DE2605577C3 - Induktionserwärmungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktionserwärmungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der Druckschrift IEEE Transactions on Industrie and General Applications, Band IGA-5, Nr. 6, November/Dezember 1969, Seiten 686 bis 692. ist eine Induktionserwärmungsvorrichtung mit einem von einem Direktumnchter gespeisten Hochfrequenzschwingkreis bekannt, ohne daß dort jedoch nähere Einzelheiten über die Zündschaltung angegeben wären. Aus der DE-OS 23 29 743 ist eine Induktionserwärmungsvorrichtung b:kannt, be; der ein Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis den Schwingkreis aus einer Wechselstromquelte speist. Der Umrichter enthält einen Doppelweggleichrichter und einen Wechselrichter mit Thyristoren. Dabei ist einer der Thyristoren ein Hilfsthyristor, der als Zündverstärker für den Hauptthyristor dient, welcher die eigentliche Schaltvorrichtung des Wechselrichters darstellt. Antiparallel zu diesem Hauptthyristor liegen die Halbleiterdioden des Doppelweggleichrichters. Sie übernehmen den hochfrequenten

eo Strom des Hochfrequenzschwingkreises in der Sperrphase des Hauptthyristors. Die Zündimpulse, die den Hauptthyristor über den Hilfsthyristor zünden, sind insofern von den Nülldurchgängert der Wechselspannung der Wechselströmquelie abhängig, als der Hauptthyristor beim anfänglichen Einschalten der Vorrrichtung bei oder zumindest nahe bei diesen NulldurchgängQn gezündet wird, und von der Last abhängig, als die Frequenz erhöht wird, um eine

Änderung der Resonanzfrequenz der Wechselrichterschwingkomponenten bei Belastung zu Kompensieren. Zur Änderung der von der tnduktionsheizspule auf ein Kochgefäß übertragenen Leistung ist es bei der bekannten Vorrichtung bereits vorgesehen, die magnetische Kopplung durch Änderung des Abstands zwischen der Induktionsheizspule und dem Kochgefäß zu varriieren.

Aus der DE-OS 23 15 240 ist ein Direktumrichter bekannt, der aus einem dreiphasigen Drehstromnetz einen einphasigen Wechselstrom mit einer gegenüber der Netzfrequenz wesentlich niedrigeren Frequenz erzeug*. Der Direktumrichter besteht aus zwei antiparallel geschalteten Stromrichtergruppen mit ihnen zugeordneten Impulsverstärker^ die von einem Steuersatz und einer Kommandostufe gesteuert werden. Der Kommandostufe wird die Frequenz des einphasigen Wechselstroms vorgegeben, den der Direktumrichter aus dem Drehstromnetz bildet Im Lastkreis des Direktumrichters liegt der zur Strombeheizung dienende Verbraucher, der aus einem ohmschen Widerstand und einer Induktivität besteht

Aus der DE-PS 8 59 048 ist ein Induktioiserwärmungsgerät bekannt bei dem eine Induktionsheizspule von einem Hochfrequenzgenerator gespeist wird, welcher im wesentlichen aus einer gittergesteuerten Elektronenröhre und einem auf die Betriebsfrequenz abgestimmten Schwingkreis mit einer Spule und einem Kondensator besteht Die Induktionsheizspule ist transformatorisch mit der Schwingkreisspule gekoppelt.

Aus der US-PS 34 78 155 ist eine Induktionserwärmungsvorrichtung bekannt bei der eine Last in Reihe mit der Antiparallelschaltung zweiter steuerbarer Gleichrichter an eine niederfrequente Wechselstromquelle angeschlossen ist Die steuerbaren Gleichrichter dienen der Leistungssteuerung und werden von einer Zündschaltung bei einer Ausführungsform im Sinne einer Phasenanschnittssteuerung und bei einer anderen Ausführungsform im Sinne einer Schwingungspaketsteuerung mit Zündimpulsen beaufschlagt Dabei ist die Frequenz der Zündimpulse gleich oder geringer als die Frequenz der Wechselstromquelle.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Induktionserwärmungsvorrichtung der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß sich bei Vermeidung eines Doppelweggleichrichters ein höherer Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 2 gelost

Die antiparallel geschalten Thyristoren sind direkt bzw. über ein Filternetzwerk an die Wechselstromquelle angeschlossen und Teil e'nes Direktumrichters, der ohne Gleichstromzwischenkreis den niederfrequenten Strom der Wechselstromquelle in einen Hochfrequenzstrom zur Speisung der Induktionsheizspule umformt. Dabei werden nicht nur die für einen Doppelweggleichrichter erforderlichen Bauelemente eingespart, sondern es ergibt sich zugleich eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Vorrichtung infolge einer nunmehr möglichen Rückspeisung von im Schwingkreis gespeicherter Energie ins Netz. Eine Erhöhung des Wirkungsgrads folgt auch daraus, daß mit Hilfe des abstimmbaren Oszillators die Frequenz der Zündimpulse abhängig vom Vergleich zwischen einem Leistungssollwert und einem Leistungsistwert im Sinne einer Leistungsrege^ jung gesteuert wird. Enthält der Direktümfichter ein Paar antiparallel geschalteter Thyristoren, dann kann die Zuteilung der Zündimpulse zu den Thyristoren gemäß Anspruch 1 über eine Verknüpfungsanordnung erfolgen. Soll eine höhere Leistung abgegeben werden und werden deshalb zwei oder mehr Paare antiparallei geschalteter Thyristoren verwendet, dann eignet sich ein umkehrbarer Ringzähler für die Zuteilung der Zündimpuise zu den einzelnen Thyristoren gemäß Anspruch 2.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels.

F i g. 2 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Paar gegenpolig parallelgeschalteter Thyristoren in Parallelschaltung zu einem Resonanzkreis dargestellt sind.

F i g. 3 ist ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform, bei der das Thyristorpaar in Reihe zu dem Resonanzkreis geschaltet ist.

F i g. 4 ist ein Schaltbild einer in Verbindung mit den Schaltungen nach F i g. 2 und 3 verwendeten Zündschaltung.

F i g. 5 ist eine graphische Darstellung einer Reihe von Km venformen, die in einem Nulldurchgangsdetektor nach F i g. 4 auftreten.

F i g. 6 ist ein ms einzelne gehendes Schaltbild einer Verknüpfungseinrichtung nach F i g. 4.

F i g. 7 ist ein Kurvenformdiagramm zur Erläuterung der Funktion der Schaltung nach F i g. 2 bis 4.

Fig.8a bis 8c sind Schaltbilder einer weiteren Ausführungsform, bei der zwei Paare gegenpolig parallelgeschalteter Thyristor-Schaltvorrichtungen in unterschiedlichen Schaltverbindungen mit Resonanzkreisen verwendet werden.

F i g. 9 ist ein Schaltbild einer in Verbindung mit den Schaltungen nach den Fig.8a bis 8c veruendeten Zündschaltung.

Fig. 10a und 10b sind Kurvenformdarstellungen zur Beschreibung der Wirkungsweise der Schaltung nach den F i g. 8 und 9.

Fi g. 1 la bis 1 Ic zeige.i Verfahren zur Steuerung der Ausgangsleistung des Frequenzwandlers.

In den F i g. 1 bis 7 der Zeichnung ist eine erste Ausführungsform dargestellt Die Induktionserwärmungsvorrichtung nach F i g. 1 weist allgemein einen Festkörper-Direktumrichter 10, der von einer Netz-Wechselstromquelle 12 gespeist wird, und eine Induktionsheizspule 14 auf, die unterhalb einer nichtmetallischen Kochgeschirrauflage 16 angeordnet ist, auf die eine Metallkochgeschirr Belastung 18 aufgesetzt ist. Der Direktumrichter 10 erzeugt ein hochfrequenztes Signai im Ultraschallbereich zur Erregung der Induktionsheizspule 14, die elektromagnetisch mit der Kochgeschirr-Belastung 18 gekoppelt ist. Gemäß der Darstellung in F i g. 2 enthält der Direktumrichter 10 ein Paar torgesteuerter Halbleiter-Schaltvorrichtungen wie z. B. gesteuerte Siliciumgleichrichter bzw. Thyristoren 21 und 22. die antiparallel an den ersten und den zweiten Anschluß 31 bzw. 32 der Wechselströmquelle 12 angeschlossen sind, einen Resonanzkreis 23 mit der Induktionsheizspule 14 und einem Resonanzkondensator 15 in Parallelschaltung zu dem Thyristorpaar und eine Zündschaltung 29, die Zünd- oder Aufsteuerimpulse für die Thyristoren 21 und 22 erzeugt. Zwischen den Anschluß 31 und den Schwingenden Kreis mit dem

Thyristorpaar und dem Resonanzkreis 23 ist eifie Filterspule 25 eingefügt und über die Filterspule 25 und das Thyristorpaar 21, 22 ein Filterkondensator 13 geschaltet, um den von dem schwingenden Kreis erzeugten hochfrequenten Erregungsstrom zu sperren, damit dieser nicht in die Wechselstromquelle \2 zurückfließt. Zwischen den Anschluß 32 und deiii Kondensator 13 ist ein Eingangsleistungsdetektor 24ii geschaltet, der einen Stromwandler 26 enthält, welcher den Stromfluß Von der Stromquelle 12 zu dent schwingenden Kreis oder dem Ausgangsstromkreis! erfaßt. Der erfaßte Strom wird mittels eines Gleichrichters 27 in eine Gleichspannung umgesetzt und in die Zündschaltung 20 eingegeben. In den schwingenden Kreis ist zum Erfassen des Ausgangsstroms ein Ausgangsleistungsdetektor 24b geschaltet, der den gleichen Aufbau wie der Eingangsleistungsdetektor 24a aufweist; der Ausgang des Ausgangsleistungsdetektors 24b ist an die Zündschaltung 20 angeschlossen.

Gemäß Fig.4 enthalt die Zündschaltung 2ö einen ersten Vergleicher 30a und einen zweiten Vergleicher 30b. Der Ausgang des Eingangsleistungsdetektors 24a' ist an den ersten Vergleicher 30a angeschlossen, um den Eingangsleistungspegel mit einem vom Benutzer eingestellten Wert zu vergleichen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn der Eingangsleistungspegel niedriger als der vom Benutzer eingestellte Wert ist. Der Vergleicher 30a gibt sein Ausgangssignal an einen abstimmbaren Oszillator 33 wie beispielsweise einen spannungsgesteuerten Oszillator ab, um dessen Frequenz so zu steuern, daß er zur Verringerung der an eine falsche Belastung abgegebenen Leistung auf eine niedrigere Frequenz gebracht wird, wenn der Eingangsleistungspegel im Falle des Aufsetzens einer falschen Belastung auf das Gerät niedriger als der voreingestellte Wert ist. Der Ausgangsleistungsdetektor 24ί> gibt sein Ausgangssignal an den zweiten Vergleicher 306 für den Vergleich mit einem erwünschten Leistungspegel zur Erzeugung eines Differenzsignals ab, das gleichfalls an den Oszillator 33 angelegt ist Eine übermäßige Ausgangsleistung wird durch Betreiben des Oszillators 33 mit einer niedrigeren Frequenz ausgeglichen, währpnri dip Frpnnpn? prhnht wirH xi/pnn mphr I jMchincr

k ■ O

erwünscht ist. Um ein einwandfreies Zünden der Thyristoren (SCR) 21 und 22 zum Aufrechterhalten der Schwingungen in dem Direktumrichter 10 zu Beginn einer jeder Halbwelle der Eingangsspeisespannung sicherzustellen, ist der abstimmbare Oszillator 33 an die Wechselstromquelle 12 so angeschlossen, daß bei einer Momentanspeisespannung in der Nähe des Spannungsnullpegels die Oszillatorfrequenz auf ein Minimum verringert wird, danit eine ausreichende Ruhezeit zum Aufladen des Kondensators 15 während der Zeitdauer der niedrigen Eingangsspannung gewährleistet ist Der Ausgang des abstimmbaren Oszillators ist an einen Impulsgenerator 34 zu dessen Versorgung mit abstimmbaren Schwingsignalen angeschlossen, wobei der Impulsgenerator 34 die Eingangsschwingungen in einen zum Zünden der Thyristoren 21 und 22 geeigneten Impulszug umsetzt Eine aus einem Sperrglied 35 und einem Nulldurchgangsdetektor 36 gebildete Zündimpuls-Sperrschaltung ist dafür vorgesehen, das Zünden der Thyristoren 21 und 22 zu verhindern, wenn die Speisewechselspannung zwischen aufeinanderfolgenden Halbwellen der Eingangsspannungskurvenform in der Nähe des Spannungsnullpunkts ist Das Sperrglied 35 ist an den Ausgang des Impulsgenerators 34 angeschlossen und sperrt den Impulsdurchgang mittels des von dem Nulldurchgangsdetektor 36 zugeführten Steuerimpulses; Der Nülldurchgangsdetektor enthält zwei Pegeldetekloren 40 und 41 und ein NOR-Glied 42. Der Pegeldetektor 40 ist mit einem Eingang an die Wechselstromquelle 12 gekoppelt und mit seinem anderen Eingang an eine Bezugssparinung positiver Polarität (+V/ei) angeschlossen, um ein Signal zu erzeugen, wenn die Eingangsspeisespannung oberhalb der Bezügsspannung; liegt Der Pegeldetektor 41 ist

andererseits mit einem Eingang art die Wechselstfömquelle 12 gekoppelt, während sein anderer Eingang mit einer Bezugssparinung negativen Potentials (— V^/) so verbunden ist, daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn die Eingangsspeisespannung während ihrer

is negativen Halbwelle größer als die negative Bezugsspannung ist Die positive und die negative Bezugsspannung sind zu jeweiligen Pegeln geringfügig oberhalb und unterhalb des Spannungsnullpegels gewählt, um ein Sperrintervall zu schaffen, während dessen kein Zünden

Zö auftritt. Die von den Pegeidetektoren 4ö und 4i erzeugten Kurvenformen gemäß der Darstellung in Fig.5 werden dem NOR-Glied 42 eingegeben, um einen Sperrimpuls an das Sperrschaltglied 35 zu erzeugen.

Der Ausgang des Impulsgenerators 34 ist mit einer Verzögerungsschaltung 38 und einem Eingang einer nachfolgend »Impulsverteiler« genannten Verknüpfungsanordnung 39 verbunden. Die der Verzögerungsschaltung 38 zugeführten Impulse werden um ein Zeitintervall verzögert, das durch die Abstimmfrequenz des Resonanzkreises 23 bestimmt ist. Zum Erzeugen eines symmetrischen Rechteckimpulses (F i g. 7c) wird ein Flipflop 37 aus seinem Ruhezustand an der Vorderflanke eines Impulses aus dem NOR-Glied 42

■35 und zurück in seinen Ruhezustand an der Vorderflanke des nächsten Impulses getriggert. Der Rechteckimpuls liegt an dem Impulsverteiler 39 zum Wechseln der Reihenfolge des Zündens der Thyristoren 21 und 22 zu Beginn einer jeden Halb welle der Speisespannung an.

In Fig.6 ist der Impulsverteiler 39 gezeigt, der eine Anzahl logischer Schaltglieder aufweist. Die direkt von dem Impulsgenerator 34 über das Sperrglied 35 7iiopführtpn Imrmlcp cinrf an I ΙΝΠ-ΠΗρΗργ 50 ιιπΗ Ή

geschaltet, während die Impulse von der Verzögerungsschaltung 38 an UND-Glieder 51 und 52 geschaltet sind. Der Ausgang des Flipflops 37 ist direkt mit den UND-Gliedern 50 und 52 verbunden, während dessen invertierter Ausgang mit den UND-Gliedern 51 und 53 verbunden ist Die UND-Glieder 50 und 52 werden während der positiven Halbwelle des Eingangs Wechselspannung geschaltet, während die UND-Glieder 51 und 53 während der negativen Halbwelle des Eingangs Wechselspannung geschaltet werden. Während der positiven Halbwelle werden die unverzögerten Impulse yon dem Sperrglied 35 durch das geschaltete UND-Glied 50 über ein ODER-Glied 54 an das Gate des Thyristors 21 und die verzögerten Impulse durch das geschaltete UND-Glied 52 und ein ODER-Glied 55 an das Gate des Thyristors 22 durchgelassen, so daß der Thyristor 21 wiederholt durch die unverzögerten Impulse aufgesteuert wird, während der Thyristor 22 wiederholt im gleichen Takt wie der Thyristor 21, jedoch zu späteren Zeitpunkten, mittels der verzögerten Impulse aufgesteuert wird. Die auf diese Weise in dem Direktumrichter 10 auftreteneden Schwingungen liegen geringfügig unterhalb der Abstimmfrequenz des Resonanzkreises 23.

Während der negativen Halbwelle der Eingangs-

wechselspannung gelangen die ünverzögerten Impulse durch das geschaltete UND-Glied 53 über das ODER-Glied 55 an den Thyristor 22, während die verzögerten Impulse durch das geschaltete UND-Glied 51 über das ODER-Glied 54 zu dem thyristor 21 durchgelassen werden, so daß der Thyristor 22 früher als der Thyristor 21 zündet. Wenn der Eingängsanschluß 32 bezüglich des Anschlusses 31 positiv ist, wird daher der Thyristor 22 mittels der ünverzögerten impulse zum Auslösen hochfrequenter Schwingungen gezündet, während der Thyristor 21 gezündet wird, damit durch ihfi hindurch die nächste Hälbwelle des Schwingstroms fließen kann.

Die Arbeitsweise der Schaltungen nach den Fig.2 und 4 wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert. Unter der Annahme, daß der Anschluß 31 bezüglich des Anschlusses 32 positiv ist und der Kondensator 15 auf eine Spannung aufgeladen ist, die zur Erzeugung eines Schwingstroms durch den Resonanzkreis ausreicht, wenn der Tnyristor 2\ auigesteuert wird (F i g. 7d), bewirkt das Einschalten des Thyristors 21, daß die in dem Kondensator 15 gespeicherte Ladung zum gegenpoligen Laden des Kondensators 15 bei einer positiven Halbwelle der Schwingung über den nunmehr leitenden Thyristor 21 und über den Resonanzkreis 23 schwingL Die gegenpolige Ladung in dem Kondensator 15 bewirkt einen Gegenstromfluß während der negativen Halbwelle der Schwingung, wenn der Thyristor 22 durch den folgenden Aufsteuerimpuls eingeschaltet wird, der zu dem durch die Verzögerungsschaltung 38 gegebenen verzögerten Zeitpunkt auftritt (Fig. 7c). Während des Gegenstromflusses wird der Thyristor 21 gegenpolig vorgespannt und ausgeschaltet gehalten. Nach Beendigung der Schwingung wird der Thyristor 22 durch die positive Speisespannung abgeschaltet, bevor der nächste Impuls den Thyristor 21 für nachfolgende Schwingungen auslöst. Dieser Vorgang wiederholt sich, solange die Speisespannung auf der gleichen Spannungspolarotät verbleibt.

Während der nächsten negativen Halbwelle der Speisespannung ist die Reihenfolge des Anlegens der Aufsteuerimpulse umgekehrt, so daß der Thyristor 22 früher als der Thvristnr 21 £P7flndpt wird

Wenn bei der Parallelschaltungsanordnung nach Fig.2, bei der der Kondensator 15 parallel mit dem Thyristorpaar 21, 22 an die Wechselstromquelle 12 angeschlossen ist, die Eingangswechselspannung am Anfang einer jeden Halbwelle steht, entsteht eine Schwierigkeit, falls ein Aufsteuerimpuls angelegt wird, und die in dem Kondensator 15 gespeicherte Ladung nicht zum Aufrechterhalten der Schwingungen ausreicht. Unter diesen Umständen bleibt der geschaltete Thyristor leitend und ergibt einen Kurzschluß über den Resonanzkreis 23, so daß die in dem Kondensator 15 •gespeicherte Ladung abgeleitet wird Dieser unwirksame Zustand hält an, bis der Spannungspolaritätswechsel auftritt, der bewirkt, daß der leitende Thyristor gegenpolig vorgespannt und dadurch abgeschaltet wird-

Aus diesem Grund verhindert das Sperrglied 35 das Anlegen der Aufsteuerimpulse während der Zeit, während der die Speisespannung unterhalb eines vorbestimmten Pegels liegt, so daß der Kondensator 15 auf einen zum Aufrechterhalten von Schwingungen ausreichenden Spannungspegel aufgeladen werden kann. Der abstimmbare Oszillator 23 wiederum bewirkt, daß sich die Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden frühen Aufsteuerimpulsen in Übereinstimmung mit der Speisespannung verändern. Solange die Speisespannung niedrig ist, werden längere Intervalle geschaffen, damit dem Kondensator 15 eine ausreichende Rühezeit zum Aufbauen der Ladung gegeben ist.

Der Resonanzkreis 23 kann in Serierischaltüng zu dem Thyristorpaar 21, 22 geschaltet werden, wie es in Fig.3 gezeigt ist. Es sei angenommen, daß im Betriebsablaüf der Anschluß 31 bezüglich des Anschlusses 32 positiv ist und der Thyristor ,21 eingeschaltet wird. Durch das Einschalten des Thyristors 21 wird der

ίο Kondensator positiv auf die Speisespannung äüfgela> den, so daß ein Schwingstrom über den jetzt leitenden Thyristor 21 und über den Resonanzkreis 23 fließt und seine erste Halbwelle beendet, wenn der Kondensator 15 gegenpolig geladen ist, wonach während der nächsten Halbwelle der Schwingung der Schwingstrom in Gegenrichtung fließt, wenn der Thyristor 22 mittels des verzögerten Aufsteuerimpulses eingeschaltet ist. Die Schwingungsfrequenz liegt wie bei der Parallelschaltung nach Fig. 2 geringfügig unterhalb der

2ό Abstimmfrequenzdes Resonanzkreises 23.

Auf gleiche Weise tritt das vorstehend in Verbindung mit F i g. 2 erörterte Problem auf, wenn das Aufsteuern der Thyristoren bei niedrigen Speisespannungen stattfindet. Unter diesen Umständen bleibt die aufgesteuerte

Μ Schallvorrichtung leitend, bis sie durch eine Gegenspannung in der nächsten Halbwelle der Speisespannung abgeschaltet wird. Zum Vermeiden derartiger unerwünschter Auswirkungen werden gleichfalls die Sperrschaltungsanordnung und die abstimmbaren Schwingungen wirkungsvoll verwendet, die vorangehend in Verbindung mit der Schaltung gemäß den F i g. 2 und 4 beschrieben sind.

Bei dieser Serienschaltung nach F i g. 3 ist zum Bilden eines Wegs für den Schwingstrom ein Kondensator 13 zwischen den Anschluß 32 und einen Schaltpunkt zwischen der Filterspule 25 und dem Kondensator 15 geschaltet. Parallel zu dem Kondensator 15 ist eine Rücksetzspule 19 geschaltet, um die in diesem gespeicherte Ladung in die Rücksetzspule 19 abzuleiten.

Der Leistungsdetektor 2Ab ist mit dem Anschluß 32 und dem Thyristorpaar 21, 22 in Reihe geschaltet. Der Leistungsdetektor 246 gibt zum Steuern des Ausgangs-IeistiinusnpirpU auf Hpn gpwünsrhten Wert sein Ausgangssignal an den Vergleicher 306 der Zündschaltung 20 ab.

Der Schwingstrom nimmt die in Fig.7f gezeigte Form an. Bei der Betrachtung der F i g. 7a und 7f ist zu bemerken, daß der während der gegenpoligen Halbwelle einer jeden Schwingung auftretende Schwing-Speise-Stromfluß eine Stromhüllkurve gemäß der Darstellung durch gestrichelte Linien entwickelt, die bezüglich der Eingangsspannungskurvenform um 180° phasenverschoben ist Das bedeutet, daß die sich aus dem Produkt der relativ phasenverschobenen Spannung und dem «Strom ergebende Leistung negativ ist und zu der Stromversorgung zurückgeführt wird. Hinsichtlich der Leistungsersparnis stellt dies eine vorteilhafte Wirkung des Frequenzwandlers dar.

Wenn gewünscht ist, eine größere Leistung zu erstellen, als sie von einem Paar torgesteusrter Schaltvorrichtungen bzw. Thyristoren 21 und 22 abgegeben wird, können gemäß der Darstellung in Fig.8 zwei Paare gegenpolig parallelgeschalteter Thyristoren verwendet werden. In den Fig.8a ist ein erstes Paar gegenpolig parallelgeschalteter Thyristoren 71 und 72 in Reihe mit einem zweiten Paar gegenpolig parallelgeschalteter Thyristoren 73 und 74 geschaltet, wobei das erste und das zweite Paar über eine

Filterspule 25 zwischen die Eingangsanschlüsse 31 und 32 geschaltet sind. Ein Resonanzkreis 23 mit einem Kondensator 15 und einer Induktionsheizspule 14 ist über das zweite Thyristorpaar 73 Und 74 parallelgeschaltet und in Reihe zum ersten Thyristorpaar 71 und 72 geschaltet. Ein Leistungsdetektor 24 ist mit einem Stromwandler 26 und einem Gleichrichter 27 ist zum Erfassen des die von der Iriduktionsheizspule 14 abgegebene Leistung darstellenden Stroms Und zum Zuführen des erfaßten Signals an eine in F i g. 9 gezeigte Zündschaltung 20 mit dem Anschluß 32 verbunden. Die Zündschaltung 20 ist allgemein gleich der in Fig.4 gezeigten mit der Ausnahme, daß anstelle der aus der Verzögerungsschaltung 38 und dem Impulsverteiler 39 bestehenden Schaltung nach Fig.4 ein umkehrbarer Ringzähler 70 verwendet ist. Das Ausgangssignal aus dem Impulsgenerator 34 ist zu dem Eingang des Ringzählers 70 geschaltet, der im Ansprechen auf die Eingangsimpulse aufeinanderfolgend einen seiner Ausgangsanschlüsse 81 bis 84 einschaltet, so daß der Eingangsimpuls verteilt wird, wie es durch eine Reihe von Kurvenformen in F i g. 10a dargestellt ist. Während der positiven Halbwelle des Wechselstroms an der Wechselspannungsquelle 12 verteilt der Ringzähler 70 die Impulse in der Reihenfolge seiner Ausgangsanschlüsse 81, 82, 83 und 84. Das Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors 36 ist gleichfalls auf den Ringzähler 70 geschaltet, um die Reihenfolge des Auftretens der Ausgangssignale bei Beginn der nächsten negativen Halbwelle der Speisespannung umzukehren. Der Ringzähler 70 löscht auf den Empfang eines Sperrimpulses hin seine vorherigen Zählungen und wechselt seinen Zählablauf bei jedem Auftreten des Sperrimpulses, wie es in F i g. 1 Ob dargestellt ist.

Unter der Annahme, daß der Eingangsanschluß 31 bezüglich des Anschlusses 32 positiv ist, bringt der Ringzähler 70 einen ersten Impuls an den Ausgangsanschluß 81, damit dadurch der Thyristor 71 eingeschaltet wird, was die positive Aufladung des Kondensators 15 auf die Speisespannung bewirkt. Gemäß Fig. 10a verursacht der erste Impuls 81-1 an dem Ausgangsanschluß 81 einen Stromfluß 81-2 durch den leitenden Thyristor 71. In der Folge wird der Thyristor 72 durch den iiTipuia 82-i aufgesieuert, der zu einem Augenblick auftritt, an dem der Strom 81-2 noch durch den thyristor 71 fließt. Obgleich der Aufsteuerimpuls 82-1 angelegt ist. leitet der Thyristor 72 bis zum Abfallen des Stroms 81-2 auf Null keinen Strom. Die in dem Kondensator 15 gespeicherte Ladung schwingt über den leitenden Thyristor 71 und über den Resonanzkreis 23 und den Kondensator 13 und lädt den Kondensator 15 gegenpolig auf, damit ein Gegenstrom durch den leitenden Thyristor 72 fließt. Während der Gegenstrom fließt, wird der Thyristor 73 durch den Aufsteuerimpuls 83-1 aufgesteuert, um den Gegenstrom oder Rückstrom " während der restlichen negativen Haltwelle der Schwingung zu leiten. Während der Thyristor 73 noch leitet, wird der Thyristor 74 durch den nächsten Impuls 84-1 leitend gemacht Daher werden die in den Kurvenformen 82-2 und 83-2 gezeigten Ströme durch die Thyristoren 72 bzw. 73 geleitet. Der Kondensator 15 wird dann positiv geladen, damit ein Strom 84-2 über den leitenden Thyristor 74 fließt. Der Thyristor 71 wird wieder durch den nächsten Impuls 81-3 leitend gesteuert, damit eine Aufladung des Kondensators 15 vervollständigt wird, die das Fließen eines Stroms 81-4 zum Aufrechterhalten der Schwingungen in der nachfolgenden Periode bewirkt

Während der nächsten negativen Halbwelle der Speisespannung ist die Zündreihenfölge umgekehrt. Die den Thyristoren 74 und 73 anfänglich zugeführlen Aufsteuerimpülse haben jedoch keine Auswirkung auf die Funktion des Frequenzwandlers, da sich in dem kondensator 15 keine Ladung befindet. Das nachfolgende Einschalten des Thyristors 72 bewirkt die negative Aufladung des Kondensators zum Einleiten der Schwingungen, die durch das nachfolgende Leiten der Thyristoren 71,74 und 73 aufrechterhalten werden.

Wenn die Speisespannung geringfügig oberhalb des Sperrpegels liegt, werden die Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Aufsteuerimpulsen verlängert, damit der Kondensator für das Aufrechterhalten der Schwingungen ausreichend aufgeladen werden kann.

Es ist anzumerken, daß bei dem Zündyerfahren die Thyristoren 71 und 72 gleichzeitig in der Übergangsperiode aufgesteuert sind, wenn der Schwingstrom seine Flußrichtung umkehrt, und daß auch die Thyristoren 72

und 73 in der Übergangsperiode gleichzeitig aufgesteuert sind, während der die Ströme 82-2 und 83-2 fließen, so daß daher ein gleichmäßiger Übergang des Stromleitens erreicht wird, woraus sich eine allgemein einer idealen sinusförmigen Welle gleiche Kurvenform ergibt. Daher werden harmonische höhere Frequenzen wie Hochfrequenzkomponenten wirksam unterdrückt, so daß als Ergebnis keine Filterschaltung zum Ausfiltern der Hochfrequenzkomponenten notwendig ist.

Eine Abwandlung des Direktumrichters 10 ist in Fig.8b dargestellt, in der in Reihe geschaltete kondensatoren 75 und 76 über das erste und das zweite Thyristorpaar parallelgeschaltet sind, während eine Induktionsheizspule 77 zwischen einen Schaltpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Thyristorpaar und einen Schaltpunkt zwischen den Kondensatoren 75 und 76 geschaltet ist. Es sei angenommen, daß im Betrieb der Eingangsanschluß 31 bezüglich des Anschlusses 32 positiv geladen ist und die Kondensatoren 75 und 76 folglich positiv geladen sind. Wenn der Thyristor 71 durch einen Impuls 81-1 leitend gesteuert wird, fließt zum gegenpoligen Laden des Kondensators 75 ein Vorwärts-Schwingstrom 81-2 durch dervleitenden Thyristor 71 und durch die den Verbraucher darstellende induktionsneizspule 77. Wahrend der Vorwärlsstror:

•»5 fließt, wird an den Thyristor 72 ein Impuls 82-1 angelegt, wonach auf die Umkehr der Polarität des Kondensators 75 hin ein Rückstrom 82-2 durch den leitenden Thyristor 72 gelangt. Während der Thyristor 72 leitet, wird der Thyristor 73 mittels des Impulses 83-1 leitend gesteuert,

so so daß infolgedessen die in dem Kondensator 76 gespeicherte Ladung über den leitenden Thyristor 73 und über die Induktionsheizspule 77 schwingt und einen Rückstrom 83-2 in seiner ersten Schwinghalbwelle und dann einen Vorwärtsstrom 84-2 erzeugt, wenn der .{Thyristor 74 durch den Impuls 84-1 aufgesteuert wird. Bei der negativen Halbwelle der Speisespannung sind die Kondensatoren 75 und 76 negativ geladen und die Zündreihenfolge ist umgekehrt Der Thyristor 74 wird als erster leitend gesteuert, damit die in dem Kondensator 76 gespeicherte Ladung in ihrer ersten Halbwelle über den leitenden Thyristor 74 und die Induktionsheizspule 77 und danach in ihrer zweiten Halbwelle über den nachfolgend eingeschalteten Thyristor 73 schwingt Die Thyristoren 72 und danach 71 werden aufeinanderfolgend leitend gesteuert, um einen Schwingstrom durch die leitenden Thyristoren 72 und 71 und durch die den Verbraucher darstellende Induktionsheizspule 77 zu erzeugen.

Der Öirektumrichter 10 ist ferner zur Abgabe einer vollkommen sinusförmigen AuSgangsKurvenfönn in eine in der Fig.8c gezeigte Form abgewandelt. In dieser abgehandelten Form sind Spulen 78 und 79 in Reihe zwischen ein erstes Thyristorpaar 71, 72 und ein zweites Thyristorpaar 73,74 in einem ersten Strümweg geschaltet. Kondensatoren 75 und 76 sind in Reihe in einem zweiten Stromweg geschaltet, der parallel zu dem ersten Stromweg geschaltet ist Ein erster Resonanzkreis 85 mit einer Induktionsheizspule 77 und einem Kondensator 80 in Serienschaltung ist zwischen einen Schaltpunkt zwischen den Spülen 78 und 79 und einen Schaltpunkt zwischen den Kondensatoren 75 und 76 geschaltet. Der Kondensator 75 und die Spule 78 sind lur Bildung eines zweiten Resonanzkreises 86 auf eine vorbestimmte Frequenz abgestimmt. Der Kondensator 76 und die Spule 79 sind ebenfalls zur Bildung eines dritten Serien-Resonanzkreises 87 auf die erste Frequenz abgestimmt Der erste Resonanzkreis 85 ist •uf eine Frequenz abgestimmt, die das Doppelte der Frequenz sowolir des Resonanzkreises 86 als auch des Resonanzkreis 87 ist.

Es ist häufig erwünscht, eine Mehrzehl von Induktionsheizspulen in Serienschaltung gemäß der Darstellung in Fig. 11a und in Parallelschaltung gemäß der 2; Darstellung in F i g. 11 b vorzusehen. Inder Serienschaltungsanordnung nach Fig. Ua wird der Stromfluß durch Induktionsheizspulen 91, 92, 93 und 94 konstant gehalten, wenn ein erwünschter Leistungspegel erreicht ist. Der Leistungsdetektor 24 erfaßt den Strom durch die Induktionsheizspulen 91 bis 94 und führt der Zündschaltung 20 ein den besagten Strom darstellendes Spannungssignal zu. Der Vergleicher 30 der Zündschaltung 20 (F i g. 4) vergleicht sie mit einem vom Benutzer eingestellten Wert zur Abgabe eines Ausgangssignals, das der Differenz zwischen der tatsächlich an den Verbraucher abgegebenen Leistung und dem gewünschten LeislUilgSpegel entspricht. Das Aüsgängssignal aus dem Vergleicher 30 steuert die Frequenz des Oszillators 32 so, daß die Frequenz bis zum Erreichen des erwünschten Werts angehoben wird, wenn die tatsächliche Leistung niedriger als der gewünschte Wert ist, und daß die Frequenz zum Erreichen des erwünschten Werts verringert wird, wenn die tatsächliche Leistung höher als der erwünschte Wert ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 11b sind Induktionsheizspulen 91 bis 94 parallel zu dem Thyristorpaar 21,22 geschaltet, wobei die über den parallelgeschalteten Induktionsheizspulen 91 bis 94 entwickelte Spannung mittels eines Leistungsdetektors erfaßt wird, der durch einen parallel zu den Induktionsheizspulen 91 bis 94 geschalteten Gleichrichter 95 gebildet ist. Die gleichgerichtete Spannung stellt die an die Belastung abgegebene Leistung dar und wird an den Vergleicher 30 der Zündschaltung 20 (F i g. 4) angelegt. Wie in Verbindung mit rJRr Sshältun" tisch Fi". Ha beschrieben ist; wird die Frequenz des Oszillators 33 zum Erreichen des erwünschten Leistungswerts gesteuert und die Spannung über den Induktionsheizspulen 91 bis 94 konstant gehalten, sobafd der erwünschte Leistungswert erreicht ist.

Bei den Anordnungen in den beiden F i g. 11 a und 11 b wird die elektromagnetische Kopplung zwischen der Belastung und jeder Induktionsheizspule mittels eines in Fig. lic gezeigten Hebemechanismus erzielt, in welchem jede der Induktiorisheizspulen 91 bis 94 von einem Schrägstützen- bzw. Scheren-Hebemechanismus 96 getragen wird, der von Hand derart betätigt werden kann, daß sich zur Einzelsteuerung der tatsächlich an jeder Spule an die Blastung abgegebenen Leistung der Luftspalt zwischen der Belastung 18 und jeder Spule verändert

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Induktionserwärmungsvorrichtung mit einem Hochfrequenzschwingkreis aus einem Kondensator und einer Induktionsheizspule zur induktiven Obertragung von Hochfrequenzenergie auf ein zu erhitzendes magnetisches Gefäß, bei der der Hochfrequenzschwingkreis von einem eingangsseitig an eine niederfrequente Wechselstromquelle angeschlossenen Direktumrichter mit hochfrequentem Strom speisbar ist und antiparallel geschaltete Thyristoren enthält, deren Steuerelektroden mit einer Zündschaltung verbunden sind und von dieser mit phasenverschobenen hochfrequenten Zündimpulsen beaufschlagbar sind, wobei die Zündreihenfolge der Thyristoren bei jedem Nulldurchgang der Spannung der Wechselstromquelle wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung (20) einen abstimmbaren Oszillator (33) enthält, der die Folgefrequenz der Zündimpulse vorgibt und dessen Frequenz zum einen im Bereich angrenzend an den NuSitiurchgang der Spannung der Wechselstromquelle (12) verringerbar ist und zum anderen vom Vergleich eines Leistungssollwertes mit einem Leistungsistwert abhängt, daß ein Paar antiparallel geschalteter Thyristoren (21, 22) vorgesehen ist, deren Zündschaltung (20) eine Verknüpfungsanordnung (39) enthält, an deren Eingangsanschlüsse die Zündimpulsfolgen anlegbar sind und deren Ausgangsanschlüsse mit den Steuerelektroden der Thyristoren (21, 22) verbunden sind, daß der erste der beiden Eingangsanschlüsse entweder mit einem ersten oder u.nem zweiten der beiden Ausgangsanschlüsse und der zweite der Ei gangsanschlüsse mit dem jeweils anderen Au^gangsanschluß verbunden ist, und daß durch einen an einen %teueranschluß der Verknüpfungsanordnung (39) angelegten Steuerimpuls, der von einem Nulldurchgangsdetektor (36) beim Nulldurchgang der Spannung der Wechsel stromquelle (12) erzeugt wird, die Eingangsanschlüsse auf den jeweils anderen Ausgangsanschluß umschaltbar sind.

2. Induktionserwärmungsvorrichtung mit einem Hochfrequenzschwingkreis aus einem Kondensate* und einer Induktionsheizspule zur induktiven Übertragung von Hochfrequenzenergie auf ein zu erhitzendes magnetisches Gefäß, bei der der IHochfrequenzschwingkreis von einem eingangsseitig an eine niederfrequente Wechselstromquelle angeschlossenen Direktumrichter mit hochfrequentem Strom speisbar ist und antiparallel geschaltete Thyristoren enthält, deren Steuerelektroden mit einer Zündschaltung verbunden sind und von dieser (mit phasenverschobenen hochfrequenten Zündimpulsen beaufschalgbar sind, wobei die Zündreihenlolge der Thyristoren bei jedem Nulldurchgang der Spannung der Wechselstromquelle wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung (20) einen abstimmbaren Oszillator (33) enthält, der die Folgefrequenz der Zündimpulse vorgibt und dessen Frequenz zum einen im Bereich angrenzend an den Nulldurchgang der Spannung der Wechselstrom· quelle (12) Verringerbar ist und zum anderen vom Vergleich eines Leistungssollwertes mit einem Leistungsistwert abhängt, daß zwei Paare antiparallel geschalteter Thyristoren (71—74) vorgesehen sind, deren Zündschaltung (20) einen umkehrbaren Ringzähler (70) zur Verteilung der Zündimpulse aufweist und jede Steuerelektrode der Thyristoren des ersten und des zweiten Paares während einer Halbwelle der Spannung der Wechselstromquelle (12) der Reihe nach einen Zündimpuls erhält und daß durch einen an einen Steueranschluß des Ringzählers (70) angelegten Steuerimpuls, der von einem Nulldurchgangsdetektor (36) beim Nulldurchgang der Spannung der Wechselstromquelle erzeugt wird, die Reihenfolge unkehrbar ist

ίο 3. Induktionserwärmungsvorrichtung na.:h Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Spule (78) und eine zweite Spule (79) in Reihe zwischen das erste Paar (71,72) und das zweite Paar (73, 74) der Thyristoren geschaltet sind, ciaß ein erster Kondensator (75) und ein zweiter Kondensator (76) in Reihe geschaltet parallel zum ersten und zweiten Paar der Thyristoren liegen, daß ein erster Resonanzkreis (85), der die Induktionsheizspule (77) aufweist und zwischen den Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Kondensator einerseits und der ersten und der zweiten Spule andererseits geschaltet ist, vorhanden ist und daß der erste Kondensator und die erste Spule einen zweiten Resonanzkreis (86) und der zweite Kondensator und die zweite Spule einen dritten Resonanzkreis (87) bilden und der erste Resonanzkreis auf eine Frequenz abgestimmt ist, die doppelt so groß wie die Frequer-z des zweiten und des dritten Resonanzkreises ist.

4. Induktionserwärmungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein die Zündimpulsfolgen im Bereich des Nulldurchgangs der Spannung der Wechselstromquelle (12) sperrendes Sperrglied (35).