漏磁問題及熱能利用優(yōu)化設計

1、電磁爐的漏磁問題與熱能利用電磁爐的漏磁問題與熱能利用的優(yōu)化設計的優(yōu)化設計研究背景研究背景作品介紹作品介紹推廣前景推廣前景結(jié)語結(jié)語1234研究背景研究背景 1. 電磁爐作為常見的廚房大功率用電器，電磁爐作為常見的廚房大功率用電器， 電磁爐發(fā)熱電磁爐發(fā)熱原理是原理是通過橋式整流電路通過橋式整流電路將將 220V 交流電整流后通過交流電整流后通過 LC 濾濾波電路變換成波電路變換成 314V 左右的高壓直流電，然后經(jīng)過大功率復左右的高壓直流電，然后經(jīng)過大功率復合場管合場管 ( IGBT)產(chǎn)生產(chǎn)生20 30kHz 的交變電流的交變電流，利用電磁感，利用電磁感應原理產(chǎn)生渦流使鍋體發(fā)熱從而加熱食物。應原理

2、產(chǎn)生渦流使鍋體發(fā)熱從而加熱食物。在電磁爐工作在電磁爐工作時時，除了給鍋體加熱外，還會產(chǎn)生磁泄露現(xiàn)象，除了給鍋體加熱外，還會產(chǎn)生磁泄露現(xiàn)象，對人體產(chǎn)，對人體產(chǎn)生健康影響，生健康影響，輻射量與電磁爐的制熱效率以及功率有關。輻射量與電磁爐的制熱效率以及功率有關。既影響身體健康又產(chǎn)生不必要的能耗。世界衛(wèi)生組織把極既影響身體健康又產(chǎn)生不必要的能耗。世界衛(wèi)生組織把極低頻電磁場作為可疑致癌物，與苯烯、電焊煙霧同屬一類低頻電磁場作為可疑致癌物，與苯烯、電焊煙霧同屬一類致癌物。致癌物。 2.另一方面，電磁爐的工作特點是不產(chǎn)生明火且鍋體自另一方面，電磁爐的工作特點是不產(chǎn)生明火且鍋體自身產(chǎn)熱，在使用過程中會有大量熱

3、通過鍋壁散失。身產(chǎn)熱，在使用過程中會有大量熱通過鍋壁散失。 作品介紹作品介紹一一.“電磁爐漏磁問題電磁爐漏磁問題”的優(yōu)化：的優(yōu)化：實驗：用一個多匝線圈放在電磁爐實驗：用一個多匝線圈放在電磁爐散熱口散熱口附近（附近（散熱口處漏磁較為嚴重散熱口處漏磁較為嚴重），），形成形成發(fā)電發(fā)電裝置，外接裝置，外接30組二極管組，每組串聯(lián)組二極管組，每組串聯(lián)3個二極管，輸出功率至少可個二極管，輸出功率至少可達達5.4w。實驗細節(jié)實驗細節(jié)u在達到上述發(fā)電功率的前提下，發(fā)電線圈內(nèi)約為在達到上述發(fā)電功率的前提下，發(fā)電線圈內(nèi)約為I=20mA30=0.6A.由于實驗中，我們由于實驗中，我們采用的是長為采用的是長為17cm

4、，寬為，寬為7cm,匝數(shù)為匝數(shù)為202的矩形線圈，如圖所示，可以認為把它是的矩形線圈，如圖所示，可以認為把它是a,b,c,d四條導線，通電直導線在離線圈最近的四條導線，通電直導線在離線圈最近的P點在磁場為點在磁場為Ba，Bb，Bc，Bd。u由由比奧薩法爾定律比奧薩法爾定律，通電直導線在一點處產(chǎn)生的磁感應強度為，通電直導線在一點處產(chǎn)生的磁感應強度為B=0I（cos1-cos2）/4r0，其中，其中，0=410-7，r0為為P點到導線的距離，在我們的實驗中，點到導線的距離，在我們的實驗中，ra=0.085m,cos1=0.71，cos2=0.71，則，則Ba=410-70.6（0.71+0.71）

5、/(40.085) =1.002T；u同理同理rb=0.146m,cos3=0.51，cos4=-0.51，Bb=410-70.6（0.51+0.51）/(40.146)=0.419T，方向與，方向與Ba成（成（-）角，其中）角，其中cos=( ra2rb272)/2 ra rb=0.95，為方便計算，取，為方便計算，取cos=1，即認為，即認為Ba，Bb在在P點處產(chǎn)生的磁感應強度方向相反。故導點處產(chǎn)生的磁感應強度方向相反。故導線線a，b在在P點處產(chǎn)生的磁場約為點處產(chǎn)生的磁場約為n(BaBb)=202(1.0020.419)=117.8T，在與工作線，在與工作線圈所產(chǎn)生的磁感應強度方向相反的方

6、向上的分量為圈所產(chǎn)生的磁感應強度方向相反的方向上的分量為n(BaBb) cos= n(BaBb) 6.5/8.5=89.5T。而導線。而導線c，d在在P點處產(chǎn)生的磁感應強度點處產(chǎn)生的磁感應強度Bc，Bd 由分析可知，由分析可知，Bc，Bd 的矢量和垂直于電磁爐工作線圈平面，方向與電磁爐產(chǎn)生的磁感應強度方向一致，的矢量和垂直于電磁爐工作線圈平面，方向與電磁爐產(chǎn)生的磁感應強度方向一致，rc=rd = 0.101m,cos5=0.54，cos6=0.80，Bc=410-70.6（0.540.80）/(40.101) =0.15T，Bd = Bc，兩矢量夾角為，兩矢量夾角為，由計算得，由計算得cos=

7、0.42，Bd 與與Bc 的矢量的矢量和和Bcd 2= Bd 2Bc22 Bd Bc cos，得，得Bcd =0.16T，nBcd =2020.16=32.3T與工作與工作線圈產(chǎn)生的磁感應強度方向相同。綜上所述，在線圈產(chǎn)生的磁感應強度方向相同。綜上所述，在P點處，發(fā)電線圈所產(chǎn)生的磁感應強度點處，發(fā)電線圈所產(chǎn)生的磁感應強度為為nBcd n(BaBb) cos=32.389.5=57.2T，方向與，方向與P點處由電磁爐工作線圈產(chǎn)點處由電磁爐工作線圈產(chǎn)生的磁感應強度方向相反。生的磁感應強度方向相反?？尚行苑治隹尚行苑治鲈谙嗤跏紬l件下加熱在相同初始條件下加熱1800ml水水4.5min與對照組最終溫

8、度相差不與對照組最終溫度相差不超過超過0.1的基礎上，的基礎上，可以點亮可以點亮30組并聯(lián)的，每組三只的綠光二極基本達到正常亮度，組并聯(lián)的，每組三只的綠光二極基本達到正常亮度，即達到即達到5.4w的發(fā)光功率，其中，的發(fā)光功率，其中，電磁爐如選用電磁爐如選用1600w時，線圈發(fā)電時，線圈發(fā)電1458J，鍋中水的熱量僅降低，鍋中水的熱量僅降低354.33J,熱利用率提高了熱利用率提高了0.47%，有明顯的節(jié)能環(huán)保效果。有明顯的節(jié)能環(huán)保效果。作品介紹作品介紹1.電磁爐的加熱方式區(qū)別于傳統(tǒng)爐灶是無明火加熱，產(chǎn)熱電磁爐的加熱方式區(qū)別于傳統(tǒng)爐灶是無明火加熱，產(chǎn)熱源主要為鍋底，不會對鍋壁加熱，工作時鍋壁溫度

9、總低于源主要為鍋底，不會對鍋壁加熱，工作時鍋壁溫度總低于鍋底而呈現(xiàn)散熱狀態(tài)，且溫度遠低于天然氣火焰溫度。鍋底而呈現(xiàn)散熱狀態(tài)，且溫度遠低于天然氣火焰溫度。2.因此在沒有灼燒損傷的前提下，可以考慮在鍋壁增加保因此在沒有灼燒損傷的前提下，可以考慮在鍋壁增加保溫層來減少熱量散失和防止鍋體氧化以達到節(jié)能減排的目溫層來減少熱量散失和防止鍋體氧化以達到節(jié)能減排的目的。以單層隔熱紙為例，通過多次對照實驗表明有隔熱紙的。以單層隔熱紙為例，通過多次對照實驗表明有隔熱紙的鍋具的熱利用率相比于對照組可以提高的鍋具的熱利用率相比于對照組可以提高2.57%；實際操；實際操作中可以用保溫涂料保護鍋壁同時也方便清洗，如市場上

10、作中可以用保溫涂料保護鍋壁同時也方便清洗，如市場上的的UG-B02涂料。涂料。二二“熱熱能能利利用用”的的優(yōu)優(yōu)化化設設計計數(shù)據(jù)記錄與分析數(shù)據(jù)記錄與分析這是最新的一次實驗數(shù)據(jù)，在保證初始室溫，水溫，空氣濕度，電磁爐工作狀態(tài)等相同的條件下加熱1800ml水270s為例，數(shù)據(jù)如下，通過計算得到加熱效率提高了2.85%.推廣前景推廣前景u方案的創(chuàng)新點方案的創(chuàng)新點：“漏磁問題優(yōu)化漏磁問題優(yōu)化”是在對電磁爐原加熱功率相對影響最小是在對電磁爐原加熱功率相對影響最小的基礎上，對電磁爐泄露的對磁輻射進行合理利用從而達到節(jié)能環(huán)保的目的。的基礎上，對電磁爐泄露的對磁輻射進行合理利用從而達到節(jié)能環(huán)保的目的。（即（即“

11、防磁與利用磁的結(jié)合防磁與利用磁的結(jié)合”） “熱能利用優(yōu)化熱能利用優(yōu)化”則是基于電磁爐區(qū)別于傳統(tǒng)加熱灶具的加則是基于電磁爐區(qū)別于傳統(tǒng)加熱灶具的加熱特點，對鍋具進行防護使其散失的熱量大幅減少以達到節(jié)能的目的。熱特點，對鍋具進行防護使其散失的熱量大幅減少以達到節(jié)能的目的。 （即減（即減少鍋壁熱量的散失少鍋壁熱量的散失）u技術(shù)關鍵技術(shù)關鍵在于將電磁爐泄露的電磁輻射合理吸收利用，相對影響電磁爐在于將電磁爐泄露的電磁輻射合理吸收利用，相對影響電磁爐本身加熱功率相對最?。ū旧砑訜峁β氏鄬ψ钚。磳ふ业骄€圈的最佳放置位置與角度即尋找到線圈的最佳放置位置與角度），和通過對加），和通過對加熱鍋具壁進行隔熱處理（熱

12、鍋具壁進行隔熱處理（即在鍋壁加上隔熱層材料即在鍋壁加上隔熱層材料）。）。（附：最佳位置是指：（附：最佳位置是指：“發(fā)電裝置的發(fā)電量發(fā)電裝置的發(fā)電量造成的水溫加熱損失造成的水溫加熱損失”的值最大處的值最大處） 技術(shù)指標技術(shù)指標 漏磁優(yōu)化主要漏磁優(yōu)化主要技術(shù)指標技術(shù)指標是相同初始條件實驗組與對照組加熱是相同初始條件實驗組與對照組加熱1800ml水水4.5min溫相差溫相差0.1以內(nèi)。以內(nèi)。 鍋具熱能利用主要技術(shù)指標是相同初始條件加熱鍋具熱能利用主要技術(shù)指標是相同初始條件加熱1800ml水水4.5min，實驗組，實驗組最終溫度高于對照組最終溫度高于對照組1以上。以上。推廣前景推廣前景“漏磁問題的優(yōu)化

13、設計漏磁問題的優(yōu)化設計”u a.與其他技術(shù)結(jié)合與其他技術(shù)結(jié)合： 通過利用整流器、蓄電池通過利用整流器、蓄電池等，實現(xiàn)電能的儲存、等，實現(xiàn)電能的儲存、轉(zhuǎn)換、利用轉(zhuǎn)換、利用;u b.在在更精密的實驗更精密的實驗下下，完善準確的最大利用率完善準確的最大利用率的位置數(shù)據(jù)，加以規(guī)范的位置數(shù)據(jù)，加以規(guī)范。u 本作品抓住了電磁爐沒本作品抓住了電磁爐沒有充分利用能源的缺陷有充分利用能源的缺陷，利用漏磁發(fā)電，利用漏磁發(fā)電,以人為以人為本，節(jié)能環(huán)保。潛力巨本，節(jié)能環(huán)保。潛力巨大！大！產(chǎn)品模型推廣前景推廣前景u就就“熱能利用的優(yōu)化熱能利用的優(yōu)化設計設計”來看，可以順來看，可以順利地做到產(chǎn)品化、市利地做到產(chǎn)品化、市場

14、化。場化。u原理簡單，卻不失為原理簡單，卻不失為一種優(yōu)勢。一種優(yōu)勢。u與其他技術(shù)結(jié)合：當與其他技術(shù)結(jié)合：當今隔熱涂層技術(shù)發(fā)展今隔熱涂層技術(shù)發(fā)展迅速，市場上已經(jīng)涌迅速，市場上已經(jīng)涌現(xiàn)了許多適合的材料現(xiàn)了許多適合的材料。u 利用隔熱材料：比如利用隔熱材料：比如UG-B02涂料涂料適合高溫爐表面保溫適合高溫爐表面保溫。起到保溫。起到保溫、隔熱、防腐、強化、節(jié)能、隔熱、防腐、強化、節(jié)能的作用。涂于鋼板上，的作用。涂于鋼板上， 內(nèi)內(nèi)側(cè)溫度側(cè)溫度550度，涂了度，涂了 UGC-B02 厚度厚度 2mm鋼板外側(cè)溫度鋼板外側(cè)溫度150度。（外側(cè)室溫度。（外側(cè)室溫26度度 ） 電磁鍋的市場：專業(yè)電磁鍋的市場：專

15、業(yè) 化化無論是美的等著名公司，還是無論是美的等著名公司，還是九陽等公司，均生產(chǎn)電磁爐九陽等公司，均生產(chǎn)電磁爐適配鍋。而我們的產(chǎn)品也就適配鍋。而我們的產(chǎn)品也就更適宜推廣，并且能延長其更適宜推廣，并且能延長其使用壽命，必定有效地改善使用壽命，必定有效地改善大家的生活。大家的生活。未來暢想未來暢想u該設計整體上對市場上一般家用電磁爐存在該設計整體上對市場上一般家用電磁爐存在的普遍問題進行了優(yōu)化設計，通過計算，整的普遍問題進行了優(yōu)化設計，通過計算，整體上可以將電磁爐體上可以將電磁爐利用率提高利用率提高3.32%。以每。以每家一臺電磁爐進行計算，平均每天在家一臺電磁爐進行計算，平均每天在1800w的檔位上使用持續(xù)使用一個小時電磁爐，每的檔位上使用持續(xù)使用一個小時電磁爐，每年一戶人家則可以節(jié)省年一戶人家則可以節(jié)省19.97度電，全國每一度電，全國每一萬個家庭就能節(jié)省萬個家庭就能節(jié)省199700度電，經(jīng)濟上將很度電，經(jīng)濟上將很大程度上節(jié)約每年在電力上的