僅通過(guò)控制裝置來(lái)調(diào)節(jié)。因此可以將代價(jià)保持較小。
權(quán)利要求
1. 一種用于對(duì)感應(yīng)加熱裝置(L)進(jìn)行功率供給的方法，其中為了功率供給設(shè)置有交流供電電壓和帶有可切換的開(kāi)關(guān)裝置(T1、T2)的變頻器(15)，其中所述開(kāi)關(guān)裝置(T1、T2)或所述變頻器(15)的工作頻率(f)在供電電壓(Ub)的半波的曲線中、在該半波上看保持不變，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)裝置(T1、T2)或所述變頻器(15)的控制的脈沖寬度(G)在半波的曲線中以如下方式改變直至半波的一半時(shí)間，使第一開(kāi)關(guān)裝置(T1)的脈沖寬度(G1)變短，而另一開(kāi)關(guān)裝置(T2)的脈沖寬度(G2)變長(zhǎng)，其中直至所述半波的末端，所述脈沖寬度(G1、G2)又成為等長(zhǎng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖寬度(G)的 改變最多為10%至40%,優(yōu)選最多為25%。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在脈沖寬度(G) 之間的時(shí)滯(H)保持不變，其中優(yōu)選所述脈沖寬度(Gl、 G2)的總和 保持相同。
4. 如權(quán)利要求1的前序部分所述的方法，其特征在于，所有的或者 對(duì)于兩個(gè)開(kāi)關(guān)裝置(T" T2)而言兩個(gè)脈沖寬度(G1、 G2)縮短，而位 于其間的時(shí)滯(H1、 H2)延長(zhǎng)，其中在這些時(shí)滯中沒(méi)有開(kāi)關(guān)裝置被控制。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)裝置(T" T2) 的接通時(shí)間或脈沖寬度(Gl、 G2)直至所述半波的一半時(shí)間被縮短， 然后對(duì)稱地關(guān)于所述半波的一半時(shí)間又被延長(zhǎng)，直至所述半波的末端。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述時(shí)滯(Hl、 H2)最多改變10%至100%，優(yōu)選最多改變80%。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)裝 置(T,、 T2)的接通時(shí)間、時(shí)滯(Hl、 H2)或脈沖寬度(Gl、 G2)的 改變沒(méi)有調(diào)節(jié)而僅通過(guò)控制來(lái)進(jìn)行。
8. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在電網(wǎng)電壓 半波上，脈沖寬度(Gl、 G2)或時(shí)滯(Hl、 H2)的改變盡可能均勻地 或分布地進(jìn)行。
9. 一種用于對(duì)感應(yīng)加熱裝置進(jìn)行功率供給的裝置，帶有具有振蕩回 路的變頻器(15),所述振蕩回路具有感應(yīng)線圈(L)、振蕩回路電容器(Cs)和帶有可切換的開(kāi)關(guān)裝置(TV T2)的半橋，其中設(shè)有用于控 制分別具有工作頻率(f)的所述開(kāi)關(guān)裝置(T!、 T2)的控制裝置(13)， 其中所述控制裝置(13)被構(gòu)造用于如下地改變脈沖寬度(Gl、 G2) 或時(shí)滯(Hl、 H2):使得在工作頻率(f)保持不變的情況下至少暫時(shí) 地縮短脈沖寬度或者延長(zhǎng)時(shí)滯。
10.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法的應(yīng)用，用于帶有至少 一個(gè)感應(yīng)加熱裝置的感應(yīng)烹調(diào)區(qū)，或者用于感應(yīng)加熱裝置(L)。
全文摘要
為了提高感應(yīng)加熱裝置(L)的功率，或者為了避免在控制該感應(yīng)加熱裝置時(shí)對(duì)電網(wǎng)的反作用，在半橋控制中，直至半波的一半時(shí)間，可以使得兩個(gè)開(kāi)關(guān)裝置(T₁、T₂)的脈沖寬度(G1、G2)不對(duì)稱。替代地可以延長(zhǎng)在這些脈沖寬度(G1、G2)之間的時(shí)滯(H1、H2)。此點(diǎn)有利地?zé)o級(jí)地且連續(xù)地進(jìn)行。因此在半波的曲線內(nèi)，在工作頻率不改變的情況下使得功率減小，且感應(yīng)器電流(I_L)具有幾乎理想的正弦形狀。
文檔編號(hào)H05B6/06GK101507351SQ200780031641
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2007年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者J·博格爾 申請(qǐng)人:E.G.O.電氣設(shè)備制造股份有限公司