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大功率电磁灶的各种保护电路

 玩梦书生 2012-03-29

大功率电磁灶的可靠性预计值MTBF(平均无故障工作时间)是在给定的电压、电流、功率、环境条件下定义的。为使理论值符合实际使用情况,电路设计时,采取了多种保护电路。附图是电磁灶部分主要电路。

  1.浪涌电压吸收
三相整流桥整流所得直流电压,经过大容量的电解电容C1、C2对电源中的各种尖峰和浪涌电压吸收后,供给Vl~V4 IGBT功率模块。由于VD5的隔离作用,C1、C2只吸收浪涌、尖峰电压,而高频回路电流经过C3旁路。

  2.电源的过电压保护
若AC380V中发生了持续时间较长的异常过电压,并上升至AC 600V以上时,高反压稳压二极管VD1~VD4击穿短路,用跳开关的办法保证功率管的安全。稳压管的并联接法是保证击穿时提供足够的短路电流。

  3.过流速断及过流保护
功率管V1~V4组成全桥电路。若加热线圈L中电流增大,或Vl~V4在某一时间内形成直通造成电源短路,互感器B2送出信号给控制电路。硬件电路先关闭激励脉冲使V1~v4截止,同时发信号至单片机,在单片机的引导下进行其他相应动作。产品调试时,实验中短接加热线圈L,再合上380V电源(开机)来验证过流保护功能。

  4.过热保护
在功率管的散热器上装有55℃的温控开关(可按需要选用其他型号的温控开关),若风扇损坏,环境温度较高时温控开关闭合,电磁灶停止输出(功率)。在感应加热线圈上,放置130℃的温控开关作感应线圈的过热保护。

  5.干烧保护
在微晶玻璃锅底置温控开关,以检测铁锅是否干烧,空锅干烧会使铁锅发暗红,而此时微晶玻璃温升还不高,而电磁灶作连续油炸操作时,微晶玻璃锅底上的温度会超过200℃,常用电流判别法实现干烧保护功能,解决油炸操作和干烧保护的矛盾。

  6.欠压、过压保护
当三相电压低于额定电压20%时,电源电压会低于额定值。功率管欠激励。易损坏功率管。因此用电压比较器设计断相、欠压保护电路。当三相电压太低时,立即关闭激勋脉冲,使电磁灶停止工作。当电源电压超过额定电压20%时。过压保护使电磁灶停止工作,过电压过去后3分钟,自动恢复工作。

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大功率电磁灶的可靠性预计值MTBF(平均无故障工作时间)是在给定的电压、电流、功率、环境条件下定义的。为使理论值符合实际使用情况,电路设计时,采取了多种保护电路。附图是电磁灶部分主要电路。

  1.浪涌电压吸收
三相整流桥整流所得直流电压,经过大容量的电解电容C1、C2对电源中的各种尖峰和浪涌电压吸收后,供给Vl~V4 IGBT功率模块。由于VD5的隔离作用,C1、C2只吸收浪涌、尖峰电压,而高频回路电流经过C3旁路。

  2.电源的过电压保护
若AC380V中发生了持续时间较长的异常过电压,并上升至AC 600V以上时,高反压稳压二极管VD1~VD4击穿短路,用跳开关的办法保证功率管的安全。稳压管的并联接法是保证击穿时提供足够的短路电流。

  3.过流速断及过流保护
功率管V1~V4组成全桥电路。若加热线圈L中电流增大,或Vl~V4在某一时间内形成直通造成电源短路,互感器B2送出信号给控制电路。硬件电路先关闭激励脉冲使V1~v4截止,同时发信号至单片机,在单片机的引导下进行其他相应动作。产品调试时,实验中短接加热线圈L,再合上380V电源(开机)来验证过流保护功能。

  4.过热保护
在功率管的散热器上装有55℃的温控开关(可按需要选用其他型号的温控开关),若风扇损坏,环境温度较高时温控开关闭合,电磁灶停止输出(功率)。在感应加热线圈上,放置130℃的温控开关作感应线圈的过热保护。

  5.干烧保护
在微晶玻璃锅底置温控开关,以检测铁锅是否干烧,空锅干烧会使铁锅发暗红,而此时微晶玻璃温升还不高,而电磁灶作连续油炸操作时,微晶玻璃锅底上的温度会超过200℃,常用电流判别法实现干烧保护功能,解决油炸操作和干烧保护的矛盾。

  6.欠压、过压保护
当三相电压低于额定电压20%时,电源电压会低于额定值。功率管欠激励。易损坏功率管。因此用电压比较器设计断相、欠压保护电路。当三相电压太低时,立即关闭激勋脉冲,使电磁灶停止工作。当电源电压超过额定电压20%时。过压保护使电磁灶停止工作,过电压过去后3分钟,自动恢复工作。

7.调功电位嚣(分线器)断线保护
若调节功率的分线器(因电位器长期使用不可靠,改用分线器)其连线发生松脱、断线的故障,用单片机设置功率限制电路,使功率输出仍在正常范围内。

  8.锅型识别
当非电磁灶专用的锅放到承锅面上时,只要电路安全,仍然能够加热,只是功率变小而已。若危害到电路安全的锅放到承锅面上,功率管会出现硬开关工作状态,或出现较大的无功电流。通过检测谐振频率,使电磁灶停止工作。

  9.电源过电压功率限制
电源电压超过额定电压,功率会随电压的平方上升,工作电流超过额定最大电流。过电压检测电路把经过隔离后检测出的正常过电压信号进行适当放大,把信号送到单片机的AD输入口,通过单片机指令,电磁灶工作电流下降,电磁灶的功率几乎不变。

  10.提锅瞬问保护
为满足中餐烹饪要求,在提锅和颠锅时不能停止加热,为了使电路的各项可靠性指标不发生变化。设计了提锅瞬间保护电路,以确保提锅瞬间和连续颠锅时功率管的波形无毛刺,且波形和幅值不发生变化。

11.有无锅的识别保护
操作中若灶面无锅,按10秒左右判断上面是否无锅,无锅自动关闭功率输出。一般出菜和刷锅时间在10秒以内,在此期间厨师可以不必再去操作开关。

  12.频率跟踪
为消除加热线圈电感量和谐振电容容量的误差、锅与线圈间距离的误差和铁材料厚度的误差等,导致谐振频率的变化,而设计了频率跟踪电路,使功率管工作在ZVS、ZCS状态。

  13.启动
不管调功电位器(分线器)的标度在什么位置,使用中的电磁灶每次提锅和颠锅后放上锅子,供电电源短暂停电。若再恢复供电,电磁灶有一个软启动过程,电流从lA缓缓增大到额定值,避免了电磁灶内部因电流冲击造成的应力和供电系统的电流冲击。

  14.电压电流裕量
采用全桥准谐振电路的5kW~8kW三相大功率电磁灶,其功率输出级的工作模式完全不同于家用电磁灶的工作模式。功率模块耐压1200V,耐压富裕量1.4倍。即使谐振电容变值、开路都不存在电压击穿功率管的可能性。家用电磁灶的耐压富裕量极小,约为额定值的0.1%~O.3%,一旦谐振电容变值、开路,会立即击穿功率管。

  家用电磁灶的电流裕量一般为额定值的0.5%左右,5kW~8kW三相大功率电磁灶用75A/1200V的IGBT做成全桥电路,平均值电流富裕量达额定值的1.4倍。

  15.加热线圈
进口的电磁灶用多股绞合的漆包线作加热线圈,漆包线耐温1500C,并规定电磁灶不允许油炸操作,即使如此规定,仍会发生加热线圈烧毁的故障。新型设计的三相大功率电磁灶的加热线圈,采用耐温500℃的高温导线绕制。高温导线的心线有二层玻璃纤维护套和一层云母带作绝缘,不会发生线圈匝间短路和线圈烧毁的故障。若采用多股绞合的漆包线,应包玻璃纤维后再绕制加热线圈,这样可加强线圈的匝间绝缘。尽管如此,还设置了线圈匝间短路保护电路,一旦线圈有匝间短路,电磁灶自动停止工作。

  16.加热线圈与380V主电路的隔离
三相大功率电磁灶的感应线圈与380V电源主回路,采用脉冲功率输出变压器Bl和隔直流谐振电容C5、C6的双重电气隔离。一旦操作不慎微晶玻璃意外破损, 380V主电源与感应线圈相互隔离,不会发生人员触电事故,大大提高了产品使用的安全性。

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