電磁爐硬件原理及設(shè)計(jì)培訓(xùn)

1電磁爐的設(shè)計(jì)原理1,22目錄一、電磁爐加熱的物理理論基礎(chǔ)二、電磁加熱實(shí)現(xiàn)電路原理三、電磁加熱電路關(guān)鍵元件IGBT四、電磁爐主控電路需包括的電路模塊五、電磁爐主控電路設(shè)計(jì)原理講解六、電磁爐主控電路控制理論（軟件）3

電磁爐加熱的物理理論基礎(chǔ)電磁爐加熱的幾個(gè)重要定律畢奧—薩伐爾定律：載流導(dǎo)線上的電流元IdL在真空中某點(diǎn)P的磁感度dB的大小與電流元IdL的大小成正比，與電流元IdL和從電流元到P點(diǎn)的位矢r之間的夾角θ的正弦成正比，與位矢r的大小的平方成反比。

法拉第電磁感應(yīng)定律：任何封閉電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，等于穿過這一電路磁通量的變化率。

楞次定律：閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場(chǎng)來阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

焦耳定律：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電的時(shí)間成正比。

Q=I2Rt4

電磁爐加熱的物理理論基礎(chǔ)移動(dòng)的磁場(chǎng)與金屬導(dǎo)體相交，或是由移動(dòng)的金屬導(dǎo)體與磁場(chǎng)垂直交會(huì)所產(chǎn)生一個(gè)在導(dǎo)體內(nèi)循環(huán)的電流，稱渦流或傅科電流，這些渦流使鍋具發(fā)熱，消耗電能。5

電磁加熱實(shí)現(xiàn)電路原理

電磁爐（Inductioncooker）是利用電磁感應(yīng)加熱原理，對(duì)鍋體進(jìn)行渦流加熱。核心電路如下圖1，通過功率開關(guān)的控制，使線盤L和電容Cr發(fā)生諧振，從而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)鍋具放入交變磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律會(huì)產(chǎn)生渦流熱。電磁爐的加熱線圈盤與負(fù)載鍋具可以看作是一個(gè)空心變壓器，次級(jí)負(fù)載具有等效的電感和電阻，將次級(jí)的負(fù)載電阻和電感折合到初級(jí)，可以得到圖2所示的等效電路。其中R＊是次級(jí)電阻反射到初級(jí)的等效負(fù)載電阻；L＊是次級(jí)電感反射到初級(jí)并與初級(jí)電感L相疊加后的等效電感。6

電磁加熱實(shí)現(xiàn)電路原理核心電路工作過程：1.[t0，t1]主開關(guān)導(dǎo)通階段根據(jù)基爾霍夫KVL定律有：

2.[t1，t2]諧振階段

當(dāng)電路設(shè)計(jì)使處于欠阻尼振蕩工作狀態(tài)時(shí)，解二階動(dòng)態(tài)方程如下：代入電容的VAR，得微分方程：7

電磁加熱實(shí)現(xiàn)電路原理核心電路工作過程波形：

功率開關(guān)壓降線盤電流電容壓降8

電磁加熱實(shí)現(xiàn)電路原理核心電路工作過程：3.[t2，t3]電感放電階段

線盤上電流：

需自我學(xué)習(xí)的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)：基爾基爾霍夫定理，換路定則，二階動(dòng)態(tài)電路，微分方程，欠阻尼振蕩，串聯(lián)諧振9

電磁加熱實(shí)現(xiàn)電路關(guān)鍵元件IGBT

什么是IGBT?為什么要用IGBT?IGBT有什么特點(diǎn)？電磁爐如何選取合適IGBT？

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電磁加熱電路關(guān)鍵元件IGBT為什么要用IGBT?

在軟開關(guān)應(yīng)用中，雙極型功率晶體管能承受大功率，但交換速度不夠快，功率MOSFET管交換速度快，但承受功率較小，如是能反應(yīng)快大功率工作的IGBT應(yīng)運(yùn)而生。

什么是IGBT?

IGBT全稱絕緣柵雙極晶體管。IGBT有什么特點(diǎn)？

高電壓，大電流，

高頻率，低損耗

電磁爐如何選取合適IGBT，要注意什么？

耐壓，電流，導(dǎo)通壓降，開關(guān)損耗，工作頻率，開通壓降；

要注意合適的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，特別是基極限流電阻和放電電阻；

要注意散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，散熱片的選取等。11電磁爐主控電路需包括的電路模塊可用軟件取代12電磁爐主控電路設(shè)計(jì)原理講解---以21TD4為例13電磁爐主控電路設(shè)計(jì)原理講解---以21TD4為例14電磁爐主控電路設(shè)計(jì)原理講解---以21TD4為例15電磁爐主控電路設(shè)計(jì)原理講解---以21TD4為例16電磁爐主控電路設(shè)計(jì)原理講解---以21TD4為例17電磁爐主控電路控制理論有了硬件電路，如何讓電磁爐工作起來？工作后又如何監(jiān)控工作狀態(tài)？電磁爐功率又是如何調(diào)整的？PWM和PPG控制原理是什么？

18電磁爐主控電路控制理論電磁爐上電第一件事（軟件）?

關(guān)機(jī)，關(guān)閉PWM或PPG,或其它控制口。

電磁爐怎么點(diǎn)火?

1.點(diǎn)火前工作：是否有報(bào)警？是否在浪涌保護(hù)時(shí)間內(nèi)？2.檢鍋：

送檢鍋PWM值，延時(shí)，打開關(guān)機(jī)口，關(guān)相關(guān)中斷，送檢鍋脈沖（6-8US），

或送檢鍋PPG脈沖；監(jiān)測(cè)檢鍋脈沖數(shù)，判斷是否有鍋，3.有鍋則判斷啟動(dòng)電流是否達(dá)到；逐步加大PWM或PPG，達(dá)到需求功率。工作過程怎么監(jiān)控？

1.電磁爐無鍋不可加熱，在加熱過程中要通過電流檢測(cè)檢查鍋具是否

移開；2.加熱過程中需檢測(cè)電壓變化及變化速度，調(diào)整功率；3.要檢測(cè)浪涌變化，及時(shí)保護(hù)機(jī)器。19電磁爐主控電路控制理論電磁爐功率如何控制？簡(jiǎn)單說：調(diào)整功率開關(guān)開通時(shí)間來調(diào)整功率，重點(diǎn)在于需同步閉環(huán)控制功率，目前有兩種控制方式可用：PWM和PPG。PWM和PPG工作原理PWM（

Pulse

Width

Modulation）（脈沖寬度調(diào)制）：實(shí)現(xiàn)方法：通過特定計(jì)數(shù)器值與占空比設(shè)定值比較，在控制器端口輸出相應(yīng)電平，如：8位PWM，設(shè)定值為64，則當(dāng)計(jì)數(shù)器值低于64時(shí)，控制器端口輸出高電平，計(jì)數(shù)器值高于64時(shí)，控制器端口輸出低電平，從而實(shí)現(xiàn)1/4占空比脈沖輸出，改變?cè)O(shè)定值即可改變脈沖占空比。下圖為一個(gè)6位PWM波形。采用PWM控制電磁爐編寫軟件時(shí)注意3點(diǎn)：1.PWM頻率需與積分電路對(duì)應(yīng)；2.需考慮PWM積分時(shí)間；3.增減PWM的單次幅度；20電磁爐主控電路控制理論P(yáng)PG（Programmablepulegenerator）原理基本組成：

一個(gè)控制模塊，一個(gè)計(jì)數(shù)器，2個(gè)比較器電磁爐中工作原理：

舉例如右圖示,比較器1接電磁爐同步反饋，當(dāng)同步信號(hào)到，啟動(dòng)PPG輸出高或低電平（可根據(jù)需要設(shè)置），同時(shí)啟動(dòng)PPG計(jì)數(shù)器，當(dāng)PPG計(jì)數(shù)器溢出，則停止PPG輸出。我們只需設(shè)置不同的PPG初始值，即可實(shí)現(xiàn)PPG輸出不同脈沖寬度，實(shí)現(xiàn)需要的功率控制，同時(shí)，我們可以在比較器1接浪涌保護(hù)，直接關(guān)閉PPG。21電磁爐主控電路元器件標(biāo)識(shí)編號(hào)元器件類型A元器件類型A元器件類型A電阻R保險(xiǎn)管FUSE集成電路(包含電路模塊)IC電容C電感L振蕩器XL常規(guī)二極管D變壓器T蜂鳴器BUZ穩(wěn)壓二極管ZD整流橋堆DB接插件CN發(fā)光二極管LEDIGBTIGBT按鍵KEY三極管Q繼電器RL數(shù)碼管DISP壓敏電阻CNR電流互感器CTLCDLCD熱敏電阻RT電位器VRVFDVFD2.3元器件標(biāo)識(shí)編號(hào)原理圖設(shè)計(jì)過程中，對(duì)各種元件編號(hào)格式為：AX其中：A表示元器件類型，用字母表示，具體見下表：X表示序號(hào)，用數(shù)字表示，具體規(guī)定如下：為保證電磁爐主控板原理圖的統(tǒng)一、整潔和售后維修的方便性，對(duì)于不同電路部分中的被動(dòng)元器件(指電阻、電容、二極管、三極管、三端穩(wěn)壓器件等)應(yīng)分別標(biāo)注：電流采樣部分：其被動(dòng)元器件編號(hào)用“1”開頭的三位數(shù)字表示，如：R100、C101、D102等。電壓采樣及浪涌保護(hù)部分：其被動(dòng)元器件編號(hào)用“2”開頭的三位數(shù)字表示，如：R202、C206、D204、Q201等。IGBT驅(qū)動(dòng)部分：其被動(dòng)元器件編號(hào)用“3”開頭的三位數(shù)字表示，如：論文發(fā)表畢業(yè)論文，R301、C301、D300、Q301等。IGBT同步控制及反壓保護(hù)部分：其被動(dòng)元器件