电磁炉培训教材(技术类)

deeper电磁炉（技术类）培训课件保障中心成就员工价值创造共同事业EstatemanagementfoundationAccountant课程目标：12学习电磁炉的基础知识熟知电磁炉的工作原理3掌握电磁炉的维护保养方法12认识电磁炉的主要部件目录3认知电磁炉的加热原理（思考题）4发热线圈的充放电分析5电磁炉的电路图6辅助电路略解名词解释7电磁炉典型故障分析8电磁炉的维保知识名词解释IGBT:绝缘栅双极晶体管(IusulatedGateBipolarTransistor)简称IGBT,是一种集BJT的大电流密度和MOSFET等电压激励场控型器件优点于一体的高压、高速大功率器件。IGBT激励电路：振荡电路输出幅度约4.1V的脉冲信号,此电压不能直接控制IGBT(Q1)的饱和导通及截止,所以必须通过激励电路将信号放大。PWM调制电路：能够产生占空比连续可调方波信号的电路。认识电磁炉的主要部件发热线圈：加热线圈又称为发热线圈，但它不发热，而是高频谐振回路中的一个电感，严格地说是称为高频谐振线圈。外形为圆盘形，是由多股漆包线绞合后以同心圆方式由内到外绕27~33匝而成，中心安装有感温器支架用以安装热敏电阻，加热线圈的下面安装有多根磁条，用以会聚磁力线，减少磁力线外泄，如图所示。思考题：发热线圈为何用多股漆包线绞合制成？认识电磁炉的主要部件IGBT与功率MOSFET相比具有以下特点：1.电流密度大,是MOSFET的数十倍。2.输入阻抗高,栅驱动功率极小,驱动电路简单。3.低导通电阻。在给定芯片尺寸和BVceo下,其导通电阻Rce(on)不大于MOSFET的Rds(on)的10%。4.击穿电压高,安全工作区大,在瞬态功率较高时不会受损坏。5.开关速度快,关断时间短,耐压1kV~1.8kV的约1.2us、600V级的约0.2us,约为GTR（GiantTransistorGiant双极型高反压大功率晶体管）的10%,接近于功率MOSFET,开关频率直达100KHz,开关损耗仅为GTR的30%。IGBT将场控型器件的优点与GTR的大电流低导通电阻特性集于一体是极佳的高速高压半导体功率器件。电磁炉的发热原理电磁炉是采用磁场感应涡流原理，它利用高频的电流通过发热线圈，从而产生无数封闭磁场力，当磁场那磁力线通过导磁(如:铁质锅)的底部，既会产生无数小涡流(一种交变电流，家用电磁炉使用的是15－30KHZ的高频电流)，使锅体自行高速发热，然后再加热锅内食物。对于电磁炉的发热原理我们可以这样简单的理解：锅和电磁炉内部发热线圈盘组成一个高频变压器，发热线圈是变压器初级，次级是锅。当内部初级发热线圈盘有交变电压输入时，必然在次级锅体上产生感应电动势，感应电压通过锅体自身的电阻发热（所以锅本身也是负载），产生热量。假如：当内部初级发热盘有交变电压输入，若次级及负载（锅）不存在，则输出功率将非常低？当然在实际电路中，我们必须要很快的检测到此功率的变化，并将输出到发热线圈盘的交变电流关断。问题思考1.你所知道的什么材质的锅适用于电磁炉？2.通过电磁炉知识的学习，请简答不锈钢、铜铝材质的平底锅为何不适合电磁炉？3.用你所学的知识解释：电磁炉在没锅的情况下开启，对电磁炉来说意味着什么？电磁炉的主回路框图市电IGBT漏极发热盘加热锅底市电整流滤波电磁炉主回路的工作原理当220V交流电经DB1桥堆整流、L2和C2滤波后，形成+300V左右的直流电压，经线圈L1加到IGBT的漏极上，当开关脉冲高电平到达IGBT的栅极时，IGBT导通，内阻很小，电流由DB1的“+”--L1--L2--IGBT漏极--源极--地---DB1的“—”极，把电能转化成磁能储存在加热线圈中。当开关脉冲低电平到达IGBT的栅极时，IGBT截止，由于L1线圈中的电流不能突变，只能通过C3放电，即给C3充电，把磁场能转化成电场能，随后电容C3又向L1放电，如此周而复始，形成谐振，直到下一个开关脉冲高电平到达IGBT的栅极时，又重复上述过程。L1线圈产生的高频磁场，于是在铁质平底锅底便产生了强大的涡流，锅底迅速发热，加热结圈中的电磁能转化成为热能。发热线圈充放电过程分析时间t1~t2时当开关脉冲加至Q1的G极时,Q1饱和导通,电流i1从电源流过L1,由于线圈感抗不允许电流突变.所以在t1~t2时间i1随线性上升,在t2时脉冲结束,Q1截止,同样由于感抗作用,i1不能立即变0,于是向C3充电,产生充电电流i2,在t3时间,C3电荷充满,电流变0,这时L1的磁场能量全部转为C3的电场能量,在电容两端出现左负右正,幅度达到峰值电压,在Q1的CE极间出现的电压实际为逆程脉冲峰压+电源电压,在t3~t4时间,C3通过L1放电完毕,i3达到最大值,电容两端电压消失,这时电容中的电能又全部转为L1中的磁能,因感抗作用,i3不能立即变0,于是L1两端电动势反向,即L1两端电位左正右负,由于阻尼管D11的存在,C3不能继续反向充电,而是经过C2、D11回流,形成电流i4,在t4时间,第二个脉冲开始到来,但这时Q1的UE为正,UC为负,处于反偏状态,所以Q1不能导通,待i4减小到0,L1中的磁能放完,即到t5时Q1才开始第二次导通,产生i5以后又重复i1~i4过程,因此在L1上就产生了和开关脉冲f(20KHz~30KHz)相同的交流电流。发热线圈充放电过程分析t4~t5的i4是阻尼管D11的导通电流,在高频电流一个电流周期里,t2~t3的i2是线盘磁能对电容C3的充电电流,t3~t4的i3是逆程脉冲峰压通过L1放电的电流,t4~t5的i4是L1两端电动势反向时,因D11的存在令C3不能继续反向充电,而经过C2、D11回流所形成的阻尼电流,Q1的导通电流实际上是i1。Q1的VCE电压变化:在静态时,UC为输入电源经过整流后的直流电源,t1~t2,Q1饱和导通,UC接近地电位,t4~t5,阻尼管D11导通,UC为负压(电压为阻尼二极管的顺向压降),t2~t4,也就是LC自由振荡的半个周期,UC上出现峰值电压,在t3时UC达到最大值。以上分析证实两个问题:一是在高频电流的一个周期里,只有i1是电源供给L的能量,所以i1的大小就决定加热功率的大小,同时脉冲宽度越大,t1~t2的时间就越长,i1就越大,反之亦然,所以要调节加热功率,只需要调节脉冲的宽度;二是LC自由振荡的半周期时间是出现峰值电压的时间,亦是Q1的截止时间,也是开关脉冲没有到达的时间,这个时间关系是不能错位的,如峰值脉冲还没有消失,而开关脉冲己提前到来,就会出现很大的导通电流使Q1烧坏,因此必须使开关脉冲的前沿与峰值脉冲后沿相同步。电磁炉的功能电路结构电磁炉围绕主回路和CPU共有15个辅助电路组成，可分为功能电路和保护电路等。振荡电路、IGBT激励电路、PWM脉宽调制电路、同步电路、加热控制电路、VAC检测电路、电流检测、VCE检测、浪涌电压检测、过零检测、锅温检测、散热系统温度检测、辅助电源、报警电路电磁炉电路图辅助电路略解振荡电路：当G点有Vi输入时、V7OFF时(V7=0V),V5等于D12与D13的顺向压降,而当V6V5之后,V7由OFF转态为ON,V5亦上升至Vi,而V6则由R56、R54向C5充电。(2)当V6V5时,V7转态为OFF,V5亦降至D12与D13的顺向压降,而V6则由C5经R54、D29放电。(3)V6放电至小于V5时,又重复(1)形成振荡。“G点输入的电压越高,V7处于ON的时间越长,电磁炉的加热功率越大,反之越小”IGBT激励电路：振荡电路输出幅度约4.1V的脉冲信号,此电压不能直接控制IGBT(Q1)的饱和导通及截止,所以必须通过激励电路将信号放大才行,该电路工作过程如下:(1)V8OFF时(V8=0V),V8V9,V10为高,Q8和Q3导通、Q9和Q10截止,Q1的G极为0V,Q1截止。(2)V8ON时(V8=4.1V),V8V9,V10为低,Q8和Q3截止、Q9和Q10导通,+22V通过R71、Q10加至Q1的G极,Q1导通。PWM脉宽调制电路：CPU输出PWM脉冲到由R6、C33、R16组成的积分电路,PWM脉冲宽度越宽,C33的电压越高,C20的电压也跟着升高,送到振荡电路(G点)的控制电压随着C20的升高而升高,而G点输入的电压越高,V7处于ON的时间越长,电磁炉的加热功率越大,反之越小。“CPU通过控制PWM脉冲的宽与窄,控制送至振荡电路G的加热功率控制电压，控制了IGBT导通时间的长短,结果控制了加热功率的大小”。辅助电路略解同步电路：R78、R51分压产生V3,R74+R75、R52分压产生V4,在高频电流的一个周期里,在t2~t4时间(图1),由于C3两端电压为左负右正,所以V3V4,V5OFF(V5=0V)振荡电路V6V5,V7OFF(V7=0V),振荡没有输出,也就没有开关脉冲加至Q1的G极,保证了Q1在t2~t4时间不会导通,在t4~t6时间,C3电容两端电压消失,V3V4,V5上升,振荡有输出,有开关脉冲加至Q1的G极。以上动作过程,保证了加到Q1G极上的开关脉冲前沿与Q1上产生的VCE脉冲后沿相同步。加热控制电路：当不加热时,CPU19脚输出低电平(同时13脚也停止PWM输出),D18导通,将V8拉低,另V9V8,使IGBT激励电路停止输出,IGBT截止,则加热停止。(2)开始加热时,CPU19脚输出高电平,D18截止,同时13脚开始间隔输出PWM试探信号,同时CPU通过分析电流检测电路和VAC检测电路反馈的电压信息、VCE检测电路反馈的电压波形变化情况,判断是否己放入适合的锅具,如果判断己放入适合的锅具,CPU13脚转为输出正常的PWM信号,电磁炉进入正常加热状态,如果电流检测电路、VAC及VCE电路反馈的信息,不符合条件,CPU会判定为所放入的锅具不符或无锅,则继续输出PWM试探信号,同时发出指示无锅的报知信息(祥见故障代码表),如1分钟内仍不符合条件,则关机。报警电路：电磁炉发出报知响声时,CPU14脚输出幅度为5V、频率3.8KHz的脉冲信号电压至蜂鸣器ZD,令ZD发出报知响声。辅助电路略解VAC检测电路：AC220V由D1、D2整流的脉动直流电压通过R79、R55分压、C32平滑后的直流电压送入CPU,根据监测该电压的变化,CPU会自动作出各种动作指令:(1)判别输入的电源电压是否在充许范围内,否则停止加热,并报知信息(祥见故障代码表)。(2)配合电流检测电路、VCE电路反馈的信息,判别是否己放入适合的锅具,作出相应的动作指令(祥见加热开关控制及试探过程一节)。(3)配合电流检测电路反馈的信息及方波电路监测的电源频率信息,调控PWM的脉宽,令输出功率保持稳定。“电源输入标准220V1V电压,不接线盘(L1)测试CPU第7脚电压,标准为1.95V0.06V”。电流检测：电流互感器CT二次测得的AC电压,经D20~D23组成的桥式整流电路整流、C31平滑,所获得的直流电压送至CPU,该电压越高,表示电源输入的电流越大,CPU根据监测该电压的变化,自动作出各种动作指令:(1)配合VAC检测电路、VCE电路反馈的信息,判别是否己放入适合的锅具,作出相应的动作指令。(2)配合VAC检测电路反馈的信息及方波电路监测的电源频率信息,调控PWM的脉宽,令输出功率保持稳定。辅助电路略解VCE检测：将IGBT(Q1)集电极上的脉冲电压通过R76+R77、R53分压送至Q6基极,在发射极上获得其取样电压,此反影了Q1VCE电压变化的信息送入CPU,CPU根据监测该电压的变化,自动作出各种动作指令:(1)配合VAC检测电路、电流检测电路反馈的信息,判别是否己放入适合的锅具,作出相应的动作指令(祥见加热开关控制及试探过程一节)。(2)根据VCE取样电压值,自动调整PWM脉宽,抑制VCE脉冲幅度不高于1100V(此值适用于耐压1200V的IGBT,耐压1500V的IGBT抑制值为1300V)。(3)当测得其它原因导至VCE脉冲高于1150V时((此值适用于耐压1200V的IGBT,耐压15