ES2257649T3 - Modulo de coccion electrico por induccion y procedimiento de mando del modulo. - Google Patents
Modulo de coccion electrico por induccion y procedimiento de mando del modulo.Info
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Abstract
Módulo de cocción eléctrico de inducción que incluye dos inductores alimentados por un generador (ondulador) que recibe la tensión rectificada de la red eléctrica, y formado por dos brazos, cada uno formado por dos interruptores electrónicos montados en serie entre dos bornes de alimentación de la red, y un condensador de resonancia asociado a cada bobinado y colocado en serie, caracterizado porque - cada inductor está formado por dos bobinados independientes (IND1, IND1¿) y (IND2, INDD2¿), - cada generador está formado por dos brazos (B1, B2), * el punto de unión (Ai) de los dos interruptores electrónicos es un punto de conexión unido a un bobinado (IND1) y (IND2) (respectivamente IND1¿ e IND2¿) de cada uno de los dos inductores, * el condensador de resonancia (Ci) asociado a cada bobinado (IND1) está colocado en serie, formando un conjunto del que ¿ uno de los dos bornes está conectado a uno de los brazos (Bi), y ¿ y el otro borne está conectado a un medio de conmutación (R1i) para estarunido directamente a uno de los bornes de la alimentación (estado directo) o al borne homólogo del otro conjunto del mismo inductor (estado puente), ¿ los medios de conmutación (R1i) de los dos inductores están acoplados para no adoptar el mismo estado al mismo tiempo.
Description
Módulo de cocción eléctrico por inducción y
procedimiento de mando del módulo.
La presente invención se refiere a un módulo de
cocción eléctrico por inducción, como se define en el preámbulo de
la primera reivindicación.
La invención se refiere asimismo a un
procedimiento de mando de dicho módulo.
Los sistemas de cocción por inducción con varios
fogones (2 ó 4) presentes en el mercado del gran público emplean,
en su mayoría, la arquitectura de la figura 1A.
El módulo elemental está constituido por dos
inductores I1, I2 y dos generadores G1, G2, alimentando cada uno de
estos generadores un inductor y sólo uno. Para una placa de cocción
de 4 fogones, se emplean dos módulos. En las redes monofásicas
cuyas tensiones son superiores a 200 V (Europa), el generador
electrónico indiscutiblemente más adecuado para su aplicación es el
ondulador de resonancia G de la figura 1B. Se introduce la
resonancia asociando al inductor, con carácter naturalmente
inductivo, unos condensadores C1, C2, típicamente de algunos
centenares de nF, para alcanzar una frecuencia de funcionamiento
nominal de unos veinte kHz, con las tecnologías de inductores
actuales denominadas "pancake". El ajuste de la potencia
suministrada al inductor se lleva a cabo mediante variación de la
frecuencia de mando del ondulador.
Se plantea un problema importante cuando se
quiere realizar el módulo que incluye dos inductores y dos
generadores. Las potencias suministradas por los dos fogones deben
poder ajustarse de forma independiente. Si se aplican
simultáneamente frecuencias de mando distintas a las dos partes de
dicho módulo, se revelan, debido al acoplamiento eléctrico de los
dos onduladores mediante una línea de alimentación continua única,
fenómenos de intervalo de frecuencia extremadamente molesto para el
usuario, que es preciso eliminar.
Hoy en día, se emplean principalmente dos
técnicas de asociación y de mando:
- la primera consiste en desacoplar
eléctricamente los dos generadores (onduladores) por medio de
filtros pasivos (inductancias y condensadores),
- la segunda es una solución de mando que conduce
ha hacer funcionar alternativamente los dos generadores con
frecuencias de algunos Hz (figura 2) en sincronismo con la tensión
de red rectificada que alimenta clásicamente a los generadores. Por
lo tanto, existen dos frecuencias en el sistema, la frecuencia de
funcionamiento propia de los onduladores (>20 kHz) y la
frecuencia a la que se autoriza cíclicamente dicho
funcionamiento.
La figura 2 muestra, en la línea superior, la
tensión aplicada al generador G1 y, en la línea inferior, la
tensión aplicada al generador G2.
Si se plantea el ejemplo típico de un módulo con
dos fogones conectado a una toma normalizada de
230V-16A, se puede disponer teóricamente de una
potencia total de 3,7 kW. Paralelamente, para beneficiarse de
prestaciones de cocción elevadas, la tendencia está en permitir la
atribución casi completa de esta potencia a un único fogón (3 kW).
Las técnicas anteriores requieren entonces el uso de dos onduladores
de 3 kW, es decir, una electrónica instalada de una potencia global
de 6 kW, a comparar con la potencia máxima de 3,7 kW que puede
gestionar el módulo. Se describe esta técnica en el documento GB
2348750 (o FR 99 04 45) JAEGER REGULATION, que constituye el estado
de la técnica más próximo.
La presente invención tiene por objeto
desarrollar un módulo de cocción eléctrico por inducción del tipo
correspondiente anterior, que permite hacer un mejor uso de la
electrónica y sobretodo poder disponer a voluntad en uno u otro de
los dos fogones, en el caso de un módulo con dos fogones, de la
máxima potencia disponible.
A tal efecto, la invención se refiere a un módulo
de cocción por inducción del tipo definido anteriormente,
caracterizado porque
- -
- cada inductor está formado por dos bobinados independientes,
- -
- cada generador está formado por dos brazos,
- \text{*}
- formados cada uno por dos interruptores electrónicos montados en serie entre los dos bornes de alimentación de la red, y el punto de unión de los dos interruptores electrónicos es un punto de conexión unido a un bobinado de cada uno de los dos inductores,
\newpage
- \text{*}
- cada bobinado lleva asociado un condensador de resonancia situado en serie y formando un conjunto del cual
- \bullet
- uno de los dos bornes está conectado a uno de los brazos y
- \bullet
- el otro borne está conectado a un medio de conmutación para estar unido directamente a uno de los bornes de la alimentación (estado directo) o al borne homólogo del otro conjunto del mismo inductor (estado puente),
- \bullet
- los medios de conmutación de los dos inductores están acoplados para no adoptar el mismo estado al mismo tiempo.
El montaje del módulo de cocción de la invención
es perfectamente simétrico por dos motivos; en primer lugar a nivel
de cada fogón y entre ambos fogones. Esto permite, por una parte,
realizar circuitos totalmente idénticos e intercambiables y, por
otra parte, reduce la potencia de los dos interruptores electrónicos
asociada a cada brazo de ondulador. En el plano industrial, esto se
traduce por un ahorro considerable tanto por el coste de los
componentes como para la fabricación y el almacenamiento. A pesar de
ello, cualquier fogón puede funcionar a la potencia máxima.
Según otra característica interesante, los medios
de conmutación de los dos bobinados de un mismo inductor se comandan
de la misma manera, estando los bobinados (y sus condensadores de
resonancia) de un fogón directamente unidos a uno de los bornes de
la alimentación, y los bobinados (y sus condensadores de resonancia)
del otro fogón montados en puente entre los dos brazos de un mismo
generador.
Según otra característica interesante, los dos
brazos de un mismo generador son comandados en fase o en oposición
de fase.
Según otra característica interesante, el medio
de conmutación está dotado de una resistencia de paso.
En este montaje, cada interruptor electrónico
está dotado de un diodo antiparalelo y de un condensador de ayuda a
la conmutación.
En el módulo de cocción, los medios de
conmutación son comandados de la misma manera, estando los dos
bobinados asociados a su condensador de resonancia de un fogón
unidos, cada uno directamente a uno de los dos bornes de la
alimentación, y estando montados los dos bobinados asociados a su
condensador de resonancia del otro fogón en serie entre los dos
brazos (estado puente).
De manera especialmente ventajosa, los dos brazos
de un mismo generador son comandados en la misma frecuencia en fase
o en oposición de fase.
Según otra característica, el ajuste de la
potencia del fogón en el estado directo se efectúa mediante el
ajuste de la frecuencia de recorte, y el ajuste del fogón en el
estado puente se efectúa mediante el ajuste de los tiempos
respectivos de los mandos en fase o en oposición de fase.
Para el funcionamiento, el estado totalmente
inactivo de un fogón, con el otro en funcionamiento, se realiza
situándolo en estado puente y manteniendo en permanencia el mando en
fase.
Finalmente, de manera general, los inductores de
un fogón pueden estar constituidos por 2n bobinados.
A continuación, se describe la presente invención
mediante un ejemplo de realización representado en los dibujos
adjuntos, así como de los esquemas que explican la técnica
anterior.
- La figura 1A muestra un esquema de un módulo de
cocción por inducción de dos fogones, según la técnica
anterior,
- la figura 1B muestra un esquema de un generador
elemental asociado a uno de los inductores de los fogones de la
figura 1,
- la figura 2 muestra un diagrama en el que se
presenta la alternancia del comando de los dos generadores del
módulo de cocción de la figura 1, según la técnica anterior,
- la figura 3 muestra el esquema de un brazo de
ondulador asociado a un inductor,
- la figura 4 muestra el estado de conexión
directa de un bobinado y de su condensador de resonancia,
- la figura 5 muestra el estado de conexión en
puente de dos bobinados de un mismo inductor y de su condensador de
resonancia,
- la figura 6 muestra el comando de los brazos en
fase y en oposición de fase,
- la figura 7 muestra un esquema de un módulo de
cocción de dos fogones, según un ejemplo de realización de la
invención,
- la figura 8 muestra una de las configuraciones
del esquema de realización de la figura 7 en la que el inductor I1
está en el estado directo y el inductor I2 está en el estado
puente.
Según la figura 3, el inductor (I1, I2) del
módulo de cocción está dividido en dos bobinados independientes, de
los cuales se ha representado uno IND1. Este bobinado IND1 está
unido por un borne a los interruptores electrónicos T1 y T2 de uno
de los brazos que reciben las señales de comando S1 y S2. Estos
interruptores electrónicos incluyen en paralelo un condensador y un
diodo no referenciados. El otro borne del bobinado está unido en
serie al condensador de resonancia C1. Aguas abajo del condensador
C1, el montaje incluye un conmutador RL1 que, en posición P1 une
directamente el conjunto formado por el bobinado IND1 y el
condensador de resonancia C1 a uno de los bornes de alimentación;
en posición P2 une este mismo conjunto a la salida P2 homólogo del
conmutador del otro bobinado asociado al mismo fogón. Se trata
entonces de un montaje en puente y el funcionamiento de este
montaje depende de la diferencia de las tensiones suministradas por
cada uno de los dos brazos del generador.
De manera general, utilizando una escritura con
el índice i, cada inductor (Ii) está formado por dos bobinados
independientes (INDi, INDi'), y cada generador está formado por dos
brazos (Bi, Bi+1).
Los brazos Bi están formados, cada uno, por dos
interruptores electrónicos (T1i, T2i) montados en serie entre los
dos bornes de alimentación (L1, L2) de la red y el punto de unión
(Ai) de los dos interruptores electrónicos es un punto de conexión
unido a un bobinado (IND1) y (IND2) (respectivamente IND1' e IND2')
de cada uno de los dos inductores (I1, I2).
Cada bobinado (INDi) lleva asociado un
condensador de resonancia (Ci) colocado en serie, que forma un
conjunto del cual
- \bullet
- uno de los dos bornes está conectado a uno de los brazos (Bi), y
- \bullet
- el otro borne está conectado a un medio de conmutación (R1i) para estar unido directamente a uno de los bornes de la alimentación (estado directo) o al borne homólogo del otro conjunto del mismo inductor (estado puente).
Finalmente, los medios de conmutación (R1i) de
los dos inductores (I1, I2) están acoplados para no adoptar el mismo
estado al mismo tiempo.
La figura 4 muestra el primer caso de conexión
directa del bobinado IND1 que puede entonces recibir toda la
potencia disponible.
La figura 5 muestra el caso de la conexión en
puente de dos brazos de ondulador B1 y B2, asociados a los dos
bobinados IND1, IND1' del mismo inductor I1 y a su condensador de
resonancia.
El cromograma de la figura 6 representa el
comando de las tensiones VA, VB bien en fase bien en oposición de
fase que afecta principalmente al funcionamiento del inductor
montado en puente. Para un comando en fase, los bornes del conjunto
formado por los dos bobinados y los dos condensadores de resonancia
conectados en puente reciben las mismas tensiones VA y VB, de
manera que la diferencia de dichas dos tensiones aplicada al
conjunto es nula y que no es atravesado por corriente alguna. Los
bobinados IND1, IND1' no suministran entonces energía alguna al
recipiente.
Para un comando en oposición de fase, la
diferencia de las dos tensiones aplicada al conjunto es una tensión
alterna a la frecuencia de la señal de comando S (típicamente unos
10 kHz) y los bobinados IND1 e IND1' pueden suministrar energía al
recipiente.
La combinación de un brazo ondulador y de un
bobinado de un fogón permite realizar un módulo de cocción de dos
fogones perfectamente simétricos, lo que resulta muy interesante
para la realización práctica, ya que los interruptores electrónicos
del brazo pueden dimensionarse para la mitad de la potencia máxima
de un fogón, ya que la otra mitad de la potencia es suministrada
por el otro brazo del generador asociado al otro bobinado del mismo
inductor.
El principio descrito anteriormente puede
generalizarse al dividir el inductor de un fogón en 2n bobinados
independientes.
La figura 7 muestra el circuito de un módulo
según la invención compuesto por dos inductores, cada uno con dos
bobinados (IND1, IND1') y (IND2, IND2') y los brazos de ondulador B1
y B2 instalados en este montaje perfectamente simétrico permiten
suministrar toda la potencia a uno cualquiera de los inductores.
Según la figura 7, cada inductor de un fogón está dividido en dos
bobinados (IND1, IND1') y (IND2, IND2') y un brazo de ondulador que
llevan asociado respectivamente. En este ejemplo, los conmutadores
son relés electromecánicos RL1, RL1', RL2, RL2'. Paralelamente a
los condensadores de resonancia, existe una resistencia R para
permitir iniciar correctamente las tensiones en los bornes del
condensador durante los cambios de estado de los relés. El cambio
de modo de funcionamiento mediante los relés sólo puede llevarse a
cabo cuando los onduladores están inactivos, es decir, cuando las
señales de comando S1, S1', S2, S2' de los interruptores
electrónicos están bloqueados. Las dos posiciones de funcionamiento
posibles son las siguientes:
- -
- RL1, RL1' en posición (P1), RL2, RL2' en posición (P2): cada bobinado del inductor 1 es alimentado de forma independiente por cada uno de los brazos a través de los condensadores de resonancia C1 y C1', mientras que los dos bobinados del inductor 2, en serie con C2 y C2', son alimentados simultáneamente mediante la estructura en puente constituida por los dos brazos. La figura 8 muestra más concretamente esta primera configuración.
- -
- RL2, RL2' en posición (P1), RL1, RL1' en posición (P2): a la inversa, cada bobinado del inductor 2 se alimenta en este caso de manera independiente mediante cada uno de los brazos, a través de los condensadores de resonancia C2 y C2', mientras que los dos bobinados del inductor 1, en serie con C1 y C1' son alimentados simultáneamente mediante la estructura en puente constituida por los dos brazos.
A partir de estas configuraciones del nivel de
potencia, el comando permite, a continuación, obtener los distintos
modos de funcionamiento deseados. Para ello, se define primero la
idea de maestro y esclavo. El conjunto
inductor-generador maestro es aquel en el que el
usuario solicita la potencia más elevada. Éste se coloca en la
configuración en que las dos partes son alimentadas de forma
independiente (inductor 1 en la figura 7).
El comando de los dos brazos se opera entonces de
la siguiente manera: la frecuencia de las señales de comando Si es
la misma (comando síncrono) para los dos brazos y se ajusta en
función de la potencia deseada en el inductor maestro. Por el
contrario, los dos brazos pueden comandarse bien en fase bien en
oposición de fase (figura 6), a escala de la frecuencia de recorte
(\geq20 kHz).
A una frecuencia dada, la potencia suministrada
al inductor maestro es independiente del modo en fase o en
oposición de fase, siendo alimentado cada bobinado de forma
independiente por un brazo (tensiones VA y VB).
En el caso del inductor esclavo, sus dos
bobinados en serie con los condensadores de resonancia son
alimentados por el puente formado por los dos brazos, por lo tanto
la tensión VA - VB. En oposición de fase, esta tensión será un
segmento de amplitud igual a la tensión de alimentación continua de
los brazos y de frecuencia igual a la frecuencia impuesta por el
maestro. En fase, la tensión VA - VB será nula. Basta entonces con
alternar, en algunos períodos de la red alternativa, el modo en
fase y el modo en oposición de fase para ajustar la potencia en el
inductor esclavo. En última instancia, si se desea detener
totalmente este último, se mantiene en permanencia el modo en
fase.
En resumen, la potencia en el inductor maestro se
ajusta mediante la frecuencia de recorte de los brazos de
ondulador, y la potencia en el inductor esclavo mediante la elección
del número de períodos red en el que se autoriza el modo en
oposición de fase.
Esta técnica presenta dos ventajas
principales:
- -
- la electrónica (constituida por los dos brazos) está globalmente dimensionada para la potencia total que se puede suministrar a los dos inductores simultáneamente, es decir, 3,7 kW,
- -
- existe una única frecuencia de comando del sistema, lo que elimina cualquier riesgo de intervalo de frecuencia.
Claims (8)
1. Módulo de cocción eléctrico de inducción que
incluye dos inductores alimentados por un generador (ondulador) que
recibe la tensión rectificada de la red eléctrica, y formado por dos
brazos, cada uno formado por dos interruptores electrónicos
montados en serie entre dos bornes de alimentación de la red, y un
condensador de resonancia asociado a cada bobinado y colocado en
serie,
caracterizado porque
- -
- cada inductor está formado por dos bobinados independientes (IND1, IND1') y (IND2, INDD2'),
- -
- cada generador está formado por dos brazos (B1, B2),
- \text{*}
- el punto de unión (Ai) de los dos interruptores electrónicos es un punto de conexión unido a un bobinado (IND1) y (IND2) (respectivamente IND1’ e IND2’) de cada uno de los dos inductores,
- \text{*}
- el condensador de resonancia (Ci) asociado a cada bobinado (IND1) está colocado en serie, formando un conjunto del que
- \bullet
- uno de los dos bornes está conectado a uno de los brazos (Bi), y
- \bullet
- y el otro borne está conectado a un medio de conmutación (R1i) para estar unido directamente a uno de los bornes de la alimentación (estado directo) o al borne homólogo del otro conjunto del mismo inductor (estado puente),
- \bullet
- los medios de conmutación (R1i) de los dos inductores están acoplados para no adoptar el mismo estado al mismo tiempo.
2. Módulo de cocción eléctrico, según la
reivindicación 1,
caracterizado porque
el medio de conmutación (R1i) está dotado de una
resistencia de paso.
3. Módulo de cocción eléctrico, según la
reivindicación 1,
caracterizado porque
cada interruptor electrónico (T1i, T2i) está
dotado de un diodo antiparalelo y de un condensador de ayuda a la
conmutación.
4. Módulo de cocción eléctrico, según la
reivindicación 1,
caracterizado porque
los medios de conmutación (RL1, RL1'
respectivamente RL2, RL2') son comandados del mismo modo, estando
los dos bobinados asociados a su condensador de resonancia de un
fogón unidos, cada uno, directamente a uno de los dos bornes de la
alimentación, y estando los dos bobinados asociados a su condensador
de resonancia del otro fogón montados en serie entre los dos brazos
(estado puente).
5. Módulo de cocción eléctrico, según la
reivindicación 1,
caracterizado porque
los dos brazos (Bi) de un mismo generador son
comandados en la misma frecuencia en fase o en oposición de
fase.
6. Módulo de cocción eléctrico, según la
reivindicación 1,
caracterizado porque
el ajuste de la potencia del fogón en estado
directo se efectúa mediante el ajuste de la frecuencia de corte y el
ajuste del fogón en estado puente se efectúa mediante el ajuste de
los tiempos respectivos de los comandos en fase o en oposición de
fase.
\newpage
7. Módulo de cocción eléctrico, según la
reivindicación 1,
caracterizado porque
el estado totalmente inactivo de un fogón, con el
otro en funcionamiento, se realiza colocándolo en estado puente y
manteniendo en permanencia el comando en fase.
8. Módulo de cocción eléctrico, según la
reivindicación 1,
caracterizado porque
los inductores del fogón están formados por 2n
bobinados.
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