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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Wechselrichter-Versorgungsvorrichtung,
die dazu vorgesehen ist, eine Last mit veränderlicher Impedanz zu versorgen.
Die Erfindung ist vor allem auf dem Gebiet der Induktionserwärmung beim
Kochen im Haushalt nützlich.
Tatsächlich
verändern
die Form und das Material von Küchengeräten, die
durch Induktion erwärmt
werden können,
die Impedanz der durch den Leistungsgenerator versorgten Last in
wesentlicher Weise.
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Zahlreiche
Vorrichtungen wie beispielsweise jene, die in der Patentanmeldung
EP 0 405 611 und
FR 2 701 612 beschrieben
ist, steuern bzw. regeln die von einem Generator gelieferte Leistung,
damit sie unabhängig
von dem Material und der Form des Geräts ausschließlich von
einem Stellwert des Anwenders abhängt. Um dieses Ziel zu erreichen,
müssen
die elektronischen Komponenten solcher Ausführungen überdimensioniert sein; dies
erhöht
die Herstellungskosten solcher Vorrichtungen. Zudem können bestimmte
Küchengeräte spezielle
Impedanzen aufweisen, die dadurch, dass sie beispielsweise bestimmte
elektronische Komponenten zerstören, den
Generator gefährden
können.
Um diese Gefahr zu beseitigen, verwenden bestimmte Generatoren wie
beispielsweise jener, der in der Patentanmeldung
EP 0 561 207 beschrieben ist, eine
Sicherheit, die den Generator anhält, wenn der Strom in bestimmten elektronischen
Komponenten einen zulässigen
Maximalwert überschreitet.
Diese Art von Sicherheit verhindert jedoch völlig die Verwendung bestimmter
Geräte,
die gleichwohl verwendet werden könnten, wenn der von dem Generator
gelieferte Strom begrenzt würde.
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Das
Ziel der Erfindung ist, die von dem Generator gelieferte Leistung
zu steuern und dabei zuzulassen, dass er die maximale Leistung liefert,
ohne ihn zu gefährden,
und dass er sich einem von dem Anwender gegebenen Leistungsstellwert
maximal nähert.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, hat die Erfindung eine Wechselrichter-Versorgungsvorrichtung zum
Gegenstand, die dazu vorgesehen ist, eine Resonanzschaltung zu versorgen,
die einen Generator mit wenigstens einem Ein/Aus-Schalter, der mit
der Resonanzschaltung in Reihe geschaltet ist, und eine Freilaufdiode,
die zu dem Ein/Aus-Schalter parallel geschaltet ist, umfasst, wobei
der Ein/Aus-Schalter durch
ein periodisches Signal mit einer so genannten Arbeitsfrequenz gesteuert
wird, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie
außerdem umfasst:
- – erste
Mittel, die ein Maß des
momentanen Stroms liefern, der in der Resonanzschaltung fließt,
- – zweite
Mittel zum Ableiten des Maximalstroms aus dem momentanen Strom,
- – dritte
Mittel zum Ableiten des so genannten Schaltstroms, für den der
Ein/Aus-Schalter oder die ihm zugeordnete Freilaufdiode durchschalten, aus
dem momentanen Strom,
- – erste
Steuermittel für
den Ein/Aus-Schalter, die den Maximalstrom, den Schaltstrom und
einen vom Anwender gegebenen Stellwert empfangen und den vom Anwender
gegebenen Stellwert in Abhängigkeit
von dem Maximalstrom und dem Schaltstrom modifizieren und das periodische
Signal in Abhängigkeit
von dem modifizierten Stellwert liefern.
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Die
Erfindung wird besser verstanden und weitere Vorteile werden deutlich
beim Lesen von verschiedenen Ausführungsformen, die durch die
beigefügte
Zeichnung veranschaulicht sind, worin:
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1 einen
Generator, der eine Resonanzschaltung versorgt, sowie eine Strommessung
gemäß der Erfindung
zeigt;
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2 die
Verwendung der Erfindung in einer so genannten Vollbrücken-Generatorstruktur zeigt;
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3 die
Verwendung der Erfindung in einer so genannten Mono-Ein/Ausschalter-Generatorstruktur
zeigt;
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4 die
Verwendung der Erfindung für zwei
Generatoren, die zwischen den Anschlüssen einer gleichen Gleichstromversorgung
parallel gespeist werden, zeigt;
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5 eine
Kurve zeigt, die ein Beispiel der zeitlichen Veränderung des momentanen Stroms, der
in einem der Ein/Aus-Schalter und in der diesem Ein/Aus-Schalter zugeordneten
Freilaufdiode fließt, zeigt;
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6 die
Verwendung des maximalen Stroms, des momentanen Stroms und des mittleren Stroms
zum Steuern des Generators zeigt.
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Der
Klarheit halber zeigen in den verschiedenen Figuren die gleichen
Bezugszeichen die gleichen Elemente.
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1 zeigt
im Rahmen
1 eine herkömmliche Struktur
eines Wechselrichter-Leistungsgenerators
8,
der eine in erster Linie induktive Last
2 speist. Auf dem
Gebiet des Kochens im Haushalt umfasst diese Last eine Induktionsspule
3,
die im Allgemeinen unter einer glaskeramischen Platte angeordnet
ist, und ein Haushaltsgerät
4,
das auf die glaskeramische Platte gestellt ist. Zahlreiche Parameter
können
die Impedanz der Last
2 verändern. Es handelt sich in erster Linie
um die Form und das Material des Gerätes
4 und seine Position
in Bezug auf die Induktionsspule
3. In geringerem Maße wird
festgestellt, dass sich die Impedanz der Last verändert, wenn
sich die Temperatur der Induktionsspule
3 und des Gerätes
4 verändert. Da
das Ziel der Erfindung eine optimale Steuerung bzw. Regelung der
von der Induktionsspule
3 gelieferten Leistung ist, ist
die Erfindung selbstverständlich
nicht auf das Gebiet des Kochens im Haushalt begrenzt, sondern kann
stets dann angewandt werden, wenn eine gegeben Leistung an eine
Last, die sich verändern
kann, abgegeben werden soll. Ein Kondensator
5 ist zwischen
einen der Anschlüsse
der Last
2 und eine elektrische Masse
6 geschaltet.
Die Last
2 und der Kondensator
5 bilden eine Resonanzschaltung.
Der andere Anschluss der Last
2 ist mit dem Verbindungspunkt
J der zwei Ein/Aus-Schalter T
A und T
B verbunden. Diese zwei Ein/Aus-Schalter
T
A und T
B sind vorteilhafterweise
elektronische Ein/Aus-Schalter wie etwa Thyristoren, Bipolartransistoren und
Feldeffekttransistoren oder Ein/Aus-Schalter des spannungsgesteuerten
Transistortyps, der in der angelsächsischen Literatur unter dem
Namen IGTB (Insulated Gate Bipolar Transistor: Isolierschicht-Bipolartransistor)
bekannt ist. Das Steuermittel dieser zwei Ein/Aus-Schalter ist nicht
gezeigt. Vorteilhafterweise steuert dieses Mittel im Wesentlichen
die Frequenz, mit der sich die Ein/Aus-Schalter T
A und
T
B öffnen
und schließen.
Ein Ausführungsbeispiel
eines solchen Steuermittels ist in der Zusatzanmeldung zu einem
Erfindungspatent
FR 2 578 697 beschrieben.
Der nicht mit dem Punkt J verbundene Anschluss des Ein/Aus-Schalters
T
A ist mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle
7 verbunden.
Der nicht mit dem Punkt J verbundene Anschluss des Ein/Aus-Schalters
T
B ist mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle
7 verbunden. Vorteilhafterweise
ist die Gleichspannungsquelle
7 durch Gleichrichten einer
Netz-Wechselspannung von
beispielsweise 230 V verwirklicht. Das Mittel zur Verwirklichung
der Gleichspannungsquelle
7 ist in
1 nicht
gezeigt. Außerdem
finden sich im Rahmen
1 zwei als Freilaufdioden bezeichnete
Dioden D
A und D
B.
Die Katode der Diode D
A ist mit dem positiven Pol
der Gleichspannungsquelle
7 verbunden. Die Anode der Diode
D
A und die Katode der Diode D
B sind mit
dem Verbindungspunkt J der zwei Ein/Aus-Schalter T
A und
T
B verbunden. Die Anode der Diode D
B ist mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle
7 verbunden.
Außerdem
umfasst der Rahmen
1 vorteilhafterweise zwei Schaltunterstützungskondensatoren
C
A und C
B für die Ein/Aus-Schalter
T
A und T
B. Der Kondensator
C
A ist zwischen den positiven Pol der Gleichspannungsquelle
7 und
den Verbindungspunkt J geschaltet. Der Kondensator C
B ist
zwischen den Verbindungspunkt J und den negativen Pol der Gleichspannungsquelle
7 geschaltet.
Die zwei Ein/Aus-Schalter T
A und T
B, die zwei Freilaufdioden D
A und
D
B sowie die zwei Schaltunterstützungskondensatoren
C
A und C
B bilden
einen Wechselrichter-Leistungsgenerator
8.
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Die
im Rahmen 1 gezeigte Struktur des Generators 8 ist
eine so genannte Halbbrückenstruktur. Selbstverständlich kann
die Erfindung für
andere Strukturen wie beispielsweise eine Vollbrückenstruktur, die in 2 gezeigt
ist, ausgeführt
sein. In Ergänzung
zu der in 1 gezeigten Halbbrückenstruktur umfasst
diese Struktur zwei zusätzliche Ein/Aus-Schalter
TC und TD, die mit
dem Kondensator 5 anstelle mit der in 1 gezeigten
elektrischen Masse 6 verbunden sind. Diese zwei zusätzlichen Ein/Aus-Schalter
TC und TD sind wie
die Ein/Aus-Schalter TA und TB mit
der Gleichspannungsquelle 7 verbunden. Wie bei der in 1 gezeigten Schaltung
sind zu jedem Ein/Aus-Schalter TC, TD eine Diode DC bzw.
DD und ein Kondensator CC bzw.
CD parallel geschaltet. Die Gesamtheit dieser
Dioden DA, DB, DC, DD, Kondensatoren
CA, CB, CC, CD und Ein/Aus-Schalter
TA, TB, TC, TD bilden einen
Generator, der in gleicher Weise wie der in 1 gezeigte Generator 8 arbeitet.
Der Einfachheit halber trägt
der in 2 gezeigte Generator gleichfalls das Bezugszeichen 8.
Die Resonanzschaltung, die die Last 2 und den Kondensator 5 umfasst,
ist zwischen die Verbindungspunkte J und J1 geschaltet.
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Die
Erfindung kann ebenso in einer so genannten Mono-Ein/Aus-Schalter-Struktur ausgeführt sein,
die nur einen Ein/Aus-Schalter aufweist. Eine solche Struktur ist
in 3 gezeigt. In dieser Figur weist der Generator 8 nur
einen einzigen Ein/Aus-Schalter TB auf,
zu dem eine Freilaufdiode DB und ein Schaltunterstützungs-
und Resonanzkondensator CB parallel geschaltet
sind. Auf Seiten der Katode der Diode DB sind
der Ein/Aus-Schalter TB, der Kondensator
CB und die Diode DB mit
dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle 7 verbunden. Auf
Seiten der Anode der Diode DB sind der Ein/Aus-Schalter
TB, der Kondensator CB und
die Diode DB alle drei über die Resonanzschaltung,
die in der Mono-Ein/Aus-Schalter-Struktur
nur die Last 2 umfasst, mit dem negativen Anschluss der
Gleichspannungsquelle 7 verbunden. Die Funktion des Resonanzkondensators
ist durch den Kondensator CB gewährleistet.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Vorrichtung Mittel 10 zum Messen des in der Resonanzschaltung 2, 5 fließenden momentanen
Stroms. Vorteilhafterweise messen diese Mittel, die in den 1, 2 und 3 im
Rahmen 10 gezeigt sind, den mo mentanen Strom, der in dem
Ein/Aus-Schalter TB und in der Freilaufdiode
DB fließt.
Bei den in den 1 und 2 gezeigten
Ausführungsformen
sind die Mittel 10 zwischen den Punkt, der dem Ein/Aus-Schalter
TB und der Anode der Diode DB gemeinsam
ist, zum einen und den negativen Pol der Gleichspannungsquelle 7 zum
anderen geschaltet. Bei der in den 3 gezeigten
Ausführungsform
sind die Mittel 10 zwischen den Punkt, der dem Ein/Aus-Schalter
TB und der Katode der Diode DB gemeinsam
ist, zum einen und den positiven Pol der Gleichspannungsquelle 7 zum
anderen geschaltet. Der Kondensator CB ist seinerseits
direkt, ohne über
die Mittel 10 zu gehen, mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle 7 verbunden.
In der Praxis schalten der Ein/Aus-Schalter TB und
die Freilaufdiode DB nicht gleichzeitig durch.
Im Zuge der Beschreibung wird nicht zwischen dem Strom, der in dem
Ein/Aus-Schalter TB fließt, und jenem, der in der Diode
DB fließt,
unterschieden. Tatsächlich
ist diese Unterscheidung für
die Erfindung nicht wichtig.
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Bei
Generatorstrukturen, die mehrere Ein/Aus-Schalter aufweisen, kommt
sicherlich in Betracht, die Strommessung in dem Ein/Aus-Schalter TB und der Diode DB durch
eine Strommessung in einem anderen Ein/Aus-Schalter und seiner zugeordneten
Freilaufdiode zu ersetzen. In einer Vollbrückenstruktur ist das Messen
des Stroms in einem der vier Ein/Aus-Schalter und seiner zugeordneten
Freilaufdiode zufrieden stellend.
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Ein
mit der Erfindung verknüpfter
Vorteil ist, dass die Strommessmittel 10 unabhängig von
der Struktur des Generators 8 nur einmal vorhanden sein müssen. Tatsächlich arbeiten
sie dann, wenn der Generator mehrere Ein/Aus-Schalter aufweist,
im Wesentlichen in der gleichen Weise, jedoch zeitlich zueinander
versetzt. Folglich reicht die Kenntnis des Stroms, der in einem
einzigen der Ein/Aus-Schalter und
in der ihm zugeordneten Freilaufdiode fließt, aus, um den Strom, der
in dem oder den anderen Ein/Aus-Schaltern und ihrer zugeordneten
Freilaufdiode fließt,
zu kennen.
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Es
kommt ebenso in Betracht, nur einmal vorhandene Strommessmittel 10 für mehrere
parallel zwischen den Anschlüssen
derselben Gleichspannungsquelle 7 gespeiste Generatoren 8 zu
verwenden, unter der Bedingung, dass diese verschiedenen Generatoren 8 nicht
gleichzeitig, sondern abwechselnd arbeiten. Der abwechselnde Betrieb
wird häufig
ins Auge gefasst, um magnetische Kopplungen zwischen benachbarten
Induktionsspulen zu vermeiden. 4 zeigt
eine Schaltung, bei der zwei Generatoren 8 zwischen den
Anschlüssen
derselben Gleichspannungsquelle 7 parallel geschaltet sind. Jeder
der Generatoren 8 speist eine Resonanzschaltung, die eine
Last 2 und einen Kondensator 5 umfasst. Jede Resonanzschaltung
ist zwischen den Verbindungspunkt J jedes Generators 8 und
die elektrische Masse 6 geschaltet. Zum Messen des momentanen
Stroms, der entweder in dem Ein/Aus-Schalter TB1 und
in der Freilaufdiode DB1 des ersten Generators 8 oder
in dem Ein/Aus-Schalter TB2 und in der Freilaufdiode
DB2 des zweiten Generators 8 fließt, sind
einmal vorhandene Mittel 10 vorgesehen. Die Mittel 10 sind
in der 4 zwischen den Punkt, der den Ein/Aus-Schaltern
TB1 und TB2 und
den Dioden DB1 und DB2 gemeinsam
ist, zum einen und den negativen Pol der Gleichspannungsquelle 7 zum
anderen geschaltet. Selbstverständlich
ist die Erfindung nicht auf zwei Generatoren 8 begrenzt.
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Anhand
von 1 wird ein Ausführungsbeispiel der Mittel 10 näher beschrieben.
Es umfasst vorteilhafterweise einen Stromtransformator 11,
dessen Primärwicklung 12 zwischen
den nicht mit dem Verbindungspunkt J verbundenen Anschluss des Ein/Aus-Schalters
TB und den negativen Pol der Gleichspannungsquelle 7 geschaltet
ist. In 1 ist der Kondensator CB direkt mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle 7 verbunden.
Es ist auch möglich,
den Kondensator CB über die Primärwicklung 12 mit
der Gleichspannungsquelle 7 zu verbinden. Tatsächlich stellt
auch dann, wenn der durch den Stromtransformator 11 gemessene
Strom zusätzlich
zu dem Strom in dem Ein/Aus-Schalter TB und
der Diode DB den Strom in dem Kondensator
CB umfasst, dies kein Problem für die Ausführung der
Erfindung dar, da der mittlere Strom in dem Kondensator CB null ist und die Kondensatoren CA und CB während des
Betriebs des Generators nur für
einen geringen Zeitanteil leiten. Diese Anschlussvariante des Kondensators
CB kann selbstverständlich unabhängig von
der Struktur des Generators 8 ausgeführt sein.
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Der
Stromtransformator 11 umfasst eine Sekundärwicklung 13.
Ein erstes Ende der Wicklung 13 ist mit der Katode einer
Zenerdiode 16, mit der Katode einer Diode 17 und
mit dem Kollektor eines NPN-Bipolartransistors 18 verbunden.
Die Anoden der Zenerdiode 16 und der Diode 17 sowie
der Emitter des Transistors 18 sind mit der elektrischen
Masse 6 verbunden. Zwischen die elektrische Masse 6 und
das zweite Ende der Wicklung 13 ist ein ohmscher Widerstand 19 geschaltet.
Der Ausgang der Mittel 10 befindet sich am Anschluss des
mit der Wicklung 13 verbundenen Widerstands 19.
Am Ausgang der Mittel 10 ist ein Signal vorhanden, das
den momentanen Strom i repräsentiert.
Die Steuerung des Transistors 18 über seine Basis ist in 1 nicht gezeigt.
Sie ist in der Weise verwirklicht, dass der Transistor 18 durchschaltet,
wenn der Ein/Aus-Schalter TB oder die Freilaufdiode
durchschaltet. Die Polarisation des Stromtransformators 11 ist
in der Weise verwirklicht, dass dann, wenn ein Strom vom Ein/Aus-Schalter
TB durch die Primärwicklung 12 des Stromtransformators 11 zum
negativen Pol der Gleichspannungsquelle 7 fließt, in der
Sekundärwicklung 13 des
Transformators 11 ein weiterer Strom in der Verbindung
zwischen der Wicklung 13 und dem ohmschen Widerstand 19 zu
dem Widerstand 19 hin erzeugt wird. Die Polarisation der
Wicklungen 12 und 13 ist durch die Punkte 14 und 15,
die in der Nachbarschaft eines der Enden jeder Wicklung 12 und 13 angeordnet
sind, dargestellt.
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Wenn
in der Diode DB ein Strom fließt, schaltet
der Transistor 18 durch, wobei an den Anschlüssen des
ohmschen Widerstands 19 eine negative Spannung auftritt.
Wenn in dem Ein/Aus-Schalter TB ein Strom
durch die Wicklung 12 zum negativen Pol der Gleichspannungsquelle 7 fließt, fließt in der
Diode 17 ein Strom, wobei an den Anschlüssen des Widerstands 19 eine
positive Spannung auftritt. Wenn sich der Ein/Aus-Schalter TB öffnet,
fließt
in der Primärwicklung 12 keinerlei
Strom, jedoch strebt die Sekundärwicklung 13 danach,
sich zu entmagnetisieren. Da der Transistor 18 nicht durchschaltet,
ergibt sich an den An schlüssen
der Zenerdiode 16 eine umkehrte Spannung, die diese von
ihrer Katode zu ihrer Anode durchschaltet. Die Entmagnetisierung
der Sekundärwicklung 13 wird
in erster Linie durch die Spannungserhöhung an den Anschlüssen der
Zenerdiode 16 aufgefangen, wobei nur ein geringer Strom in
dieser Diode und folglich nur eine geringe Spannung an den Anschlüssen des
Widerstands 19 erzeugt wird. Die an den Anschlüssen des
Widerstands 19 gemessene Spannung kann folglich einem Maß des momentanen
Stroms i, der den Ein/Aus-Schalter TB und
die Diode DB durchquert, gleichgesetzt werden.
Diese Spannung bildet das Signal, das den momentanen Strom i repräsentiert.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Mittel 10 besteht darin, anstelle der Primärwicklung 12 einen
so genannten Shunt oder Nebenwiderstand mit einem niedrigen Wert
anzuschließen,
an dessen Anschlüssen
eine Spannung gemessen wird. Diese Spannung stellt ein Signal dar,
das den momentanen Strom i repräsentiert.
Dieses Ausführungsbeispiel weist
den Nachteil auf, dass es Verluste durch Joule-Effekt mit sich bringt, die die Verluste,
die das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel
mit sich bringt, übersteigen.
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Der
Rahmen 20 zeigt ein Beispiel der Mittel zum Ableiten des
in dem Ein/Aus-Schalter TB und in der Diode
DB fließenden
Maximalstroms Imax von dem momentanen Strom
i. Die Mittel 20 umfassen eine Diode 21, einen
Kondensator 22 und einen ohmschen Widerstand 23.
Die Anode der Diode 21 ist mit dem Ausgang der Mittel 10 verbunden.
Die Katode der Diode 21 ist mit dem ersten Anschluss des
Kondensators 22 und dem ersten Anschluss des Widerstands 23 verbunden.
Der zweite Anschluss des Kondensators 22 und der zweite
Anschluss des Widerstands 23 sind alle beide mit der elektrischen
Masse 6 verbunden. Das Signal, das am Ausgang der Mittel 10 verfügbar ist
und den in dem Ein/Aus-Schalter
TB und der Diode DB fließenden momentanen
Strom i repräsentiert,
durchquert die Diode 21, wenn diese durchschaltet und lädt den Kondensator 22 positiv
auf. An der Katode der Diode 21 wird somit über ein
Signal verfügt,
das den Maximalstrom Imax, der in dem Ein/Aus-Schalter
TB und in der Diode DB fließt, repräsentiert.
Der ohmsche Widerstand 23 dient dazu, den Kondensator 22 zu
entladen und dadurch eine neue Messung des Maximalstroms Imax zu ermöglichen. Der Wert des ohmschen
Widerstands 23 ist so gewählt, dass er mit dem Kondensator 22 eine
Zeitkonstante darstellt, die mit der Notwendigkeit wiederholter
Messungen des Maximalstroms Imax bei jeder Schließperiode
des Ein/Aus-Schalters
TB verträglich ist.
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Der
Rahmen 30 zeigt ein Beispiel von Mitteln zum Ableiten des
so genannten Schaltstroms Icommut, für den der
Ein/Aus-Schalter TB oder die die ihm zugeordnete
Freilaufdiode DB durchschalten, aus dem momentanen
Strom i. Die Mittel 30 umfassen eine Diode 31,
einen Kondensator 32 und einen ohmschen Widerstand 33.
Die Katode der Diode 31 ist mit dem Ausgang der Mittel 10 verbunden.
Die Anode der Diode 31 ist mit dem ersten Anschluss des
Kondensators 32 und dem ersten Anschluss des Widerstands 33 verbunden.
Die zweiten Anschlüsse
des Kondensators 32 und des Widerstands 33 sind
alle beide mit der elektrischen Masse 6 verbunden. Das
Signal, das am Ausgang der Mittel 10 verfügbar ist
und den in dem Ein/Aus-Schalter TB und in
der Diode DB fließenden momentanen Strom i repräsentiert,
durchquert die Diode 31, wenn diese durchschaltet und lädt den Kondensator 32 negativ
auf. An der Anode der Diode 31 wird somit über ein
Signal verfügt,
das den Schaltstrom Icommut repräsentiert.
Der ohmsche Widerstand 33 dient dazu, den Kondensator 32 zu
entladen und dadurch eine neue Messung des Schaltstroms Icommut zu ermöglichen. Der Wert des ohmschen
Widerstands 33 ist so gewählt, dass er mit dem Kondensator 32 eine
Zeitkonstante darstellt, die mit der Notwendigkeit wiederholter
Messungen des Schaltstroms Icommut bei jeder
Schließperiode
des Ein/Aus-Schalters TB verträglich ist.
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Der
Rahmen 40 zeigt ein Beispiel von Mitteln zum Ableiten des
mittleren Stroms Imoy, der in dem Ein/Aus-Schalter
TB und in der Diode DB fließt, aus dem
momentanen Strom i. Die Mittel 40 umfassen einen Integrierer,
der mittels eines ersten ohmschen Widerstands 41, eines
Kondensators 42 und eines zweiten ohmschen Widerstands 43 verwirklicht
sein kann. Der erste Anschluss des Widerstands 41 ist mit dem
Ausgang des Mittels 10 verbunden. Der zweite Anschluss des
Widerstands 41 ist mit dem ersten Anschluss des Kondensators 42 und
dem ersten Anschluss des Widerstands 43 verbunden. Der
zweite Anschluss des Kondensators 42 und der zweite Anschluss
des Widerstands 43 sind alle beide mit der elektrischen
Masse 6 verbunden. Das Signal, das am Ausgang der Mittel 10 verfügbar ist
und den in dem Ein/Aus-Schalter TB und in
der Diode DB fließenden momentanen Strom i repräsentiert,
durchquert den Widerstand 41 und lädt den Kondensator 42.
Die Werte des Widerstands 41 und des Kondensators 42 sind
so gewählt,
dass sie eine Zeitkonstante darstellen, die ausreicht, um das Signal,
das am Ausgang der Mittel 10 während der Zeit, in der der Ein/Aus-Schalter
TB oder die Freilaufdiode durchschalten,
verfügbar
ist, zu integrieren. Am zweiten Anschluss des Widerstands 41 wird
somit über
ein Signal verfügt,
das den mittleren Strom Imoy, der in dem
Ein/Aus-Schalter TB und der Diode DB fließt,
repräsentiert.
Der Wert des ohmschen Widerstands 43 ist so gewählt, dass
er mit dem Kondensator 42 eine weitere Zeitkonstante darstellt,
die dem Kondensator 42 ermöglicht, sich ausreichend zu
entladen, um eine Messung des mittleren Stroms Imoy bei
jeder Schließperiode
des Ein/Aus-Schalters TB zu ermöglichen.
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5 zeigt
eine Kurve in einem kartesischen Bezugssystem. Der momentane Strom
i, der in dem Ein/Aus-Schalter TB und der
Diode DB einer Halbbrücken-Generatorstruktur fließt, ist
als Ordinate dargestellt. Die Zeit ist als Abszisse dargestellt.
Die Kurve ist für
eine Zeitperiode gezeigt, deren Kehrwert die Frequenz ist, mit der
sich die Ein/Aus-Schalter TA und TB öffnen
und schließen.
Der Ein/Aus-Schalter TB und die Diode DB leiten den Strom nur während der ersten Hälfte der
Periode, wobei der momentane Strom i dort als fette Linie dargestellt
ist. Während
der zweiten Hälfte
der Periode ist der momentane Strom i null, wobei die fett gezeichnete
Kurve durch die Zeitachse getragen ist. Während der zweiten Hälfte der
Periode ist außerdem
eine gestrichelt gezeichnete Kurve gezeigt, die den in dem Ein/Aus-Schalter
TA und in der Diode DA fließenden Strom
darstellt, den die Mittel 10 nicht messen. Der Ausgangspunkt
der fett gezeichneten Kurve befindet sich auf der Achse der Ordinaten
mit einem negativen Wert Icommut des momentanen Stroms
i. Dieser Wert wird durch die Mittel 30 gemes sen. Danach
steigt die fett gezeichnete Kurve im Verlauf der Zeit bis zum einem
Wert Imax des momentanen Stroms i an. Dieser
Wert Imax wird durch die Mittel 20 gemessen.
Die fett gezeichnete Kurve setzt sich fort, indem sie zum Zeitpunkt,
zu dem der Ein/Aus-Schalter TB und die Diode
DB am Ende der ersten Zeit-Halbperiode nicht
mehr durchschalten, um den Ein/Aus-Schalter TA und
die Diode DA ihrerseits durchschalten zu
lassen, bis auf einen Wert in der Nähe von -Icommut abnimmt.
In 5 ist außerdem der
Wert Imoy des Stroms i gezeigt. Imoy ist der Mittelwert des Stroms i während der
ersten Halbperiode. Der Wert Imoy wird durch
die Mittel 40 gemessen.
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6 wird
verwendet, um ein Beispiel von Mitteln zum Steuern des Generators 8 von 1 zu beschreiben.
Um die Sicherheit der Komponenten des Generators 8 zu gewährleisten,
weist ein Vergleichsmodul 50 einen Ausgang auf, der ein
Signal erzeugt, das beispielsweise durch gleichzeitiges Öffnen der
zwei Ein/Aus-Schalter TA und TB das
schnelle Anhalten des Betriebs des Generators 8 ermöglicht. Das
Vergleichsmodul 50 weist drei Eingänge auf. Der Maximalstrom Imax ist am ersten Eingang des Vergleichsmoduls 50 vorhanden.
An den zwei anderen Eingängen
des Vergleichsmoduls 50 sind zwei Stellwerte Imax
max bzw. Imax min vorhanden. Das Vergleichsmodul 50 vergleicht
den Maximalstrom Imax mit den zwei Stellwerten
Imax max und Imax min,
wobei, solange der Wert des Maximalstroms Imax zwischen
den Werten der zwei Stellwerte Imax max und
Imax min liegt, das am Ausgang des Vergleichsmoduls 50 erzeugte
Signal den Betrieb des Generators 8 zulässt. Wenn umgekehrt der Wert
des Maximalstroms Imax kleiner als der Wert
des Stellwerts Imax min oder größer als
der Wert des Stellwerts Imax max ist, hält das am
Ausgang des Vergleichsmoduls 50 erzeugte Signal den Betrieb des
Generators 8 schnell an.
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Der
Wert des Stellwerts Imax max ist so bestimmt,
dass der Strom in dem Ein/Aus-Schalter TB oder
der Diode DB kleiner als ein Wert bleibt,
der den Ein/Aus-Schalter TB oder die Diode
DB beschädigen könnte. Selbstverständlich ist,
wie anhand 5 zu sehen war, der Betrieb
der Ein/Aus-Schalter TA und TB im
Wesentlichen vergleichbar. Das Gleiche gilt für die Dioden DA und
DB. Folglich schützt die durch das Vergleichsmodul 50 gewährleistete
Begrenzung gleichzeitig die Ein/Aus-Schalter TA und
TB sowie die Dioden DA und
DB. Das Gleiche gilt für eine Vollbrückenstruktur,
bei der sämtliche
Ein/Aus-Schalter und Dioden geschützt wären.
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Der
Wert des Stellwerts Imax min ist so bestimmt,
dass durch die Induktionsspule 3 eine minimale Leistung
an das Gerät 4 übertragen
wird. Tatsächlich
ist festgestellt worden, dass bestimmte Geräte, die schlechte magnetische
Qualitäten
besitzen, die von der Induktionsspule gelieferte Leistung schlecht
aufnehmen. Dies äußert sich
durch einen geringen Maximalstrom Imax.
So ist bei einem gegebenen Anwenderstellwert die Leistung, die von
einem Gerät 4,
das schlechte magnetische Qualitäten
besitzt, aufgenommen wird, geringer als bei einem Gerät 4,
das bessere magnetische Qualitäten
besitzt. Folglich ist es dann, wenn von dem Gerät eine zu geringe Leistung
aufgenommen wird, erforderlich, den Generator 8 anzuhalten.
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Die
Last 2 und der Kondensator 5, die in 1 gezeigt
sind, bilden eine Resonanzschaltung, die eine Resonanzfrequenz besitzt.
Um die von der Last 2 aufgenommene Leistung zu modulieren,
wird vorteilhafterweise ein periodisches Signal auf die Frequenz
einwirken gelassen, das das Öffnen
und das Schließen
der Ein/Aus-Schalter TA und TB steuert.
Diese Frequenz wird Arbeitsfrequenz genannt. Die Arbeitsfrequenz
wird beispielsweise so gewählt, dass
sie stets größer als
die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung ist. So ist die in der
Last absorbierte Leistung maximal, wenn die Arbeitsfrequenz nahe
bei der Resonanzfrequenz liegt, wobei zum Verringern der aufgenommenen
Leistung die Arbeitsfrequenz erhöht
wird. Eine solche Steuerstrategie ist beispielsweise in der auf
den Namen der Anmelderin lautenden französischen Patentanmeldung 96
01059 beschrieben. Es kann auch eine Arbeitsfrequenz in Betracht
gezogen werden, die kleiner als die Resonanzfrequenz ist, jedoch
wird, um den Verlauf der Beschrei bung zu vereinfachen, angenommen,
dass die Arbeitsfrequenz größer als
die Resonanzfrequenz bleibt.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Vorrichtung Steuermittel, die im Rahmen 55 gezeigt
sind. Diese Mittel 55 steuern die Ein/Aus-Schalter TA und TB, wobei sie
den Maximalstrom Imax, den Schaltstrom Icommut und einen vom Anwender gegebenen Stellwert
CU empfangen. Die Steuermittel 55 modifizieren den vom
Anwender gegebenen Stellwert CU in Abhängigkeit von dem Maximalstrom
Imax und dem Schaltstrom Icommut und
liefern das periodische Signal in Abhängigkeit von dem modifizierten
Stellwert C. Das periodische Signal steuert die Ein/Aus-Schalter TA und TB des Generators 8 bei
der Arbeitsfrequenz. Die Steuermittel 55 umfassen drei
Regulierungsmodule 60, 63 und 64 sowie
zwei Addierer 61 und 62. Das periodische Signal
wird durch das Regulierungsmodul 60 geliefert, das zwei
Eingänge
aufweist. Der mittlere Strom Imoy ist an
seinem ersten Eingang vorhanden. Ein Stellwert C ist an seinem zweiten
Eingang vorhanden. Das Regulierungsmodul 60 bildet das
periodische Signal derart, dass der mittlere Strom Imoy im
Wesentlichen gleich dem Stellwert C ist. Ein Beispiel der Bildung
des periodischen Signals ist in der auf den Namen der Anmelderin
lautenden französischen
Patentanmeldung 96 01059 beschrieben. Falls die Arbeitsfrequenz
größer als
die Resonanzfrequenz gewählt
ist und wenn der mittlere Strom Imoy größer als
der Stellwert C ist, erhöht
das Regulierungsmodul 60 die Arbeitsfrequenz, bis der mittlere Strom
Imoy im Wesentlichen gleich dem Stellwert
C wird. Wenn umgekehrt der mittlere Strom Imoy kleiner als
der Stellwert C ist, verringert das Regulierungsmodul 60 die
Arbeitsfrequenz, bis der mittlere Strom Imoy im
Wesentlichen gleich dem Stellwert C wird. Das Regulierungsmodul 60 steuert
bzw. regelt den mittleren Strom Imoy. Dies
läuft auf
das Steuern bzw. Regeln der von dem Generator 8 gelieferten
Leistung hinaus. Tatsächlich
kann die Leistung durch Multiplizieren des Werts des mittleren Stroms
Imoy mit dem Wert der Spannung der Gleichspannungsquelle 7 berechnet werden.
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Der
Stellwert C ist ein Signal, das gebildet wird, indem ein vom Anwender
gegebener Stellwert CU mittels des Addierers 61, der zwei
Eingänge
aufweist, modifiziert wird. Der erste Eingang des Addierers 61 ist
mit einem in 4 nicht gezeigten Dateneingabemittel
verbunden, das dem Anwender ermöglicht,
der Vorrichtung seinen Stellwert CU anzugeben. Das Dateneingabemittel
umfasst beispielsweise eine Tastatur.
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Der
zweite Eingang des Addierers 61 ist mit dem zweiten Addierer 62 verbunden,
der ein Korrektursignal CO liefert. Der Addierer 62 addiert
die an seinen zwei Eingängen
vorhandenen Signale.
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Ein
Signal CO1, das am ersten Eingang des Addierers 62 vorhanden
ist, wird von dem Regulierungsmodul 63 geliefert, das zwei
Eingänge
aufweist. Der Maximalstrom Imax ist an dem
ersten Eingang des Regulierungsmoduls 63 vorhanden. Ein
Stellwert CImax wird an den zweiten Eingang
des Regulierungsmoduls 63 geliefert. Das Regulierungsmodul 63 vergleicht
den Maximalstrom Imax mit dem Stellwert
CImax, wobei, solange der Wert des Maximalstroms
Imax kleiner als der Stellwert CImax ist, keine Korrektur CO1 durch die Addierer 62 und 61 auf
den Anwenderstellwert CU angewandt werden. Wenn umgekehrt der Wert
des Maximalstroms Imax größer als
der Wert des Stellwerts CImax wird, erzeugt
das Regulierungsmodul 63 ein negatives Signal CO1, das
durch die Addierer 62 und 61 danach strebt, den
Wert des Stellwerts C mit einer bestimmten Zeitkonstante τ zu verkleinern. Das
Regulierungsmodul 63 kann beispielsweise eine Regelung
des Typs PID (proportional, integral, differential) umfassen, deren
Parameter P, I und D angepasst werden, um die Zeitkonstante τ zu definieren.
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Der
Wert des Stellwerts CImax ist so bestimmt, dass
der Strom in dem Ein/Aus-Schalter TB und
der Diode DB kleiner als ein Wert des Stroms
bleibt, der den Ein/Aus-Schalter TB oder
die Diode DB beschädigen könnte. Dieser Wert des Stellwerts
CImax ist etwas kleiner als der Wert des
Stellwerts Imax max gewählt, der das schnelle Anhalten
des Generators 8 ermöglicht.
Der Wert des Stellwerts CImax ist im Wesentlichen
der Maximalwert des Stroms, den ein Ein/Aus-Schalter und seine zugeordnete
Freilaufdiode im Dauerbetrieb aushalten können. Wenn der Wert von Imax den Wert des Stellwerts CImax überschreitet,
strebt das Regulierungsmodul 63 danach, den Wert Imax mit der Zeitkonstante τ abzusenken. Wenn
der Wert von Imax dennoch zu schnell ansteigt, derart,
dass er den Wert des Stellwerts Imax max erreicht,
hält das
Vergleichsmodul 50 den Generator 8 an. Es kann
nun präzisiert
werden, dass der Wert des Stellwerts Imax max durch
den Strom bestimmt ist, den ein Ein/Aus-Schalter und seine zugeordnete
Freilaufdiode ohne Beschädigung
während
der Zeit τ akzeptieren
können.
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Ein
Signal CO2, das an dem zweiten Eingang des Addierers 62 vorhanden
ist, wird von dem Regulierungsmodul 64 geliefert, das drei
Eingänge aufweist.
Der Schaltstrom Icommut ist an dem ersten Eingang
des Regulierungsmoduls 64 vorhanden. Ein Stellwert CIcommut max wird an den zweiten Eingang des Regulierungsmoduls 64 geliefert.
Ein weiterer Stellwert CIcommut min wird
an den dritten Eingang des Regulierungsmoduls 64 geliefert.
Der Schaltstrom Icommut ist bei einem normalen
Betrieb des Generators 8 negativ, wie in 5 gezeigt
ist. Dennoch werden im Folgenden die Absolutwerte des Schaltstroms
Icommut und der Stellwerte CIcommut
min und CIcommut max betrachtet. Das
Regulierungsmodul 64 vergleicht den Schaltstrom Icommut mit den Stellwerten CIcommut
max und CIcommut min, wobei, solange
der Wert des Schaltstroms Icommut zwischen
den Werten der Stellwerte CIcommut max und
CIcommut min bleibt, keine Korrektur CO2
durch die Addierer 62 und 61 auf den durch den
Anwender gegebenen Stellwert CU angewandt wird. Wenn umgekehrt der
Wert des Schaltstroms Icommut größer als
der Wert des Stellwerts CIcommut max wird,
erzeugt das Regulierungsmodul 64 ein negatives Signal CO2,
das durch die Addierer 62 und 61 danach strebt,
den Wert des Stellwerts C zu verkleinern. Wenn zudem der Wert des
Schaltstroms Icommut kleiner als der Wert
des Stellwerts CIcommut min wird, erzeugt
das Regulierungsmodul 64 ein positives Signal CO2, das
durch die Addierer 62 und 61 danach strebt, den
Wert des Stellwerts C zu erhöhen.
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Der
Wert des Stellwerts CIcommut max ist größer als
der Wert des Stellwerts CIcommut min. Der
Wert des Stellwerts CIcommut max ist so
bestimmt, dass ein Ein/Aus-Schalter und seine zugeordnete Freilaufdiode
durch einen zu starken Schaltstrom, der ihre Erhitzung mit sich
bringt, nicht beschädigt
werden. Der Wert des Stellwerts CIcommut min ist
so bestimmt, dass die Schaltunterstützungskondensatoren CA und CB sich ausreichend
aufladen können.
Tatsächlich schließen sich
die Ein/Aus-Schalter TA und TB nicht, wenn
sich diese Kondensatoren CA und CB nicht ausreichend aufladen. Dieses Problem
ist in der auf den Namen der Anmelderin lautenden französischen
Patentanmeldung 96 01059 näher
erläutert.