用於控制感應加熱烹飪設備的方法和裝置的製作方法

2023-09-17 16:52:50

專利名稱：用於控制感應加熱烹飪設備的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於控制感應加熱烹飪設備的方法和裝置。
背景技術：
在感應加熱烹飪設備中，產生磁場或感應場以便在被加熱的物體中引起渦流，所述被加熱的物體導電，並且大部分還具有鐵磁性，例如感應加熱灶臺上的烹飪容器或壺的底部。感應場或磁場由感應發生器產生。首先，來自交流供電系統的交變電流或電壓(其為具有兩個極性的正弦形並因此具有一個基本頻率，典型地，在歐洲為50Hz)通過整流器整流為直流電流或電壓(DC)，其具有半正弦波，只有一個極性。隨後，直流電流或電壓通過包括例如電晶體或三端雙向可控矽開關的電子開關元件的逆變器進行轉換，以便產生具有一個極性的帶脈衝的感應電流，其中，脈衝通常例如利用電容器進行電子平滑處理並且具有與電子開關元件及其轉換脈衝(在轉換接通狀態下)的切換頻率相應的頻率——典型地為IOkHz到60kHz (高頻感應電流)之間。因此，感應電流包括位於前部低頻電流(50Hz) 的正弦基本形狀或包絡線形狀內的高切換頻率的平滑的高頻脈衝。該高頻感應電流供應到通常為感應線圈的感應器中並且在其中引起高頻磁感應場。將低頻電網電流轉換為高頻感應電流的原因在於，對於相同電功率輸入而言，頻率越高，感應加熱的效率越高。然而，在感應加熱期間，被加熱對象尤其是位於感應灶臺上的加熱烹飪容器或壺中存在一些非線性效應。這種非線性相關性的強度取決於對象的材料和構成。例如，這種非線性相關性存在於由搪瓷鋼製成的壺中，而在由鑄鐵製成的壺中則不太多。另外，感應發生器產生諧波，其由於對象中的上述非線性效應而增大。然而，諧波的強度由法律規定，不可以超過預定的限制。此外，在這種情況下，電源電流以及感應電流的包絡線的形狀不再是正弦形。換句話說，電源電流和電源電壓之間以及感應電流和感應電壓之間的相關性為非線性，其產生附加的諧波。由這種非線性關係產生的附加諧波隨著功率增加而增大，並且典型地在超過大約3. 3kff的功率時超過允許的極限值。因此，要麼將功率保持在3. 3kff以下，要麼以不同的方式減少諧波，從而允許功率增大。DE102005028829A1描述了在用於感應加熱烹飪設備的感應發生器的電源電壓的半波內改變逆變器的開關元件的切換頻率的方法。在電源電壓過零點處，頻率為基值。在位於兩個過零點之間的電源電壓的半波期間，頻率先增大再減小到基本頻率。頻率發生改變以便獲得大體上恆定的阻抗。所述恆定的阻抗使電源電流和電源電壓之間具有線性關係， 並且感應電流的包絡線形狀具有正弦波型，並且諧波減小。還可以檢測阻抗和控制頻率，使得阻抗保持大體上恆定。該已知方法的頻率變化提高了感應發生器的功率輸出。

發明內容
本發明的目的在於提供一種用於控制感應加熱烹飪設備的感應發生器的改進方法和改進裝置。
該目的通過如權利要求1所述的方法和如權利要求9所述的裝置實現。如本發明的第一方面所述的用於控制感應加熱烹飪設備的方法包括步驟a)將具有例如50Hz或60Hz的電網或市電頻率的基本頻率的電源電流轉換為頻率高於電源電流的基本頻率的感應電流，例如，IOkHz到60kHz之間的高頻率，b)將感應電流供給到感應加熱烹飪設備的至少一個感應器中以產生感應磁場，C)檢測落在預先給定的容差範圍之外的電源電流或整流的電源電流的實際形狀 (特別是在時域內的實際形狀或隨時間變化的實際形狀)或頻譜(在頻域內的頻譜或隨頻率變化的頻譜)與預定可接受的形狀或頻譜之間的偏差或失真，d)改變感應電流或與感應電流相關的電功率，直到電源電流或整流的電源電流的實際形狀或頻譜與預定形狀或頻譜之間的偏差或失真重新落入預先給定的容差範圍之內。如本發明的第二方面所述的用於控制感應加熱烹飪設備的裝置包括a)具有變頻器和至少一個感應器的感應發生器，其中，變頻器將在其輸入處具有例如50Hz或60Hz的基本頻率的電源電流轉換為在其輸出處頻率高於電源電流的基本頻率的感應電流，並且將感應電流供給到至少一個感應器中以產生磁感應場，C)控制裝置，用於cl)檢測落在預先給定的容差範圍之外的電源電流或通過整流器進行整流的電源電流的實際形狀或頻譜與預定可接受形狀或頻譜之間的偏差或失真，並且用於c2)改變在變頻器的輸出處的感應電流或者與感應電流相關的電功率，直到電源電流或整流的電源電流的實際形狀或頻譜與預定形狀或頻譜之間的檢測偏差或失真重新落入預先給定的容差範圍之內為止。本發明是基於如下的構思，即無需在整流前後分析或監視用於感應烹飪設備的電源電流或市電電流，並且根據在先確定的可接受或仍然可接受的形狀來檢測形狀或頻譜是否或何時落入預定容差範圍之內，特別是是否發生超過預先給定的容差範圍的諧波相關性或非線性相關性。本發明還基於如下進一步的構思，即改變或控制感應發生器的感應電流， 且其方式使得相對於預定形狀或頻譜之間的失真或偏差重新落入容差範圍之內。換句話說，在一側的電源電流(整流或未整流)和另一側的感應電流或感應功率輸出之間引入反饋以將諧波的形狀或頻譜尤其是級別減少或保持在預先給定的容差範圍內。顯然，在(直接地)分析或監視電源電流或整流的電源電流的所有替代實施例中， 本領域技術人員還可以想到，可替換地，可以分析或監視電源電壓或者整流的電源電壓，因為它與電源電流或整流的電源電流相關，從而這種實施例同樣落入權利要求1的含義和範圍之內。根據本發明的其它實施例可以由從屬權利要求獲得。在優選實施例中，電源電流或整流的電源電流特別是通過換流器(或變流器)進行測量和採樣，採樣的測量值儲存並用於表示電源電流或整流的電源電流的實際形狀或頻譜，或者在轉換或分析之後，尤其是在頻譜轉換或分析例如傅立葉變換(如FFT)或分析之後，用於連同表示預定形狀或頻譜的儲存值一起在檢測偏差或失真的所述步驟中獲得實際形狀或頻譜的值。還儲存和應用用於比較或確定偏差的相應測量值。在一個實施例中，通過由具有至少一個切換頻率(或驅動頻率)的開關裝置(例如電子開關)對電源電流或整流的電源電流進行切換而將電源電流轉換為感應電流，從而產生感應電流，其中，特別是由電容器使轉換脈衝變平滑。因此，特別是在電源電流或電源電壓的半波或半周期期間，由此在整流的電源電壓或電源電壓的半波但為全周期期間，有可能通過更改或改變切換頻率來改變感應電流或與感應電流相關的電功率。特別地，頻率在電源電壓或電源電流的半波內先增大再減小。然而，代替改變切換頻率，還可以使用其他通過改變感應電流來改變電源電流的形狀或頻譜的方法，例如，改變開關裝置的頻寬比，特別是以開關裝置被不對稱驅動的方式。感應電流或與感應電流相關的電功率的改變可以以電源電流或與之相關的電源電壓的基本頻率循環和/或呈周期地執行。可替換地或者附加地，改變感應電流或與感應電流相關的電功率連續進行。優選地，感應電流的改變在每個半波內不對稱地執行，其中，優選地，在每個全周期內重複進行此循環。檢測偏差或失真，特別是對電源電流或整流的電源電流進行測量和採樣優選地在電源電壓或整流的電源電壓或電源電流或整流的電源電流的周期內進行。特別地，與感應電流發生器相關的功率在電源電壓或電源電流的半波或半周期內在功率基本值附近變化，其方式使得在電源電壓或電源電流的過零點處，功率需求高於功率基本值；而在電源電壓或電源電流的頂點處，功率需求低於功率基本值。這種功率變化可以與切換頻率變化並行地進行或另外地進行。優選地，同時改變基本頻率。優選地，感應電流或感應功率輸出的反饋或改變使得諧波最小，並且功率輸出最大，和/或電源電流的形狀儘可能靠近正弦形或者電源電流的頻譜儘可能靠近一個單個值，g卩，基本頻率，和/或由感應發生器和感應加熱烹飪容器在電源電流或電壓中引起的諧波強度受到限制並且保持在容許值以下。換句話說，應當獲得由烹飪容器產生的非線性相關性的最佳補償。特別地，感應加熱烹飪設備是感應廚房灶臺，也可以是感應烤箱。根據本發明的方法可以在硬體、軟體或硬體和軟體的組合中實現。


下面將參考附圖進一步描述本發明。圖1顯示了根據本發明的裝置的方框圖。
具體實施例方式圖1顯示了根據本發明的裝置的方框圖，其中，交流電源1 (或電網、市電電源)提供電源電壓Uin和相應的電源電流Iin作為變頻器2的輸入。電源電壓Uin和電源電流Iin (相同地)具有一個單頻作為基頻，典型地，例如在歐洲為50Hz，在美國為60Hz或者為供船舶或營地使用的400Hz，因此，它們是正弦波形或者正弦時間函數。Uin的電壓幅值典型地為大約230V或大約110V。變頻器2的輸出電流Iw是傳至或供應給感應器3的感應電流，所述感應器典型地包括至少一個感應線圈。感應電流Iw是高頻電流，其典型地通過以高的切換頻率或驅動頻率切換電源電流Iin廣生。在變頻器2內部，輸入電壓信號Uin首先在整流單元2a (例如整流二極體電橋) 中整流為包含輸入電壓信號Uin的正的半波或經整流的半波的電壓信號Uh(整流的電源電壓)。此後，具有工作(或者切換或驅動)頻率fw的高頻感應電流Iw在逆變器單元2b中產生，這例如通過使用半橋式電路或全橋式電路或單極開關中的例如受控半導體或電子開關裝置(如電晶體、三端雙向可控矽開關、IGBT等)來實現。變頻器2的特性受到通過控制線路7連接至變頻器2的控制裝置4的控制。此外，控制裝置4的信號輸入通過信號線路8連接至變流器(或換流器)20的信號輸出。變流器20測量交流電源1的輸出和變頻器2的輸入之間的電源電流Iin。控制裝置4以預先給定的採樣率(例如以IOkHz或IOkHz左右的採樣率)對測量值進行採樣，並且通過給定圖案、特徵值或者頻譜分析確定所述電源電流的形狀或頻譜是否處在與預先給定的可接受的形狀或頻譜(其對應於預定的可接受諧波水平)足夠接近的給定容差之內。 如果檢測到位於容差範圍之外的不可接受的偏差或失真時，電源電流Iin的形狀或頻譜通過改變變頻器2特別是逆變器單元2b的功率輸出或感應電流Iw進行改變或調節。特別地，通過檢測電源電流Iin或Uin的過零點並且改變兩個後續的過零點之間的工作頻率fw，特別是先增大頻率隨後減小頻率，尤其是從位於過零點的至少一個基值連續地變化到優選地位於最大電源電流或電壓處的最大值然後再連續變化回去，可以在電源電流Iin或電源電壓Uin的半波期間改變逆變器2b以及感應電流Iw的工作或切換頻率fw。作為這種頻率變化的附加方案或替代方案，在半波期間改變變頻器2的功率輸出ο為了改變頻率，可以改變開關裝置的輸出信號的頻寬比。在開關裝置是由脈寬調製信號(P m信號)驅動的IGBT半橋的情況下，舉例來說，可以例如按照不對稱地驅動半橋的方式改變驅動IGBT半橋的pwm信號。參考數字列表
1交流電源
2變頻器
2a整流單元
2b逆變器單元
3感應器
4控制裝置
7控制線路
8信號線路
20變流器
Uin電源電壓
Iin電源電流
Iw感應電流
Uh整流的電源電壓
fw工作頻率
權利要求
1.一種用於控制感應加熱烹飪設備的方法，包括以下步驟a)將具有例如50Hz或60Hz的基本頻率的電源電流(Iin)轉換為頻率高於電源電流的基本頻率的感應電流(Iw)，b)將感應電流供給到感應加熱烹飪設備的至少一個感應器中以產生感應磁場，c)檢測落在預先給定的容差範圍之外的電源電流或整流的電源電流的實際形狀或頻譜相對於預定可接受形狀或頻譜之間的偏差或失真，d)改變感應電流或與感應電流相關的電功率，直到檢測到電源電流或整流的電源電流的實際形狀或頻譜相對於所述預定可接受形狀或頻譜之間的偏差或失真重新落入所述預先給定的容差範圍之內。
2.如權利要求1所述的方法，其中，對電源電流或整流的電源電流進行測量和採樣，將採樣的測量值儲存並使用所述採樣的測量值來表示電源電流或整流的電源電流的實際形狀或頻譜；或者在轉換或分析之後，尤其是在頻譜轉換或分析例如傅立葉變換或分析之後， 用於連同表示預定形狀或頻譜的儲存值一起在檢測偏差或失真的所述步驟中獲得用於實際形狀或頻譜的值。
3.如權利要求1或權利要求2所述的方法，其中，在將電源電流轉換為感應電流的所述步驟中，電源電流或整流的電源電流通過具有至少一個切換頻率的開關裝置進行切換以產生感應電流，其中，特別是通常地利用電容器使切換的脈衝變平滑。
4.如權利要求3所述的方法，其中，在改變感應電流或者與感應電流相關的電功率的所述步驟中，將電源電流轉換為感應電流的所述步驟中的切換頻率特別是在電源電流的半波或半周期期間改變或變化。
5.如權利要求1-4之一所述的方法，其中，改變感應電流或與感應電流相關的電功率的所述步驟以電源電流或與之相關的電源電壓的基本頻率循環進行。
6.如權利要求1-4之一所述的方法，其中，改變感應電流或與感應電流相關的電功率的所述步驟連續進行。
7.如在先權利要求之一所述的方法，其中，檢測偏差或失真的所述步驟，特別是對電源電流或整流的電源電流進行測量和採樣的所述步驟在電源電壓或整流的電源電壓或電源電流或整流的電源電流的周期內進行。
8.如在先權利要求之一所述的方法，其中，與感應電流發生器相關的功率在電源電壓或電源電流的半波或半周期內在功率基本值附近變化，其變化方式使得在電源電壓或電源電流的過零點處，功率需求高於功率基本值，而在電源電壓或電源電流的頂點處，功率需求低於功率基本值。
9.一種用於控制感應加熱烹飪設備的裝置，包括a)具有變頻器和至少一個感應器的感應發生器，其中，變頻器將在其輸入處具有例如 50Hz或60Hz的基本頻率的電源電流(Iin)轉換為在其輸出處頻率高於電源電流的基本頻率的感應電流(Iw)，並且將感應電流供給到所述至少一個感應器中以產生感應磁場，c)控制裝置，用於cl)檢測落在預先給定的容差範圍之外的電源電流或通過整流器進行了整流的電源電流的實際形狀或頻譜相對於預定可接受形狀或頻譜之間的偏差或失真；並且用於c2)改變在變頻器的輸出處的感應電流或者與感應電流相關的電功率，直到檢測到的電源電流或整流的電源電流的實際形狀或頻譜相對於所述預定可接受形狀或頻譜之間的偏差或失真重新落入預先給定的容差範圍之內為止。
10.如權利要求9所述的裝置，包括用於測量電源電流或整流的電源電流的至少一個電源電流轉換器，所述控制裝置連接至所述電源電流轉換器的輸出以接收測量信號或測量值。
11.用於執行如權利要求1-8之一所述方法的如權利要求9或權利要求10所述的裝置。
全文摘要
一種用於控制感應加熱烹飪設備的方法，包括步驟a)將具有例如50Hz或60Hz的基本頻率的電源電流(Iin)轉換為頻率高於電源電流的基本頻率的感應電流(IW)，b)將感應電流供給到感應加熱烹飪設備的至少一個感應器中以產生感應磁場，c)檢測落在預先給定的容差範圍之外的電源電流或整流的電源電流的實際形狀或頻譜相對於預定可接受形狀或頻譜之間的偏差或失真，d)改變感應電流或與感應電流相關的電功率，直到電源電流或整流的電源電流的實際形狀或頻譜相對於預定形狀或頻譜之間的偏差或失真重新落入預先給定的容差範圍之內。
文檔編號H05B6/06GK102334382SQ201080009311
公開日2012年1月25日 申請日期2010年1月20日 優先權日2009年2月26日
發明者A·維洛力, L·讓納託, M·巴羅西, M·贊格麗, S·E·克裡斯迪安森, T·裡戈勒 申請人:伊萊克斯家用產品股份有限公司