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Table de cuisson par induction comportant des foyers à in- duction alimentés par des générateurs
La présente invention concerne une table de cuisson par induction comportant des foyers à induction alimentés par des générateurs.
La cuisson par induction ou plus généralement le chauffage par induction utilise les courants de Foucault induits dans une pièce à chauffer, en matière conductrice électrique par un champ magnétique à haute fréquence. Cette pièce est par exemple une casserole. Le champ magnétique est généré par un inducteur alimenté en courant alternatif à haute fréquence par un générateur qui adapte la fréquence et l'amplitude du courant en fonction du chauffage voulu. La fréquence adaptée pour le chauffage dépend d'un certain nombre de paramètres et notamment de la perméabilité magnétique relative Pr du récipient et de sa conductivité électrique 0.
Partant de l'épaisseur de peau que l'on prend par exemple égale à la moitié de l'épaisseur du fond du récipient à chauffer, on détermine alors la pulsation w en utilisant la formule :
EMI1.1
dont on déduit la fréquence par la formule :
EMI1.2
On obtient ainsi une fréquence optimale à utiliser de l'ordre de 10 à 50 kHz.
Le générateur est alimenté à partir du réseau électrique dont la tension d'alimentation est redressé et filtré. Le générateur alimenté par cette tension redressé U est en général un générateur à résonance. En effet, Les inducteurs sont typiquement réalisés en bobinant un conducteur électrique en spirale de façon à ce que la charge en regard ramène sur cet inducteur à la fréquence de fonctionnement une
EMI1.3
p = U2/p résistance R compatible avec la puissance P = U2 IR à transmettre à la charge. Ces mêmes inducteurs sont généralement
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isolés mécaniquement, électriquement et thermiquement de la charge à chauffer ce qui entraîne un entrefer de plusieurs millimètres entre la charge et l'inducteur. A cette distance et dans cette gamme de fréquences, l'Impédance Z = R + j.
L. w de l'inducteur chargé est fortement réactive ce qui entraîne un facteur de qualité de l'inducteur Q = L. w/R 1. Il suffit alors d'ajouter un ou plusieurs condensateurs C à l'inducteur d'inductance L pour former un circuit résonnant à la fréquence :
EMI2.1
Pour cette raison, les générateurs sont principalement des onduleurs à résonance. L'Impédance Z et particulièrement l'inductance L de l'inducteur dépendant des caractéristiques de la charge, les fréquences de fonctionnement dans une table de cuisson par induction comportant plusieurs foyers ne sont en général pas identiques mais voisines.
Ce phénomène est d'autre part accentué par le fait que pour conserver des modes de commutation douce, les réglages de puissance se font en général en réglant la fréquence de travail et donc deux foyers destinés à chauffer des charges identiques à des puissances différentes utiliseront des fréquences différentes. Il faut noter que ce mode de réglage possède l'inconvénient de faire travailler l'onduleur à des fréquences éloignées de sa fréquence naturelle de résonance ce qui génère des pertes élevées. Le meilleurs compromis consiste à travailler en thyristor dual en travaillant pour la puissance maximale le plus proche possible de la résonance qui est la fréquence de travail la plus basse et pour baisser cette puissance, augmenter la fréquence de travail.
Ces fréquences voisines engendrent des battements qui sont transmis au récipient à chauffer et qui, du fait de leur faible différence, sont dans le domaine audible (quelques Hz à quelques kHz). Ces battements de fréquence, en dehors du bruit qu'ils occasionnent dans les charges, génèrent
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des difficultés pour le contrôle des générateurs indépendants.
Pour éviter ce phénomène qui de part son amplitude peut rendre l'utilisation du produit très désagréable, il est nécessaire de bien séparer les différents couples (générateurs-foyers à induction), ce qui est un très important handicap à la modularité des produits ; pour la même raison, il est impossible par exemple de chauffer un grand récipient sur plusieurs foyers proches alimentés par des générateurs différents.
Une solution connue consiste à alimenter cycliquement des foyers voisins à une période variant de la seconde pour des dispositif de commutations mécaniques à la dizaine de milli-secondes pour des solutions complètement électroniques. Dans ces deux cas, les générateurs doivent être surdimensionnés en puissance car la puissance n'est pas transmise en permanence au foyer mais en alternance avec un rapport cyclique variant suivant les puissances demandés sur chaque foyer connecté au générateur.
De plus, cette alimentation cyclique peut être ressentie comme une gène pour l'utilisation de l'appareil en raison des variations de puissance, brutales, dans la charge si la période est de l'ordre de la seconde ou en raison du bruit lié à la commutation si cette période est de l'ordre de quelques milli-secondes qui correspond à des fréquences de quelques centaine de Hertz.
Une autre solution connue dans le domaine de la commande et de l'électronique de puissance consiste à alimenter des inducteurs à la même fréquence en utilisant des générateurs à commutation dure, par exemple un hacheur dont le mode de réglage de puissance peut alors se faire à fréquence fixe en mode (MLI) Modulation de Largeur d'Impulsion. Il n'est cependant pas judicieux d'utiliser ce type de générateur pour alimenter des inducteurs classiques notamment en raison du facteur de qualité élevé des bobines à la fréquence de travail. Ceci entraîne en effet une difficulté pour faire circuler le courant dans les bobines selfiques (courants triangulaires) et des pertes importantes lorsque l'on arrête
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le courant dans ces bobines, ceci entraînant un surdimensionnement très important du générateur de puissance.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de développer une table de cuisson par induction à faible ou forte puissance et, de manière générale, un appareil de chauffage par induction fonctionnant avec une seule fréquence ou à des fréquences multiples pour éviter les battements, et surtout permettant d'utiliser des générateurs de puissance faible et notamment des générateurs modulaires.
A cet effet, l'invention concerne une table de cuisson du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que les inducteurs voisins ou constituant un même foyer sont alimentés à une même fréquence ou à des fréquences multiples et en ce qu'elle comprend au moins un foyer de forte puissance composé d'au moins deux inducteurs ayant une impédance en charge quasiment identique ramenée sur ces inducteurs quelle que soit la charge posée sur ce foyer. Une commande unique pilote alors les générateurs qui fonctionnent en mode résonnant à commutation douce.
De façon avantageuse, cette table de cuisson comprend deux foyers à induction équipés d'inducteurs, au moins l'un des foyers (premier foyer) étant de forte puissance avec au moins deux inducteurs ayant une impédance en charge quasiment identique quelles que soient la nature, la forme et la position de la charge posée sur ce foyer. Un générateur à onduleur est associé à chaque foyer et fonctionne en commutation douce, une commande unique pilotant les deux générateurs. Un dispositif de commutation est associé au générateur du second foyer et possède deux états : * un état normal pour lequel le dispositif de commutation relie le générateur à l'inducteur du second foyer, * un état de puissance dans lequel le dispositif de commu- tation relie le générateur du second foyer au second in- ducteur du premier foyer.
Les générateurs onduleurs à résonance, lorsqu'ils sont synchronisés en fréquence, permettent de réaliser un foyer de forte puissance avec des générateurs de faible puis-
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sance particulièrement économiques car fonctionnant en permanence en mode de commutation douce. Un dispositif de commutation, permet d'aiguiller la puissance de deux ou plusieurs générateurs sur des foyers différents mais il est tout a fait possible de ne pas utiliser ce dispositif de commutation et de connecter en permanence plusieurs générateurs à un foyer en augmentant ainsi sa puissance.
Grâce au dispositif de commutation, la table de cuisson permet de profiter du fait que dans un usage courant des appareils, il n'est pas nécessaire à l'utilisateur de disposer continûment de puissances élevées d'autant plus qu'avec des systèmes à induction où la puissance est transmise directement à la charge, le rendement est particulièrement élevé. Ces puissances sont utiles lors de préparation particulières et de durées courtes (bouillir de l'eau, chauffer des quantités importantes de liquide, monter un grand grill en température). En régime permanent, les puissances nécessaires à l'entretien d'une cuisson (maintien à ébullition, mijotage) sont beaucoup plus faibles et peuvent être fournies par un seul générateur.
Dans cette table de cuisson, les deux foyers peuvent être formés chacun par deux ou plusieurs inducteurs ayant, pour chaque foyer, une impédance en charge quasi identique ramenée par ses inducteurs ; chaque foyer étant associé à un générateur, des dispositifs de commutation permettent de relier des générateurs d'autres foyers sur les inducteurs d'un même foyer pour disposer ainsi d'une puissance importante fournie par plusieurs générateurs de faible puissance et non par un générateur unique de forte puissance. Cela permet notamment une fabrication modulaire et à grande échelle de générateurs onduleurs à résonance, de faible puissance, utilisables par ailleurs dans de nombreux autres domaines.
Le marché de l'électronique de puissance et des convertisseurs de fréquence est en pleine expansion et certaines applications sont ou seront prochainement produites à des millions d'exemplaires comme les convertisseurs de fréquence pour la commande de moteurs ou les alimentations de puissance destinées aux magnétrons des fours à micro-ondes
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par exemple. Il est alors économiquement très intéressant de pouvoir bénéficier de cet effet d'échelle, soit sur les composants de puissance, soit sur les microcontrôleurs de commande, soit sur les générateurs eux-mêmes. Les productions en grande série se font sur des convertisseurs dont la puissance est moindre.
Le mode de réalisation décrit permet de disposer de générateurs de diverses puissance en couplant ces convertisseurs de faible puissance sur des foyers dont la puissance sera égale à la somme des puissances des convertisseurs connectés au foyer.
La fréquence des différents générateurs connectés à un foyer doit donc être identique ou multiple d'une seule et même fréquence. La phase des différents générateur est en général nulle (générateurs en phase) mais il peut être avantageux de piloter des générateurs en opposition de phase afin de cumuler le flux magnétique d'inducteurs voisins ce qui a aussi pour effet de diminuer le champ magnétique au voisinage immédiat des inducteurs. Dans le cas d'inducteurs enchevêtrés composant un même foyer et ramenant chacun une impédance en charge quasiment identique, si le même nombre d'inducteurs enchevêtrés est en phase et en opposition, alors, le foyer générera un champ magnétique et donc une puissance quasiment nulle.
En faisant varier les phases respectives des générateurs connectés au foyer de 180 à 0 , on arrive très aisément à faire varier la puissance du foyer de 0 à la puissance totale de tous les générateurs connectés au foyer quand ils sont tous en phase. Ceci est particulièrement intéressant car le réglage de puissance peut alors se faire à une fréquence fixe qui peut être choisie suffisamment proche de la résonance naturelle du convertisseur de façon à minimiser les pertes dans celui-ci. Le réglage de puissance est beaucoup plus fin car il est difficile d'augmenter indéfiniment la fréquence de travail du générateur par rapport à sa résonance naturelle pour baisser sa puissance et en deçà d'une certaine puissance, des techniques de découpage doivent être employées pour atteindre des puissances suffisamment faibles.
Enfin, annuler le champ d'un inducteur par la commande des convertisseurs qui lui sont connectés peut être aussi particulière-
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ment intéressant dans le but de minimiser le champ magnétique de fuite dans le cas d'inducteurs pas ou mal couplés à des charges.
Suivant d'autres caractéristiques avantageuses, la table comporte plusieurs générateurs de petite puissance connectés à un ou plusieurs inducteurs ; la commande unique comporte un capteur détectant la pré- sence d'une charge sur un inducteur pour autoriser son ali- mentation par un ou plusieurs générateurs ; la commande unique commande les inducteurs voisins pour que leurs champs électromagnétiques soient à flux cumulatifs entre les inducteurs et sous la charge ; la commande unique commande les inducteurs d'un même foyer en réglant la phase relative des courants fournis par les générateurs associés à ces inducteurs dans une plage de dé- phasage comprise entre 0 et 180 afin de régler la puis- sance du foyer ou limiter le rayonnement du foyer ;
la table est formée de générateurs de faible puissance pro- duits en grande série avec des dispositifs permettant de les associer et de réaliser des foyers de puissance impor- tante ; les bobines à induction sont aptes à supporter des tempéra- tures élevées et sont disposées le plus près possible de la charge tout en en étant isolé électriquement de façon à ce que la résistance de la bobine en charge soit forte devant son inductance ; le générateur comprend un condensateur de découplage frag- menté de façon à créer un diviseur capacitif à tension qua- si-fixe ; le dispositif de commutation se compose d'un commutateur pour brancher le générateur du second foyer au second in- ducteur du premier foyer ;
le dispositif de commutation comprend un interrupteur entre le point de jonction des inductances du premier foyer et les condensateurs du circuit résonnant de la première in- ductance du premier foyer pour fermer (ouvrir) le circuit résonnant du premier inducteur du premier foyer et un com- mutateur pour brancher l'inducteur du deuxième foyer sur
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son générateur ou pour brancher le deuxième générateur sur le deuxième inducteur du premier foyer, en série avec le premier inducteur de ce premier foyer et en série avec un condensateur commun.
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation d'une table de cuisson à deux foyers selon l'invention, en mode de fonctionnement normal et indépendant des deux foyers, - la figure lA montre le schéma de la figure 1, en mode de fonctionnement de puissance sur le foyer composé d'inducteurs enchevêtrés ramenant une impédance en charge identique, - la figure 2 montre un schéma d'une première variante de réalisation d'une table de cuisson à deux foyers, en mode de fonctionnement normal et indépendant des deux foyers, - la figure 2A montre le schéma de la table de cuisson de la figure 2 en mode de fonctionnement de puissance,
- la figure 3 montre une seconde variante de réalisation d'une table de cuisson à deux foyers selon l'invention, en mode de fonctionnement normal, - la figure 3A montre le schéma de la table de cuisson de la figure 3 en mode de fonctionnement de puissance, - la figure 4 montre un mode de réalisation d'une table de cuisson à trois inducteurs ramenant une impédance en charge quelconque.
- la figure 5 montre une généralisation de la table de cuisson de la figure 4 pouvant travailler avec plusieurs inducteurs ramenant une impédance en charge quelconque.
Selon la figure 1, l'invention concerne une table de cuisson par induction non représentée, comportant deux foyers Fl, F2. L'un des foyers Flou premier foyer est prévu
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pour fournir une forte puissance alors que l'autre foyer F2 n'est prévu que pour fournir une puissance moyenne.
Le foyer Fi de forte puissance comporte deux inducteurs Ll, L'1 ayant une impédance en charge ramenée sur ces inducteurs quasiment identique. Cette impédance en charge identique est obtenue par la conception des inducteurs, non décrite ici. Cette impédance en charge est la même quelle que soit la nature, la forme et la position de la charge, c'est- à-dire l'ustensile à chauffer, placé sur le foyer Fi équipé de ses deux inducteurs.
Ces foyers sont alimentés en courant haute fréquence comme cela est connu de manière générale, à partir d'une source de tension continue schématisée par E. Cette source représente en fait, un ensemble redresseur et filtre relié au réseau de distribution électrique et fournissant en sortie une tension redressée possédant une composante continue.
Cette tension continue alimente deux générateurs à onduleur en résonance Gl, G2. Le générateur Gl est associé au foyer Fi et le générateur G2 au foyer F2. Ces générateurs fonctionnent en commutation douce. Ils sont composés chacun de deux transistors Tl, T2 ou T3, T4 munis de façon habituelle de diodes et de condensateurs non référencés. Ces générateurs alimentent chacun un circuit oscillant formé d'une inductance et d'une capacité, les résistances ramenées par les charge sur les inducteurs ne sont pas représentées et sont implicitement incluses dans les terme Li, en série avec les résistances.
Le circuit oscillant du générateur Gl est formé par l'inductance Ll de l'inducteur Il du foyer Fi et de condensateurs de charge Cl, C2.
Le circuit oscillant du générateur G2 est formé de l'inductance L2 de l'inducteur 12 du foyer F2 et de condensateurs de charge C3, C4.
Les transistors Tl, T2 et T3, T4 des deux générateurs G2, Gl sont reliés à une commande unique CU qui les pilote soit de façon indépendante soit en synchronisme.
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Le foyer F1 de puissance se compose de deux inducteurs Ll, L'l combinés pour que leur impédance ramenée en charge soient identiques ; et leur couplage est représenté à la figure 1.
L'alimentation E est découplée par un condensateur de découplage Cd.
Le circuit comporte également un dispositif de commutation à deux états, en normal et un état de puissance.
Dans l'exemple, le dispositif de commutation est formé d'un commutateur Kl à deux positions associé au générateur G2 du second foyer F2. Ce commutateur Kl peut se mettre en état normal (figure 1) dans laquelle il ferme le circuit du générateur G2 puisque celui-ci est alors relié à l'inductance L2 de l'inducteur 12 et permet l'alimentation du foyer F2. Ce commutateur Kl peut également passer dans un second état ou état de puissance (figure lA) dans laquelle il assure le branchement de l'inductance Ll'du premier foyer Fl, de sorte que dans cette position l'inductance LI est alimentée par le générateur Gl et l'inductance L'l par le générateur G2, l'inductance L2 du second foyer F2 étant déconnectée.
Comme par hypothèse dans cette seconde position, les impédances et donc les inductances Ll, L'1 sont identiques en charge, les deux inducteurs Il'1'1 du foyer F1 pourront être commandés en synchronisme et travailler de façon synchrone en mode de commutation douce.
Les deux générateurs fournissent une puissance variable entre 0 et une puissance maximale P égale ou différente pour les deux en position normale, lorsque le commutateur Kl assure le branchement de l'inducteur 12, les foyers Fl et F2 peuvent recevoir tous deux une puissance allant jusqu'à la puissance maximale P de chacun des générateurs Gl, G2 auxquels ils sont reliés indépendamment. Les deux générateurs peuvent aussi être dimensionnés pour des puissances différentes.
Dans le second état dit de puissance, le foyer Fl reçoit une puissance double, pouvant aller jusqu'à la puissance maximale 2P.
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Il est à remarquer que les inductances Ll, Ll' étant couplées par leur disposition dans leur inducteur du foyer Fl, il est nécessaire que les courants qui les traversent soient synchrones. Cela est assuré par la commande unique CU des deux générateurs Gl, G2 et par le fait que la charge qui leur est appliquée est la même.
Ce montage de la figure 1 peut être généralisé à un nombre (n) d'onduleurs permettant de transmettre à un foyer une puissance allant de 0 à n*P. Cela permet, comme déjà évoqué ci-dessus, de réaliser un foyer de forte puissance avec des générateurs de faible puissance. A titre d'exemple, pour certains usages professionnels, il faut des foyers d'une puissance de l'ordre de 7 à 8 kW. On peut ainsi réaliser un foyer d'une puissance de 7,2 kW en utilisant quatre générateurs ayant chacun une puissance de 1, 8 kW connectés à un foyer à quatre inducteurs imbriqués. Ce montage est également applicable à des combinaisons d'inducteurs imbriqués, ceux ci devant alors ramener une impédance en charge identique ou multiple de façon à ce que les fréquences de fonctionnement des différents générateurs soient identiques ou multiples.
Dans le cas de (n) onduleurs, ceux-ci peuvent aussi avantageusement posséder (n') dispositifs de commutation de façon qu'en position de puissance, un foyer puisse recevoir la puissance de (n) générateurs ou plusieurs foyers puissent recevoir une puissance supérieure à la puissance d'un seul générateur et qu'en position normale, les (n) générateurs débitent chacun sur un foyer de la table de cuisson à induction, certains foyers pouvant fonctionner en permanence avec plusieurs générateurs.
Le schéma de la figure 1 peut également être généralisé pour être complètement symétrique, c'est-à-dire avoir deux foyers ayant chacun deux inducteurs de manière à permettre l'alimentation indépendante de chacun des foyers avec son générateur, et la mise en oeuvre de seulement l'un des deux inducteurs ou à brancher les deux générateurs sur les deux inducteurs d'un même foyer. Cela peut être nécessaire dans certaines configurations de surfaces de chauffe pour avoir des foyers puissants à l'avant de la plaque de
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chauffe et non pas uniquement à l'arrière comme cela est traditionnellement le cas.
Les tables de cuisson comprenant en général quatre foyers, il est en effet suffisant de proposer deux foyers potentiellement très puissants. L'arrêt temporaire du foyer avant pendant l'utilisation à forte puissance du foyer arrière n'est pas gênante dans la mesure ou la puissance de chaque générateur est relativement élevée par exemple (1400 à 1800 W maximum) et qu'il reste encore deux foyers supplémentaires disponibles sur la table de cuisson. Ceci est enfin particulièrement intéressant car les surfaces des foyers sont différentes et correspondent mieux à un usage normal ou l'on utilise des casseroles de tailles différentes, les grandes sur des grands foyers qui peuvent être très puissants et les petites sur des petits foyers dont la puissance reste suffisante par rapport à la taille de la charge à chauffer.
Dans le montage selon la figure 1, il faut que les charges soient très similaires. Cela impose non seulement des obligations à la conception des inducteurs Il, Il'mais également sur les tolérances des condensateurs de résonance.
La figure 2 montre une variante de réalisation de la table de cuisson selon l'invention, permettant d'éviter les contraintes imposées aux composants des circuits oscillants.
Les éléments de ce circuit identiques à ceux du circuit de la figure 2 portent les mêmes références.
Ce circuit se distingue par un condensateur de charge supplémentaire C5 et un dispositif de commutation comprenant outre un interrupteur K2 également un commutateur K3.
Les deux inducteurs Il, Il'sont de même imbriqués et un double trait schématise leur couplage électromagnétique dans le foyer FI.
L'interrupteur K2 peut se mettre dans une position de fermeture (figure 2) et dans une position d'ouverture (figure 2A). Le commutateur K3 peut se mettre dans une position a (figure 2) ou une position b (figure 2A).
Ainsi, suivant la position de l'interrupteur K2 et du commutateur K3, on peut faire fonctionner les deux
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foyers Fl, F2 séparément en les alimentant chacun par son générateur Gl, G2 ou faire fonctionner le foyer Fl en puissance en l'alimentant avec les deux générateurs Gl, G2. Dans le premier cas, les circuits résonants sont constitués, pour le foyer Fl par l'inductance Ll et les condensateurs de charge Cl, C2 et pour le foyer F2, par l'inductance L2 et les condensateurs de charge C3, C4. Lorsque les deux générateurs Gl, G2 sont reliés aux deux inductances Il, Il'du foyer Fl, le circuit résonant est formé par les inductances Ll, Ll'en série avec le condensateur de charge C5.
La figure 2 montre pour la position en trait plein des éléments de commutation (interrupteur K2 commutateur K3) l'alimentation de l'inducteur Il du foyer Fl puisque le circuit résonant Ll, Cl, C2 est relié à l'alimentation et le fonctionnement du foyer F2 puisque le circuit résonant L2, C3, C4 est branché sur l'alimentation.
Dans ce mode de fonctionnement, les commandes des deux onduleurs sont indépendantes en fonction des ordres de commande et de leur charges respectives ; comme pour le schéma de la figure l, les fréquences de fonctionnement sont complètement asynchrone ce qui nécessite un écartement suffisant des deux foyers distincts.
La figure 2A montre la position des éléments de commutation K2, K3 pour le fonctionnement du foyer Fl en puissance, le foyer F2 étant déconnecté.
Les interrupteur et commutateur K2, K3 occupent la position suivante : l'interrupteur K2 est ouvert et le commutateur K3 est sur la position b mettant en série les inducteurs (inductances Ll + L'1) sur le condensateur C5 et coupant le circuit résonant de l'inducteur 12 du foyer F2.
Les courants circulant dans les inductances Ll, L'l sont alors parfaitement identiques et ceci quelque soit la tolérance sur les composants, notamment les condensateurs de résonance, puisque ces inductances sont alimentées en série.
L'état de commutation des deux modes de fonctionnement du circuit de la figure 2 se résume de la manière suivante :
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Etat normal
Fonctionnement normal et indépendant des foyers FI et F2 :
Ll et L2 : actifs L'l = 0 K2 = 1
K3 = a (figure 2)
Etat de puissance
Fonctionnement en forte puissance du foyer FI :
Ll + L'l : actifs L2 = 0 K2 = 0
K3 = b (Figure 2A)
La figure 3 montre une simplification du circuit de la figure 2, minimisant le nombre de condensateurs utilisés.
Dans cette variante, on utilisera les mêmes références que ci-dessus pour désigner les mêmes éléments.
La modification réside dans la transformation du condensateur de découplage Cd qui est séparé en deux condensateurs Cdl, Cd2 formant un diviseur capacitif donnant une tension quasi fixe. Pour cela, il faut respecter les conditions entre les capacités Cdl, Cd2, Cl et C2 suivantes :
Cdl + Cd2 Cl
Cdl + Cd2 C2
Séparer le condensateur de découplage en deux condensateurs est particulièrement intéressant pour réduire l'épaisseur globale du générateur.
Comme précédemment, cette plaque de cuisson peut fonctionner selon un mode normal à deux foyers indépendants et un mode à un seul foyer de forte puissance.
Ces deux modes sont respectivement représentés pour la position des interrupteur et commutateur K2, K3 composant le dispositif de commutation à la figure 3 et à la figure 3A.
Le condensateur C5 de la seconde variante (figure 2) n'existe pas dans ce cas.
Les deux modes de fonctionnement sont les suivants :
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Etat de fonctionnement normal (Etat normal) à foyers Fl, F2 indépendants :
L'interrupteur K2 est fermé et le commutateur K3 sur la position a. Les inductances Ll, L2 des inducteurs des deux foyers Fl, F2 sont reliées séparément, chacune à son générateur Gl, G2.
L'inductance L'l n'est pas branchée.
Le circuit oscillant de l'inducteur Il seule mise en oeuvre pour le foyer Fl est formé par l'inductance Ll et les condensateurs Cl, Cdl, Cd2.
Le circuit oscillant du générateur G2 est formé par l'inductance L2 et les condensateurs Cdl, Cd2.
Ce mode de fonctionnement se schématise comme suit :
Ll et L2 : actifs
L'l = 0 K2 = l
K3 = a (figure 3)
Le second état de fonctionnement correspond au fonctionnement en forte puissance du foyer Fl seul, le foyer F2 n'étant pas alimenté. L'interrupteur K2 est alors ouvert et le commutateur K3 sur la position b.
Dans ce cas, les inductances Ll, Ll'des inducteurs Il, Il'du foyer Fl sont branchées en série sur les condensateurs Cl, C2 et constituent la charge du pont en H formé par les deux convertisseurs élémentaires Gl, G2.
Ce mode de fonctionnement est schématisé comme suit :
Ll + Ll' : actifs
L2 = 0 K2 = 0
K3 = b (figure 3A)
Ce montage offre l'avantage de réduire sensiblement le volume global des condensateurs pour un fonctionnement quasiment identique au fonctionnement précédent.
D'une façon générale, les montages 2 et 3 n'obligent plus à utiliser des inducteurs particuliers ramenant une impédance identique en charge. Il est alors possible d'étendre les configurations de disposition des inducteurs en réalisant des foyers de formes et de dimensions diverses en
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associant des inducteurs élémentaires. On peut par exemple réaliser des foyers allongés destinés à chauffer des plats à poisson, ces foyers allongés étant formés par exemple de deux foyers placés l'un à côté de l'autre. La fréquence de fonctionnement est alors unique de par les structures employées.
Ceci impose cependant un courant identique dans ces foyers et donc l'impossibilité de régler séparément la puissance sur des foyers voisins. Il est cependant possible en conservant une fréquence unique ou des fréquences multiples, de régler séparément les puissances de foyers voisins, il est alors nécessaire d'utiliser des structures particulières faisant apparaître la notion de générateur maître et de générateurs esclaves dont les fonctionnements seront liés au fonctionnement du maître.
La figure 4 montre une réalisation pour alimenter par exemple trois inducteurs Il, 12, 13 dont les inductances respectives Ll, L2, L3 sont quelconques.
Ce circuit peut être utilisé pour l'alimentation de 2 à n inducteurs ; pour 1 inducteur, on retrouve le schéma d'un demi-pont à résonance série classique.
Les circuits oscillants sont formés chaque fois par les inductances Ll, L2, L3 et les condensateurs (calo, C'10), (C20, C'20), (C30, C'30) associés. Ce circuit comprend plusieurs onduleurs à résonance sur une fréquence de base commune. On retrouve différents générateurs.
Ainsi, lorsque les transistors T30, T40 sont bloqués, on alimente l'inductance Ll par l'intermédiaire du demi-pont (T10, T20).
Lorsque les transistors T10 et T20 sont bloqués, les transistors T30, T40 alimentent l'inductance L3. Enfin, lorsque les transistors T10, T40 sont bloqués, on alimente l'inductance L2 par l'intermédiaire du demi-pont (T20, T30). On peut également les alimenter simultanément en commandant un inducteur en inducteur maître et en commandant les autres inducteurs par la même tension mais avec un rapport cyclique réglable selon la technique de modulation de largeur d'impulsion MLI. Dans ce cas, on adapte la capacité des condensateurs de résonance pour que tous les interrupteurs
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travaillent selon un mode de commutation en thyristor dual.
Dans ce cas, on a également une commutation douce à partir d'une seule fréquence pour des charges néanmoins différentes associés à chacun des inducteurs Il, 12, 13 qui peuvent être utilisés simultanément et placés à proximités les uns des autres sans risque de générer des battements de fréquence tout en autorisant des puissances différentes sur des inducteurs voisins alimentés par des onduleurs différents, les réglages des puissances se faisant en fonction de la largeur des impulsions (MLI). On notera qu'un mode hacheur MLI sans passer par cet artifice entraînerait un surdimensionnement très important du générateur en raison du caractère très selfique des inducteurs.
Ce caractère très selfique peut être atténué en rapprochant au maximum l'inducteur de sa charge, voire en remplaçant le matériau en verre vitrocéramique par un matériau plus résistant d'une épaisseur moindre assurant l'isolement électrique de l'inducteur et de sa charge.
La figure 5 montre une variante du circuit de la figure 4 pour un nombre plus important d'inducteurs à piloter selon ce même principe avec un inducteur maître et des inducteurs esclaves en travaillant en commutation au passage par zéro de la tension (commutation ZVS) pour tous les générateurs alimentant les inducteurs esclaves.
Le circuit se compose d'un circuit maître dans la partie haute L, (CO, C'0) et de circuits esclaves formés par les inductances LA, LB, LC, LD et les condensateurs associés (CA, C'A), (CB, C'B), (CC, C'C), (CD, C'D). Chaque circuit oscillant ainsi formé est commandé par des commutateurs (T2i, T3i) (T21, T22, T23, T24..., T31, T32, T33, T34).
L'interrupteur Tl est commandé par une tension classique et chacun des bras T2i, T3i est commandé suivant un rapport cyclique variable à l'intérieur de cette tension, réglable séparément pour chaque générateur.
Les conditions de commutations en mode ZVS sont les suivantes : * lors de l'ouverture d'un interrupteur T2i, le courant Ii doit être supérieur à 0,
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* pour pouvoir ouvrir les interrupteurs T3i (qui doivent tous être ouverts simultanément), il faut que - 10 > Il + 12 +... +Ii-1.
Parallèlement, on peut générer le courant Io de manière fixe et contrôlée en alimentant non un inducteur mais par exemple une inductance pure de valeur fixe ; les valeurs crêtes du courant seront fixes et calculées pour permettre la commutation ZVS de tous les générateurs. Cette structure modulaire est bien adaptée au pilotage d'un système d'inducteurs à grand nombre d'enroulements élémentaires. La puissance de chaque générateur est alors faible.
Cette structure selon l'invention permet donc d'utiliser dans une même table de cuisson des inducteurs séparés et de les rapprocher suffisamment pour qu'ils puissent former une grande surface de cuisson pouvant chauffer soit un récipient unique de grande dimension à forte puissance, soit différents récipients à des puissances qui peuvent être différentes. Les convertisseurs esclaves étant de faible puissance, il est possible d'utiliser des composants très économiques comme indiqué ci-dessus, car utilisés par ailleurs en très grande série.