DE2559503B2

DE2559503B2 - lnduktions-Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE2559503B2
Application number: DE2559503A
Authority: DE
Inventors: Mitsuyuki Kadoma Osaka Kiuchi (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-05-17
Filing date: 1975-05-16
Publication date: 1978-07-27
Also published as: US4320273A; DE2559503C3; DE2559502B2; SE7505490L; DE2521941B2; FR2271735A1; DE2559503A1; DE2521941A1; CA1047120A; FR2271735B1; GB1472492A; US4275281A; SE408518B; DE2521941C3; AU8113975A; DE2559502A1; NL7505810A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Induktions-Heizvorrich tung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wenn eine solche Induktions-Heizvorrichtung als Kochgerät verwendet wird und durch eine Last, beispielsweise eine Koch- oder Bratpfanne, die in der Nähe der Heizspule abgesetzt wird, belastet wird, schwankt die von der Schaltung einschließlich der Heizspule gebildete Impedanz in einem weiten Bereich, je nach dem Material, das die an die Heizspule angekoppelte Last bildet. Dadurch ergeben sich unerwünscht hohe Schwankungen in den Arbeitsbedingungen der Heizspule und des Umformers und insbesondere bei den Halbleiterelementen, die den Schalter bilden. Wenn die Heizvorrichtung aus einer Vielzahl von Heizspulen besteht, werden Impedanzschwankungen in den einzelnen Heizspulen erzeugt, wenn eine Heizspule einer Last ausgesetzt wird, während eine andere Heizspule unbelastet bleibt oder wenn die Heizspulen unterschiedlichen Lasten ausgesetzt werden.

Aus der DE-OS 23 04 411 ist eine Induktionsneizvorrichtung der eingangs genannten Art, die mit einer Schutzeinrichtung gegen Überströme ausgerüstet ist. Als eine erste Maßnahme zur Verhinderung von Überströmen liegt in der Stromversorgungsleitung für den statischen Umformer ein Widerstand, an dem eine dem fließenden Strom proportionale Spannung abfällt. Übersteigt diese Spannung einen bestimmten Wert, dann wird der Schalter mit Hilfe von zwei Thyristoren außer Betrieb gesetzt. Auf diese Weise kann ein Überstrom nicht nur in der Heizspule, sondern auch in dem statischen Umformer verhindert werden. Als eine weitere Schutzmaßnahme ist bei der bekannten Vorrichtung ein Vergleich der Frequenz der vom Umformer erzeugten Spannung mit einer Bezugsfrequenz vorgesehen. Eine ungeeignete, zu einem Überstrom in der Heizspule führende Last bewirkt eine Verringerung der Induktivität der Heizspule und damit eine Erhöhung der hiervon abhängigen Frequenz der Umformerspannung. Überschreitet die Frequenz einen bestimmten Bezugswert, der einer zu hohen Belastung der Heizspule entspricht, dann wird der Umformer abgeschaltet. Beide Schutzmaßnahmen gegen Überströme bei der bekannten Induktions-Heizvorrichtung sind in ihrer Anwendung jedoch auf Heizeinheiten mit einer einzigen Heizspule beschränkt. Der erwähnte Widerstand beispielsweise müßte so ausgelegt sein, daß beispielsweise im Fall von mehreren Heizspulen ein maximaler Gesamtstrom fließen kann, wenn alle Heizspulen maximal belastet sind. Entgegen den Erfordernissen würde dies wiederum jedoch ein Abschalten des Umformers verhindern, wenn dieser maximale Strom lediglich von einer einzigen der mehreren Heizspulen verursacht wird. In ähnlicher Weise enthält die Frequenz des Umformerstroms im Fall von mehreren Heizspulen keine Aussage darüber, ob eine der Heizspulen überlastet ist oder nicht.

Aus der DE-OS 23 17 565 ist eine Induktions-Heizvorrichtung bekannt, bei der der die einzige Heizspule durchfließende Laststrom mit Hilfe eines künstlichen Lastkreises ermittelt wird. Der ermittelte Laststrom wird nach Umformung in eine entsprechende Spannung mit einem Bezugswert verglichen und als Regelsignal für die Höhe des der Heizspule zugeführien Stroms verwendet. Dabei wird ein Überlaststrom also mit Hilfe eines Regelkreises vermieden. Auch diese bekannte Anordnung ist jedoch nur in Verbindung mit einer einzigen Heizspule verwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Induktions-Heizvorrichtung der eingangs genannten Art mit mehreren Heizspulen so auszugestalten, daß mit einfachen Mitteln ein Überstrom durch die Heizspulen verhindert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung, teilweise in Blockform, einer allgemeinen Anordnung einer erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung,

Fi g. 2a und 2b verschiedene Ausführungsformen der Heizeinheit der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung,

Fig.3a, 3b und 3c graphische Darstellungen von Beispielen für die Trigger-Impulse (F i g. 3a), die an den Halbleiter-Schalter in dem Umformer der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung angelegt werden, den Strom [Fig.3b), der durch den Schalter fließt, wenn die Triggerimpulse von Fig.3a auftreten, und die Spannung (Fig. 3c), die über dem Schalter aufgebaut wird, wenn der in Fig.3b gezeigte Strom durch ihn hindurchfließt,

F i g. 4 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Widerstand der Heizspule und der Abschaltzeit des Umschalters bei verschiedenen Schwingungsfrequenzen des statischen Umformers der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung wiedergibt,

F i g. 5 ein zum Teil in Blockform dargestelltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung,

F i g. 6 eine graphische Darstellung von Beispielen für die Wellenform des Stromes (Kurve a), der in der Heizspule der in Fig.5 gezeigten Induktions-Heizvorrichtung fließt, der Signalspannung (Kurve b), die in der in der Schaltung von Fig.5 gezeigten Steuereinrichtung erzeugt wird und eines Ausgangssignals (Kurve c) der Steuereinrichtung,

F i g. 7 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom und der Ausgangsspannung des hier gezeigten statischen Umformers darstellt, und

F i g. 8 eine schematische Darstellung, die ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Induktions-Heizvorrichtung wiedergibt.

F i g. 1 zeigt die grundlegende Schaltungsanordnung einer Induktions-Heizvorrichtung. Die Induktions-Heizvorrichtung weist einen statischen Umformer 30 mit einer Gleichrichtereinheit 32 auf, die an eine Wechselstromquelle 34 angeschlossen ist und einen positiven und einen negativen Ausgangsanschluß 36 bzw. 36' hat. Die Gleichrichtereinheit 32 ist ein Vollwellenbrückengleichrichter, der aus den Dioden 32a, 32Z>, 32c und 32d besteht, die in einer diametralen Brücke zwischen den positiven und negativen Anschlüssen 36 und 36' angeschlossen sind. Zwischen den Anschlüssen 36 und 36' ist eine Reihenschaltung aus einer den Strom begrenzenden Spule 38 und einem Halbleiter-Schalter 40 angeschlossen, der aus einer Parallelschaltung eines Thyristors 42 und einer Diode 44 besteht, die gegensinnig gepolt sind. An den Schalter 40 ist eine Reihenschaltung aus einer kommutierenden Spule 46 und einem kommutierenden Kondensator 48 angeschlossen, die einen Schwingkreis bilden. Der Thyristor 42 und die Diode 44 sind daher mit ihren entsprechenden Anoden- und Kathodenanschlüssen parallel durch die Spule 38 mit dem positiven Ausgangsanschluß 36 der Gleichrichtereinheit 32 und durch die Spule 46 mit einer Elektrode des Kondensators 48 verbunden. Die jeweils anderen Kathoden- und Anodenanschlüsse sind mit dem negativen Anschluß 36' der Gleichrichtereinheit 32 und mit der anderen Elektrode des Kondensators 48 verbunden.

Der auf diese Weise gebildete statische Umformer 30 hat einen positiven und einen negativen Ausgangsanschluß 50 bzw. 50' und ist mit einer Induktions-Heizeinheit 52 verbunden, die aus einer Parallelschaltung von Heizspulen 56a, 56b... 56/? bestehen kann, die jeweils in Reihe mit Filterkondensatoren 54a, 54b... 54n geschaltet sind, wie in der in Fig.2a gezeigten Anordnung dargestellt ist. Auch eine Reihenschaltung der Heizspulen 56a, 56b... 56n, die an einen einzigen Filterkondensator 54 angeschlossen ist, kann vorgesehen sein, wie in F i g. 2b gezeigt ist. Jede der Heizspulen 56a, 56b... 56n ist in Spiralform angeordnet. Beim Gebrauch der Heizvorrichtung als Kochgerät wird eine Koch- oder Bratpfanne 58 aus elektrisch leitendem und magnetischem Material in die Nähe einer Heizspule gebracht.

Die Induktions-Heizvorrichtung weist ferner eine Steuereinrichtung 60 mit einem Triggerimpulsgenerator 62 und einem Abschalter 66 auf. Der erste Ausgangsan-Schluß 62a des Triggerimpulsgenerators ist mit dem Gate-Anschluß 42a des genannten Thyristors 42 verbunden, während sein zweiter Ausgangsanschluß 62b mit der Kathode des Thyristors 42 bzw. der Anode der Diode 44 verbunden ist.

Im Betrieb wird die von der Gleichrichtereinheit 32 gelieferte Spannung an den Thyristor 42 angelegt, der folglich leitfähig gemacht wird, wenn ein Triggerimpuls von dem Triggerimpulsgenerator 62 geliefert wird. Wenn der Thyristor 42 auf diese Weise getriggert wird, wird die Spannung über dem Thyristor 42 auf im wesentlichen Null reduziert, so daß ein Wechselstrom, der durch die Gesamtimpedanz der Spulen 38 und 46, der Kondensatoren 48 und 54 und der Heizspule 56 bestimmt ist, durch den Schalter 40 fließt. Durch diesen Wechselstrom wird über dem Kondensator 48 eine Spannung erzeugt, deren Frequenz gleich der Frequenz ist, mit der der Thyristor 42 getriggert wird. Ein Resonanzstrom mit einer Resonanzfrequenz, die durch die Kapazität des Filterkondensators 54 und die Induktivität der Heizspule 56 bestimmt ist, fließt daher durch die Heizspulen 56, wobei der kommutierende Kondensator 48 als Stromquelle wirkt. In der Pfanne 58, die dem sich ändernden Magnetfluß ausgesetzt ist, der durch die Heizspule 56 erzeugt wird, werden daher Wirbelströme erzeugt, so daß die Pfanne 58 durch Induktion aufgeheizt wird.

Der Thyristor 42 wird durch die Triggerimpulse von dem Triggerimpulsgenerator 62 der Steuereinrichtung 60 zyklisch eingeschaltet und durch den Wechselstrom ausgeschaltet, der durch die Reihenschaltung der Spule 46 und des Kondensators 48 erzeugt wird. Die Spule 46 und der Kondensator 48 bilden einen Schwingkreis und sind so gewählt, daß sie eine Resonanzfrequenz f_r erzeugen, die etwa doppelt so groß wie die Frequenz /, ist, mit der der Thyristor 42 von dem Triggerimpulsgenerator 62 getriggert wird. F i g. 3a zeigt einen Impulszug, der an dem Gateanschluß 42a des Thyristors 42 ansteht, während F i g. 3b die Wellenform des Stromes zeigt, der durch den Schalter 40 fließt. F i g. 3c zeigt die Wellenform der Spannung, die über dem Schalter 40 aufgebaut wird, wenn der Thyristor 42, durch die in Fi g. 3a gezeigten Impulse getriggert wird. Der Strom, der in Vorwärtsrichtung durch den Schalter 40 fließt und durch Ir in Fi g. 3b dargestellt ist, fließt durch den Thyristor 42, und der Strom, der in Rückwärtsrichtung durch den Schalter 40 fließt und durch Id dargestellt ist, fließt durch die Diode 44. Die Dauer fo, während der der Strom Iddurch die Diode 44 fließt, wird hier als Abschaltzeit des Schalters 40 bezeichnet. Wenn die Abschaltzeit fo kurzer als die Abschaltzeit des Thyristors ist, wird der Strom durch den Schalter 40 nicht kommutiert. Wenn die Heizspule 56 einer Last, beispielsweise einer Pfanne 58, ausgesetzt wird, kann die Heizspule 56 durch ein Ersatzschaltbild dargestellt werden, welches aus der Reihenschaltung der Induktivität und des Widerstandes der Spule besteht. Wenn die Resonanzfrequenz f_r', die durch die Reihenschaltung der Induktivität der Heizspule 56 und

der Kapazität des Filterkondensators 54 erzeugt wird, sich der Frequenz /ö der Schwingung des Umformers, d. h. der Triggerfrequenz f, des Thyristors 42, nähert, wird die genannte Abschaltzeit des Schalters 40 um so kurzer, um so kleiner der Widerstand der Heizspule 56 wird. Fig.4 zeigt die allgemeine Beziehung zwischen dem Widerstand der Heizspule 56 und der Abschaltzeit to des Schalters 40 für verschiedene Schwingungsfrequenzen /J), die in der Reihenfolge der Kurven a, 6 und c kleiner werden, wobei die Induktivität der Heizspule 56 als unveränderlich angenommen wird.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Induktionsheizvorrichtung, bei dem der obengenannte Abschalter 66, der zu der Steuereinrichtung 60 gehört, so angeordnet ist, daß er den Umformer 30 bei Messung eines Überstromes in der Heizeinheit 52 abschaltet. Die in Fig.5 gezeigte Heizeinheit 52 besteht aus vier Heizspulen 56a, 566, 56c und 56c/, die zwischen dem positiven und dem negativen Ausgangsanschluß 50 und 50' des Umformers 30 parallel geschaltet sind. Der Abschalter 66 weist Strommeßeinrichtungen 74a, 746, 74c und 74c/auf, die an die mit den Heizspulen 56a, 566, Secbzw.sec/angeschlossenen Leitungen gekoppelt sind. Jede der Strommeßeinrichtungen 74a, 746, 74c und 74c/ besteht aus einem Magnetkern, der mit der Leitung gekoppelt ist, die mit den Heizspulen 56a, 566, 56c und 56c/ verbunden sind, und einer Wicklung auf dem Magnetkern, um einen Strom proportional zu dem durch die zugehörige Heizspule fließenden Strom zu erzeugen. Die Wicklungen der einzelnen Strommeßeinrichtungen 74a, 746, 74c und 74c/ sind parallel zu Widerständen 76a, 766, 76c bzw. 76c/ geschaltet, um zu verhindern, daß die Magnetkerne gesättigt werden. Wenn ein Strom in der Wicklung jedes der Strommeßeinrichtungen 74a, 746, 74c und 74c/ erzeugt wird, wird in jedem der Widerstände 76a, 766, 76c und 76c/ eine Spannung proportional zu diesem Strom erzeugt. Die Spannung an jedem der Widerstände ist daher eine Anzeige für den durch die zugehörige Heizspule fließenden Strom. Jeder der Widerstände 76a, 766, 76c und 76c/ hat einen Widerstandswert, der so ausgewählt ist, daß im wesentlichen ein Kurzschlußkreis für die Wicklung der zugehörigen Strommeßeinrichtung erzeugt wird. Der Abschalter 66 weist ferner erste Dioden 78a, 786, 78c und 78c/, deren Anoden geerdet sind, und zweite Dioden 80a, 806, 80c und 80c/auf, deren Anoden respektive mit den Kathoden der ersten Dioden 78a, 786, 78c und 78c/ verbunden sind. Jede der zweiten Dioden 80a, 806, 80c und 80c/ ist ferner mit einem Ende von je einem der Widerstände 76a, 766, 76c und 76c/der Strommeßeinrichtungen 74a, 746, 74c bzw. 74c/ verbunden. Die zweiten Dioden 80a, 806, 80c und 80c/sind mit ihren Kathoden gemeinsam an eine Spannungsverdoppelungsschaltung angeschlossen, die aus einer Reihenschaltung eines ersten und eines zweiten Kondensators 82 bzw. 84 besteht. Die Widerstände 76a, 766, 76c und 76c/sind mit ihren anderen Enden über eine gemeinsame Leitung mit dem Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 82 und 84 verbunden. Die Spannungsverdoppelungsschaltung ist mit einem Ausgangsanschluß mit einer Zcitbegrenzerschaltung verbunden, die aus einer Parallelschaltung eines Kondensators 86 und eines Widerstandes 88 besteht. Der Abschalter 66 weist ferner einen Vcrgleicher mit einem Operationsverstärker 90 auf, der einen ersten und einen zweiten F.ingangsanschluß 90a b/w. 906 hat. Der erste F.ingangsanschluß 90a des Operationsverstärkers 90 ist mn dem Ausgangsanschluß der /.citbegrcn/.crschalliing verbunden, die aus dem Kondensator 86 und dem Widerstand 88 besteht. Der zweite Eingangsanschluß 906 des Operationsverstärkers 90 ist über Spannungsteilerwiderstände 94 und % an eine Gleichstromquelle ; 92 angeschlossen. Der Operationsverstärker 90 hat einen Ausgangsanschluß, der einerseits mit dem Eingangsanschluß des Triggerimpulsgenerators 62 und andererseits über einen Widerstand 98 als positive Rückkopplung mit dem zweiten Eingangsanschluß 906

in des Operationsverstärkers 90 verbunden ist. Ein vorbestimmtes Bezugspotential Er, das durch die Widerstände 94, % und 98 vorgegeben ist, wird daher an den zweiten Eingangsanschluß 906 des Operationsverstärkers 90 angelegt, wobei das Bezugspotential Er je

r> nach dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers zwischen einem verhältnismäßig hohen Niveau £1 und einem verhältnismäßig geringen Niveau E2 verschoben wird, wie noch beschrieben wird.

Wenn der Umformer 30 eingeschaltet wird und keine

2;i Last an den einzelnen Heizspulen 56a, 566, 56c und 56d der Heizeinheit 52 vorhanden ist, fließt ein oszillierender oder Wechselstrom durch jede der Heizspulen. Der auf diese Weise in jeder Heizspule erzeugte Wechselstrom wird durch die Strommeßeinrichtungen 74a, 746,

2Ί 74cund 74c/gemessen, so daß ein Strom proportional zu dem Wechselstrom in der jeweiligen Heizspule in der Wicklung jeder Strommeßeinrichtung erzeugt wird. Eine Spannung proportional zu dem in der Wicklung der jeweiligen Strommeßeinrichtung 74a, 746 und 74c

jo und 74c/ induzierten Strom wird daher an den Widerständen 76a, 766,76c und 76c/erzeugt.

Da in diesem Fall die jeweiligen Schaltungsabschnitte, die zu den Heizspulen 56a, 566,56c und 56c/gehören, im wesentlichen ähnlich arbeiten, wird nur die Betriebsweise se des Schaltungsabschnittes beschrieben, der zu der Heizspule 56a gehört. Wenn ein Strom in einer solchen Richtung durch den Widerstand 76a fließt, daß ein positives Potential an dem Ende des Widerstandes 76a erzeugt wird, das mit der Spannungsverdoppelungs-

4!i schaltung verbunden ist, wird der Kondensator 84 der Spannungsverdopplerschaltung durch die erste Diode 78a geladen. Wenn die Richtung des Stromes durch der Widerstand 76a umgekehrt wird, wobei ein negatives Potential an dem genannten Ende des Widerstandes 76i

4i erzeugt wird, wird der Kondensator 82 in der Spannungsverdoppelungsschaltung durch die zweite Diode 80a geladen, wobei die Ladung an den Kondensator 84 unverändert bleibt. Die Ladungen, die auf diese Weise in den Kondensatoren 82 und 84, die die

V) Spannungsverdopplerschaltung bilden, gespeichert sind werden in den Zeitbegrenzerkondensator 86 übertragen, so daß ein Potential Es im wesentlicher proportional zu dem durch das Heizelement 56. fließenden Strom an dem Ausgangsanschluß dei

« Zeitbegrenzerschaltung erscheint, die aus einer Parallel schaltung des Kondensators 86 und des Widerstands 8i besteht. Dieses Ausgangssignal wird auf den erster Eingangsanschluß 90a des Operationsverstärkers 9( gegeben. Ein Beispiel für die Wellenform des Potential:

ho Es, das an dem ersten Eingangsanschluß 99a dci Operationsverstärkers 90 auftritt, ist in der Kurve 6 vor Fig. 6 gezeigt.

Wenn die Heizspule 56a in dem unbelasteten Zustanc gehalten wird, hat der durch diese Spule fließend«

h") Strom eine verhältnismäßig kleine Größe, wie bei la ir der Kurve von Fig. 6a dargestellt ist. Daher ist da; Potential Es, das an den ersten Eingangsanschluß 90· des Operationsverstärkers 90 angelegt wird, geringe

als das obenerwähnte Anfangsniveau Er— El, das durch die Widerstände 94, 96 und 98 vorgegeben wird, Der Operationsverstärker 90 erzeugt daher ein Ausgangssignal entsprechend logisch »1« in Form eines festen, positiven Potentials, wie durch Si in der Kurve von F i g. 6c dargestellt ist. Unter diesen Bedingungen kann der Triggerimpuisgenerator 62 den Thyristor 42 des Schalters 40 (Fig. 1) mit einer vorbestimmten Normalfrequenz triggern, so daß der Umformer 30 weiterhin im stationären Zustand arbeitet. Wenn jedoch die Heizspule 56a mit einer Last (in F i g. 5 nicht gezeigt), die beheizt werden soll, belastet wird, wird der durch die Heizspule 56a fließende Strom größer, wie bei Ib in der Kurve von F i g. 6a dargestellt ist, so daß das an dem ersten Eingangsanschluß 90a des Operationsverstärkers 90 erzeugte Potential ansteigt und das genannte Niveau E\ des Bezugspotentials Er erreicht, das an dem zweiten Eingangsanschluß 90£> des Operationsverstärkers 90 ansteht. Folglich gibt der Operationsverstärker 90 ein Ausgangssignal entsprechend logisch »0« ab, das in Form eines Potentials gleich Null vorliegt und durch So in der Kurve von F i g. 6c dargestellt ist, so daß der Triggerimpuisgenerator 62 an den Thyristor 42 des Schalters 40 (F i g. 1) keine Triggerimpulse mehr abgibt und dadurch den Umformer 30 abschaltet. Wenn ein Potential gleich Null an dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 90 ansteht, ist der Widerstand 98 der positiven Rückkopplung parallel zu dem Spannungsteilerwiderstand 96 geschaltet, so daß das Potential Er an dem zweiten Eingangsanschluß 90b des Operationsverstärkers 90 von dem Niveau E1 auf das Niveau E2 abfällt. Die Ladungen, die in dem Zeitbegrenzerkondensator 86 gespeichert worden sind, werden über den Zeitbegrenzerwiderstand 88 nach Masse abgeleitet. Wenn die Spannung über dem Zeitbegrenzerkondensator 86, d. h. das Potential Es an dem ersten Eingangsanschluß 90a des Operationsverstärkers 90 das genannte Niveau E2 des Bezugspotentials Er erreicht, gibt der Operationsverstärker 90 ein Ausgangssignal entsprechend logisch »1« oder ein festes, positives Potential, wie es durch Si in der Kurve von F i g. 6c dargestellt ist, ab, so daß der Triggerimpuisgenerator 62 den Thyristor 42 des Umschalters 40 (F i g. 1) unter Normalbedingungen triggern kann. Wenn es sich unter diesen Bedingungen herausstellt, daß der durch die Heizspule 56a fließende Strom immer noch einem verhältnismäßig hohen Niveau ist und daß folglich das Potential Es, das die Größe dieses Stromes darstellt, höher als das Potential El des Bezugspotentials Er ist, wird der Umformer 30 abgeschaltet, bis das Potential Es, das an dem ersten Eingangsanschluß 90a des Operationsverstärkers 90 erzeugt wird, auf das Niveau El abgefallen ist. Die Zeitdauer, während der der Umformer 30 unwirksam bleibt, wird durch die Zeitdauer T₀ des logischen »0«-Signals vorgegeben und entspricht daher der Zeitdauer, während der sich der Zeitbegrenzerkondensator 86 entladen kann. Die Zeitdauer 7o kann durch Variieren der Niveaus El und E 2 des Bezugspotentials Er eingestellt werden, das an dem zweiten Eingangsanschluß 90b des Operationsverstärkers 90 anliegt. Mit anderen Worten kann 7o durch Auswahl der Widerstandswerte der Widerstände 94,96 und 98 variiert werden, die mit dem Operationsverstärker 90 verbunden sind.

Die Beschreibung der Betriebsweise des Schaltungsabschnittes, der zu der Heizspule 56a gehört, gilt entsprechend auch für die Betriebsweise der Schaltungsabschnitte, die zu den anderen Heizspulen 566,56c und 56d gehören, weil die Spannung über dem Kondensator 86 ansteigt, wenn ein Überstrom durch wenigstens eine der Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56a fließt. Wenn daher die Spannung über dem Kondensator 86 das genannte Niveau El übersteigt, wenn ein Überstrom durch wenigstens eine der Heizspulen 56a, 56b, 56c und 56d fließt, wird der Umformer 30 abgeschaltet, so daß er keinen Wechselstrom an die Heizeinheit 52 liefern kann, obwohl der Strom, der

κι jeweils durch die verbleibenden Heizspulen fließt, auf einem solchen Niveau gehalten wird, daß die Spannung Es, die sich aus diesem Strom ergibt, kleiner als das Niveau El ist.

F i g. 7 zeigt Kurven, die die Spannung V und den Strom /darstellen, die durch den Umformer 30 erzeugt werden, wenn das Verhältnis f_r'/fo zwischen der Resonanzfrequenz f/ der Heizeinheit 52 und der Schwingungsfrequenz k des Umformers 30 variiert wird. Aus diesen Kurven ist ersichtlich, daß die Ausgangsspannung V und der Ausgangsstrom / des Umformers 30 sich im wesentlichen in ähnlicher Weise mit dem Wert von fJh ändern. Dies bedeutet, daß der in der Heizeinheit 52 fließende Überstrom dadurch gemessen werden kann, daß man die Spannung über der Heizeinheit 52 mißt. F i g. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Induktionsheizvorrichtung, bei der der Abschalter 66 so aufgebaut ist, daß dieses Arbeitsprinzip verwirklicht wird.
Gemäß F i g. 8 weist der Abschalter 66 eine Spannungsmeßeinrichtung 100 auf, deren Eingangsanschlüsse an dem positiven und dem negativen Anschluß 50 und 50' der Heizeinheit 52 angeschlossen sind, die in diesem Fall mit vier Heizspulen 56a, 56£>, 56c und 56d messen und eine Ausgangsspannung proportional zu der Meßspannung erzeugen. Ein Vergleicher 102 ist mit einem ersten Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß der Spannungsmeßeinrichtung 100 und mil einem zweiten Eingangsanschluß mit einem Bezugsspannungsgenerator 104 verbunden, der so angeordnei ist, daß er eine vorbestimmte Bezugsspannung erzeugt die der obengenannten Bezugsspannung El entsprechen kann. Der Vergleicher 102 kann daher die Ausgangsspannung von der Spannungsmeßeinrichtunj; 100 mit der Bezugsspannung von dem Bezugsspannungsgenerator 104 vergleichen und eine Ausgangsspannung erzeugen, die der Differenz zwischen der beiden Eingangsspannungen entspricht. Der Verglei eher 102 ist mit einem Ausgangsanschluß mit eine: Frequenzsteuerschaltung 106 verbunden, die der Triggerimpuisgenerator 62 abschalten bzw. darar hindern kann, Triggerimpulse an den Thyristor 42 de; Schalters 40 des Umformers 30 abzugeben, wenn die Ausgangsspannung des Vergleichers 102 höher als eir vorbestimmtes Niveau ist. Als Alternative zu diese:

Anordnung der Frequenzsteuerschaltung 106 kann eir Relaisschalter zwischen dem positiven und den negativen Eingangsanschluß 36 und 36' angeschlosser sein, so daß er durch das Ausgangssignal de: Vergleichers 102 geöffnet werden kann. Die Bezugs spannung, die an dem zweiten Eingangsanschluß de: Vergleichers 103 angelegt wird, kann entsprechend dei an den Umformer 30 gelieferten Eingangsspannunj variiert werden, so daß ein Zustand, bei dem die Last au: einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise Alu minium, in die Nähe der Heizspule gebracht wird, selbs dann erfaßt werden kann, wenn die an den Umforme gelieferte Spannung auf einem verhältnismäßig gerin gen Niveau ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

809 630/40

Claims

Patentansprüche:

1. Induktions-Heizvorrichtung mit einer Heizeinheit, die mehrere Heizspulen enthält, und mit einem statischen Umformer, der zwischen die Heizeinheit und eine niederfrequente Wechselstromquelle geschaltet ist, um den zugeführten Wechselstrom in einen Hochfrequenzstrom umzuformen und dadurch in jeder der in einem Hochfrequenz-Schwingkreis liegenden Heizspulen ein hochfrequentes Magnetfeld zu erzeugen und bei der der Umformer einen Schalter mit einem Thyristor aufweist, an dessen Steuerelektrode der Ausgang eines Triggerimpulsgenerators angeschlossen ist, dadurch ge- is kennzeichnet, daß zwischen der Heizeinheit (52), die die elektrisch miteinander verbundenen Heizspulen enthält, und den Schalter (40) eine Steuereinrichtung angeschlossen ist, die eine Meßeinrichtung (74a, 74b...; 100) umfaßt, die eine der der Heizeinheit vom Umformer (30) gelieferten Energie proportionale Größe erfaßt und ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, das in einem Vergleicher (90,102) mit einem vorgebbaren Bezugssignal vergleichbar ist, welches einem bestimmten Betrag der der Heizeinrichtung zuzuführenden elektrischen Energie proportional ist, und daß bei Überschreiten eines bestimmten Betrages der Differenz von Ausgangssignal der Meßeinrichtung und Bezugssignai der Ausgang des Triggerimpulsgenerators (62) gesperrt ist.

2. Induktions-Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung Strommeßeinrichtungen (74a—74d) umfaßt, von denen jeder Heizspule (56a—56d) jeweils eine zur Messung des durch die jeweilige Heizspule fließenden Stroms zugeordnet ist.

3. Induktions-Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (100) die Spannung an jeder der Heizspulen (56a, 56b...) ermittelt.

4. Induktions-Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Kompensationsschaltung aufweist, die bei Änderungen der Eingangsspannung des statischen Umformers (30) das Bezugssignal entsprechend variiert.