ES2622142T3 - Un método para controlar una unidad de conversión de potencia estática y un sistema de calentamiento por inducción para aparatos de cocción usando dicho método - Google Patents

Abstract

Método para entregar potencia a un inductor de un sistema de calentamiento por inducción, en particular para aparatos de cocción, que comprende una unidad de suministro de potencia y una unidad de control para controlar la potencia entregada a un nivel predeterminado, en el que la unidad de control mide el valor de un parámetro eléctrico de la unidad de suministro de potencia a intervalos de tiempo predeterminados (Δt1), caracterizado por que la unidad de control está adaptada para medir dicho parámetro eléctrico a dichos intervalos de tiempo predeterminados (Δt1) en un ciclo de trabajo predeterminado de una frecuencia de conmutación de transistor de potencia, estando adaptada también la unidad de control para modular dicho ciclo de trabajo durante intervalos de calentamiento (Δt2) entre dichos intervalos de tiempo (Δt1) para mantener la potencia entregada a dicho nivel predeterminado.

Description

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DESCRIPCION

Un metodo para controlar una unidad de conversion de potencia estatica y un sistema de calentamiento por induccion para aparatos de coccion usando dicho metodo

La presente invention se refiere a un metodo para controlar la potencia entregada por una unidad de conversion de potencia estatica a un inductor, particularmente para un sistema de calentamiento por induccion usado en un aparato de coccion. La presente invencion se refiere tambien a un sistema de calentamiento por induccion, particularmente para aparatos de coccion, adaptado para llevar a cabo dicho metodo.

Se conoce bien en la tecnica de los sistemas de calentamiento por induccion utilizados en aparatos de coccion la importancia de controlar la potencia entregada por el inductor, es decir, la bobina de induccion, para ajustar la temperatura de coccion o el nivel de calentamiento del utensilio de coccion a un nivel predeterminado. Esto se obtiene usualmente modificando la frecuencia de conmutacion del transistor de potencia. Para un rendimiento de coccion mejorado es importante detectar la temperatura del recipiente de coccion durante todo el proceso. Esta information podrla usarse, por ejemplo, para controlar dicha temperatura o para supervisar la fase del proceso de coccion.

El documento EP-A-1732357 revela un dispositivo de calentamiento por induccion en el que las variaciones de temperatura de la olla se vigilan ajustando la frecuencia de excitation del transistor de potencia durante todo el proceso de coccion en el calentamiento por induccion. Segun tal documento, durante el proceso de coccion la unidad de conversion de potencia estatica (convertidor) funciona de dos maneras: durante los intervalos de "calentamiento" esta controla la frecuencia para garantizar una potencia constante; durante los intervalos de "medicion", esta mantiene la frecuencia a un valor constante fijo y mide un parametro electrico correlacionado con la temperatura del fondo de la olla.

La solution conocida anterior necesita que el convertidor de induccion cambie la frecuencia de la senal de excitacion del transistor de potencia. Esto requiere encontrar al menos dos frecuencias adecuadas adaptadas a la carga de la olla. La election de las frecuencias debe hacerse con un especial cuidado para evitar el problema de detection de la sarten (en el caso de que una de las frecuencias sea demasiado alta) y/o de resonancia (la corriente de la bobina podrla ser demasiado grande, lo cual es peligroso para los componentes de potencia de induccion como el transistor bipolar de puerta aislada y que puede conducir a un fallo de todo el sistema de calentamiento por induccion).

Un objeto de la presente invencion es proporcionar un metodo de control que supere los inconvenientes anteriores de las soluciones conocidas.

Segun la invencion, tal objeto se alcanza gracias a las caracterlsticas enumeradas en las reivindicaciones adjuntas.

La idea basica subyacente a la presente invencion es evitar los problemas anteriores actuando directamente sobre el valor del ciclo de trabajo. En este caso, la frecuencia permanece siempre igual, el control de potencia y la medicion del parametro electrico del convertidor de induccion se realizan con una metodologla de modulation de ancho de impulso (PWM) variando el ciclo de trabajo de las senales de excitacion del transistor de potencia con el objeto final de vigilar la temperatura del recipiente de coccion.

Esto minimiza el riesgo de cambiar continuamente la frecuencia, ya que la selection de la frecuencia se hace al principio del algoritmo de control.

Otras caracterlsticas y ventajas de un metodo y de un sistema de calentamiento por induccion segun la presente invencion quedaran claros a partir de la siguiente description detallada, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista esquematica de un sistema de calentamiento por induccion usado en una placa de coccion;

La figura 2 es una vista esquematica de una topologla tlpica para el convertidor resonante en serie de medio puente de calentamiento por induccion que puede usarse en el sistema de la figura 1, y en la que se muestra como se lleva a cabo el control de potencia/temperatura;

La figura 3 es un diagrama que muestra la diferencia entre la potencia entregada real en funcion del tiempo y la potencia medida durante los intervalos de "medicion";

La figura 4 es un diagrama que muestra una realization adicional de la invencion; y

La figura 5 es un diagrama similar al de la figura 4, en el que se cambia el valor de frecuencia debido a cierto evento.

Segun una realizacion preferida de la invencion, a lo largo del proceso de coccion, el controlador no cambia la frecuencia, sino solamente el ciclo de trabajo. Durante los intervalos de “medicion” AL (figura 2) aquel ajusta el valor del ciclo de trabajo a uno fijo y durante los intervalos de “calentamiento” At2 controla y modula el valor del ciclo de trabajo para mantener constante la potencia de salida.

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En los intervalos de “medicion” Ati el control mide al menos un parametro electrico que depende de la frecuencia de conmutacion del transistor de potencia y del ciclo de trabajo (ambos constantes entre diferentes Ati), asi como de la temperatura del fondo de la olla. Esto puede ser, por ejemplo, la corriente que fluye a traves de la bobina de induction, la inductancia del sistema de calentamiento, la tension suministrada a la bobina, la potencia activa de salida del convertidor o una combination de los mismos. Tambien se pueden utilizar otros parametros electricos. En los intervalos de "calentamiento" At2, el convertidor de induccion controla la potencia de salida suministrada a la olla modulando el ciclo de trabajo y manteniendo constante la frecuencia.

El convertidor mide la potencia de salida suministrada a la olla durante los intervalos de “medicion” y “calentamiento” y corrige el ciclo de trabajo para garantizar una potencia de salida constante a lo largo de todo el proceso de coccion.

Para la description de la invention se ha considerado un convertidor de calentamiento por induccion que controla la potencia de salida suministrada a la olla. Sin embargo, en el mercado se pueden encontrar convertidores de calentamiento por induccion que controlan la corriente que fluye a traves de la bobina. La invencion tambien se puede aplicar a estos convertidores y el ciclo de trabajo se modifica durante el tiempo de “calentamiento” para mantener constante la amplitud de la corriente de la bobina durante todo el proceso de coccion.

En la parte superior de la figura 2 se muestra un diagrama de potencia en funcion del tiempo que muestra como el control del convertidor de calentamiento por induccion mide la potencia entregada real a intervalos de "medicion" Ati con un ciclo de trabajo fijo, mientras que modula el ciclo de trabajo a intervalos de "calentamiento" At2. La parte inferior de la figura 2 muestra una disposition tipica de un convertidor resonante en serie de medio puente al que se aplica el patron fijo/modulado de ciclo de trabajo segun la invencion. Por supuesto, se pueden utilizar tambien otro tipo de convertidores resonantes.

La figura 3 muestra un ejemplo de un proceso de coccion: la linea superior en el diagrama de potencia en funcion del tiempo representa la potencia total de salida medida en el convertidor, teniendo en cuenta los intervalos de "medicion" Ati y los intervalos de "calentamiento" At2 (esta es la potencia promedio real suministrada a la olla). La linea inferior del diagrama representa la potencia de salida medida durante los intervalos de “medicion” Ati. Este muestra la relation inversa con la temperatura del fondo de la olla.

Segun una segunda realization de la invencion, la solution tecnica de aplicar ciclos de trabajo de asimetria variable se puede combinar con un control que utiliza "n" frecuencias diferentes de senal de excitation del transistor de potencia.

En la figura 4 se muestra un control del ciclo de trabajo asimetrico aplicado dentro de varias "tramas" de n- frecuencias diferentes de la senal de excitacion del transistor de potencia.

La ventaja de combinar ciclos de trabajo asimetricos modulados junto con diferentes "tramas" de frecuencias es principalmente el incremento de la robustez de la estimation de la temperatura de la olla, ya que esta aumenta los datos de correlation entre el parametro electrico y la temperatura del fondo de la olla en diferentes ciclos y frecuencias de trabajo.

Ademas, esta realizacion aumentaria la compatibilidad entre el ciclo de trabajo asimetrico y el presente control de bucle cerrado de potencia/corriente estandar que cambia la frecuencia del transistor de potencia en funcion del tiempo.

Se muestra en la figura 5 un control de ciclo de trabajo asimetrico que cambia el valor de frecuencia constante debido a un evento interno o externo que cambia las condiciones de trabajo e impide que el convertidor de calentamiento por induccion funcione en condiciones no optimas para vigilar la temperatura de la olla. Por ejemplo, un evento interno podria ser una variation del punto de ajuste de control debido a una reduction de temperatura de un componente critico de hardware. Un evento externo podria ser el desplazamiento de la olla colocada por el usuario sobre la placa.

Claims (14)

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   REIVINDICACIONES

   1. Metodo para entregar potencia a un inductor de un sistema de calentamiento por induccion, en particular para aparatos de coccion, que comprende una unidad de suministro de potencia y una unidad de control para controlar la potencia entregada a un nivel predeterminado, en el que la unidad de control mide el valor de un parametro electrico de la unidad de suministro de potencia a intervalos de tiempo predeterminados (Ati), caracterizado por que la unidad de control esta adaptada para medir dicho parametro electrico a dichos intervalos de tiempo predeterminados (Ati) en un ciclo de trabajo predeterminado de una frecuencia de conmutacion de transistor de potencia, estando adaptada tambien la unidad de control para modular dicho ciclo de trabajo durante intervalos de calentamiento (At2) entre dichos intervalos de tiempo (Ati) para mantener la potencia entregada a dicho nivel predeterminado.
2. 2. Metodo segun la reivindicacion 1, en el que el parametro electrico depende de la temperatura.
3. 3. Metodo segun las reivindicaciones 1 o 2, en el que la magnitud de la frecuencia de conmutacion del transistor de potencia se mantiene a un valor constante predeterminado.
4. 4. Metodo segun la reivindicacion 3, en el que la frecuencia constante se cambia durante el proceso de coccion con el fin de evitar una condicion de trabajo no optima, o como consecuencia de un evento externo detectado.
5. 5. Metodo segun la reivindicacion 3, en el que la frecuencia constante se cambia durante el proceso de coccion segun un patron de tiempo predeterminado.
6. 6. Metodo segun la reivindicacion 5, en el que la frecuencia se cambia en momentos predeterminados que abarcan varios intervalos de tiempo predeterminados (At1).
7. 7. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se lleva a cabo la modulacion del ciclo de trabajo de la frecuencia de excitacion del transistor de potencia con el fin de mantener constante la corriente que fluye a traves de la bobina.
8. 8. Sistema de calentamiento por induccion, en particular para aparatos de coccion, que comprende una unidad de suministro de potencia para entregar potencia a un inductor y una unidad de control para controlar la potencia entregada a un nivel predeterminado, en el que la unidad de control esta adaptada para medir el valor de un parametro electrico de la unidad de suministro de potencia a intervalos de tiempo predeterminados (Ati), caracterizado por que la unidad de control esta adaptada para medir dicho parametro electrico a dichos intervalos de tiempo predeterminados (At1) en un ciclo de trabajo predeterminado de la frecuencia de conmutacion de transistor de potencia, estando adaptada tambien la unidad de control para modular el ciclo del ciclo de trabajo durante intervalos de calentamiento (At2) entre dichos intervalos de tiempo (Ab) para mantener la potencia entregada a dicho nivel predeterminado.
9. 9. Sistema de calentamiento por induccion segun la reivindicacion 8, en el que el parametro electrico depende de la temperatura.
10. 10. Sistema de calentamiento por induccion segun las reivindicaciones 8 o 9, en el que la frecuencia de conmutacion del transistor de potencia se mantiene a un valor constante predeterminado.
11. 11. Sistema de calentamiento por induccion segun las reivindicaciones 8 o 9, en el que la frecuencia constante se cambia durante el proceso de coccion con el fin de evitar una condicion de trabajo no optima, o como consecuencia de un evento detectado.
12. 12. Sistema de calentamiento por induccion segun las reivindicaciones 8 o 9, en el que la frecuencia constante se cambia durante el proceso de coccion segun un patron de tiempo predeterminado.
13. 13. Sistema de calentamiento por induccion segun la reivindicacion 12, en el que la frecuencia se cambia en momentos predeterminados que abarcan varios intervalos de tiempo predeterminados (Ab).
14. 14. Sistema de calentamiento por induccion segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en el que se realiza la modulacion del ciclo de trabajo de la frecuencia de excitacion del transistor de potencia para mantener constante la corriente que fluye a traves de la bobina.

    imagen1

    Recti fi ca dor

    Tiempo

    Inversor de estado solido

    Inductor

    CC asimetrica

    r

    — - fl 'L„ ■ - -- H —

    i

    .iL J

    I nterva lo de "ca l enta mi ento"

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    Ciclo de trabajo asimetrico Tiempo

    Tiempo

    Intervalo de "medicion"

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    — CARGA

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    Ji

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    imagen2

    Tramas con excitacion de IGBT diferente

    Free CC fij a

    j *.

    JI

    CC asimetrica

    AU Vs

    Tiempo

    imagen3