Brevet FR2360225A1 — publié le 19780224

La présente invention se rapporte à un dispositif pour le chauffage inductif d'un ustensile de cuisson, ce dispositif comportant une bobine de chauffage par induction qui est actionnée par des commutateurs électroniques, commandés et fonctionnant de préférence en rythme alterné, d'un étage de puissance à énergie de travail haute fréquence lequel comprend un onduleur fournissant l'énergie de travail haute fréquence ainsi qu'un dispositif de commande avec horloges pour la commande des commutateurs électroniques ledit dispositif comportant en outre un bloc d'alimentation, de préférence,situé dans le réseau à courant alternatif, éventuellemen avec étage redresseur et condensateur support monté en aval. Dans des dispositifs inductifs de ce genre de type connu, le courant d'alimentation est fourni par un réseau redresse de 200 volts et est filtré ou lissé par un condensateur de filtrage Dans un onduleur consécutif, l'énergie de cette tension continue es transformée en tensions alternatives haute fréquance de plus 20 KHz pour le fonctionnement en courant alternatif haute fréquence de la bobine de chauffage par induction qui a son tour, à la manière d'un transformateur, produit un champ alternatif qui provoque dans l'appareil de cuisson, par exemple dans la marmite réalisée en matériau ferromagnétique, des courants de Foucault assurant le chauf- fage de ladite marmite. En pareil cas, pour une fréquence d'impulsions d'allumage et d'extinction de 0,5 à 1 Hz au niveau de la gâchette des thyristors, on rait normalement varier la puissance en modifiant le taux d'impulsions (durée/écart d'impulsions). Cette fréquence d'impulsions ou de commutationsva à l'encontre des règlementations officielles, selon lesquelles, il n'est admis que 5 processus de commutation par minute pour une puissance d'environ 2kW. Par ailleurs, avec cette fréquence d'impulsions ou de commutations précitée, on remarque dans le réseau d'alimentation des impulsions parasites dont la suppression nécessiterait un condensateur support relativement grand et par conséquent inutilisable dans la pratique Une réduction de ces processus de commutation dans la plage officie lement admise signifierait par ailleurs qu'une cuisson continue ne serait plus possible avec emploi du chauffage à induction largemen sans masse. La présente invention a par conséquent pour objet de réaliser un dispositif de cuisson du type précité de façon à pouvoir respecter les réglementations en vigueur, en particulier en ce qui concerne un fonctionnement sans perturbation, mais à pou voir en revanche, actionner l'étage de puissance de ce dispositif de cuisson avec une fréquence de commutations relativement grande. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que l'horloge, prévue pour la commande des commutateurs électroniques, de l'étage de puissance, peut fournir une fréquence d'impul rions se situant dans la plage de 2à 100 Hz et que le condensateur support est dimensionné de façon qu'à cette haute fréquence d'impulsions il se.produise une charge du réseau presque constante pendant le temps de fermeture/ouverture. Dans un mode de réalisa- tion préféré, on utilise une horloge délivrant une fréquence d'impulsions de 10 à 100 Hz. La fréquence d'impulsions relativement élevée garantit grâce à l'invention une absorption du courant du réseau presque réguliè,re. Avec une alimentation en courant alternatif, il ne s'établit, au niveau du bloc d'allmentation ou à l'entrée de l'étage redresseur, aucune impulsion de courant suscep tible de provoquer un effet de scintillation. t'invention est fondée sur le fait connu qu'en cas de fréquences d'impulsions élevées, un condensateur support relativement petit et disponible dans le commerce suffit pour empêcher l'émission d'impulsions de courant au niveau du bloc d'alimentation, alors qu'en cas de fréquences d'impulsions excessivement bass,es un tel condensateur support ne suffirait absolument pas,. Avec cette fréquence de commutations relativement élevée, il est possible de réaliser le transport d'énergie nécessaire pour la cuisson continue et, par ailleurs, on résout les difficultés se produisant lors de l'enlèvement de la marmite. Dans un autre mode de réalisation du dispositif de cuisson selon l'invention équipé d'un dispositif de protection contre les surintensités, il est prévu une horloge qui fonctionne à une fréquence se situant dans la plage de 0,1 à 1 Hz et qui, en cas d'apparition de surintensités du fait de la diminution de la charge dans le champ alternatif d'induction (poste de cuisson marchant à vide), peut être accouplée aux commutateurs électroniques à la place de horloge pour la gamme de fréquences de 2 à 100 Hz et peut être à nouveau désaccouplée lorsque la charge commence à augmenter. On peut ainsi de façon très efficace, venir à bout de la difficulté que l'on rencontre lorsque,en cas de marche à vide et de hautes fréquences d'imgulsions ou lorsque seulement des petits objets métalliques se trouvent sur la bobine de chauffage par induction, ces objets deviennent très chauds et que, en particulier les commutateurs électroniques, par axemple les thyristors, sont détruits (puissance dissipée élevée). Selon l'invention, après réponse du circuit de protection contre les surintensités pendant la marche à vide, il se produit une commutation sur une fréquence moindre par rapport à la fréquence de travail et se situant dans l'ordre de grandeur précitée, cette commutation entraînant une diminution de la puissance dissipée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatir, et illustré par le dessin annexé, sur lequel la fig. 1 représente schématiquement le schéma de montage de principe du dispositif de cuisson selon l'invention la fig. 2 représente le schéma de montage d'un dispo sitif électronique pour la commande des thyristors eft prévu pour l'étage de puissance selon la figure 1. Dans le schéma de montage selon la figure 1 dans lequel seuls sont représentés les éléments absolument nécessaires à la compréhension, on a désigné par 1 le bloc d'alimentation du dispositif pour le chauffage inductif d'un appareil de cuisson en matériau ferromagnétique, par exemple d'une marmite 2, le bloc d'alimentation étant constitué par les bornes 3,4 pour le réseau de courant alternatif de 220 volts, par un pont redresseur 5 ainsi que par un condensateur support 6 par lequel est filtré le courant contlnu pulsatoire provenant du pont redresseur 5. L'étage de puissance se raccordant à ce bloc d'alimentation 1 est formé par un onduleur 7 de type connu dans lequel le courant cohtinu est transfor me en impulsions d'énergie électrique d'une fréquence d'environ 20 à 30 kHz. Cet dtage de puissance contient en outre un circuit oscillant constitué par les condensateurs Cl, C2 et la bobine de chauffage par induction L, par deux thyristors Thl, Th2 représentant deu; commutateurs électroniques avec diodes D1, D2 montées antiparallèles la bobine de chauffage par induction L étant disposée en dessous d'une plaque de travail K du dispositif de cuisson, cette plaque de travail servant elle-mEme de support à la marmite 2. Les paquets d'ondes à osclllations électriques haute fréquence sont, par les thyristors Thl et Th2, amenés à la bobine de chauffage par induction à un rythme ou fréquence qui reste à expliquer, ces oscillations produisant un champ alternatif électromagnétique qui a son tour engendre dans le matdriau de la marmite 2 des courants Foucault qui servent au chauffage des aliments se trouvant dans la marmite. Les références 8 et 9 désignent les électrodes de comman de ou gâchettesdes thyristors Thl et Th2. Le montage représenté sur la figure 2 se rapporte à la commande d'amorçage des thyristors Thl et Th2 selon la figure 1, la référence 10 désignant l'entrée pour le courant inducteur. La fréquence d'impulsions pour le fonctionnement normal avec charge (marmite 2) placée dans le champ alternatif d'induction, est fournie par une horloge 15 réalisée sous la forme d'un multivibrateur a stable à taux d'impulsions réglable et qui, dans ce mode de fonctionnement, est raccordée aux étages amplificateurs 13, 14 par un organe différentiateur 16, par une porte ET17 à une entrée lnverseuse, par une basculé bistable ;8 comportant les entrées R, S et les sorties Q', Q ainsi que par les portes ET 19, ? . Aux portes ET 19, 20 précitées sont appliqués en partie directement et en partie indirectement par l'intermédiaire d'une porte NI 21, les trajets de courant 22, 23, ?4 d'un dispositif électronique constitué par un détecteur, de point zéro 26 monté en aval du transformateur d'en trée 25, par un duplicateur de fréquence 27 ainsi que par un multivibrateur monostable 28 monté en aval pour le temps de désionisation des thyristors Thl, Th2. L'horloge 15 est dimensionnée de façon à pouvoir déli- vrer des impulsions rectangulaires à une fréquence facultative de 2 à 100 Hz, de préférence de 10 à 100 Hz, pour la commande par impulsions des thyristors Thl, Th2, c'est-à-dire pour créer des paquets d'ondes se succèdant au taux d'impulsions correspondant. Pour empêcher que pendant tous ces processus de commutation se succèdant au rythme des impulsions au niveau des commutateurs électroniques Thl, Th2, il ne parvienne des impulsions de courant au bloc d'alimentation 1 (figure 1), c'est-à-dire à l'entrée du pont redresseur 5, le condensateur support 6 est dimensionné de façon que, dans cette gamme de fréquences, il délivre momentanément des courants élevés et supporte ainsi le réseau de sorte qu'un courant presque constant est prélevé du réseau. I1 en résulte un prélèvement de courant régulier à partir du réseau avec suppression des à coups de courant susceptibles de provoquer un effet de scintillations. Le dispositif de commande, représenté à la figure 2, de l'étage de puissance renferme en outre un circuit 29 de protection contre les surintensités comportant un redresseur pleine onde 30 et un détecteur de pointes 31 qui, en cas d'apparition de surin tensités par suite de l'enlèvement de la marmite 2 ou par suite de la présence de seulement de petits objets métalliques au-dessus de la bobine L de chauffage par induction, réagit et délivre une ten sion de signal. En aval du détecteur de pointes 31 est montée, dan un trajet parallèle 32, une horloge 33 réalisée sous la forme d'un multivibrateur monostable et dont l'état instable est sensiblement plus long (1 à 10 sec.) que la période de l'horloge 15 (0,5 à 0,1 sec.). Le côté sortie de l'horloge 15 est raccordé au côté entrée de la porte ET 17, tandis que l'autre trajet parallèle 34 du détec teur de pointes 31, est en liaison avec un trajet parallèle de l'ho loge 15, appliqué au côté entrée d'une porte OU 35 laquelle est à son tour, par l'entrée R et la sortie Q' de l'étage å bascule 18, ainsi que par l'intermédiaire d'un organe différentiateur 36, appl quée à la porte RI 21. Lorsque le détecteur de pointes 31, à l'apparit ion de surintensité, délivre une tension, ce montage remet à zéro la bascule 18 et rentrée de cette'dernière se trouve bloquée par le multivibrateur monostable 33 si bien que pendant ce laps de temps aucun basculement de la bascule ne peut se produire. Ce n'es que lorsque l'état instable de la bascule monostable 33 est termine que le blocage de la bascule 18 prend fin et que l'horloge 15 peut amorcer le thyristor Thl par l'intermédiaire de l'organe différent teur 16, de la porte NI 21 et de la porte ET 19. En cas de nouvell réaction du détecteur de pointes ce processus'se répète. On peut ainsi en cas de perturbation produire une fréquence d'impulsions sensiblement plus basse de 0,1 à 1 Hz. Ce processus se répète jusqu ce qu'une marmite soit mise en place et que le détecteur de pointe 31 ne réponde plus. REV D ICATICNS 1. Dispositif pour le chauffage inductif d'un ustensile de cuisson, ce dispositif comportant une bobine de chauffage par induction qui est actionnée par des commutateurs électroniques, commandés et fonctionnant de préférence en rythme alterné, d'un étage de puissance à énergie de travail haute fréquence lequel comprend un onduleur fournissant l'énergie de travail haute fréquence ainsi qu'un dispositif de commande avec horloges pour la commande des commutateurs électroniques, ledit dispositif comportant en outre un bloc d'alimentation, de préférence situé dans le réseau à courant alternatif, éventuellement avec étage redresseur et condensateur support monté en aval, caractérisé par le fait que l'horloge, prévue pour la commande des commutateurs électroniques, de l'étage de puissance peut délivrer une fréquence d'impulsions se situant dans la plage de 2 à 100 Hz et que le condensateur support est dimensionné de façon qu'à cette haute fréquence d'impulsions il se produise une charge du réseau presque constante pendant le temps de fermeture/ ouverture. 2. Dispositif de chauffage inductif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'horloge peut délivrer une fréquence d'impulsions qui se situe dans la plage de 10 à 100 Hz. 3. Dispositif de chauffage inductif selon les revendications 1 et ? avec dispositif de protection contre les surintensités installé dans l'étage de puissance, caractérisé par le fait qu'il est prévu une horloge d'une fréquence se situant dans la plage de 0,1 à 1 Hz qui, à l'apparition de surintensités par suite de la diminution de charge dans le champ alternatif d'induction, peut être branchée sur les commutateurs électroniques à la place de l'horloge pour la plage de fréquences de 2 à 100 Hz et peut être débranchée lorsque la charge augmente. 4. Dispositif de chauffage inductif selon la revendication 3 caractérisé par le fait qu'en aval d'un détecteur de pointes du,dispositif de protection contre les surinaensités est montée une horloge réalisée sous la forme d'un multivibrateur monostable dont l'état instable est sensiblement plus long que les périodes de l'horloge pour la gamme de fréquence de 2 à 100 Hz, que le côté sortie de cette dernière horloge est raccordé au côté entrée d'une porte ET et que le détecteur de pointes, en liaison avec cette dernière horloge, est appliqué au côté entrée d'une porte OU qui par une bascule ainsi que par un organe différentiateur peut à nouveau être commutée sur une porte NI.