Brevet FR2575354A1 — publié le 19860627

INSTALLATION UTILISABLE POUR LA REALISATION DE PLAQUES DE CUISSON A CHAUFFAGE PAR INDUCTION COMPORTANT PLU- SIEURS FOYERS REGLABLES SEPAREMENT ET UN SEUL GENERA- TEUR. La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux installations permettant de réaliser des plaques de cuisson à chauffage par induction et compor- tant plusieurs foyers réglables séparément. Elle a trait plus particulièrement à un perfection- nement apporté aux installations alimentées directement par le courant du secteur (en général courant ayant une tension de 220 volts et unefréquence de 50 ou 60 Hz) et qui nécessitent pour leur fonctionnement l'utilisation d'un convertisseur (générateur) permettant d'obtenir une fréquence beaucoup plus élevée de l'ordre de 25 à 35 kHz. Dans la suite de la description, l'invention sera décrite pour une installation permettant la réalisation de plaques de cuisson à usage domestique ou profession- nel, mais il est évident qu'elle n'est pas limitée à ce type d'application et qu'elle pourrait être utilisée dans tous les cas ou se posent des problèmes similaires. A ce jour, ainsi que cela ressort de la figure 1, ces plaques de cuisson fonctionnant directement sur le secteur comportent pour leur alimentation un convertis- seur G utilisant des semi-conducteurs transistors ou thyristors. Généralement, la self induction du circuit oscillant (C.O.) du convertisseur G est directement uti- lisé en inducteur I. Ce circuit oscillant, suivant le type de convertisseur G, est soit du type circuit série soit du type circuit bouchon. La self induction utilisée en inducteur I est une bobine dans l'air du type spirale plane se présentant sous la forme d'un disque d'un dia- mètre comparable à celui du fond de l'ustensile {casse- role par exemple) à chauffer. Entre cette bobine I et le fond de l'ustensile, est interposée une plaque support -2- (non représentée) en matériau non métallique sur laquelle repose l'ustensile et qui sert également à délimiter une certaine distance grâce à son épaisseur entre ledit ustensile et le plan supérieur de la bobine de l'inducteur (I). Le champ électromagnétique créé par le passage du courant haute fréquence produit par le convertisseur G provoque, lors de son passage dans la bobine inducteur I des courants de Foucault qui chauf- fent directement l'ustensile. Un organe de réglage R de la puissance, propre aux convertisseurs G permet d'obtenir une modulation de la chaleur dissipée dans l'ustensile depuis le "feu doux" jusqu'au "feu vif". Lorsque la plaque de cuisson ne comporte qu'un seul feu ainsi que cela ressort de la figure 1, la structure et le fonctionnement de l'installation sont les suivants. Le foyer de cuisson F proprement dit est ali- menté au moyen d'un convertisseur de fréquence (généra- teur G fonctionnant sur le secteur) permetttant d'obte- nir à sa sortie une fréquence de 25 à 35 kHz pour une alimentation en 220 volts à une fréquence de 50 ou 60 Hz. Le générateur G alimente un inducteur I formant le foyer proprement dit et comporte un condensateur d'accord C ainsi qu'un moyen de réglage R de la puissance. Le condensateur C incorporé au générateur G est soit en série avec l'inducteur I soit, ainsi que cela est illustré à la figure 1, en parallèle avec lui dans le cas du circuit bouchon. Le moyen de réglage R de la puissance est interne au générateur G. Il agit par exemple au niveau de l'alimentation 220 volts par des cycles de marche/arrêt avec un rapport de cycle variable ou par Hachage du courant 50 ou 60 Hz absorbé ou par variation de la valeur de la tension du secteur. Il peut également agir par action sur les semi-conducteurs utilisés, transistors ou thyristors par exemple, au - 3 moyen de leur électrode de commande en faisant par exemple varier leur temps de travail de toute autre manière. Une telle manière de procéder donne entière satis- faction mais, lorsque la plaque de cuisson comporte plu- sieurs foyers (plusieurs inducteurs I), elle implique, pour chaque circuit, d'avoir une alimentation indépendante de chaque inducteur c'est-à-dire d'avoir autant de générateurs que de foyers. En effet, une va- riation de la puissance du générateur G entraîne une va- riation correspondante simultanée de tous les inducteurs I qui seraient raccordés en sortie de celui-ci. A ce jour, aucune solution n'a été proposée permet- tant de réaliser des plaques de cuisson comportant plu- sieurs foyers, pouvant fonctionner indépendamment les uns des autres et ce, en ne nécessitant pour leur ali- mentation qu'un seul générateur. Une telle solution n'avait pas été envisagée car, jusqu'à présent, l'homme du métier cherchait à régler la puissance en agissant sur le générateur plutôt que sur le circuit de l'inducteur; en effet, généralement, les solutions ainsi adoptées dans le cas d'un seul foyer é- taient moins coûteuses. La présente invention vise à résoudre ce problème et concerne donc un nouveau type d'installation pour l'alimentation en courant haute fréquence d'une plaque de cuisson (ou similaire) comportant plusieurs foyers pouvant fonctionner indépendamment les uns des autres, installation qui, contrairement aux solutions antérieu- res, ne nécessite pour sa mise en oeuvre qu'un seul gé- nérateur pour l'ensemble des foyers. D'une manière générale, l'installation conforme à l'invention se caractérise par le fait qu'elle comporte un seul générateur G dont la puissance de sortie est constante pour alimenter l'ensemble des foyers, lesdits -4- foyers étant constitués par des inducteurs à puissance variable disposés dans des circuits selfiques connectés en dérivation à la sortie du générateur unique. Avantageusement et en pratique: - le circuit selfique de chaque inducteur est com- posé de l'inducteur en série avec une bobine dont la self induction est ajustable, et un contact de relais, - le condensateur d'accord du générateur est com- mun à l'ensemble des circuits selfiques; - chaque bobine à self induction ajustable varia- ble comporte un circuit magnétique saturable par un champ magnétique continu et variable crée par le passa- ge d'un courant continu ajustable dans un enroulement de commande bobiné sur le même circuit magnétique - le courant continu ajustable précité est obtenu à partir de la tension secteur redressée et filtrée grâce à un transistor monté en émetteur suiveur, la tension sur l'enroulement de commande étant sensiblement égale à la tension sur la base du transistor variable grâce au déplacement du curseur du potentiomètre; - les potentiomètres ont entre leurs bornes ex- trêmes une tension fixe égale à une fraction de la ten- sion secteur redressée filtrée, le curseur déterminant donc sur la base des transistors, une fois dépassée la position minimum, une tension non nulle qui permet grâce à une diode zéner déterminant un seuil, de faire basculer le comparateur et d'entraîner la conduction du transistor assurant ainsi, grâce à l'excitation du relais et à la fermeture de son contact, la mise en service de l'inducteur et l'allumage de la diode électroluminescente - l'axe de commande du curseur du potentiomètre permet en-dessous de la position minimum du curseur de commander un interrupteur; - les interrupteurs sont placés électriquement en -5 dérivation et l'un quelconque d'entre eux assure la commande du relais; - le contact du relais permet également la mise en service simultanément du générateur et de la tension re- dressée filtrée + V. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation donné ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui est illustré par les schémas annexés dans lesquels: - la figure 1 illustre, comme vu précédemment, la solution actuelle utilisée pour réaliser un chauffage par induction à haute fréquence avec utilisation d'un convertisseur alimenté par le secteur; - la figure 2 est une vue schématique du principe de base d'une installation réalisée conformément à l'in- vention pour réaliser le chauffage d'un foyer d'une pla- que de cuisson; - la figure 3 est le schéma de principe d'une telle installation permettant de chauffer deux foyers - la figure 4 est un schéma de détail de l'ensemble des différents éléments que comporte une installation conforme à l'invention pour réaliser la commande du chauffage d'une pluralité de foyers d'une plaque chauf- fante, seule la commande (2) de ces foyers étant repré- sentée par mesure de simplification, les circuits des autres foyers étant identiques; - la figure 5 est un schéma de détail d'un mode de réalisation d'un élément permettant de faire varier la puissance de chaque inducteur associé à chaque foyer. Si l'on se reporte aux figures annexées, l'instal- lation conforme à l'invention permet d'alimenter en courant haute fréquence une plaque de cuisson comportant plusieurs foyers pouvant fonctionner indépendamment les uns des autres. Ainsi que cela ressort des figures an- nexées, l'ensemble des foyers est constitué par des -6 circuits identiques connectés en dérivation à la sortie du générateur unique G, générateur qui dans le cas présent est de type connu et comporte son condensateur C. La figure 1 illustre l'un des circuits et la figu- re 2 deux circuits montés en dérivation à la sortie dudit générateur G. Chaque circuit est constitué essen- tiellement d'un inducteur I, constituant le foyer pro- prement dit, et, monté sur l'alimentation de cet induc- teur, un élément B permettant de régler la puissance. Cet élément B est constitué d'une bobine dont un mode de réalisation est illustré plus en détail à la figure 5. Cette bobine B a une self-induction L variable dans de grandes proportions. Par suite, la puissance de chauffe de l'inducteur I dépend de l'impédance que pré- sente la self induction de la bobine B. Si cette self LB a une impédance forte ([,u/grand devant L,.J), la puissance délivrée par l'inducteur I sera faible. Au contraire, si cette self LB est faible et notam- ment, si elle est très petite par rapport à L, alors la puissance délivrée par l'inducteur I sera maximale et égale par exemple à la puissance nominale que peut four- nir le générateur C. Pour réaliser une plaque de cuisson comportant une pluralité de foyers, on monte donc en parallèle une plu- ralité de circuits à la sortie du générateur G (cf. fi- gures 3 et 4). Dans la suite de la description, les élé- ments identiques de ces différents circuits seront dé- signés par les mêmes abréviations affectées éventuelle- ment d'un indice, 1 pour le premier foyer, 2 pour le deuxième, 3 pour le troisième... Grâce à une telle réalisation, le générateur G peut donc produire sa puissance nominale P. La puissance maximale que pourra délivrer l'inducteur IA est Pi celle que peut délivrer l'inducteur 12 est P2.P. _7 _ A A La somme P1 + P2 = P. Les bobines B et B2 peuvent varier indépendamment l'une de l'autre et donc les puissances fournies par I1 et 12 également. S On peut avoir simultanément P1 = O et P2 = P2 et vice et versa et toutes autres valeurs entre o et P1 pour et o et P2 pour P2 de fanon pratiquement indé- pendante. Comme dit précédemment, il est ainsi possible de réaliser des plaques de cuisson comportant trois, quatre... foyers. Pour cela, il suffit de rajouter en parallèle sur la sortie du générateur G un circuit supplémentaire I3,B3 et I4,B4... - 3' 3 4' 4"* Dans tous les cas, le condensateur C reste commun à l'ensemble des circuits Il,B1, I2,Bz, I3,B3, I4,B4... Bien entendu, la somme des puissances maximales que peuvent délivrer les foyers reste égale à la puissance nominale P du générateur G. Le dimensionnement des in- ducteurs I et de leurs bobines de commande B permet d'affecter à chacun d'entre eux une puissance maximale spécifique. Bien entendu, un tel mode de réalisation n'est pas limitatif et d'autres manières de fixer la puissance peuvent être utilisées ainsi que cela sera vu dans la suite de la description. Il est donc possible de réaliser une plaque de cuisson comportant n foyers, trois par exemple, l'un ayant une puissance de 1500 W. le second de 1000 W et le troisième de 500 W. Dans un tel cas, la puissance nominale P du géné- rateur correspondant est donc de 3000 Wo Etant donné qu'en pratique, chaque circuit IiB1 ou I,B2. doit pouvoir être utilisé seul ou simultané- 2' 2'. ment suivant le nombre des ustensiles à chauffer à la fois, un tel impératif est facilement obtenu conformé- ment à l'installation selon l'invention ainsi que cela - 8 - ressort du schéma électrique détaillé faisant l'objet de la figure 4, figure qui représente en détail les circuits de deux foyers, les autres foyers (3,4) n'étant pas représentés. Si l'on se reporte à cette figure 4, la tension d'alimentation secteur U est établie ou interrompue par l'intermédiaire d'un relais r actionnant un contact R en série avec l'un des conducteurs d'entrée 50 Hz, 60 Hz du générateur G. Ce relais r est actionné grâce à des interrupteurs ii i i3.. placés ensemble en dérivation. Ainsi, r est 1' 2'3 commandé par l'un quelconque de ces interrupteurs i i i 1' 2' 3' Ces interrupteurs i1,i2,i3 peuvent par exemple être commandés par un axe rotatif actionnant également le curseur d'un potentiomètre pi,p2,P3. La fermeture du contact R du relais r par action de il par exemple provoque: - l'alimentation du générateur G, - l'apparition d'une tension V continue obtenue par redressement et filtrage du secteur. Cette tension V sert à l'alimentation des circuits de commande de puissance des inducteurs I1,I2,I3... réa- lisés conformément à l'invention et qui sont tous iden- tiques. Si l'on considère le circuit de l'inducteur Il, le circuit comporte donc l'élément B1 (bobine), illustré en détail à la figure 5, et permettant de faire varier la puissance à l'intérieur dudit inducteur I1. Il com- porte également un contact R1 du relais r. Ce contact R est en position ouverture au repos. La bobine SI (figure 5) comporte un enroulement de commande b1 fonctionnant en courant continu. La self LB1 est constituée par la mise en série de deux enroulements de sens contraire autour de deux jambes extrêmes d'un cirucit magnétique à faible perte pour la fréquence de 9g _ fonctionnement 30 kHz environ. Cet enroulement de commande b est constitué par un bobinage placé autour de la jambe centrale du circuit magnétique. Le contact R1 se ferme, mettant en service le foyer I1, lorsque l'on commence à tourner l'axe du potentio- mètre P1. En effet, entre les deux bornes extrêmes de P., existe une tension fixe égale à une fraction de V (par exemple 100 V pour V = 300 V). Dès que l'on déplace le curseur du potentiomètre apparait sur celui-ci une tension non nulle égale à une fraction de la tension to- tale (100 V par exemple). La zéner Z1 conduit dès que la tension sur le curseur dépasse sa tension de zéner; cela entraîne le passage à l'état haut de la Sortie du comparateur C1 et la conduction du transistor t1. La conduction de t1 excite la bobine du relais r1. qui fer- me le contact RI, et allume la diode électroluminescente LED indiquant que le foyer It est en fonctionnement. Si parallèlement le potentiomètre P2 du circuit de l'inducteur (2) (ou foyer n 2) n'est pas actionné, seul le circuit de l'inducteur I1 fonctionne. L'action sur le curseur du potentiomètre P1 a éga- - lement pour conséquence d'augmenter la tension continue sur l'enroulement de commande b de la bobine B1 grâce à la conduction du transistor T1 monté en émetteur sui- veur; la tension sur l'émetteur de T1 et donc sur la bobine b1 est égale à la tension sur sa base qui est dé- terminée par la postion du curseur du potentiomètre. Le passage du courant continu qui en découle, dans l'enroulement bl, provoque une magnétisation du circuit magnétique de la bobine B1 qui se traduit par une dimi- nution de la self induction LB1. Plus la tension Eur l'enroulement de commande est élevée, plus la self LB1 a une valeur faible et plus sera élevée la puissance délivrée par I1. Ainsi, à chaque position du curseur du potentiomè- tre, P1 correspond une valeur de la puissance délivrée par l'inducteur Il; la puissance maximale fournie est obtenue lorsque le curseur est au maximum, c'est-à-dire, dans l'exemple illustré à la figure 4, pour une tension continue sur b1 égale à 100 V. On voit donc que le choix de la tension maximale appliquée limite de façon simple la puissance maximale délivrée pour l'inducteur. Pendant que I1 est en fonctionnement, on peut met- tre en route 12 de la même façon en tournant l'axe de commande du potentiomètre P2, de même pour P3.. Il est évident que l'exemple illustré à la figure 4 et qui a été décrit précédemment n'est pas limitatif et que d'autres variantes de schémas électriques de com- mande permettant les mêmes fonctions pourraient être i- maginées. Ainsi, si l'on veut que l'inducteur 12 puisse délivrer plus de puissances que Il, on établira aux deux bornes extrêmes du potentiomètre P2 une tension supérieure à 100 V; inversement, si l'on veut que I2 ait une puissance plus faible, on établira une tension sur P' inférieure à 100 V. Il en est de même pour les autres circuits que peut comporter la plaque chauffante. L'exemple qui précède montre bien les avantages apportés par l'invention et notamment le fait que par ce simple ajustage de la tension maximale aux bornes de chaque enroulement de commande des bobines BiB2,B3 on possède un moyen simple de différencier les foyers de la plaque de cuisson les uns des autres. Il est donc possible dans ces conditions d'avoir des inducteurs I1,I2,I3 ainsi que des bobines de réglage B1,B2 B3 absolument identiques. Par rapport aux solutions antérieures, l'invention présente non seulement le fait de n'avoir qu'un seul générateur pour alimenter l'ensemble des foyers, ce qui - il - diminue notablement le coût, ainsi que l'encombrement mais également, élimine certains risques de pannes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation donnés précédemment mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même es- prit. Ainsi, au lieu d'un seul condensateur dans le générateur, il pourrait être envisagé d'avoir un conden- sateur pour chaque circuit inducteur II, 12, 13... De même, les contacts R1, R2 et R3.. des relais rl, r2, r3.. pourraient aussi être avantageusement commandés par des organes thermostatiques; dans ces conditions, la puissance de l'inducteur serait asservie à l'écart de température existant entre le capteur de l'organe ther- mostatique (bulbe, bilame, sonde, CTN, thermocouple..) placé par exemple sous le fond de l'ustensile et la con- signe affichée par l'axe de commande. La régulation de puissance serait alors du type boucle fermée. Les mêmes contacts È, r, 3.. pourraient aussi obéir à des cycles de marche/arrêt dictés par un doseur d'énergie cyclique. Le fonctionnement serait alors du type tout ou rien en boucle ouverte avec rapport de cy- cle variable. Une combinaison d'une action sur les contacts R et i.. telle que définie et la variation de self- induction LB31 LB2, L B3' des bobines de réglage B. B2, B3.. est également possible. Ces différentes actions restent toujours au niveau du circuit de l'inducteur et rentrent donc de ce fait dans le cadre de la présente invention. - 12 - REVENDICATIONS 1/ Installation utilisable pour la réalisation de plaques de cuisson à chauffage par induction, comportant plusieurs foyers réglables séparément, caractérisée par le fait qu'elle comporte un seul générateur G dont la puissance de sortie est constante pour alimenter l'ensemble des foyers, lesdits foyers étant constitués par des inducteurs (II2..) puissance variable 2" disposés dans des circuits selfiques connectés en dérivation à la sortie du générateur unique G. 2/ Installation selon la revendication 1, caracté- risée par le fait que le circuit selfique de chaque in- ducteur (I) est composé de l'inducteur (I) en série avec une bobine (B), dont la self induction est ajusta- ble, et un contact de relais. 3/ Installation selon la revendication 2, caracté- risée par le fait que le contact de ce relais peut agir sous l'action d'un organe thermostatique, d'un-doseur - d'énergie cyclique ou-tout simplement d'un interrupteur de mise en marche et d'arrêt ou son équivalent/ 4/ Installation selon la revendication 1, caracté- risée par le fait que le condensateur d'accord (C) du générateur (G) est commun à l'ensemble des circuits selfiques; 5/ Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que chaque bobine à self induction ajustable variable comporte un circuit magnétique saturable par un champ magnétique continu et variable créé par le passage d'un courant continu ajustable dans un enroulement de commande bobiné sur le même circuit magnétique; 6/ Installation selon la revendication 5, caracté- risée par le fait que le courant continu ajustable précité est obtenu à partir de la tension secteur redressée et filtrée grâce à un transistor monté en - 13 - émetteur suiveur, la tension sur l'enroulement de commande étant sensiblement égale à la tension sur la base du transistor, variable grâce au déplacement du curseur du potentiomètre. 7/ Installation selon la revendication 6, caracté- risée par le fait que les potentiomètres ont entre leurs bornes extrêmes une tension fixe égale à une fraction de la tension secteur redressée filtrée, le curseur déterminant donc sur la base des transistors, une fois dépassée la position minimum, une tension non nulle qui permet grâce à une diode zéner déterminant un seuil, de faire basculer le comparateur et d'entraîner la conduction du transistor assurant ainsi, grâce à l'excitation du relais et à la fermeture de son contact la mise en service de l'inducteur et l'allumage de la diode électroluminescente. 8/ Installation selon la revendication 7, caracté- risée par le fait que l'axe de commande du curseur du potentiomètre permet en-dessous de la position minimum du curseur de commander un interrupteur. 9/ Installation selon la revendication 8, caracté- risée par le fait que les interrupteurs sont placés électriquement en dérivation et l'un quelconque d'entre eux assure la commande d'un relais de mise en marche du générateur G. / Installation selon la revendication 9, caracté- risée par le fait que le contact du relais permet également la mise en service simultanément du générateur et de la tension redressée filtrée + V. DEPOSANT: Monsieur POUMEY Michel MANDATAIRE: Cabinet Michel LAURENT