Dispositivo de calentamiento por inducción que comprende: un circuito de resonancia que comprende:

una bobina (59) de calentamiento que se acopla magnéticamente a una carga y que tiene sustancialmente un número fijo de vueltas; y un condensador resonante (60) que tiene sustancialmente una capacidad fija; un inversor (70) que incluye elementos (74, 75, 76, 77) de conmutación que forman un circuito de puente completo, y suministra energía eléctrica al circuito de resonancia; un controlador de salida de calentamiento para accionar los elementos (74, 75, 76, 77) de conmutación y controlar la salida de calentamiento de la bobina (59) de calentamiento; un rectificador (52) para rectificar una corriente alterna comercial; una parte mejoradora (71) del factor de potencia para elevar la salida rectificada del rectificador (52), suministrar un voltaje de salida al inversor (70); y mejorar un factor de potencia de la corriente alterna comercial; y un detector (72) de material de carga para detectar un material de la carga, en el que el controlador de salida de calentamiento conmuta una frecuencia de accionamiento de los elementos (74, 75, 76, 77) de conmutación entre una frecuencia sustancialmente igual a un múltiplo entero de una frecuencia de resonancia del circuito de resonancia y una frecuencia sustancialmente 1/n veces (siendo n un entero igual a o mayor que dos) la primera, según un resultado de detección de material de carga del detector (72) de material de carga; y la parte mejoradora (71) del factor de potencia tiene la capacidad de cambiar una magnitud del voltaje de salida

Aparato de calentamiento por inducción.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo de calentamiento por inducción. Los ejemplos del dispositivo de calentamiento por inducción incluyen una cocina de calentamiento por inducción capaz de aplicar un calentamiento por inducción eficaz sobre un objetivo a calentar que presente una conductividad elevada y una baja permeabilidad magnética, tal como una cacerola de aluminio, y un calentador de agua, un humidificador, y una plancha de calentamiento por inducción.

Antecedentes de la técnica

En lo sucesivo en la presente memoria, como ejemplo de un dispositivo convencional de calentamiento por inducción, se proporciona una descripción de una cocina de calentamiento por inducción en la que una bobina de calentamiento genera un campo magnético de alta frecuencia y la corriente de Foucault producida por inducción electromagnética calienta una carga, tal como una cacerola, haciendo referencia a la Fig. 6.

La Fig. 6 es un diagrama que muestra la estructura de un circuito de una cocina convencional de calentamiento por inducción dado a conocer en el Documento de Patente 1. La fuente 51 de alimentación es una fuente de alimentación comercial de 200 V, es decir, una fuente de alimentación AC de baja frecuencia, conectada al extremo de entrada del circuito rectificador 52, es decir, un diodo puente. Entre los extremos de salida del circuito rectificador 52 está conectado un primer condensador 53 de suavización. Entre los extremos de salida del circuito rectificador 52 está conectado también un cuerpo conectado en serie de una bobina 54 de choque y un segundo elemento 57 de conmutación. La bobina 59 de calentamiento está encarada a la cacerola 61 de aluminio, es decir, un objeto a calentar.

Tal como se muestra en la Fig. 6, la pieza rodeada por la línea de trazos es el inversor 50. El terminal en el lado de bajo potencial del segundo condensador 62 de suavización está conectado al terminal negativo del circuito rectificador 52. El terminal en el lado de alto potencial del segundo condensador 62 de suavización está conectado al terminal del lado de alto potencial (colector) del primer elemento de conmutación (transistor bipolar de puerta aislada, al que se hará referencia en lo sucesivo como IGBT) 55. El terminal en el lado de bajo potencial del primer elemento de conmutación (IGBT) 55 está conectado al punto de unión entre la bobina 54 de choque y el terminal del lado de alto potencial (colector) del segundo elemento de conmutación (IGBT) 57. Un cuerpo conectado en serie de bobina 59 de calentamiento y condensador resonante 60 está conectado en paralelo con el segundo elemento 57 de conmutación.

El primer diodo 56 (un primer elemento de conducción inversa) está conectado en antiparalelo con el primer elemento 55 de conmutación. El segundo diodo 58 (un segundo elemento de conducción inversa) está conectado en antiparalelo con el segundo elemento 57 de conmutación.

El condensador amortiguador 64 está conectado en paralelo con el segundo elemento 57 de conmutación. Un cuerpo conectado en serie del condensador resonante 65 de corrección y el relé 66 está conectado en paralelo con el condensador resonante 60. Alimentadas hacia el circuito 63 de control se encuentran una señal de detección del transformador 67 de corriente para detectar la corriente de entrada de la fuente 51 de alimentación y una señal de detección del transformador 68 de corriente para detectar la corriente a través de la bobina 59 de calentamiento. El circuito 63 de control suministra también señales a las puertas del primer elemento 55 de conmutación y el segundo elemento 57 de conmutación y a la bobina de accionamiento (no mostrada) del relé 66.

Se proporciona una descripción del funcionamiento de la cocina convencional de calentamiento por inducción estructurada según se ha mencionado anteriormente. La fuente 51 de alimentación se rectifica en onda completa por medio del circuito rectificador 52 y la potencia rectificada se suministra al primer condensador 53 de suavización conectado entre los extremos de salida del circuito rectificador 52. El primer condensador 53 de suavización funciona como una fuente de alimentación para suministrar corriente de alta frecuencia al inversor 50.

Las Figs. 7A y 7B son diagramas que muestran las formas de onda en las partes respectivas del circuito del dispositivo convencional de calentamiento por inducción. La Fig. 7A muestra las formas de onda con una salida elevada de 2 kW. La forma de onda A1 muestra una forma de onda de corriente Ic1 que fluye a través del primer elemento 55 de conmutación y el primer diodo 56. La forma de onda B1 muestra una forma de onda de corriente Ic2 que fluye a través del segundo elemento 57 de conmutación y el segundo diodo 58. La forma de onda C1 muestra el voltaje Vce2 generado entre el colector y el emisor del segundo elemento 57 de conmutación. La forma de onda D1 muestra el voltaje de accionamiento Vg1 aplicado a la puerta del primer elemento 55 de conmutación. La forma de onda E1 muestra el voltaje de accionamiento Vg2 aplicado a la puerta del segundo elemento 57 de conmutación. La forma de onda F1 muestra la corriente I_L que fluye a través de la bobina 59 de calentamiento.

Tal como se muestra en la Fig. 7A, con una salida de 2 kW, el circuito 63 de control da salida a una señal ON que presenta un periodo de accionamiento de T₂ (aproximadamente 24 μs) hacia la puerta del segundo elemento 57 de conmutación desde el instante de tiempo t0 al instante de tiempo t1, tal como se muestra mediante la forma de onda E1. Durante este periodo de accionamiento T₂, se produce una resonancia en un circuito cerrado formado por el segundo elemento 57 de conmutación, el segundo diodo 58, la bobina 59 de calentamiento, y el condensador resonante 60. El número de vueltas (40 T) de la bobina 59 de calentamiento y la capacidad (0,04 μF) del condensador resonante 60 se fijan de manera que el ciclo de resonancia, cuando la cacerola 61 está realizada con aluminio, sea aproximadamente 2/3 el tiempo del periodo de accionamiento T₂ (aproximadamente 16 μs). Cuando la frecuencia de resonancia se fija como f, el ciclo de resonancia es 1/f, el cual se muestra en la Fig. 7A. La bobina 54 de choque almacena la energía electrostática del condensador 53 de suavización, como energía magnética, en el periodo de accionamiento T₂ del segundo elemento 57 de conmutación.

A continuación, en el instante de tiempo t1, es decir, la sincronización entre el segundo pico de la corriente de resonancia a través del segundo elemento 57 de conmutación y el siguiente instante de tiempo en el que la corriente de resonancia se sitúa a cero, en el que la corriente del colector está fluyendo en el sentido directo del segundo elemento 57 de conmutación, se detiene el accionamiento del segundo elemento 57 de conmutación.

Esta operación desactiva el segundo elemento 57 de conmutación, aumentando de este modo el potencial eléctrico del terminal de la bobina 54 de choque conectado al colector del segundo elemento 57 de conmutación. Cuando este potencial eléctrico supere el potencial eléctrico del segundo condensador 62 de suavización, el segundo condensador 62 de suavización se carga a través del primer diodo 56, y la energía magnética almacenada en la bobina 54 de choque se libera. El voltaje del segundo condensador 62 de suavización aumenta a 500 V de manera que es mayor que el valor de pico (283 V) del voltaje de salida DC Vdc del rectificador 52. El nivel de elevación depende del periodo de conducción del segundo elemento 57 de conmutación. Un periodo de conducción mayor tiende a generar un voltaje más alto en el segundo condensador 62 de suavización.

De esta manera, cuando se produce una resonancia en un circuito cerrado formado por el segundo condensador 62 de suavización, el primer elemento 55 de conmutación o el primer diodo 56, la bobina 59 de calentamiento, y el condensador resonante 60, se incrementa el nivel de voltaje del segundo condensador 62 de suavización que funciona como fuente de alimentación DC. Esta operación cambia el valor de cresta (valor de pico) de la corriente de resonancia que fluye a través del primer elemento 55 de conmutación, mostrada mediante la forma de onda A1 en la Fig. 7A y la ruta de resonancia de manera que el valor de cresta de la corriente de resonancia que fluye a través del segundo elemento 57 de conmutación en el que se va a producir la resonancia...

1. Dispositivo de calentamiento por inducción que comprende:

un circuito de resonancia que comprende: