EP3809800B1

EP3809800B1 - Procédé de commande en puissance d'au moins un inducteur et appareil de cuisson à induction pour la mise en oeuvre du procédé

Info

Publication number: EP3809800B1
Application number: EP20201666.3A
Authority: EP
Inventors: Cédric GOUMY; Xavier Andre
Original assignee: Groupe Brandt SAS
Current assignee: Groupe Brandt SAS
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2022-12-07
Anticipated expiration: 2040-10-14
Also published as: EP3809800A1; FR3102335B1; ES2938464T3; FR3102335A1

Description

La présente demande concerne un procédé de commande en puissance d'au moins un inducteur recouvert d'un récipient.
Elle concerne également un appareil de cuisson à induction adapté à mettre en oeuvre ce procédé de commande.
De manière générale, la présente invention concerne le domaine de l'alimentation en courant électrique alternatif d'un inducteur par un dispositif d'alimentation à onduleur commandé par un signal de commande périodique.
Elle trouve son application notamment dans les appareils de cuisson à induction, tels qu'une table à induction, comprenant une ou plusieurs zones de cuisson équipées chacune d'un ou plusieurs inducteurs.
Elle concerne non seulement les tables de cuisson à foyers de cuisson prédéfinis dans le plan de cuisson mais aussi les tables de cuisson dites matricielles, sans foyers de cuisson prédéfinis et dans lesquelles les zones de cuisson sont définis au cas par cas, selon la position d'un récipient posé sur le plan de cuisson et recouvrant un sous-ensemble d'inducteurs.
Un courant alternatif est ainsi généré par le dispositif d'alimentation à onduleur et circule dans le ou les inducteurs.
De manière classique, un courant induit est alors généré dans un récipient placé au-dessus de cet inducteur, le récipient s'échauffant lui-même par effet Joule du fait de sa résistance.
La puissance induite dans le récipient dépend notamment, pour un récipient donné, du courant alternatif circulant dans l'inducteur et généré par le dispositif d'alimentation à onduleur.
On connait dans l'état de la technique des procédés de commande en puissance, adaptés à modifier la puissance induite dans le récipient en faisant varier la fréquence du signal de commande périodique commandant le dispositif d'alimentation à onduleur.
Ainsi, pour un récipient donné, à chaque puissance restituée correspond une fréquence du signal de commande périodique du dispositif d'alimentation à onduleur.
L'asservissement de la puissance induite dans le récipient sur la fréquence du signal de commande périodique requiert l'utilisation d'une large plage de fréquences. Ce mode de fonctionnement peut devenir problématique dès lors que certaines fréquences engendrent des problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM) sur le réseau d'alimentation électrique de l'appareil de cuisson.
Lorsque le dispositif d'alimentation à onduleur comprend deux éléments de puissance, du type deux transistors IGBT (acronyme du terme anglais Insulated Gate Bipolar Transistor), montés en demi-pont, le signal de commande périodique est généralement un signal carré. Le signal de commande permet de commander ainsi l'alimentation des deux éléments de puissance en opposition de phase. Dans le fonctionnement décrit ci-dessus, dans lequel la puissance est restituée en fonction de la fréquence, le rapport cyclique du signal de commande périodique est généralement égal à 50% ce qui permet d'alimenter en symétrie les deux éléments de puissance.
Il est également possible, mais de manière limitée, de faire varier la puissance induite dans le récipient en modifiant le rapport cyclique du signal de commande périodique à une fréquence donnée.
La variation du rapport cyclique du signal de commande périodique génère une puissance induite dans le récipient inférieure à la puissance induite obtenue lorsque le rapport cyclique est égal à 50%.
Ce mode de fonctionnement est utilisé lorsque plusieurs dispositifs d'alimentation à onduleur sont commandés simultanément pour alimenter respectivement plusieurs inducteurs ou zones de cuisson et qu'il est nécessaire de commander les dispositifs d'alimentation à onduleur par un signal de commande périodique de même fréquence afin d'éviter l'apparition de sifflements désagréables dans les récipients recouvrant les inducteurs.
En effet, des bruits parasites peuvent apparaitre lorsque deux inducteurs sont mis en fonctionnement par des dispositifs d'alimentation à onduleur commandés par des signaux de commande périodiques de fréquence différente.
Ce problème est particulièrement important dans les tables de cuisson dite matricielles dans lesquelles les inducteurs sont disposés les uns à côté des autres selon une répartition bidimensionnelle dans le plan de cuisson et commandés simultanément pour chauffer un récipient posé sur le plan de cuisson et recouvrant plusieurs inducteurs.
Toutefois, cette solution de variation du rapport cyclique à une fréquence donnée est complexe à mettre en oeuvre. Il est en particulier nécessaire d'utiliser une fréquence unique qui convient pour commander les dispositifs d'alimentation à onduleur de chaque inducteur et généralement d'éteindre périodiquement l'alimentation en courant alternatif d'un ou des deux inducteurs pour atteindre la puissance de consigne demandée pour chaque récipient.
Un exemple d'un tel fonctionnement est décrit dans le document EP 2 200 398 .
Le document WO 2015/159353 A1 décrit un procédé de commande en puissance d'au moins un inducteur selon le préambule de la revendication 1.
Le but de la présente invention est de résoudre au moins l'un des inconvénients précités et de proposer un procédé de commande en puissance d'au moins un inducteur recouvert d'un récipient moins complexe.
Selon un premier aspect, la présente invention concerne un procédé de commande en puissance d'au moins un inducteur recouvert d'un récipient et alimenté en courant alternatif par un dispositif d'alimentation à onduleur commandé par un signal de commande périodique.
Ce procédé de commande comprend les étapes suivantes :

choix d'une fréquence pour le signal de commande périodique parmi un ensemble comprenant une suite ordonnée croissante de N valeurs de fréquences prédéfinies, N étant égal ou supérieur à deux ; et
ajustement d'un rapport cyclique du signal de commande périodique à la fréquence choisie pour obtenir une puissance induite dans le récipient.

Grâce à l'invention, il est possible de faire varier la puissance induite dans le récipient en n'utilisant que des valeurs de fréquences prédéfinies dans un ensemble et en faisant varier uniquement le rapport cyclique du signal de commande périodique.
Il est ainsi possible de choisir des valeurs de fréquences prédéfinies de manière à ne pas engendrer de perturbations acoustiques ou électromagnétiques et de respecter les normes de compatibilité électromagnétique.
Le nombre limité de N valeurs de fréquences prédéfinies permet de réduire considérablement le risque d'apparition de phénomènes de résonnance dans le récipient.
En pratique, à l'étape d'ajustement, le rapport cyclique est choisi dans un intervalle compris entre un rapport cyclique minimal et un rapport cyclique de puissance maximale, le rapport cyclique de puissance maximale étant égal à 50%.
Alternativement, à l'étape d'ajustement, le rapport cyclique est choisi dans un intervalle compris entre un rapport cyclique de puissance maximale et un rapport cyclique maximal, le rapport cyclique de puissance maximale étant égal à 50%.
Ainsi, à chaque fréquence du signal de commande périodique, correspond une puissance induite maximale dans le récipient lorsque le rapport cyclique choisi est égal à 50 %. L'ajustement de ce rapport cyclique dans un intervalle au-dessus ou en-dessous de cette valeur de 50 % permet de faire varier la puissance induite dans le récipient et d'atteindre ainsi une puissance de consigne demandée.
Selon l'invention, l'ensemble comprend une suite ordonnée croissante de N valeurs de fréquences prédéfinies, et, à tout couple de fréquences prédéfinies adjacentes dudit ensemble correspond un couple de valeurs de puissance induite dans le récipient lorsque le dispositif d'alimentation à onduleur est commandé par un signal de commande périodique à une desdites fréquences prédéfinies dudit couple et un rapport cyclique de 50%, la puissance induite dans le récipient lorsque le dispositif d'alimentation à onduleur est commandé par un signal de commande périodique à la fréquence la plus élevée dudit couple de fréquences et un rapport cyclique de 50 % étant supérieure à la puissance induite dans le récipient lorsque le dispositif d'alimentation à onduleur est commandé par un signal de commande périodique à la fréquence la plus basse dudit couple de fréquences et un rapport cyclique égal au rapport cyclique minimal ou au rapport cyclique maximal.
L'ensemble de N valeurs de fréquences prédéfinies est ainsi déterminé de manière à pouvoir balayer l'ensemble des puissances comprises entre une puissance maximale et une puissance minimale induite dans un récipient.
Dans un mode de réalisation pratique, les valeurs de fréquences prédéfinies dudit ensemble sont comprises entre 20 et 150 KHz.
A titre d'exemple de réalisation, le nombre N de valeurs de fréquences prédéfinies est compris entre 2 et 10, et de préférence entre 4 et 8 et préférentiellement égal à 6.
Selon un autre mode de réalisation, au moins deux inducteurs sont alimentés en courant alternatif respectivement par un dispositif d'alimentation onduleur commandé par un signal de commande périodique, la fréquence du signal de commande périodique de chaque dispositif d'alimentation à onduleur étant choisie parmi un même ensemble de N valeurs de fréquences prédéfinies.
Grâce à un choix judicieux des valeurs de fréquences prédéfinies, il est possible de faire fonctionner simultanément plusieurs inducteurs sans générer de perturbations électromagnétiques.
Selon une caractéristique avantageuse, ledit même ensemble comprend une suite ordonnée croissante de N valeurs de fréquences prédéfinies, l'écart entre deux valeurs d'un couple de fréquences prédéfinies adjacentes dudit même ensemble étant inférieur à une fréquence seuil minimale et supérieur à une fréquence seuil maximale, les fréquences comprises entre la fréquence seuil minimale et la fréquence seuil maximale correspondant à des fréquences audibles pour l'oreille humaine.
Ainsi, les inducteurs peuvent être alimentés simultanément en courant par un dispositif d'alimentation à onduleur commandé par un signal de commande périodique de fréquences différentes dès lors que cette fréquence est choisie dans le même ensemble de valeurs de fréquences prédéfinies, sans générer l'apparition de bruits parasites et de sifflements dans les récipients recouvrant chaque inducteur.
En pratique, la fréquence seuil minimale est égale à 2kHz et la fréquence seuil maximale est égale à 14 kHz.
Selon un second aspect, la présente invention concerne un appareil de cuisson à induction comportant au moins un inducteur alimenté en courant alternatif par un dispositif d'alimentation à onduleur commandé par un signal de commande périodique.
Selon l'invention, l'appareil de cuisson comprend des moyens de commande du dispositif d'alimentation à onduleur adaptés à mettre en oeuvre le procédé de commande en puissance conforme à l'invention.
Cet appareil de cuisson présente des caractéristiques et avantages analogues à ceux décrits précédemment en relation avec le procédé de commande en puissance selon l'invention.
La présente invention trouve notamment son application lorsque le dispositif d'alimentation à onduleur comprend deux interrupteurs de puissance du type IGBT montés en demi-pont.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :

[Fig. 1A] la figure 1A représente schématiquement un appareil de cuisson à induction conforme à un mode de réalisation de l'invention ;
[Fig. 1B] la figure 1B représente schématiquement un appareil de cuisson à induction conforme à un autre mode de réalisation de l'invention ;
[Fig. 2] la figure 2 est un schéma illustrant le montage de deux éléments de puissance en demi-pont dans un appareil de cuisson à induction selon un mode de réalisation de l'invention ;
[Fig. 3] la figure 3 est un schéma bloc illustrant un dispositif de commande des deux éléments de puissance de la figure 2, selon un mode de réalisation de l'invention ;
[Fig. 4A] la figure 4A illustre schématiquement des signaux de pilotage d'une topologie demi-pont à partir d'un signal de commande périodique, le rapport cyclique du signal de commande périodique étant égal à 50% ;
[Fig. 4B] la figure 4B illustre schématiquement des signaux de pilotage d'une topologie demi-pont à partir d'un signal de commande périodique, le rapport cyclique du signal de commande périodique étant égal à 30%.
[Fig. 5] la figure 5 illustre schématiquement la variation d'un rapport cyclique du signal de commande périodique de la figure 4 ;
[Fig. 6] la figure 6 illustre schématiquement la variation de puissance restituée dans un récipient en fonction de la variation du rapport cyclique du signal de commande périodique à une fréquence donnée ;
[Fig. 7] la figure 7 illustre schématiquement la variation de puissance restituée dans un récipient en fonction de la fréquence du signal de commande périodique ; et
[Fig. 8] la figure 8 illustre schématiquement la variation continue de la puissance restituée dans un récipient recouvrant un inducteur commandé selon le procédé de commande en puissance conforme à un mode de réalisation de l'invention.

On va décrire tout d'abord en référence à la figure 1A un appareil de cuisson selon un mode de réalisation de l'invention.
Dans cet exemple, l'appareil de cuisson électrique est une table de cuisson à induction 10 comprenant quatre foyers de cuisson F1, F2, F3, F4.
Chaque foyer de cuisson F1, F2, F3, F4 comporte un inducteur formé d'une ou plusieurs bobines dans lesquelles circule un courant électrique.
La table de cuisson 10 est alimentée électriquement par une alimentation secteur 11, par exemple en 230V et 32 Ampères.
Une carte de contrôle et de commande de puissance 12 est adaptée à supporter l'ensemble des moyens électroniques et informatiques nécessaires au contrôle de la table de cuisson 10.
En pratique, des liaisons électriques 13 sont prévues entre la carte de contrôle et de commande 12 et chaque inducteur des foyers de cuisson F1, F2, F3, F4.
Chaque inducteur des foyers de cuisson F1, F2, F3, F4 est alimenté en courant alternatif, via les liaisons électriques 13, par un dispositif d'alimentation à onduleur prévu sur la carte de contrôle et de commande 12.
De manière classique, les inducteurs et la carte de contrôle et de commande 12 sont placés sous une surface plane de cuisson, formée généralement à partir d'une plaque en vitrocéramique.
Les foyers de cuisson F1, F2, F3, F4 peuvent être identifiés par une sérigraphie sur la plaque en vitrocéramique en vis-à-vis des inducteurs placés sous la surface de cuisson.
Finalement, la table de cuisson à induction 10 comprend des moyens de commande et d'interface 14 avec l'utilisateur, permettant notamment à l'utilisateur de commander en puissance et en durée le fonctionnement de chaque foyer de cuisson F1, F2, F3, F4.
La structure d'une telle table de cuisson et le montage des inducteurs n'ont pas besoin d'être décrits plus en détails ici.
Bien entendu, cet exemple d'appareil de cuisson n'est pas limitatif. En particulier, le procédé de commande en puissance qui va être décrit ci-après peut s'appliquer à tout type d'appareil de cuisson à induction, et à toute configuration de table de cuisson à induction, quels que soient le nombre de foyers, le nombre d'inducteurs, le nombre de bobines par foyer et la disposition des foyers de cuisson.
En particulier, le procédé de commande en puissance décrit ci-après est particulièrement avantageux pour une table de cuisson dite matricielle.
Un exemple de réalisation d'une telle table de cuisson est illustré à la figure 1B.
La table de cuisson 15 comporte un plan de cuisson 16 destiné à recevoir des récipients sur la table de cuisson 15.
Cette table de cuisson 15 comprend des moyens de chauffage constitués d'inducteurs 17 répartis dans le plan de cuisson 16.
Ces inducteurs 17 sont répartis suivant une trame bidimensionnelle sous le plan de cuisson 16 de la table de cuisson 15.
Ils sont disposés côte à côte de manière à couvrir l'ensemble de la surface du plan de cuisson 16.
Dans cet exemple, les inducteurs 17 sont disposés en quinconce.
Dans d'autres modes de réalisation, les inducteurs peuvent être disposés selon une répartition en lignes et colonnes, c'est-à-dire selon une disposition en matrice.
Lorsqu'un récipient est placé sur le plan de cuisson 16, une zone de chauffe Z est formée à partir de la détection des inducteurs 17 recouverts par le récipient.
Chaque inducteur 17 de la table de cuisson 15 peut ainsi être commandé indépendamment et mis en fonctionnement uniquement lorsqu'un récipient recouvre au moins une partie de cette inducteur.
La table de cuisson 15 comporte de manière connue, comme à l'exemple de réalisation de la figure 1A, à la fois une carte de contrôle et de commande de puissance adaptée à supporter l'ensemble des moyens électroniques et informatiques nécessaires au contrôle de la table de cuisson 15, et des moyens de commande et d'interface avec l'utilisateur, permettant notamment à l'utilisateur de commander en puissance et en durée le fonctionnement de chaque zone de cuisson Z.
La structure d'une telle table de cuisson et le montage des inducteurs n'ont pas besoin d'être décrits plus en détail ici.
On va décrire ci-après en référence à la figure 2 un exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation à onduleur 20, chaque inducteur des foyers de cuisson F1, F2, F3, F4 de la table de cuisson 10 illustrée à la figure 1A ou des zones de chauffe Z de la table de cuisson 15 illustrée à la figure 1B étant alimenté en courant électrique par un dispositif d'alimentation à onduleur 20 identique.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif d'alimentation à onduleur 20 comprend deux éléments de puissance, et par exemple deux transistors commandés en tension du type IGBT (acronyme du terme anglais Insulated Gate Bipolar Transistor).
Dans cet exemple de réalisation, les deux interrupteurs de puissance T1, T2 du type IGBT sont montés en demi-pont.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à cette topologie en demi-pont mais peut aussi s'appliquer à une topologie en pont complet de quatre interrupteurs de puissance.
Dans l'exemple illustré à la figure 2, un inducteur L représente schématiquement la zone de cuisson par induction et peut correspondre à un ou plusieurs bobinages d'inducteur montés en série, constituant ainsi un foyer de cuisson F1, F2, F3, F4 de la table de cuisson 10 illustrée à la figure 1A ou à un des inducteurs 17 de la zone de chauffe Z de la table de cuisson 15 illustrée à la figure 1B.
Les deux interrupteurs de puissance T1, T2 montés en demi-pont sont pilotés pour générer un courant électrique alternatif dans l'inducteur L, appelé dans la suite courant inducteur I.
Le dispositif d'alimentation à onduleur 20 avec montage en demi-pont des deux interrupteurs de puissance T1, T2 est classique et est présenté succinctement ci-après.
Chaque interrupteur de puissance T1, T2 est monté en parallèle entre son collecteur C et son émetteur E à une diode de roue libre D1, D2 et un condensateur d'aide à la commutation C1, C2.
Des condensateurs de résonance, C3, C4 sont montés pour constituer un circuit résonnant avec l'inducteur L auquel est associé une résistance R représentant la résistance d'un récipient placé sur un foyer de cuisson, au-dessus de l'inducteur L.
De manière connue, le pilotage des deux interrupteurs de puissance T1, T2 par un signal de commande à une fréquence donnée F, permet de positionner alternativement les deux interrupteurs de puissance T1, T2 dans un état passant et dans un état bloqué, et de générer ainsi un courant alternatif circulant dans l'inducteur L.
On génère ainsi un courant induit dans le récipient qui s'échauffe par effet Joule du fait de sa résistance R.
Le pilotage des interrupteurs de puissance T1, T2 est réalisé à partir de moyens de commande 30 tels qu'illustrés en détail à la figure 3.
Ainsi, des signaux de commande Com1, Com2 respectivement adressés aux interrupteurs de puissance T1, T2 sont générés par les moyens de commande 30.
Les moyens de commande 30 comportent dans ce mode de réalisation un contrôleur 31 (également appelé en terminologie anglo-saxonne "Driver"), lui-même commandé par un microprocesseur 32.
Le microprocesseur 32 commande le contrôleur 31 par un signal de commande périodique ayant une fréquence F.
Le signal de commande périodique est un signal alternatif entre un état haut et un état bas.
Dans ce mode de réalisation, le signal de commande périodique est un signal carré de fréquence F tel qu'illustré aux figures 4A et 4B.
On a illustré ainsi aux figures 4A et 4B, sur le temps t, le fonctionnement alterné des interrupteurs de puissance T1, T2 placés respectivement dans un état passant ON et un état bloqué OFF en fonction du signal de commande périodique à une fréquence F donnée.
Ainsi, lorsque le signal de commande Com1 du premier interrupteur de puissance T1 adresse un état passant ON au premier interrupteur de puissance T1, le signal de commande Com2 du second interrupteur de puissance T2 adresse un état bloqué OFF au second interrupteur de puissance T2, et vice versa.
Lorsque le signal de commande périodique de fréquence F bascule d'un état haut à un état bas, les signaux de commande Com1, Com2 sont alternés afin de basculer chaque interrupteur de puissance d'un état passant ON à un état bloqué OFF, et vice versa.
Le dispositif d'alimentation à onduleur 20 est ainsi commandé par un signal de commande périodique de fréquence donnée F.
On a illustré à titre d'exemple aux figures 4A et 4B un signal de commande périodique de même fréquence F mais de rapport cyclique Δ différent : à la figure 4A, le rapport cyclique Δ est égal à 50%, les deux interrupteurs de puissance T1, T2 étant alimentés symétriquement en courant électrique.
En revanche, à la figure 4B, le rapport cyclique Δ est égal à 30%, le second interrupteur de puissance T2 étant dans ce mode de réalisation maintenu dans un état passant ON pendant 70% de la période du signal de commande périodique de fréquence F et le premier interrupteur de puissance T1 étant maintenu dans un état passant ON pendant 30% de la période du signal de commande périodique de fréquence F.
En fonction du courant alternatif ainsi généré dans l'inducteur L, une puissance de chauffe est fournie au récipient.
Comme illustré aux figures 5 et 6, il est possible de faire varier la puissance P délivrée au récipient en modifiant le rapport cyclique du signal de commande périodique de fréquence donnée Fx.
La variation du rapport cyclique Δ du signal de commande périodique de fréquence donnée Fx est illustrée à la figure 5, entre un rapport cyclique minimal Δmin et un rapport cyclique maximal Δmax.
A titre d'exemple non limitatif, le rapport cyclique minimal Δmin est compris entre 15 et 25 % et le rapport cyclique maximal Δmax est compris entre 75 et 85 %.
Pour une fréquence donnée Fx, la puissance P fournie au récipient lorsque le rapport cyclique est différent de 50% est inférieure à la puissance Px, obtenue pour un rapport cyclique égal à 50%.
On va décrire à présent le procédé de commande en puissance mis en oeuvre dans les moyens de commande 30 du dispositif d'alimentation à onduleur 20.
Le procédé de commande en puissance comprend tout d'abord une étape de choix d'une fréquence Fx pour le signal de commande périodique parmi un ensemble S de N valeurs de fréquences prédéfinies, N étant égal ou supérieur à deux.
De manière non limitative, les valeurs de fréquences prédéfinies de l'ensemble S sont comprises entre 20 et 150 kHz.
On a illustré à la figure 7 un exemple d'un tel ensemble S de fréquences prédéfinies, Fi avec i appartient à {1, 2, ...,6}.
Les valeurs des fréquences prédéfinies Fi sont sélectionnées et mémorisées dans une mémoire associée au microprocesseur 32 de manière à ne pas engendrer de perturbations électromagnétiques sur le réseau général d'alimentation électrique de l'appareil de cuisson à induction.
A chaque fréquence Fi correspond une puissance de chauffe Pi induite dans un récipient donné.
De manière connue, plus la valeur de la fréquence Fi est élevée, plus la puissance de chauffe Pi induite dans le récipient est faible, et vice et versa.
Dans cet exemple, le nombre N de fréquences prédéfinies Fi est égal à 6.
Bien entendu, ce nombre N de fréquences prédéfinies peut varier et est typiquement compris entre 2 et 10, et de préférence entre 4 et 8.
Il est déterminé de manière à couvrir une plage de puissances induites Pi suffisante pour couvrir les puissances de consigne qui peuvent être choisies par l'utilisateur de l'appareil de cuisson à induction.
L'écart ΔF entre les valeurs de fréquences prédéfinies Fi de l'ensemble S est ici supérieur ou égal à 17 kHz.
L'écart ΔF entre deux valeurs de fréquences adjacentes Fi, Fi+1, illustré à la figure 7 par les intervalles ΔF12, ΔF23, ΔF34, ΔF45, ΔF56, peut être identique ou différent.
L'ensemble S comprend ainsi une suite ordonnée croissante de N valeurs de fréquences prédéfinies Fi.
A tout couple de fréquences prédéfinies adjacentes Fi, Fi+1 de cet ensemble S correspond un couple de valeurs de puissance induite Pi, Pi+1 dans le récipient lorsque le dispositif d'alimentation à onduleur 20 est commandé par un signal de commande périodique à une de ces deux fréquences prédéfinies Fi, Fi+1 et un rapport cyclique Δ de 50%
Les fréquences prédéfinies Fi sont en outre sélectionnées de manière à ce que pour tout couple de fréquences prédéfinies adjacentes Fi, Fi+1, il est possible de balayer l'ensemble des valeurs de puissance induite comprises entre les valeurs de puissance induite Pi et Pi+1, et ceci en faisant varier uniquement le rapport cyclique Δ du signal de commande périodique à l'une des deux fréquences Fi, Fi+1.
Ainsi, le procédé de commande en puissance comprend une étape d'ajustement d'un rapport cyclique Δ du signal de commande périodique à la fréquence choisie Fx pour obtenir une puissance induite dans le récipient.
On a illustré à la figure 8 la possibilité de balayer l'ensemble des puissances comprises entre P1 et P6 dans cet exemple de réalisation.
Pour ce faire, pour chaque couple de fréquences prédéfinies adjacentes Fi, Fi+1, la puissance induite Pi+1 dans le récipient lorsque le dispositif d'alimentation à onduleur 20 est commandé par un signal de commande périodique à la fréquence la plus élevée Fi+1 du couple de fréquences et un rapport cyclique de 50 % est supérieure à la puissance induite Pi dans le récipient lorsque le dispositif d'alimentation à onduleur 20 est commandé par un signal de commande périodique à la fréquence la plus basse Fi du couple de fréquences et un rapport cyclique égal à un rapport cyclique minimal Δmin.
En effet, on notera que les puissances : $P 6 (F 6; 50 %) \geq P 5 \min (F 5; Δ \min)$
$P 5 (F 5; 50 %) \geq P 4 \min (F 4; Δ \min)$
$P 4 (F 4; 50 %) \geq P 3 \min (F 3; Δ \min)$
$P 3 (F 3; 50 %) \geq P 2 \min (F 2; Δ \min)$
$P 2 (F 2; 50 %) \geq P 1 \min (F1; Δ \min)$
Dans ce mode de réalisation, lors de l'étape d'ajustement, le rapport cyclique Δ est choisi dans un intervalle compris entre un rapport cyclique minimal Δmin et le rapport cyclique de puissance maximale égal à 50%.
Il est ainsi possible d'obtenir une puissance induite dans le récipient en ajustant le rapport cyclique Δ.
La variation de la puissance et l'obtention d'une puissance de consigne pourrait également se faire en utilisant un rapport cyclique maximal différent du rapport cyclique de puissance maximale égal à 50% . Toutefois, comme indiqué précédemment en référence à la figure 6, la puissance de chauffe restituée dans le récipient à une fréquence donnée est maximale pour un rapport cyclique Δ égal à 50% et diminue lorsque le rapport cyclique Δ diminue ou augmente.
Il est ainsi avantageux de faire varier la puissance de chauffe dans le récipient en ajustant le rapport cyclique Δ autour de la valeur de 50%.
Bien entendu, une étape d'ajustement analogue pourrait être mise en oeuvre en choisissant le rapport cyclique Δ dans un intervalle compris entre le rapport cyclique de puissance maximale égal à 50% et un rapport cyclique maximal Δmax.
Ainsi, avec ce procédé de commande en puissance, il est possible, en choisissant judicieusement un ensemble S de fréquences prédéfinies Fi et en ajustant uniquement le rapport cyclique Δ de fonctionnement du dispositif d'alimentation à onduleur 20 de faire varier la puissance de la valeur P6 à P1 sans discontinuité.
Lorsque la limite de puissance de chauffe qui peut être restituée au récipient est atteinte pour une fréquence donnée du signal de commande périodique, le procédé de commande en puissance choisit une autre fréquence de l'ensemble S et ajuste le rapport cyclique Δ pour obtenir la puissance de consigne demandée pour le récipient.
Par ailleurs, lorsque les inducteurs de l'appareil de cuisson à induction sont alimentés simultanément en courant alternatif, chacun par un dispositif d'alimentation à onduleur 20 commandé par un signal de commande périodique, la fréquence pour le signal de commande périodique de chaque dispositif d'alimentation à onduleur 20 est choisie parmi le même ensemble S de N valeurs de fréquences prédéfinies Fi.
Ainsi, chaque dispositif d'alimentation à onduleur est indépendant et peut fonctionner simultanément sans générer de perturbations électromagnétiques dès lors que les fréquences prédéfinies Fi ont été choisies de manière à ne pas générer perturbations électromagnétiques.
Ainsi, l'écart ΔF entre deux valeurs d'un couple de fréquences prédéfinies adjacentes Fi, Fi+1 de l'ensemble S est inférieur à une fréquence seuil minimale Fmin ou supérieur à une fréquence seuil maximale Fmax, les fréquences comprises entre la fréquence seuil minimale Fmin et la fréquence seuil maximale Fmax correspondant à des fréquences audibles pour l'oreille humaine.
En pratique, la fréquence seuil minimale Fmin est égale à 2kHz et la fréquence seuil maximale Fmax est égale à 14 kHz.
L'ensemble S de fréquences prédéfinies Fi est ainsi choisie afin d'éviter l'apparition de bruits audibles et de sifflements lorsque des inducteurs de l'appareil de cuisson à induction 10 sont commandés simultanément respectivement par un dispositif d'alimentation à onduleur 20.
Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, dans lequel l'écart ΔF est égal à 17kHz, on s'affranchit des bruits parasites produits lorsque deux inducteurs fonctionnent simultanément dès lors que les fréquences des signaux de commande périodiques sont choisies dans l'ensemble S de fréquences préfinies Fi.
Le procédé de commande de puissance de l'invention permet ainsi d'obtenir une commande simplifiée en puissance d'un ou plusieurs inducteurs en évitant toute perturbation électromagnétique et/ou tout bruit parasite entre des récipients dès lors qu'il est mis en oeuvre à partir d'un nombre limité N de fréquences prédéfinies, et en faisant varier uniquement le rapport cyclique Δ de ou des signaux de commande périodiques.
Il est en particulier bien adapté à commander simultanément des inducteurs d'une zone de chauffe dans une table de cuisson dite matricielle, sans foyer de cuisson prédéfini dans le plan de cuisson.

Claims

Procédé de commande en puissance d'au moins un inducteur (L) recouvert d'un récipient et alimenté en courant alternatif par un dispositif d'alimentation à onduleur (20) commandé par un signal de commande périodique, comprenant les étapes suivantes :
- choix d'une fréquence (Fx) pour le signal de commande périodique parmi un ensemble (S) comprenant une suite ordonnée croissante de N valeurs de fréquences prédéfinies (Fi), N étant égal ou supérieur à deux ;

- ajustement d'un rapport cyclique (Δ) du signal de commande périodique à la fréquence choisie (Fx) pour obtenir une puissance induite (Px) dans le récipient, dans lequel le rapport cyclique (Δ) est choisi dans un intervalle compris entre un rapport cyclique minimal (Δmin) et un rapport cyclique de puissance maximale ou dans un intervalle compris entre le rapport cyclique de puissance maximale et un rapport cyclique maximal (Δmax), le rapport cyclique de puissance maximale étant égal à 50% ; caractérisé en ce qu'à tout couple de fréquences prédéfinies adjacentes (Fi, Fi+1) dudit ensemble (S) correspond un couple de valeurs de puissance induite (Pi, Pi+1) dans le récipient lorsque le dispositif d'alimentation à onduleur (20) est commandé par un signal de commande périodique à une desdites fréquences prédéfinies (Fi, Fi+1) dudit couple et un rapport cyclique de 50%, la puissance induite (Pi+1) dans le récipient lorsque le dispositif d'alimentation à onduleur (20) est commandé par un signal de commande périodique à la fréquence la plus élevée (Fi+1) dudit couple de fréquences et un rapport cyclique (Δ) de 50% étant supérieure à la puissance induite (Pi) dans le récipient lorsque le dispositif d'alimentation à onduleur (20) est commandé par un signal de commande périodique à la fréquence la plus basse (Fi) dudit couple de fréquences et un rapport cyclique égal au rapport cyclique minimal (Δmin) ou au rapport cyclique maximal (Δmax).
Procédé de commande en puissance conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs de fréquences prédéfinies (Fi) dudit ensemble (S) sont comprises entre 20 et 150 kHz.
Procédé de commande en puissance conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le nombre N de valeurs de fréquences prédéfinies (Fi) est compris entre 2 et 10, et de préférence entre 4 et 8, et préférentiellement égal à 6.
Procédé de commande en puissance conforme à l'une des revendications précédentes, au moins deux inducteurs (L) étant alimentés en courant alternatif respectivement par un dispositif d'alimentation à onduleur (20) commandé par un signal de commande périodique, caractérisé en ce que la fréquence (Fx) pour le signal de commande périodique de chaque dispositif d'alimentation à onduleur (20) est choisie parmi un même ensemble (S) de N valeurs de fréquences prédéfinies (Fi).
Procédé de commande en puissance conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que ledit même ensemble (S) comprend une suite ordonnée croissante de N valeurs de fréquences prédéfinies (Fi), l'écart (ΔF) entre deux valeurs d'un couple de fréquences prédéfinies adjacentes (Fi, Fi+1) dudit même ensemble (S) étant inférieur à une fréquence seuil minimale (Fmin) ou supérieur à une fréquence seuil maximale (Fmax), les fréquences comprises entre ladite fréquence seuil minimale (Fmin) et ladite fréquence seuil maximale (Fmax) correspondant à des fréquences audibles pour l'oreille humaine.
Procédé de commande en puissance conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que la fréquence seuil minimale (Fmin) est égale à 2kHz et la fréquence seuil maximale (Fmax) est égale à 14 kHz.
Appareil de cuisson à induction comportant au moins un inducteur (L) alimenté en courant alternatif par un dispositif d'alimentation à onduleur (20) commandé par un signal de commande périodique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (30) du dispositif d'alimentation à onduleur (20) adaptés à mettre en oeuvre le procédé de commande en puissance conforme à l'une des revendications précédentes.
Appareil de cuisson à induction conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation à onduleur (20) comprend deux interrupteurs de puissance (T1, T2) du type IGBT montés en demi-pont.