ES2589044T3 - Campo de cocción con al menos dos inductores calefactores - Google Patents
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Abstract
Campo de cocción con una unidad de suministro de corriente con dos polos, al menos dos inductores calefactores (10a, 10b), que están conectados, respectivamente, con al menos un condensador de circuito oscilante (26a, 26b) a un circuito oscilante, y con al menos dos inversores (12a, 12b) para la alimentación, respectivamente, de uno de los inductores calefactores (10a, 10b) con una corriente calefactora, en el que los rectificadores (12a, 12b) forman, respectivamente, un circuito de semipuente entre los dos polos de la unidad de suministro de corriente y el inductor calefactor (10a, 10b) respectivo está conectado en un punto medio del circuito de semipuente con los dos inversores (12a, 12b), caracterizado porque al menos un condensador de circuito oscilante (26a, 26b) común está conectado con los dos inductores calefactores (10a, 10b) y con al menos un polo de la unidad de suministro de corriente.
Description
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DESCRIPCION
Campo de coccion con al menos dos inductores calefactores
La invencion se refiere a un campo de coccion con al menos dos inductores calefactores de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 y a un procedimiento para el funcionamiento de un campo de coccion de este tipo de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 9.
Se conoce a partir del documento EP 0 987 287 A2 un campo de coccion con dos inductores calefactores que estan conectados, respectivamente, en serie con un condensador de circuito de oscilacion separado. En los campos de coccion convencionales, se forma, en general un circuito oscilante independiente para cada cuerpo calefactor por induccion a accionar. De esta manera se pueden seleccionar las frecuencias y/o las amplitudes de las corrientes calefactoras para los cuerpos calefactores por induccion respectivos de una manera sencilla independiente entre sf, para ajustar las potencias calefactoras de manera independiente unas de las otras.
Para cumplir las Normas de fluctuacion de la tension competentes y para evitar un zumbido de interferencia, se accionan, sin embargo, en muchos casos inductores calefactores vecinos con corrientes calefactoras de la misma frecuencia. Para posibilitar a pesar de todo potencias calefactoras diferentes, se accionan los elementos calefactoras en parte en un procedimiento multiple por division de tiempo. En este procedimiento multiple por division de tiempo se pueden seleccionar entonces frecuencias diferentes en diferentes ventanas de tiempo que se repiten periodicamente. Sin embargo, este procedimiento es costoso y puede conducir a traves de saltos de tension durante la conmutacion entre las ventanas de tiempo a problemas de fluctuacion de la tension.
El documento WO 2009/056452 A1 publica un campo de coccion con una zona calefactora con varios inductores calefactores dispuestos concentricos, que se pueden conectar con la ayuda de un conmutador de rele opcionalmente con un inversor de semipuentes. El documento US 4.390.769 publica un campo de coccion con dos inductores calefactores conectados en serie, uno de los cuales esta equipado con un condensador de sintonizacion conectado en paralelo. El documento EP 1868417 A1 publica un campo de coccion con un inductor calefactor, que comprende tres bobinas de induccion, dos de las cuales estan conectadas, respectivamente, en serie con una tercera.
La invencion tiene especialmente el cometido de preparar un campo de coccion economico y un procedimiento para el funcionamiento de tal campo de coccion.
El cometido se soluciona especialmente a traves de un campo de coccion con las caractensticas de la reivindicacion 1 independiente y a traves de un procedimiento con las caractensticas de la reivindicacion independiente 9. Otras configuraciones y desarrollos ventajosos de la invencion se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes.
La invencion parte de un campo de coccion con al menos dos inductores calefactores, que estan conectados, respectivamente, con al menos un condensador de circuito oscilante a un circuito oscilante.
En particular, se propone que al menos un condensador de circuito oscilante comun este conectado con ambos inductores calefactores. De esta manera se puede reducir el numero de los condensadores de circuito oscilante y se puede implementar una nueva estrategia de regulacion para el control del campo de coccion, que evita procedimientos multiples por division de tiempo para la regulacion independiente de las potencias calefactoras de los diferentes inductores calefactores. Por ultimo, se puede evitar un zumbido a traves de interferencias entre circuitos oscilantes independientes y problemas con las fluctuaciones de la tension.
Como condensador de circuito oscilante debe designarse en este contexto un condensador conectado con un inductor calefactor, que esta dispuesto en un circuito oscilante en serie. La conexion entre el condensador de circuito oscilante y el inductor calefactor puede ser especialmente una conexion de cable fija. El circuito oscilante en serie es alimentado por un inversor con corriente calefactora de alta frecuencia. La frecuencia de la corriente calefactora determina la potencia calefactora del inductor calefactor, que genera campos magneticos alternos de alta frecuencia. Los campos magneticos alternos generan corrientes parasitas en el fono de un elemento de vajilla de coccion colocado sobre el campo de coccion, que calientan este fondo.
A traves de la utilizacion del condensador de circuito oscilante comun se forma un sistema acoplado de los inductores calefactores y el condensador de circuito oscilante, que hace necesaria una nueva estrategia de control para poder ajustar diferentes potencias calefactoras. Estas nuevas estrategotas de control se pueden implementar con facilidad especialmente cuando el campo de coccion comprende dos inversores para la alimentacion respectiva de uno de los inductores calefactores con una corriente calefactora. En particular, cada uno de los inductores debe estar conectado en la salida de un inversor separado.
Ademas, se propone equipar el campo de coccion con una unidad de control, que puede ejecutar el nuevo procedimiento de control. A tal fin, la unidad de control puede estar disenada para accionar en al menos un modo de funcionamiento los inversores con la misma frecuencia, de manera que se eviten interferencias. Ademas, la unidad
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de control puede estar disenada para controlar la relacion de la potencia calefactora de los dos inductores calefactores a traves de un ajuste de un desplazamiento de fases entre las senales de conmutacion de los dos inversores.
De acuerdo con ello, los dos inductores calefactores son alimentados con corrientes calefactoras de la misma frecuencia, que pueden tener, sin embargo, una posicion de fases diferente. La simetna entre los dos sistemas parciales que comprenden, respectivamente, un inductor calefactor, que estan acoplados a traves del condensador de circuito oscilante comun, se interrumpe de esta manera y se ajustan corrientes calefactoras con diferentes amplitudes. La relacion de estas amplitudes y, por lo tanto, la relacion de las potencias calefactoras depende del desplazamiento de fases seleccionado, que se puede ajustar por la unidad de control segun los deseos del usuario. La potencia calefactora total se puede ajustar de esta manera a traves de la seleccion de la frecuencia de la corriente calefactora y la relacion de las potencias calefactoras a traves de la seleccion del desplazamiento de fases, de manera que, en general, la potencia calefactora de los al menos dos inductores calefactores se puede ajustar al menos en una zona de valores grande de manera independiente entre sf.
Se puede abrir un grado de libertad adicional cuando la unidad de control puede controlar al menos en una zona de parametros la relacion de las potencias calefactoras a traves de un ajuste de longitudes de impulsos de los impulsos de corriente calefactora generados por los inversores.
Una porcion de corriente continua en la corriente calefactora se puede evitar en este caso cuando las longitudes de los impulsos de los dos inversores se ajustan al mismo valor y se selecciona este valor a frecuencia predeterminada en funcion de la relacion deseada de las potencias calefactoras.
Las potencias calefactoras se pueden ajustar en funcion de las previsiones del usuario sin calculos costosos, cuando el campo de coccion comprende una unidad de memoria para el registro de un campo caractenstico al menos bidireccional. El campo caractenstico registrar el desplazamiento de fases a ajustar y/o las longitudes de impulsos en funcion de la relacion a controlar de las potencias calefactoras y de la potencia calefactora total de los dos inductores calefactores.
A traves de la utilizacion de dos condensadores de circuito oscilante comunes, que estan conectados en serie con los dos inductores, donde cada uno de los dos condensadores de circuito oscilante esta conectado con un polo de la unidad de suministro de corriente y los inversores forman, respectivamente, un circuito de semipuente entre los dos polos, se pueden mejorar las propiedades electromagneticas de emision del campo de coccion.
La frecuencia de resonancia del circuito oscilante o bien de todo el sistema se puede modificar cuando el condensador de circuito oscilante comun forma parte de una disposicion de condensador de circuito oscilante comun con capacidad total variable. A tal fin se puede conectar, por ejemplo, un condensador de circuito oscilante comun o se puede separar del sistema.
La idea de la invencion se puede generalizar sin mas a campos de coccion con tres o mas inductores calefactores, que estan conectados con uno o varios condensadores comunes en seria con un circuito oscilante.
Otro aspecto de la invencion se refiere un procedimiento para el funcionamiento de un campo de coccion con al menos dos inductores calefactores, que estan conectados con al menos un condensador en serie a un circuito oscilante. El campo de coccion comprende, ademas, dos inversores para la generacion de corrientes calefactoras para los inductores calefactores.
Se propone que el condensador comun este conectado con ambos inductores calefactores y que una relacion de las potencias calefactoras de los dos inductores calefactores sea controlada a traves de una regulacion de un desplazamiento de fases entre las senales de conmutacion de los dos inversores y/o a traves de una regulacion de la longitud del impulso de las corrientes calefactoras con una duracion predeterminada de los periodos.
Otras ventajas se deducen a partir de la descripcion siguiente del dibujo. En el dibujo se representan ejemplos de realizacion de la invencion. El dibujo, la descripcion y las reivindicaciones contienen numerosas caractensticas en combinacion. El tecnico considerara las caractensticas de manera mas conveniente tambien individualmente y las agrupara en otras combinaciones convenientes. En este caso:
La figura 1 muestra la estructura esquematica de un campo de coccion con dos inductores calefactoras y una pareja de condensadores de circuito oscilante utilizados en comun.
La figura 2 muestra la forma del impulso de las corrientes calefactoras generadas por dos inversores del campo de coccion de la figura 1 de acuerdo con un procedimiento de control segun la invencion.
La figura 3 muestra un campo caractenstico bidimensional de la relacion de las potencias calefactoras de dos inductores calefactores de un campo de coccion segun las figuras 1 y 2.
La figura 4 muestra un campo caractenstico bidimensional para la determinacion de una potencia calefactora total de
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los dos inductores calefactores de un campo de coccion de acuerdo con la invencion y
La figura 5 muestra la estructura esquematica de un campo de coccion segun la invencion de acuerdo con una configuracion alternativa de la invencion con una disposicion de condensador de circuito oscilante con capacidad total modificada.
La figura 1 muestra de forma esquematica la estructura de un campo de coccion por induccion con dos inductores calefactores 10a, 10b, que estan conectados, respectivamente, en la salida de un inversor 12a, 12b. Los inversores 12a, 12b son alimentados por una unidad de suministro de corriente con corriente continua. La unidad de suministro de corriente contiene un filtro 14 y un rectificador 16. El filtro 14 filtra la tension alterna de 50 Hz obtenida a partir de una fase 18 de una red de corriente domestica, que se convierte por el rectificador 16 en una corriente continua.
Entre el rectificador 16 y cada uno de los inversores 12a, 12b esta dispuesto, respectivamente, un condensador de amortiguacion 20a, 20b, que actua como filtro de paso bajo e impide un reacoplamiento de las corrientes calefactoras de alta frecuencia generadas por los inversores 12a, 12b en la red de corriente domestica.
Los inversores 12a, 12b estan dispuestos en un circuito de semipuente entre los dos polos de la tension de alimentacion rectificada. Los inversores 12a, 12b estan constituidos, respectivamente, por una pareja de IGBTs o MOSFETs con un diodo de marcha libre dispuesto antiparalelo y se accionan para la generacion de una corriente calefactora de alta frecuencia con una frecuencia tfpicamente de 20 a 100 kHz. A tal fin, la unidad de control conecta y desconecta de forma alterna los dos conmutadores de semiconductores de los inversores 12a, 12b. En este caso, la unidad de control 22 puede determinar tanto el periodo T de los procesos de conexion y desconexion como tambien la duracion relativa de las fases de conexion y desconexion y, por lo tanto, su longitud del impulso Pa, Pb de manera independiente entre sf.
De acuerdo con la invencion, las salidas de los inductores calefactores 10a, 10b se agrupan y se conectan con una disposicion de de condensador de circuito oscilante comun 24, que comprende dos condensadores de circuito oscilante 26a, 26b conectados con los dos inductores calefactores 10a, 10b. Los condensadores de circuito oscilante 26a, 26b estan conectados en serie con ambos inductores calefactores 10a, 10b y, por otra parte, estan conectados, respectivamente, con un polo de la unidad de suministro de corriente que comprende el filtro 14 y el rectificador 16. Los dos condensadores de circuito oscilante 26a, 26b son equivalentes a un condensador comun dispuesto en una lmea de conexion 28, que debena tener entonces el doble de la capacidad y cuya capacidad determinana junto con la inductividad de uno de los inductores calefactores 10a, 10b la frecuencia de resonancia del circuito oscilante.
La representacion en la figura 1 esta especialmente simplificada en tanto que el campo de coccion puede comprender tambien mas de dos inductores, que o bien pueden estar conectados por parejas con disposiciones comunes de condensador de circuito oscilante 24 o tambien se pueden asociar en grupos de tres o mas inductores calefactores a una disposicion de condensador de circuito oscilante comun 24.
La figura 2 muestra las senales de conmutacion, que la unidad de control 22 transmite a traves de lmeas de control no representadas aqrn a los conmutadores de semiconductores de los invasores 12a, 12b. La curva superior Q1 en la figura 2 corresponde a la senal del conmutador superior del inversor superior 12a en la figura 1, la segunda curva Q2 muestra la senal de conmutacion del conmutador inferior del inversor superior 12a y las curvas Q3 y Q4 muestran las senales de conmutacion de los dos conmutadores de semiconductores unipolares, bidireccionales del inversor inferior 12b.
La unidad de control 22 conecta y desconecta de forma alterna cada uno de los conmutadores con un periodo T. El periodo T y, por lo tanto, la frecuencia de la corriente calefactora generada por los inversores 12a, 12b son iguales para ambos inversores 12a, 12b. De esta manera no se pueden producir interferencias. Los impulsos de conmutacion estan desfasados entre sf, sin embargo, con un retraso d, las longitudes de los impulsos Pa, Pb de los dos inversores son diferentes y se pueden desviar especialmente tambien de la seleccion habitual Pa = T/2 o bien Pb = T/2. A traves de la seleccion del retraso d y de las longitudes de los impulsos Pa, Pb se puede ajustar la unidad de control 22 de manera flexible a las amplitudes de las corrientes calefactoras que circulan a traves de los inductores calefactores 10a, 10b y de esta manera se pueden determinar las potencias calefactoras de los inductores calefactores 10a, 10b.
La figura 4 muestra de forma esquematica un campo caractenstico bidimensional, que esta depositado en la unidad de memoria 30 de la unidad de control 22 y se utiliza por la unidad de control 22 para la determinacion de la relacion de las potencias calefactoras. El campo caractenstico indica la relacion de la potencia calefactora en funcion de la frecuencia de la corriente calefactora y el retraso d, de manera que este ultimo se indica como fraccion del periodo T. Las lmeas ilustradas en la figura 3 son lmeas con relacion constante de las potencias calefactoras.
La figura 4 muestra otro campo caractenstico bidimensional de la unidad de memoria 30, que indica la potencia calefactora total de los inductores calefactores 10a, 10b en funcion de la frecuencia y la porcion d/T del retraso d en el periodo T. En la figura 4 se representan de la misma manera lmeas con potencia calefactora total comun.
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Las figuras 3 y 4 se refieren al caso simplificado Pa = Pb = T/2, en el que se tienen en cuenta los tiempos muertos t1 a t4 (figura 2) de manera adecuada. Los tiempos muertos t1 a t4 corresponden a los tiempos, en los que el conmutador de semiconductores correspondiente esta, en efecto, abierto, pero la corriente fluye en la direccion de marcha libre del diodo de marcha libre dispuesto antiparalelo a este conmutador de semiconductores. Los conmutadores de semiconductores de los inversores 12a, 12b se abren, en general, durante esta fase, para evitar perdidas de conexion. Sin embargo, esto solo es posible en una zona determinada de parametros, que esta en las figuras 3 y 4 fuera de la zona B prohibida representada rayada. Dentro de esta zona prohibida B aparecen procesos de conmutacion duros, en los que se interrumpe bruscamente la corriente y que conducen a perdidas de conmutacion.
La unidad de control 22 calcula con potencia calefactora teorica predeterminada de los inductores calefactores 10a, 10b en primer lugar la potencia calefactora total deseada y la asocia a una de las isolmeas representadas en la figura 4 con potencia calefactora total constante. A continuacion la unidad de control 22 determina la relacion de las dos potencias calefactoras teoricas de los inductores calefactores 10a, 10b y calcula una isolmea correspondiente en el campo caractenstico en la figura 3. El punto de interseccion de estas dos isolmeas se determina y se calculan sus coordenadas para determinar de esta manera la frecuencia a activar por la unidad de control 22 y el retraso d. Este proceso se puede realizar naturalmente previamente para todas las parejas de potencias calefactoras deseadas, de manera que la frecuencia y el retardo d se pueden determinar directamente en cada caso desde un campo caractenstico.
En el caso de que el punto de interseccion se encuentre dentro de la zona prohibida B, se vanan las longitudes de los impulsos Pa, Pb para determinar de esta manea con longitud predeterminada del impulso Pa, Pb para frecuencias calefactoras adecuadas el retraso d adecuado. En la unidad de memoria 30 estan depositados a tal fin campos caractensticos para diferentes relaciones de longitudes del impulso Pa, Pb.
La figura 5 muestra otro ejemplo de realizacion alternativo de la invencion con una disposicion de condensador de circuito oscilante 24 conmutable, que comprende, en general, cuatro condensadores de circuito oscilante 26a, 26b, 26c, 26d. Los condensadores de circuito oscilante 26c, 26d se pueden conectar y desconectar en funcion de la frecuencia de resonancia deseada por medio de un conmutador 32, con lo que se pueden evitar perdidas de conmutacion y se puede desplazar la zona prohibida 8 con altas perdidas de conmutacion. Evidentemente, tambien son concebibles disposiciones de condensador de circuito oscilante 24 con condensadores regulables continuamente y con mas de dos valores diferentes posibles de la capacidad total.
- Lista de
- ■ signos de referencia
- 10
- Inductor calefactor
- 12
- Inversor
- 14
- Filtro
- 16
- Rectificador
- 18
- Fase
- 20
- Condensador de amortiguacion
- 22
- Unidad de control
- 24
- Disposicion de condensadores de circuito oscilante
- 26
- Condensador de circuito oscilante
- 28
- Lmea de conexion
- 30
- Unidad de memoria
- 32
- Conmutador
- B
- Zona
- d
- Retraso
- Q1
- Curva
- Q2
- Curva
- Q3
- Curva
- Q4
- Curva
- Pa
- Longitud del impulso
- Pb
- Longitud del impulso
- T
- Periodo
Claims (9)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. - Campo de coccion con una unidad de suministro de corriente con dos polos, al menos dos inductores calefactores (10a, 10b), que estan conectados, respectivamente, con al menos un condensador de circuito oscilante (26a, 26b) a un circuito oscilante, y con al menos dos inversores (12a, 12b) para la alimentacion, respectivamente, de uno de los inductores calefactores (10a, 10b) con una corriente calefactora, en el que los rectificadores (12a, 12b) forman, respectivamente, un circuito de semipuente entre los dos polos de la unidad de suministro de corriente y el inductor calefactor (10a, 10b) respectivo esta conectado en un punto medio del circuito de semipuente con los dos inversores (12a, 12b), caracterizado porque al menos un condensador de circuito oscilante (26a, 26b) comun esta conectado con los dos inductores calefactores (10a, 10b) y con al menos un polo de la unidad de suministro de corriente.
- 2. - Campo de coccion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por una unidad de control (22), que esta disenada para accionar en al menos un modo de funcionamiento los inversores (12a, 12b) con la misma frecuencia y para controlar la relacion de las potencias calefactoras de los dos inductores calefactores (10a, 10b) a traves de una regulacion de un desplazamiento de fases (d) entre las senales de conmutacion (Q1-Q4) de los dos inversores (12a, 12b).
- 3. - Campo de coccion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la unidad de control (22) esta disenada para controlar en al menos una zona de parametros una relacion de las potencias calefactoras de los inductores calefactores (10a, 10b) a traves de una regulacion de longitudes del impulso (Pa, Pb) de los impulsos de corriente calefactora generados por los inversores (12a, 12b).
- 4. - Campo de coccion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la unidad de control (22) esta disenada para ajustar las longitudes de los impulsos (Pa, Pb) de los dos inversores (12a, 12b) al mismo valor y para seleccionar este valor a frecuencia predeterminada en funcion de la relacion de las potencias calefactoras teoricas de los inductores calefactores (10a, 10b).
- 5. - Campo de coccion de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por una unidad de memoria (30) para el almacenamiento de al menos un campo caractenstico bidimensional, que contiene el desplazamiento de fases (d) a ajustar en funcion de la relacion a activar de las potencias calefactoras y de la potencia calefactora total de los dos inductores calefactores (10a, 10b).
- 6. - Campo de coccion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por al menos dos condensadores de circuito oscilante comun (26a-26e), que estan conectados en serie con los dos inductores calefactores (10a, 10b), estando conectado cada uno de los dos condensadores de circuito oscilante (26a, 26b) con un polo de la unidad de suministro de corriente.
- 7. - Campo de coccion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el condensador de circuito oscilante comun (26a, 26b) es parte de una disposicion de condensador de circuito oscilante (24) comun con capacidad total variable.
- 8. - Campo de coccion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por tres o mas inductores calefactores (10a, 10b), que estan conectados en serie con un condensador de circuito oscilante comun (26a, 26b).
- 9. - Procedimiento para el funcionamiento de un campo de coccion con una unidad de suministro de corriente con dos polos, con al menos dos inductores calefactores (10a, 10b), que estan conectados con al menos un condensador de circuito oscilante (26a, 26b) a un circuito oscilante, y con al menos dos inversores (12a, 12b) para la generacion de corrientes calefactoras (10a, 10b), en el que los inversores (12a, 12b) forman, respectivamente, un circuito de semipuente entre los dos polos de la unidad de suministro de corriente y el inductor calefactor (10a, 10b) respectivo esta conectado en un punto medio del circuito de semipuente con los dos inversores (12a, 12b), caracterizado porque al menos un condensador de circuito oscilante comun (26a, 26b) esta conectado con los dos inductores calefactores (10a, 10b) y con al menos un polo de la unidad de suministro de corriente y porque una relacion de las potencias calefactoras de los dos inductores calefactores (10a, 10b) es controlada a traves de un ajuste de un desplazamiento de fases entre las senales de conmutacion de los dos inversores (12a, 12b).
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