【正文】 耳熱為： (25)式中：一感應電流有效值(A) 一工件電阻() 一時間(S)感應加熱與其他的加熱方式（燃氣加熱、電阻絲加熱）不同，它把電能直接送到工件內(nèi)部變成熱能而將工件加熱，而其他的加熱方式是先加熱工件表面，然后通過熱傳導加熱內(nèi)部。感應電勢和發(fā)熱功率不僅與頻率和磁場強度有關，而且與工件的截面大小、截面形狀有關，還與工件本身的導電、導磁等特性有關。集膚效應：當交流電通過導體時，沿導體截面上的電流分布是不均勻的，最大電流密度出現(xiàn)在導體的表層，這種電流積聚現(xiàn)象稱為集膚效應。當兩根導體流過的電流是反方向時，最大電流密度出現(xiàn)在導體內(nèi)側(cè)；當兩根導體流過的電流是同方向時，最大電流密度出現(xiàn)在導體外側(cè)。感應加熱電源就是綜合利用這三種效應的設備。這兩個電流方向相反，情況與兩根平行母線流過方向相反的電流相似。這時線圈本身表現(xiàn)為圓環(huán)效應，工件本身表現(xiàn)為集膚效應。由電磁場理論可以推導，工件中產(chǎn)生渦流由于集膚效應，沿橫截面由表面至中心按指數(shù)衰減。由于渦流產(chǎn)生的熱量與渦流的平方成正比，因此由表面至芯部熱量下降速度要比渦流下降速度快得多，可以認為(85%90%)的熱量集中在厚度為△的薄層內(nèi)。m)，—真空磁導率，—工件磁導率(H/m)，—工件相對磁導率，—角頻率(rad/s)，f —頻率(HZ)。頻率越高，工件的加熱厚度就越薄。感應加熱的最大特點是將工件直接加熱，其優(yōu)點是工人勞動條件好，工件加熱速度快，溫度容易控制，加熱過程中不會混入雜質(zhì)及金屬燒損等，因此應用的比較廣泛。現(xiàn)代先進的半導體制造技術使得電力電子開關器件可以工作在越來越高的頻率，功能越來越強大，體積越來越小，成本越來越低。電磁爐是利用電磁感應原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的工作原理。圖22電磁感應加熱的基本過程 The basic process of electromagnetic induction heating圖22是電磁感應加熱的基本過程，至少需要整流單元、功率開關管、功率開關管驅(qū)動控制單元、加熱線圈單元及鍋具等部件。它將市電整流濾波后得到的脈動直流轉(zhuǎn)換為高頻電流，通過加熱線圈建立高頻磁場，磁力線經(jīng)線圈與金屬器皿底部構成的磁回路穿透爐面作用于鍋底，利用小電阻大電流的短路熱效應產(chǎn)生熱量，在鍋底形成渦流而發(fā)熱，起到加熱器皿中的食物的作用。[16][8]電磁爐的主電路如圖23所示，市電經(jīng)橋式整流器變換為直流電，再經(jīng)電壓諧振變換器變換成頻率為20～35kHz的交流電。圖23 電磁爐的主電路 The main circuit of induction電磁爐的加熱線圈盤與負載鍋具可以看作是一個空心變壓器，次級負載具有等效的電感和電阻，將次級的負載電阻和電感折合到初級，可以得到圖24所示的等效電路。圖24 電磁爐主電路等效電路 Equivalent circuit of the main circuit induction cooker電磁爐主電路的工作過程可以分成3個階段，各階段的等效電路如圖25所示。時序波形如圖26所示。如圖25（a）所示，主開關開通后，電源電壓加在R*及L*支路和Cr兩端。電流僅從R*及L*支路流過。由圖25（a）得式29。可見，按照指數(shù)規(guī)律單調(diào)增加。到達時刻，IGBT關斷，達到最大值。換向開始流入Cr，但Cr兩端的電壓不能突變，因此，IGBT為零電壓關斷。等效電路如圖25（b）及圖25（c）所示，我們也將其分為兩個階段來討論。圖26 主要波形 Main waveforms由圖25（b）、,圖25（c）的等效電路圖可得式（211）方程組：（211）由初始條件，解微分方程組（211）并代入初始條件，可得下列結果： （212） （213） （214） （215）IGBT上的電壓： （216）式中： 為衰減系數(shù)；為電磁爐諧振頻率；為衰減振蕩角頻率；是由電路的初始狀態(tài)和電路參數(shù)決定的初相角，是僅由電路參數(shù)決定的滯后于的相位角。首先是L*釋放能量，Cr吸收能量，正向流動，部分能量消耗在R*上。這時Cr開始放電，L*吸收能量，當時，Cr的能量釋放完畢，L*又開始釋放能量，一部分消耗在R*上，一部分向Cr充電，使反向上升，如圖26所示。在接近0之前，之時，達到負的最大值。由于Cr左端的電位被電源箝位于，故右端電位不斷下降。于是，不再變化，充電結束。這時，在主控制器的控制下，主開關開始導通。(3) 電感放電階段 如圖25(d)所示，可得方程：初始條件為：。在即時，主開關已經(jīng)開通，在電源的激勵下，又從0開始正向流動，重復階段的過程。關機狀態(tài)下，沒有任何顯示，沒有加熱的脈沖，也沒有任何檢測、報警功能。(1)加熱功能加熱火力分為6檔，由低到高分別為: 保溫、煎、煮、炸、炒。對應的功率分別設為2000W，1800W，1500W，1200W，900W,間歇。對應的功率可根據(jù)用戶的需要再增加或減少。C，210176。C ，140176。C，60176。溫度控制均為上、下限控制，每5秒鐘控制一次，若溫度高于上限則關斷加熱脈沖。定溫溫度檔數(shù)可根據(jù)用戶需要再增加或減少。開機后定時時間為120分鐘，按定時鍵可調(diào)整定時時間，定時時間以5分鐘為一檔遞增或遞減。(4)無鍋檢測當爐臺上無鍋時，電磁爐可自動檢測，此時顯示全滅，每2秒蜂鳴器響一次，電源指示燈閃爍一次，持續(xù)30秒后(蜂鳴器響15次)，自動關機。當電磁爐處于關斷加熱脈沖時(如定溫溫度己超過上限)，無鍋檢測將失效。報警時，蜂鳴器響一次，發(fā)光二極管全亮，數(shù)碼管高位顯示E，低位顯示報警弓t，持續(xù)5秒后自動關機。IGBT超溫、IGBT傳感器開路報警IGBT溫度過高或IGBT溫度傳感器開路報警。當環(huán)境溫度低于零下負30度時，將會誤判為傳感器開路報警。開機后，將延時一段時間，再進行鍋底溫度傳感器斷路檢測。若環(huán)境溫度小于0度，則延時時間隨著環(huán)境溫度的降低而增加，最大延時時間為9分鐘。負荷電流過大報警若負荷電流過大，則報警，數(shù)碼管顯示E4。當風扇受阻(如有異物進入長住風扇)，或風扇電機線圈斷路，或匝間短路時報警，數(shù)碼管顯示ES。操作面板如31所示。在圖31中，從左至右按鍵為“定溫”“定時”“滑動”“火力”“開關”“童鎖”。(3)調(diào)節(jié)滑條：用于檔位的調(diào)整，向右滑動增加檔位，向左滑動時減小檔位，共6個檔位；也用于定時時間的調(diào)節(jié)，向右滑動時，059增加循環(huán)調(diào)節(jié)分鐘，向左滑動時，03增加循環(huán)調(diào)節(jié)小時。(5)童鎖鍵：在非關機狀態(tài)下按“童鎖”鍵，童鎖功能燈亮，進入童鎖狀態(tài)；在童鎖狀態(tài)按下只響應開關鍵和童鎖鍵，其中開關鍵短按即可響應，童鎖鍵需長按3S解鎖。(2)關機狀態(tài)： “開關”燈閃爍（1Hz），數(shù)碼管滅，其它LED燈熄滅。(3)定溫功能：在待機狀態(tài)下，按下“定溫”鍵，蜂鳴器響一聲，進入定溫功能；定溫指示燈長亮，默認定溫為第4檔，數(shù)碼管顯示 “180`C ”，檔位LED顯示對應火力檔 位（火力檔位LED共有18個燈，三個燈為一組，共6組，對應6檔火力）。在定溫狀態(tài)下按“開/關”可以關機。表31溫度表Table 31 檔位123456數(shù)碼管顯示60`100`140`180`210`240`對應功率W9009001200150018002000(4)火力功能：在待機狀態(tài)下，按下“火力”鍵，蜂鳴器響一聲，進入火力功能；火力指示燈長亮，默認火力為第6檔，數(shù)碼管顯示 “6 ” ，檔位LED顯示對應火力檔 位。在火力狀態(tài)下無按鍵操作時，2小時自動關機進入關機狀態(tài)。當定時時間設定為“00：00”時，閃爍10S后，取消定時，回到默認功能時間2小時。電磁爐控制系統(tǒng)設計包括硬件設計和軟件設計兩大部分。軟件部分則是完成電磁爐上述功能的關鍵，是設計的關鍵部分，也可以說是“靈魂’。所以，電磁爐控制系統(tǒng)的設計既要有合理的硬件資源，還要有一套可靠的軟件系統(tǒng)作為支持。電磁爐的感應加熱原理如前所述，電磁爐硬件部分主要包括以下幾個方面:1)：整流部分(ACDC)，包括三相不可控整流橋、LC濾波電路、電壓電流檢測電路等。3)：諧振槽路及負載電路部分，包括加熱線圈盤、鍋具等。電磁爐的硬件組成框圖如圖32示。圖32電磁爐硬件構成框圖 Induction hardware structure diagram電磁爐的軟件部分采用模塊化程序設計思想。最后，將所有功能模塊連接在一起，完成整個控制系統(tǒng)程序的設計[28]。主程序是電磁爐控制系統(tǒng)的總體程序，它負責整個控制系統(tǒng)中各個模塊程序的協(xié)調(diào)運行，是電磁爐控制系統(tǒng)的核心程序。定時器中斷服務程序是定時執(zhí)行的，主要是為主程序服務的，包括提供良好的人機界面，為主程序提供狀態(tài)轉(zhuǎn)換及定時數(shù)據(jù)，以及實現(xiàn)各種需要計時、定時控制的功能等等。但定時中斷服務程序提供數(shù)據(jù)給主程序，是為了協(xié)助主程序?qū)崿F(xiàn)電磁爐的某些功能。主程序提供數(shù)據(jù)給后臺，是輔助性的，是為了更好地幫助自已實現(xiàn)電磁爐的功能服務的。(3) 在中斷服務程序中，也可以單獨實現(xiàn)一些需要周期性控制的功能。主程序和定時器中斷服務程序包含的主要子程序分別如圖33圖34示。電路開始通電。電磁爐的保險絲是個保護裝置，在更換的過程中要選用同型號的更換。過大保護失去作用）。RZ1是壓敏電阻，作用是為了防止市電輸入電壓過高而損壞電磁爐，其外型像瓷片電容（藍色）。在維修過程中，更換時，要選合適的型號對號入座。該電容的容量通常為2uF—5 uF。圖41 交流輸入電路 AC input circuit220V的交流電引入后，需要經(jīng)過整流橋進行整流。BG1是個大電流高耐壓器件，其規(guī)格為20A\800V。一定要用同型號或比它更大電流高耐壓的整流器（外觀、管腳、接口相同）替換。作用是把整流出來的直流脈動成分濾去，使輸出波形更加平滑。此電容容量變值時（變小），直流輸出300V電壓會明顯下降，當C4沒有容量時，也會導致燒IGBT，維修時要特別注意。當開關管導通時，+300V經(jīng)加熱線圈、開關管以大電流給加熱線圈充電，電能轉(zhuǎn)化為加熱線圈中的電磁能。如此大的工作電流，選擇合適的開關管才能安全穩(wěn)定地工作。將場效應管與大功率達林頓管有機地結合的IGBT管，將場效應管作為推動管，大功率大功率管作為輸出管,在高電壓、大電流狀態(tài)下長期安全工作，并表現(xiàn)出極好的開關特性，輸出功率可達1000W以上。圖43 是電磁爐高頻振蕩電路CNCN4（接上線盤）與CIGBT1組成一個高頻振蕩電路（振蕩頻率一般為20KHz — 40KHz之間）。因此線盤的電感量和電容的容量要根據(jù)功率來確定。IGBT是電磁爐的核心部件，采用西門子公司公司H20R1202（型號），其擊穿燒壞后維修一定要用同樣的型號更換（因為參數(shù)、溫升有些不同,可能會第二次出現(xiàn)故障）。維修時，當IGBT擊穿燒壞，也要對其進行檢測，正常后才可以更換IGBT。圖43高頻振蕩電路 Highfrequency oscillator circuit4..4電源電路[22]電磁爐的風扇、IGBT的驅(qū)動電路、集成電路想要正常的工作就需要有一定的直流電壓提供能量。圖44 直流電源電路 DC power supply circuit市電（交流220V）經(jīng)DD2整流。（此電容是諧振電容），U2芯片開始工作，場效應管進入開關狀態(tài)（場效應在芯片內(nèi)部）。C12是用于提高整流性能，以防高頻干擾。經(jīng)過高頻變壓器的初級繞組后（為+5V準備），LE5組成倒L型濾波電路（高頻脈動成分濾去）輸出相對平滑的直流電，為風機供電。為IGBT驅(qū)動供電。D7為保護二極管。由于變壓器初級有高頻脈動成分，次級耦合也有高頻脈動成分。三端穩(wěn)壓集成內(nèi)部結構（略）。經(jīng)EC11濾波后為主芯片、保護電路、控制板供電。如圖45所示，在電路工作時（接上線盤）IC1的第3管腳發(fā)出一個脈沖信號控制Q4（在這里當數(shù)字電路中的開關作用）。Q2基極因是低電平而截止，在集電極輸出高電平，來控制3。Q3因為是PNP型三極管，導通與截止跟NPN型相反。其輸出還是高電平。因為是脈沖信號，輸入很快變?yōu)榈碗娖搅耍?。?jīng)同步電路分壓后，又有一個信號（稱為檢鍋信號）經(jīng)C30電容（因電容通高頻阻低頻特性）進入Q2的基極。DD9是鉗位二極管。R41為下拉電阻。設定不同的火力時，IGBT的截止與導通時間比例不同。由于電感線圈中的電流不能突變，流過IGBT的C、E極間電流逐漸增大。當IGBT截止時，線盤中的感應電動勢極性立即變?yōu)镃N3“－”CN4 “＋”，線盤經(jīng)C5充電，接著C5對線盤放電。加在IGBT的C、E極上的電壓非常高，在這個期間，要確保IGBT可靠截止。按以上的情況，要使IGBT工作狀態(tài)與線盤的狀態(tài)保持協(xié)調(diào)，也就是說要IGBT導通與截止，跟線盤狀態(tài)保持一致。如圖47所示。RR1R1，負電壓經(jīng)RRR3R3R1R1（以上是線盤沒有工作情況下電壓）。用來檢知線盤工作時的峰值。圖46同步電路 Synchronization circuitCPU控制FAN端口輸出高電平，使Q5三極管導通，18V電壓加在風扇兩端經(jīng)過Q5到地，使風扇運轉(zhuǎn)，當FAN輸出低電平時，Q5截止，風扇停止工作。它的作用是排出爐內(nèi)熱氣：將IGBT及整流橋緊貼在散熱片上，利用風扇運轉(zhuǎn)，通過電磁爐外殼上的進、出風口形成的氣流將散熱片上的熱及線盤等零件工作時所產(chǎn)生的熱，加