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电磁炉电路的工作原理 - wei.neng的日志 - 网易博客

2010-03-26  浅墨微澜

电磁炉电路的工作原理

 

 

     电磁炉作为一种新型灶具,在家庭厨具中已得到广泛使用。电磁炉是采用磁场感应涡流加热原理,它利用电流通过线圈产生磁场,当磁场内磁力线通过铁质锅的底部时,磁力线被切割,会产生无数小涡流,使铁质锅自身迅速发热,直接加热于锅内食物, 由于没有热传导损耗,因此热效率极高,当磁场内磁力线通过非铁质物体时,磁力磁并不受干扰,不会产生涡流,也就不会产生热量,而炉面本身并不发热,因此不会烧伤人体,使用起来安全性极高,是一种绿色厨具。

 

一、电路原理 .

   电磁炉的电路是由变流电路、振荡、驱动电路和保护、报警等电路组成。

1、变流电路

    电磁炉的变流电路包括:主电源、主回路(感应加热线圈和谐振电容器组成的并联振荡回路)和功率开关管组成。其原理电路如下图所示。

    市电(50Hz、220V)经主电源电路的UR桥式整流,LC(L1和C。)滤波后,输出高压直流,加到主回路和功率开关管VTk的两端。VTk在驱动脉冲信号的作用下处于“饱和导通”和“截止”的开关工作状态中。

    当VTk导通时:在高压直流电源作用下,流过加热线圈L中的电流iL(t)逐渐增大。

    当VTk截止时;由于VTk关断,iL(t)对电容器C充电、Uc(t)不断增大;当iL(t)=0时,C对L放电;当Uc(t)=0时,iL(t)又对C反向充电;当iL(t)=0时,C又对L反向放电。从而在主回路中引起振荡。由于负载(锅具)在L C回路中的折合阻抗存在着损耗(这一损耗就是用来起加热作用的能量),所以振荡是衰减振荡。本电路应满足二阶动态电路的欠阻尼状态条件,且应将VTk的触发驱动脉冲所加到的时刻调整好。VTk的触发驱动脉冲信号的连续作用控制下,重复上述的过程控制。从而,主回路实现了“交流”这一核心工作。iL(t)的波形如下图示。

 

    图中,tl为VTk饱和导通时间;t2为VTK截止时间;t2为高额据荡周期。由于感应加热线圈含有磁芯,且磁通密度较大,工作于非线性区;因此,iL(t)为非正弦周期波。

 

 

    由于变流电路处于高频、大电流工作状态,VTK元件上还要承受很高的电压,所以对VTK功率开关管提出很高的要求。相应地,对触发驱动电路提出如下要求:①提供大的触发驱动电流,对VTK进行强触发;②提供VTK所储存的电荷的的泄放电路。为了保障电气线路的安全、可靠工作,还必须设置灵敏、可靠的保护电路以及报警电路。

2、振荡、驱动电路

    ①振荡电路  它是用来产生矩形脉冲信号。通常选用555或556时基电路,其工作频率和脉宽占空比可调,以控制功率开关管的导通与截止时间,从而控制电磁炉的输出功率。也有通过调节单位时间内矩形脉冲的个数,以控制功率开关管的导通与截止时间,从而控制电磁灶的输出功率的。

    ②驱动电路  驱动电路用来放大矩形脉冲、提供大的驱动电流,以对功率开关管进行强触发并提供功率开关管在饱和导通时储存的电荷以加速其瞬间转入截止的泄放电路,一般有多种电路予以实现。但应注意:为提供“泄放通路”,在密动电路的末级采用互补电路——由PNP晶体管和NPN晶体管构成。驱动电路的末经应采用功率较大的开关管。

3.保护电路、报警电路

    从电磁炉电气框图可见,它是一个较复杂的电气系统,而且工作于高频、高电压、大电流的状态下。当电网电压波动过大,电磁灶的工作条件或工作环境等因素发生异常变化时,会发生功率开关管、感应加热线圈、谐振电容器或其它电子元器件的损坏等意外事故。为此,必须针对这些情况,采取电路自动保护措施。对于电磁炉,一般采用的保护电路有:过电压保护、过电流保护、过热保护、欠电压保护、负载和小件异物的检测保护等五种保护措施。保护电路的方案和形式有不少。一般是针对上述五种保护措施分别设置取样元件(如互感器、热敏电阻元件,、电阻元件等),分别取样保护信号,送至相应的保护电路中去跟所设置的正常工作时的基准信号进行比较,当有差异,需要进行自动保护动作时,即通过或门电路输出保护信号,再送至振荡电路使之停止振荡,从而停止产生矩形脉冲触发信号,使功率开关管因无触发驱动信号而停止工作,使电磁炉停止变流工作,而达到自动保护的目的。同时,保护电路产生信号推动报警电路工作、使蜂鸣器(或喇叭等)发出报警声、促使使用者采取处理措施。

    此外,电磁灶还设置保险丝,使得在最严重状态时。让故障电流熔断保险丝,以切断外

源,进行保护,防止灾害事故。这里,值得一提的是,一般功率开关管的极限温度为75℃,感应加热线圈的极限温度是90℃。

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