電磁爐工作原理=電路圖.doc
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電磁爐工作原理 簡介 1.1 電磁加熱原理 電磁灶是一種利用電磁感應原理將電能轉換為熱能的廚房電器。在電磁灶內部,由整流電路將 50/60Hz 的交流電壓變成直流電壓,再經過控制電路將直流電壓轉換成頻率為 20-40KHz 的高頻電壓,高速變化的電流流過線圈會產生高速變化的磁場,當磁場內的磁力線通過金屬器皿 ( 導磁又導電材料 ) 底部金屬體內產生無數的小渦流,使器皿本身自行高速發(fā)熱,然后再加熱器皿內的東西。 1.2 47 系列筒介 47 系列是由正夫人旗下中山電子技術開發(fā)制造廠設計開發(fā)的全新一代電磁爐 ,面板 有 LED 發(fā)光二極管顯示模式、 LED 數碼顯示模式、 LCD 液晶顯示模式、 VFD 瑩光顯示模式、 TFT 真彩顯示模式機種。操作功能有加熱火力調節(jié)、自動恒溫設定、定時關機、預約開 / 關機、預置操作模式、自動泡茶、自動煮飯、自動煲粥、自動煲湯及煎、炸、烤、火鍋等料理功能機種。額定加熱功率有 500W~3400W 的不同機種 , 功率調節(jié)范圍為額定功率的 90%, 并且在全電壓范圍內功率自動恒定。 200~240V 機種電壓使用范圍為 160~260V, 100~120V 機種電壓使用范圍為 90~135V 。全系列機種均適用于 50 、 60Hz 的電壓頻率。使用環(huán)境溫度為 -23 ℃ ~45 ℃。電控功能有鍋具超溫保護、鍋具干燒保護、鍋具傳感器開 / 短路保護、 2 小時不按鍵 ( 忘鉀機 ) 保護、 IGBT 溫度限制、 IGBT 溫度過高保護、低溫環(huán)境工作模式、 IGBT 測溫傳感器開 / 短路保護、高低電壓保護、浪涌電壓保護、 VCE 抑制、 VCE 過高保護、過零檢測、小物檢測、鍋具材質檢測。 47 系列須然機種較多 , 且功能復雜 , 但不同的機種其主控電路原理一樣 , 區(qū)別只是零件參數的差異及 CPU 程序不同而己。電路的各項測控主要由一塊 8 位 4K 內存的單片機組成 , 外圍線路簡單且零件極少 , 并設有故障報警功能 , 故電路可靠性高 , 維修容易 , 維修時根據故障報警指示 , 對應檢修相關單元電路 , 大部分均可輕易解決。 二、電磁爐工作原理分析 2.1 特殊零件簡介 2.1.1 LM339 集成電路 LM339 內置四個翻轉電壓為 6mV 的電壓比較器 , 當電壓比較器輸入端電壓正向時 (+ 輸入端電壓高于 - 入輸端電壓 ), 置于 LM339 內部控制輸出端的三極管截止 , 此時輸出端相當于開路 ; 當電壓比較器輸入端電壓反向時 (- 輸入端電壓高于 + 輸入端電壓 ), 置于 LM339 內部控制輸出端的三極管導通 , 將比較器外部接入輸出端的電壓拉低 , 此時輸出端為 0V 。 2.1.2 IGBT 絕緣雙柵極晶體管 (Iusulated Gate Bipolar Transistor)簡稱IGBT,是一種集BJT的大電流密度和MOSFET等電壓激勵場控型器件優(yōu)點于一體的高壓、高速大功率器件。 目前有用不同材料及工藝制作的 IGBT, 但它們均可被看作是一個MOSFET輸入跟隨一個雙極型晶體管放大的復合結構。 IGBT有三個電極(見上圖), 分別稱為柵極G(也叫控制極或門極) 、集電極C(亦稱漏極) 及發(fā)射極E(也稱源極) 。 從IGBT的下述特點中可看出, 它克服了功率MOSFET的一個致命缺陷, 就是于高壓大電流工作時, 導通電阻大, 器件發(fā)熱嚴重, 輸出效率下降。 IGBT的特點: 1.電流密度大, 是MOSFET的數十倍。 2.輸入阻抗高, 柵驅動功率極小, 驅動電路簡單。 3.低導通電阻。在給定芯片尺寸和BVceo下, 其導通電阻Rce(on) 不大于MOSFET的Rds(on) 的10%。 4.擊穿電壓高, 安全工作區(qū)大, 在瞬態(tài)功率較高時不會受損壞。 5.開關速度快, 關斷時間短,耐壓1kV~1.8kV的約1.2us、600V級的約0.2us, 約為GTR的10%,接近于功率MOSFET, 開關頻率直達100KHz, 開關損耗僅為GTR的30%。 IGBT將場控型器件的優(yōu)點與GTR的大電流低導通電阻特性集于一體, 是極佳的高速高壓半導體功率器件。 目前 458 系列因應不同機種采了不同規(guī)格的 IGBT, 它們的參數如下 : (1) SGW25N120---- 西門子公司出品 , 耐壓 1200V, 電流容量 25 ℃ 時 46A,100 ℃ 時 25A, 內部不帶阻尼二極管 , 所以應用時須配套 6A/1200V 以上的快速恢復二極管 (D11) 使用 , 該 IGBT 配套 10A/1200/1500V 以上的快速恢復二極管 (D11) 后可代用 SKW25N120 。 (2) SKW25N120---- 西門子公司出品 , 耐壓 1200V, 電流容量 25 ℃ 時 46A,100 ℃ 時 25A, 內部帶阻尼二極管 , 該 IGBT 可代用 SGW25N120, 代用時將原配套 SGW25N120 的 D11 快速恢復二極管拆除不裝。 (3) GT40Q321---- 東芝公司出品 , 耐壓 1200V, 電流容量 25 ℃ 時 42A,100 ℃ 時 23A, 內部帶阻尼二極管 , 該 IGBT 可代用 SGW25N120 、 SKW25N120, 代用 SGW25N120 時請將原配套該 IGBT 的 D11 快速恢復二極管拆除不裝。 (4) GT40T101---- 東芝公司出品 , 耐壓 1500V, 電流容量 25 ℃ 時 80A,100 ℃ 時 40A, 內部不帶阻尼二極管 , 所以應用時須配套 15A/1500V 以上的快速恢復二極管 (D11) 使用 , 該 IGBT 配套 6A/1200V 以上的快速恢復二極管 (D11) 后可代用 SGW25N120 、 SKW25N120 、 GT40Q321, 配套 15A/1500V 以上的快速恢復二極管 (D11) 后可代用 GT40T301 。 (5) GT40T301---- 東芝公司出品 , 耐壓 1500V, 電流容量 25 ℃ 時 80A,100 ℃ 時 40A, 內部帶阻尼二極管 , 該 IGBT 可代用 SGW25N120 、 SKW25N120 、 GT40Q321 、 GT40T101, 代用 SGW25N120 和 GT40T101 時請將原配套該 IGBT 的 D11 快速恢復二極管拆除不裝。 (6) GT60M303 ---- 東芝公司出品 , 耐壓 900V, 電流容量 25 ℃ 時 120A,100 ℃ 時 60A, 內部帶阻尼二極管。 (7) GT40Q323---- 東芝公司出品 , 耐壓 1200V, 電流容量 25 ℃ 時 40A,100 ℃ 時 20A, 內部帶阻尼二極管 , 該 IGBT 可代用 SGW25N120 、 SKW25N120, 代用 SGW25N120 時請將原配套該 IGBT 的 D11 快速恢復二極管拆除不裝。 (8) FGA25N120---- 美國仙童公司出品 , 耐壓 1200V, 電流容量 25 ℃ 時 42A,100 ℃ 時 23A, 內部帶阻尼二極管 , 該 IGBT 可代用 SGW25N120 、 SKW25N120, 代用 SGW25N120 時請將原配套該 IGBT 的 D11 快速恢復二極管拆除不裝。 2.2 電路方框圖 2.3 主回路原理分析 時間 t1~t2 時當開關脈沖加至 IGBTQ1 的 G 極時 , IGBTQ1 飽和導通 , 電流 i1 從電源流過 L1, 由于線圈感抗不允許電流突變 . 所以在 t1~t2 時間 i1 隨線性上升 , 在 t2 時脈沖結束 , IGBTQ1 截止 , 同樣由于感抗作用 ,i1 不能立即突變 0, 于是向 C3 充電 , 產生充電電流 i2, 在 t3 時間 ,C3 電荷充滿 , 電流變 0, 這時 L1 的磁場能量全部轉為 C3 的電場能量 , 在電容兩端出現左負右正 , 幅度達到峰值電壓 , 在 IGBTQ1 的 CE 極間出現的電壓實際為逆程脈沖峰壓 + 電源電壓 , 在 t3~t4 時間 ,C3 通過 L1 放電完畢 ,i3 達到最大值 , 電容兩端電壓消失 , 這時電容中的電能又全部轉化為 L1 中的磁能 , 因感抗作用 ,i3 不能立即突變 0, 于是 L1 兩端電動勢反向 , 即 L1 兩端電位左正右負 , 由于 IGBT 內部阻尼管的存在 ,C3 不能繼續(xù)反向充電 , 而是經過 C2 、 IGBT 阻尼管回流 , 形成電流 i4, 在 t4 時間 , 第二個脈沖開始到來 , 但這時 IGBTQ1 的 UE 為正 ,UC 為負 , 處于反偏狀態(tài) , 所以 IGBTQ1 不能導通 , 待 i4 減小到 0,L1 中的磁能放完 , 即到 t5 時 IGBTQ1 才開始第二次導通 , 產生 i5 以后又重復 i1~i4 過程 , 因此在 L1 上就產生了和開關脈沖 f(20KHz~30KHz) 相同的交流電流。 t4~t5 的 i4 是 IGBT 內部阻尼管的導通 電流 , 在高頻電流一個電流周期里 ,t2~t3 的 i2 是線盤磁能對電容 C3 的充電電流 ,t3~t4 的 i3 是逆程脈沖峰壓通過 L1 放電的電流 ,t4~t5 的 i4 是 L1 兩端電動勢反向時 , 因的存在令 C3 不能繼續(xù)反向充電 , 而經過 C2 、 IGBT 阻尼管回流所形成的阻尼電流 ,IGBTQ1 的導通電流實際上是 i1 。 IGBTQ1 的 VCE 電壓變化 : 在靜態(tài)時 ,UC 為輸入電源經過整流后的直流電源 ,t1~t2,IGBTQ1 飽和導通 ,UC 接近地電位 ,t4~t5, IGBT 阻尼管導通 ,UC 為負壓 ( 電壓為阻尼二極管的順向壓降 ),t2~t4, 也就是 LC 自由振蕩的半個周期 ,UC 上出現峰值電壓 , 在 t3 時 UC 達到最大值。 以上分析證實兩個問題 : 一是在高頻電流的一個周期里 , 只有 i1 是電源供給 L 的能量 , 所以 i1 的大小就決定加熱功率的大小 , 同時脈沖寬度越大 ,t1~t2 的時間就越長 ,i1 就越大 , 反之亦然 , 所以要調節(jié)加熱功率 , 只需要調節(jié)脈沖的寬度 ; 二是 LC 自由振蕩的半周期時間是出現峰值電壓的時間 , 亦是 IGBTQ1 的截止時間 , 也是開關脈沖沒有到達的時間 , 這個時間關系是不能錯位的 , 如峰值脈沖還沒有消失 , 而開關脈沖己提前到來 , 就會出現很大的導通電流使 IGBTQ1 燒壞 , 因此必須使開關脈沖的前沿與峰值脈沖后沿相同步。 2.4 振蕩電路 (1) 當 PWM 點有 Vi 輸入時、 V7 OFF 時 (V7=0V), V5 等于 D6 的順向壓降 , 而當 V5- 配套講稿:
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