TR201718435T3 - İndüksiyon ısıtıcılı ocak. - Google Patents

Abstract

Bu buluş, alternatif akımı doğru akıma çeviren bir köprü doğrultucu (3), köprü doğrultucu (3) çıkışında yer alan ve bir DC hattı endüktansı (4) ve bir DC hattı kondansatörü (5), bir indüksiyon bobini (6) ve indüksiyon bobinine (6) paralel bağlı bir rezonans kondansatöre (7) sahip bir paralel rezonans devresi (8), kapalı konumunda iletim durumuna geçen ve rezonans kondansatörün (7) şarj edilmesini sağlayan, açık konumunda rezonans kondansatörde (7) depolanan enerjinin indüksiyon bobininden (6) tencereye aktarılmasını sağlayan, bir IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ve IGBT'ye paralel bağlı bir serbest dolaşım diyotuna (D) sahip bir güç anahtarı (9) içeren, güç anahtarının (9) açık ve kapalı konumlarında, üzerinden geçen akımın tespit edilebildiği bir indüksiyon ısıtıcılı ocak (1) ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME INDÜKSIYON ISITICILI OCAK Bu bulus, yüksek akim tasiyan elektronik elemanlar içeren bir indüksiyon isiticili Ocak ile ilgilidir.

Indüksiyon isiticili ocak, dökme demir veya çelik gibi ferromanyetik bir pisirme kabinin, indüksiyon bobini tarafindan olusturulan manyetik alan etkisiyle isitilmasi ilkesine göre çalismaktadir. Manyetik alan olusturan indüksiyon bobinlerinin sürülmesi için, elektronik kart üzerindeki güç anahtari (IGBT- miktarda elektrik akimi geçirilmektedir. Teknigin bilinen durumunda, tek bir indüksiyon bobininin sürülmesi için iki adet güç anahtari ve iki adet rezonans kondansatör kullanilarak gerçeklestirilen yarim köprü seri rezonans (HBSR-Half Bridge Series Resonant) devreleri ve bir adet güç anahtari ve bir adet rezonans kondansatörü ile gerçeklestirilen tek anahtarli paralel rezonans (SSQR-Single Switch Quasi Resonant) devreleri kullanilmaktadir. Tek anahtarli paralel rezonans devreleri (SSQR) maliyet avantaji nedeniyle tercih edilmektedir ancak iki adet güç anahtarli yapiya göre daha dar güç frekans araliginda çalisabilmekte, elde edilen maksimum güç sinirli olmaktadir. Tek anahtarli paralel rezonans devrelerinde, güç anahtari tarafindan yüksek degerli kondansatör sarj akimlari çekilmekte, bu yüksek akimlar, güç anahtarinin tahrip olmasina ve indüksiyon isiticili ocagin servis ömrünün azalmasina neden olmaktadir. Bu nedenle güç anahtari üzerinden geçen tahrip edici tepe (peak) akimlarinin algilanmasi gerekmekte ve güç anahtarinin, akimi ilettigi kapali kalma süresi ve akimi kestigi açik kalma süreleri ayarlanarak tepe akimlarinin olusmasi engellenmektedir.

Teknigin bilinen durumunda güç anahtari üzerindeki akimi algilamak için, güç anahtarina seri olarak baglanan akim algilama dirençleri kullanilmaktadir. Güç anahtarina seri bagli akim algilama dirençleri üzerinde ölçülen gerilimin, kontrol ünitesi tarafindan islenebilir seviyeye getirilmesi için ek bilesenlere ihtiyaç duyulmakta, elektronik kartin maliyeti artmaktadir. isitma cihazi çalistirma yöntemi açiklanmaktadir. Indüksiyonlu isitma cihazinda, güç anahtari üzerinden geçen akimi algilama amaciyla, güç anahtarina seri olarak baglanan akim algilama direnci kullanilmaktadir.

Bu bulusun amaci, güç anahtari üzerinden geçen elektrik akiminin tespit edildigi bir indüksiyon isiticili ocagin gerçeklestirilmesidir.

Bu bulusun amacina ulasmak için gerçeklestirilen ve birinci istem ve bu isteme bagli istemlerde açiklanan indüksiyon isiticili ocak, alternatif sebeke akimini dogru akima çeviren bir köprü dogrultucu, köprü dogrultucu çikisinda yer alan ve DC hattinda olusan gerilimi filtreleyerek belirli bir frekans araliginda DC gerilimi ileten bir DC hatti endüktansi ve bir DC hatti kondansatörü, bir indüksiyon bobini ile bir rezonans kondansatöre sahip bir paralel rezonans devresi, bir IGBT ve kapali konumda iletim durumunu degistiren ve rezonans kondansatörünün yüklenmesini saglayarak rezonans kondansatöründe depolanan enerjinin açik konumda endüksiyon bobinine iletilmesini saglayan IGBT'ye paralel bagli bir serbest dolasim diyotuna, sahip bir güç anahtari, güç anahtarinin operasyonunu düzenleyen bir kontrol ünitesi ve DC hatti kondansatörüne paralel olarak baglanan, DC hatti kondansatörü üzerindeki gerilim degisimlerini tespit eden bir gerilim degisimi algilama devresi içermektedir. Kontrol ünitesi, gerilim degisimi algilama devresinden aldigi sinyallere göre güç anahtarinin açik ve kapali konumlarinda, güç anahtarinin bilesenleri olan serbest dolasim diyotu ve IGBT üzerinden geçen akimi tespit etmektedir.

Bulusun bir uygulamasinda gerilim degisimi algilama devresi, DC hatti gerilimini kolay algilanabilir seviyeye düsüren bir gerilim bölücü devre ve gerilim bölücü devreye seri olarak baglanan ve gerilimin zamana göre degisimini (dv/dt) hesaplayan bir türev devresi içermektedir.

Gerilim bölücü devre, özel tasarim gerektirmeyen seri bagli üç adet direnç ve dirençlere paralel bagli iki adet kondansatör içermektedir. Türev devresi ise seri bagli bir kondansatör ve bir direnç içermektedir.

Bulus konusu indüksiyon isiticili ocakta güç anahtari üzerinden geçen akimi algilamak için, özel tasarim gerektiren akim trafosu veya sönt direnç gibi yüksek maliyetli akim algilayicilar yerine, güç anahtari üzerinden geçen akimin her kosulda DC hatti kondansatörü üzerinden de geçtiginden hareketle, DC hatti kondansatörü üzerindeki gerilim degisimlerini algilayan bir gerilim degisimi algilama devresi kullanilmakta, güç anahtari üzerinden geçen akimlar tespit edilebilmektedir. Gerilim degisimi algilama devresi, düsük maliyetli standart direnç ve kapasite elemanlarindan olusmaktadir.

Bu bulusun amacina ulasmak için gerçeklestirilen indüksiyon isiticili ocak ekli sekillerde gösterilmis olup bu sekillerden; Sekil 1 - Bir indüksiyon isiticili ocagin sematik görünüsüdür.

Sekillerdeki parçalar tek tek numaralandirilmis olup bu numaralarin karsiligi asagida verilmistir.

Indüksiyon isiticili ocak Sebeke filtreleme devresi Köprü dogrultucu (bridge rectifier) DC hatti endüktansi DC hatti kondansatörü Indüksiyon bobini Rezonans kondansatör Paralel rezonans devresi .@909999- Güç anahtari . Kollektör noktasi (collector node) 11. Gerilim ölçme ünitesi 12. Sürücü devre (drive Circuit) 13. Kontrol ünitesi 14. Gerilim degisimi algilama devresi . Gerilim bölücü devre 16. Türev devresi Indüksiyon isiticili ocak (1), AC sebeke gerilimini filtreleyen bir filtreleme devresi (2), alternatif akimi dogru akima çeviren bir köprü dogrultucu (3), köprü dogrultucu (3) çikisinda yer alan ve DC hattinda (DC-line) olusan gerilimi filtreleyerek belirli bir frekans araliginda DC gerilimi ileten bir DC hatti endüktansi (4) ve bir DC hatti kondansatörü (5), üzerine yerlestirilen tencerenin (vessel) (K) isitilmasini saglayan bir indüksiyon bobini (6) ile indüksiyon bobinine (6) paralel bagli bir rezonans kondansatöre (7) sahip bir paralel rezonans devresi (8), kapali konumunda iletim durumuna geçen ve rezonans kondansatörün (7) sarj edilmesini saglayan, açik konumunda rezonans kondansatörde (7) depolanan enerjinin indüksiyon bobininden (6) tencereye (K) aktarilmasini saglayan, bir IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ve IGBT'ye paralel bagli bir serbest dolasim diyotuna (freewheel diode) (D) sahip bir güç anahtari (9), güç anahtari (9) ile paralel rezonans devresi (8) arasinda yer alan ve güç anahtarinin (9) açik konumunda, üzerinde rezonans gerilimi (resonant voltage) (Vce) olusan bir kollektör noktasi (10), kollektör noktasindaki (10) rezonans gerilimini (Vce) algilayan bir gerilim ölçme ünitesi (11), güç anahtarinin (9) gerekli seviyede sürme gerilimi (drive voltage) (Vge) ile sürülmesini saglayan bir sürücü devre (12) ve sürücü devreyi (12) kontrol ederek güç anahtarinin (9) çalismasini düzenleyen bir kontrol ünitesi (13), tercihen bir mikrodenetleyici (microcontroller) içermektedir.

Indüksiyon isiticili ocakta (l) güç anahtari (9) kapali konumdayken rezonans kondansatörü (7) sarj edilerek enerji depolanmakta, bu esnada güç anahtarindaki (9) IGBT üzerinden akim geçmektedir. Güç anahtari (9) açik konumdayken rezonans kondansatörü (7) desarj olmakta, bu esnada kollektör noktasinda (10) rezonans gerilimi (Vce) olusmakta, IGBT'ye paralel bagli serbest dolasim diyotu (D) üzerinden akim geçerek çevrimini tamamlamaktadir.

Bulus konusu indüksiyon isiticili ocak (l), DC hatti kondansatörüne (5) paralel olarak baglanan, DC hatti kondansatörü (5) üzerindeki gerilim (voltage) degisimlerini algilayan bir gerilim degisimi algilama devresi (14) ve gerilim degisimi algilama devresinden (14) aldigi sinyallere göre güç anahtarinin (9) açik ve kapali konumlarinda IGBT ve serbest dolasim diyotu (D) üzerinden geçen akim degerini tespit eden kontrol ünitesi (13) içermektedir.

Güç anahtarinin (9), serbest dolasim diyotu (D) üzerinden akim iletiminin oldugu açik konumunda ve IGBT üzerinden akim iletiminin oldugu kapali konumunda, güç anahtari (9) üzerinden geçen akimlar ayni zamanda DC hatti kondansatörü (5) üzerinden geçerek çevrimini tamamlanmaktadir. Güç anahtarinin (9) üzerinden geçen akim, her kosulda DC hatti kondansatörü (5) üzerinden geçmektedir.

Gerilim degisimi algilama devresi ( 14), DC hatti kondansatöründeki (5) gerilim degisimlerini algilamakta, kontrol ünitesi (13), gerilim degisimi algilama devresinden (14) aldigi verileri degerlendirerek DC hatti kondansatöründen (5) geçen akim degerini, dolayisiyla (üzerlerinden ayni degerde akim geçtiginden) güç anahtari (9) üzerinden geçen akim degerini tespit etmektedir. DC hatti kondansatörü (5), "akim algilayici" olarak kullanilmaktadir. Gerilim degisimi algilama devresi (14), özel tasarim gerektirmeyen standart elektronik bilesenlerden olusmakta, maliyet avantaji saglanmaktadir.

Bulusun bir uygulamasinda gerilim degisimi algilama devresi (14), DC hatti gerilimini bölerek kolay algilanabilir bir seviyeye düsüren, örnegin 300 volttan 5 volta düsüren bir gerilim bölücü devre (15) ve gerilim bölücü devreye (15) seri bagli, kontrol ünitesine (13) DC hatti kondansatöründeki (5) gerilim degisimi (voltage differentiation) bilgisini ileten bir türev devresi (16) içermektedir.

Gerilim bölücü devre (15), seri bagli üç adet direnç (R1, R2, R3) ve birinci direncin (R1) giris noktasi (input node) ile ikinci direncin (R2) çikis noktasi (output node) arasina, birinci ve ikinci dirençlere (R1, R2) paralel olarak baglanan bir birinci kondansatör (C1) ve ikinci direncin (R2) giris noktasi ile üçüncü direncin (R3) çikis noktasi arasina, ikinci ve üçüncü dirençlere (R2, R3) paralel olarak baglanan bir ikinci kondansatör (C2) içermektedir.

Türev devresi (16), gerilim bölücü devredeki (15) dirençlere (R1, R2, R3) seri bagli bir üçüncü kondansatör (C3) ve üçüncü kondansatörün (C3) çikis noktasi ile topraklama (GND) arasina baglanan bir dördüncü direnç (R4) içemiektedir.

Bulus konusu indüksiyon isiticili ocakta (l), yüksek degerde akim tasiyan güç anahtarinin (9) üzerinden geçen akimi algilamak için, güç anahtarina (9) seri olarak baglanan ve özel tasarim gerektiren akim trafosu veya sönt direnç gibi yüksek maliyetli elemanlar kullanilmamakta, DC hatti kondansatörü (5), kendi fonksiyonunun yani sira bir akim algilayici olarak kullanilmakta, DC hatti kondansatörü (5) üzerindeki gerilim degisimleri, gerilim degisimi algilama devresi (14) tarafindan kolayca tespit edilmektedir. Gerilim degisimi algilama devresi (14), özel tasarim gerektirmeyen standart direnç ve kapasite elemanlari içermekte, maliyet avantaji saglanmaktadir.

Bulus, yukarida açiklanan uygulamalar ile sinirli olmayip, teknikte uzman kisi kolaylikla bulusun farkli uygulamalarini ortaya koyabilir. Bunlar, bulusun istemler ile talep edilen korumasi kapsaminda degerlendirilmelidir.

Claims (4)

ISTEMLER

1 - Alternatif akimi dogru akima çeviren bir köprü dogrultucu (3), köprü dogrultucu (3) çikisinda yer alan bir DC hatti endüktansi (4) ve bir DC hatti kondansatörü (5), bir indüksiyon bobini (6) ile bir rezonans kondansatöre (7) sahip bir paralel rezonans devresi (8), kapali konumunda iletim durumuna geçen ve rezonans kondansatörün (7) sarj edilmesini saglayan, açik konumunda rezonans kondansatörde (7) depolanan enerjinin indüksiyon bobininden (6) tencereye aktarilmasini saglayan, bir IGBT ve IGBT'ye paralel bagli bir serbest dolasim diyotuna (D) sahip bir güç anahtari (9) ve güç anahtarinin (9) çalismasini düzenleyen bir kontrol ünitesi (13) içeren, DC hatti kondansatörüne (5) paralel olarak baglanan, DC hatti kondansatörü (5) üzerindeki gerilim degisimlerini algilayan bir gerilim degisimi algilama devresi (14) ve gerilim degisimi algilama devresinden (14) aldigi sinyallere göre güç anahtarinin (9) açik ve kapali konumlarinda IGBT ve serbest dolasim diyotu (D) üzerinden geçen akim degerini tespit eden kontrol ünitesi (13) ile karakterize edilen bir indüksiyon isiticili ocak

2 - DC hatti gerilimini bölen bir gerilim bölücü devre (15) ve gerilim bölücü devreye (15) seri bagli, kontrol ünitesine (13) DC hatti kondansatöründeki (5) gerilim degisimi bilgisini ileten bir türev devresi (16) içeren gerilim degisimi algilama devresi (14) ile karakterize edilen Istem 1”deki gibi bir indüksiyon isiticili ocak (1).

3 - Seri bagli üç adet direnç (R1, R2, R3), birinci direncin (R1) giris noktasi ile ikinci direncin (R2) çikis noktasi arasina, birinci ve ikinci dirençlere (R1, R2) paralel bagli bir birinci kondansatör (C1) ve ikinci direncin (R2) giris noktasi ile üçüncü direncin (R3) çikis noktasi arasina, ikinci ve üçüncü dirençlere (R2, R3) paralel olarak baglanan bir ikinci kondansatör (C2) içeren gerilim bölücü devre (15) ile karakterize edilen Istem 2,deki gibi bir indüksiyon isiticili ocak (l).

4 - Gerilim bölücü devredeki (15) dirençlere (R1, R2, R3) seri bagli bir üçüncü kondansatör (C3) ve üçüncü kondansatörün (C3) çikis noktasi ile topraklama (GND) arasina baglanan bir dördüncü direnç (R4) içeren türev devresi (16) ile karakterize edilen Istem 2 veya 3'teki gibi bir indüksiyon isiticili ocak (1).