【正文】 (HZ)。由電磁場(chǎng)理論可以推導(dǎo)，工件中產(chǎn)生渦流由于集膚效應(yīng)，沿橫截面由表面至中心按指數(shù)衰減。這兩個(gè)電流方向相反，情況與兩根平行母線流過方向相反的電流相似。當(dāng)兩根導(dǎo)體流過的電流是反方向時(shí)，最大電流密度出現(xiàn)在導(dǎo)體內(nèi)側(cè)；當(dāng)兩根導(dǎo)體流過的電流是同方向時(shí)，最大電流密度出現(xiàn)在導(dǎo)體外側(cè)。感應(yīng)電勢(shì)和發(fā)熱功率不僅與頻率和磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，而且與工件的截面大小、截面形狀有關(guān)，還與工件本身的導(dǎo)電、導(dǎo)磁等特性有關(guān)。圖21 感應(yīng)加熱原理 Principle of Induction Heating設(shè)工件的等效匝數(shù)為，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： (21)如果磁通是交變的，設(shè) (22)則有 (23)的有效值為 (24)感應(yīng)電勢(shì)在工件中產(chǎn)生感應(yīng)電流I。[6][27]感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)的原理使電能轉(zhuǎn)變成熱能。在這些應(yīng)用中，可以非常方便地設(shè)定加熱參數(shù)，控制加熱效果。(4)簡(jiǎn)單介紹了電磁爐的可能出現(xiàn)的主要的故障和平時(shí)使用注意事項(xiàng)。電磁爐就是基于這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。隨著技術(shù)的不斷提高，電磁爐將打破諸多限制，在鍋具的使用上朝多樣性和適用性方向發(fā)展。(3)多功能復(fù)合型電磁爐將成為新的廚房主流電器由于電磁爐的安全、清潔、無火、無煙等特點(diǎn)，必將引導(dǎo)廚房革命進(jìn)入無煙時(shí)代，這個(gè)理念已經(jīng)被很多人接受，而在五年內(nèi)，電磁爐取代煤氣爐已經(jīng)是順理成章的事了。在未來的幾年內(nèi)，電磁爐可能朝以下幾個(gè)方面發(fā)展[17]： (1)外觀設(shè)計(jì)趨向流線型、超薄型方向發(fā)展隨著電子器件集成度越來越高，電子器件的體積不斷減小，功能不斷地增強(qiáng)，未來電磁爐將越做越小，越做越薄，并有可能出現(xiàn)微型電磁爐。目前，我國(guó)電磁爐的銷售主要集中在城市，農(nóng)村市場(chǎng)相對(duì)較少。在2008年，國(guó)內(nèi)電磁爐的零售量突破5000萬臺(tái)。電磁爐這塊大蛋糕吸引了許多生產(chǎn)廠家注意，投入大量的資金開發(fā)電磁爐。IGBT一般采用了東芝、西門子，IC芯片采用PHILIPS、東芝以及韓國(guó)的，但拆開各品牌的電磁爐就會(huì)發(fā)現(xiàn)，主要元器件真是層次不齊，有的竟然連生產(chǎn)廠家都沒有，這樣做，勢(shì)必會(huì)影響電磁爐的正常發(fā)展。 (2)外觀設(shè)計(jì)各種各樣，結(jié)構(gòu)性能有待提高在電磁爐賣場(chǎng)逛一下，就可以看到電磁爐的外觀設(shè)計(jì)五花八門，從色彩的搭配到界面的設(shè)計(jì)，無一不體現(xiàn)著自己的個(gè)性?？v觀國(guó)內(nèi)電磁爐的發(fā)展現(xiàn)狀，可以從以下幾個(gè)方面描述:(1)電磁爐品牌眾多目前國(guó)內(nèi)電磁爐市場(chǎng)發(fā)展比較混亂。直至大功率集成塊IGBT的成熟，才使電磁爐的性價(jià)比得到保障及公眾認(rèn)可，發(fā)展至今消費(fèi)趨勢(shì)全民看好。僅在蘇州、浙江兩地就有將近100種品牌的電磁爐出現(xiàn)。直到上世末期，由于技術(shù)的進(jìn)步，眾多的家用電器的誕生，使電磁爐再次有了新的生機(jī)。而后，在上世紀(jì)70年代美國(guó)也進(jìn)行電磁爐的開發(fā)。隨著環(huán)保意識(shí)和節(jié)能概念深入人心，電磁爐這種既環(huán)保又節(jié)能的廚房烹飪用具的市場(chǎng)潛力是巨大的。一般的煤氣爐的熱效率為40％，電爐為52％．而電磁爐為高達(dá)83％[2]。(3) 加熱的溫度可以隨意調(diào)節(jié)一般地說，電磁爐的輸入功率在2002000W之間。這是因?yàn)榛陔姶鸥袘?yīng)的原理，電磁爐自身是不會(huì)發(fā)熱的，只有使用鐵質(zhì)的鍋底才能產(chǎn)生熱量，所以假若在使用電磁爐做飯的過程中，手指不小心的碰到電磁爐，也不會(huì)有灼傷的危險(xiǎn)。與其他傳統(tǒng)的加熱廚房用具相比，電磁爐作為高科技的產(chǎn)品，具有許多的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:電磁爐 電磁感應(yīng) CKM001 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1Design and Research of Induction CookerAbstractInduction cooker is one of the household electrical appliances whose development is quickest and the market growth rate is highest at the present. The designed induction cooker has advantages like low cost，many interface，plete function there is a certain degree of market petitiveness . This paper designed the control system based on the principle of induction heating and pleted the control system’s hardware and the software design of the induction main content is as follows:This thesis introduces the development course，working principle，function realizing principle，hardware circuit design principle as well as MCU Program’s structure of induction cook. Hardware circuit includes the unit loop circuit such as main loop circuit drive ，control circuit，protective cireuit，the circuit of power source and displaying circuit etc.Induction can achieve the following functions: heating function, constant temperature function, timing function, no pot detection, alarm function. It specifically including overheating alarm, overvoltage alarm , undervoltage alarm and fan failure alarm.The displaying interface is Digital Number Display use of MCU makes the induction cooker intelligence,mainly offers good manmachine interface,power automatic control and temperature automatic control as well as various automatic detections alarm program structure divides into two parts as main program and timet interrupt service program,after many times’testing and running,the program runs steadily and reliably.Keyword: Induction Cooker Electrolmagnetic Induction CKM001 第一章 緒論在半個(gè)世紀(jì)以前，德國(guó)人利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明電磁爐。顯示界面是數(shù)碼管顯示界面。開發(fā)的電磁爐具有成本低、界面多、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文基于感應(yīng)加熱原理，設(shè)計(jì)開發(fā)了電磁爐的控制系統(tǒng)，完成了電磁爐控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，本文主要研究?jī)?nèi)容如下:電磁爐的發(fā)展過程、工作原理、功能實(shí)現(xiàn)原理、硬件電路設(shè)計(jì)原理以及單片機(jī)程序的結(jié)構(gòu)等。單片機(jī)的使用讓電磁爐實(shí)現(xiàn)了智能化，主要包括提供良好的人機(jī)界面、功率自動(dòng)控制、溫度自動(dòng)控制、定時(shí)控制以及各種自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警等。從此，電磁爐開始走進(jìn)人們的生活。它既環(huán)保又節(jié)能，被人們稱為“綠色爐具”。(2) 體積小、重量輕、使用方便電磁爐是全封閉的結(jié)構(gòu)，外面只有一只電源線。與其他單一功率的廚房用具相比，可以依據(jù)煎、炒、炸、蒸、煮等選擇合適的功率，并且功率調(diào)節(jié)非常簡(jiǎn)單。有人根據(jù)現(xiàn)在的用電價(jià)格與煤氣的價(jià)格做過計(jì)算，使用電磁爐比用液化氣節(jié)省近三分之一。電磁爐正處于成長(zhǎng)期。到了上世紀(jì)的80年代，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家電磁爐的使用率在70%左右。就目前而言，我國(guó)的電磁爐市場(chǎng)比西方的發(fā)達(dá)國(guó)家至少晚了10年的時(shí)間[3]。但是由于電磁爐的技術(shù)要求相對(duì)比較高，而電磁爐的線路設(shè)計(jì)以及內(nèi)部程序中的保護(hù)電路不全面，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，無法正常使用。(4)目前國(guó)內(nèi)真正能就電磁爐產(chǎn)品做到需求調(diào)研→產(chǎn)品對(duì)位開發(fā)→產(chǎn)品驗(yàn)證→成本分析→新品上市→批量制造→售后服務(wù)→再完善（工藝、外觀、性能、功能），這樣全過程的生產(chǎn)廠家約有6家（較大部分是靠OEM或白機(jī)再包裝又或使用他人的程序方案，對(duì)產(chǎn)品的性價(jià)比及產(chǎn)品的延伸性具很大的局限性）。據(jù)調(diào)查，在2001年，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)電磁爐的廠家還不足百家，生產(chǎn)與電磁爐相關(guān)的電子元器件及配套產(chǎn)品的廠家也是少之又少。然而這些電磁爐的結(jié)構(gòu)性能比起豐富多彩的外觀設(shè)計(jì)稍有遜色。(4)技術(shù)上的停滯不前由于國(guó)內(nèi)電磁爐尚未完全步入完全的成熟期，就開始了不正常的價(jià)格戰(zhàn)，導(dǎo)致各品牌沒有很好地在技術(shù)上鉆研，將精力都投放在成本的降低方面，導(dǎo)致技術(shù)上一時(shí)間內(nèi)沒有稱雄的霸主出現(xiàn)。其中，各個(gè)家電廠家紛紛通過專業(yè)的技術(shù)搶占市場(chǎng)。從電磁爐在國(guó)內(nèi)開始銷售到2008年，我國(guó)電磁爐行業(yè)幾十年來沒有任何的標(biāo)準(zhǔn)可以依靠。近兩年來國(guó)家大力扶持農(nóng)民，推出“家電下鄉(xiāng)”政策。(2)功率越做越大，市場(chǎng)越分越細(xì)隨著微處理器引入電磁爐的控制系統(tǒng)，智能控制理論的應(yīng)用，以及微處理器的日趨強(qiáng)大。多功能復(fù)合型電磁爐將會(huì)越來越被廣大消費(fèi)者接納。. 本課題的主要內(nèi)容本文設(shè)計(jì)的電磁爐是民用的小功率的廚房電氣設(shè)備。電磁爐加熱的原理：當(dāng)線圈中通過高頻電流時(shí)，線圈周圍產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)，在高頻交變磁場(chǎng)的作用下，鐵質(zhì)鍋底中產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流，鍋底迅速釋放出大量的熱量，達(dá)到加熱目的。第二章 電磁爐感應(yīng)加熱原理2..1概述1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，內(nèi)容為：當(dāng)一個(gè)回路中的電流變化時(shí)，它附近的另外一個(gè)閉合回路中就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。感應(yīng)加熱有很多優(yōu)點(diǎn)：由于被加熱物體和加熱設(shè)備之間根本沒有電氣接觸，所以避免了許多電氣事故的發(fā)生；在很短的時(shí)間內(nèi)可以產(chǎn)生足夠大的能量，因而可以得到很高的能量密度。感應(yīng)加熱的過程可簡(jiǎn)單地描述為：根據(jù)安培定則，線圈中通過交變電流時(shí)周圍會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，當(dāng)一個(gè)導(dǎo)體放入這個(gè)交變的磁場(chǎng)中時(shí)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和集膚效應(yīng)，在導(dǎo)體的表面會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），由于電流的熱效應(yīng)而產(chǎn)生熱量。I。在感應(yīng)加熱設(shè)備中存在三個(gè)效應(yīng)：集膚效應(yīng)、臨近效應(yīng)和圓環(huán)效應(yīng)。圓環(huán)效應(yīng)：若將交流電通過圓環(huán)形線圈時(shí)，最大電流密度出現(xiàn)在線圈導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)，這種現(xiàn)象稱為圓環(huán)效應(yīng)。當(dāng)電流和感應(yīng)電流相互靠攏時(shí)，線圈和工件表現(xiàn)出臨近效應(yīng)，結(jié)果聚集在線圈內(nèi)側(cè)表面，電流積聚在工件的外表面。工程上規(guī)定，該處到表面的距離△稱為電流透入深度。將和的數(shù)值代入，即可得公式： (28)從上式可以看出，當(dāng)材料電阻率、相對(duì)磁導(dǎo)率給定后，透入深度△僅與頻率平方根成反比，此工件的加熱厚度可以方便地通過調(diào)節(jié)頻率來加以控制。當(dāng)前在冶金和制造方面，感應(yīng)加熱主要用于淬火、透熱、釬焊和燒結(jié)等場(chǎng)合。由整流電路將50/60Hz的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓（ACDCAC、交流直流交流），再經(jīng)過控制電路將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為20～35KHz的高頻電壓，高速變化的電流流過線圈產(chǎn)生高速變化的磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線通過金屬器皿底部金屬體內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使器皿本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱器皿內(nèi)的東西，達(dá)到用戶使用的結(jié)果[6]。一般來講,器皿一般是用鋼質(zhì)、鐵質(zhì)材料來加熱，鋁、銅由于表面電阻率太小，而不易被加熱，陶瓷、木等又由于表面電阻率太大，使產(chǎn)生電流太小，所以也不易被加熱。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。（a）[t0,t1]階段（a）[t1,t1a]階段（c）[t1a,t2]階段 （d）[t2,t3]階段圖25各工作階段的等效電路 The equivalent circuit of the session(1)主開關(guān)導(dǎo)通階段按主開關(guān)零電壓開通的特點(diǎn)， 時(shí)刻，主開關(guān)上的電壓，則Cr上的電壓。流過IGBT的電流與流過L*的電流相等。流過R*形成了功率輸出，流過L*而儲(chǔ)存了能量。(2)諧振階段 IGBT關(guān)斷之后，L*和Cr相互交換能量而發(fā)生諧振，同時(shí)在R*上消耗能量，形成功率輸出。由上面的結(jié)果可以看到，當(dāng)IGBT關(guān)斷之后，和呈現(xiàn)衰減的正弦振蕩， 是與的疊加，它呈現(xiàn)以為軸心的衰減正弦振蕩，其第一個(gè)正峰值是加在IGBT上的最高電壓。然后，Cr開始釋放能量，使反向流動(dòng)，一部分消耗在R*上，一部分轉(zhuǎn)變成磁場(chǎng)能。當(dāng)，即時(shí)，二極管D開始導(dǎo)通，使Cr左端電位不能再下降而箝位于0。因此，是零電壓開通。第三章 電磁爐的設(shè)計(jì)方案電磁爐實(shí)現(xiàn)的功能要求如下:電磁爐上電時(shí)，蜂鳴器響一聲，進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。不同火力的檔位，輸出的功率是不同的。(2)定溫功能定溫溫度有6檔，由高到氏分別為240176。C，100176。若溫度低于下限則打開加熱脈沖，以最高火力檔加熱。定時(shí)時(shí)間到后，電磁爐自動(dòng)關(guān)機(jī)。(5)報(bào)警功能當(dāng)開機(jī)時(shí)，微電腦不斷的檢測(cè)電磁爐的工作狀況，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，將發(fā)生報(bào)警。數(shù)碼管顯示EZ。延時(shí)時(shí)間將據(jù)開機(jī)時(shí)的環(huán)境溫度(用I