電磁爐的工作原理、組成部分及設(shè)計(jì)要求.doc

電磁爐的工作原理與其組成部分時(shí)間：2008-8-16 9:31:08 來源：新華網(wǎng) 電磁爐網(wǎng) 評(píng)論 電磁爐是一種運(yùn)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行加熱的現(xiàn)代爐具，是一個(gè)跨電子、五金、塑料和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多行業(yè)的產(chǎn)品，多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都復(fù)雜于一般的小家電產(chǎn)品，是一個(gè)技術(shù)含量很高的小家電產(chǎn)品。 1 電磁爐的常識(shí) 電磁爐的工作原理 電磁爐是利用電磁感應(yīng)原理制成的，如圖1所示，在勵(lì)磁線圈中通以交流電，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。由于電磁感應(yīng)效應(yīng)，在鐵或不銹鋼制成的金屬鍋中會(huì)產(chǎn)生渦電流，電流的焦耳熱就可以對(duì)食物進(jìn)行加熱和烹飪。這種最新的加熱方式，能減少熱量傳遞的中間環(huán)節(jié)，可大大提升制熱效率，比傳統(tǒng)爐具（電爐、氣爐）節(jié)省能源一半以上。圖1 電磁爐原理示意圖 電磁爐的組成部分 1.加熱部分：電磁爐的鍋體下面有擱板，下面有勵(lì)磁線圈。通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦電流對(duì)鍋體進(jìn)行加熱。 2.控制部分：主要有電源開關(guān)，溫度調(diào)節(jié)鈕，功率選擇鈕等。由內(nèi)部的控制電路來掌控。 3.冷卻部分：采用風(fēng)冷的方式。爐身的側(cè)面分布有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，內(nèi)部設(shè)有風(fēng)扇。 4.電氣部分：由整流電路、逆變電路、控制回路、繼電器、電風(fēng)扇等組成。 5.烹飪部分：主要包括各種炊具，供用戶使用。電磁爐工作原理電磁爐是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理對(duì)食品進(jìn)行加熱的。電磁爐的爐面是耐熱陶瓷板，交變電流通過陶瓷板下方的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線穿過鐵鍋、不銹鋼鍋等底部時(shí)，產(chǎn)生渦流，令鍋底迅速發(fā)熱，達(dá)到加熱食品的目的。電磁爐加熱原理如圖所示，灶臺(tái)臺(tái)面是一塊高強(qiáng)度、耐沖擊的陶瓷平板（結(jié)晶玻璃），臺(tái)面下邊裝有高頻感應(yīng)加熱線圈（即勵(lì)磁線圈）、高頻電力轉(zhuǎn)換裝置及相應(yīng)的控制系統(tǒng)，臺(tái)面的上面放有平底烹飪鍋。其工作過程如下：電流電壓經(jīng)過整流器轉(zhuǎn)換為直流電，又經(jīng)高頻電力轉(zhuǎn)換裝置使直流電變?yōu)槌^音頻的高頻交流電，將高頻交流電加在扁平空心螺旋狀的感應(yīng)加熱線圈上，由此產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)。其磁力線穿透灶臺(tái)的陶瓷臺(tái)板而作用于金屬鍋。在烹飪鍋體內(nèi)因電磁感應(yīng)就有強(qiáng)大的渦流產(chǎn)生。渦流克服鍋體的內(nèi)阻流動(dòng)時(shí)完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換，所產(chǎn)生的焦耳熱就是烹調(diào)的熱源。電磁爐方案設(shè)計(jì)1、概述電磁灶是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行加熱工作的，是現(xiàn)代家庭烹飪食物的先進(jìn)電子炊具。它使用起來非常方便，可用來進(jìn)行煮、炸、煎、蒸、炒等各種烹調(diào)操作。特點(diǎn)：效率高、體積小、重量輕、噪音小、省電節(jié)能、不污染環(huán)境、安全衛(wèi)生，烹飪時(shí)加熱均勻、能較好地保持食物的色、香、味和營(yíng)養(yǎng)素，是實(shí)現(xiàn)廚房現(xiàn)代化不可缺少的新型電子炊具。電磁灶的功率一般在700-1800W左右。電磁爐按感應(yīng)線圈中的電流頻率分為低頻和高頻兩大類，相比較高頻電磁灶受熱效率高，比較省電。按樣式分類，可以分以下三種。臺(tái)式電磁爐：分為單頭和雙頭兩種，具有擺放方便、可移動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)閮r(jià)格低較受歡迎。埋入式電磁爐：是將整個(gè)電磁爐放入櫥柜面內(nèi)，然后在臺(tái)面上挖個(gè)洞，使灶面與櫥柜臺(tái)面成一個(gè)平面。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為這種安裝方法只求美觀，但不科學(xué)，很大一部分消費(fèi)群體把電磁爐當(dāng)做火鍋，埋入式炒菜并不方便。嵌入式電磁爐：可適應(yīng)不同鍋具的需要，不再對(duì)鍋具有特殊要求。本文主要介紹利用SPMC65P2404芯片來實(shí)現(xiàn)電磁爐的設(shè)計(jì)。SPMC65P2404是凌陽(yáng)推出的一款工業(yè)控制8位單片機(jī)，具有很高的性價(jià)比，抗干擾能力強(qiáng)，非常適合應(yīng)用于工業(yè)控制類、家電類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。使用SPMC65P2404設(shè)計(jì)的電磁爐具有如下性能：六種加熱模式：火鍋、煎炸、炒菜、燒烤、蒸煮、燒燜；一種自動(dòng)工作模式：燒水；最大720分鐘的定時(shí)開機(jī)功能；2小時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)保護(hù)功能；小物件檢測(cè)功能，對(duì)不合適的物件不進(jìn)行加熱；系統(tǒng)采用過流、過壓、超溫等多種保護(hù)措施；采用開關(guān)電源，使系統(tǒng)能夠在180250V的電壓范圍內(nèi)正常工作；系統(tǒng)設(shè)置了故障報(bào)警功能，方便故障查找及檢修；系統(tǒng)含有自檢程序，方便生產(chǎn)測(cè)試。2、電磁爐設(shè)計(jì)要求電磁爐作為一種普遍的家用產(chǎn)品，除了要具有基本的加熱功能外，它的安全性能及穩(wěn)定性能是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。電磁爐設(shè)有多種保護(hù)裝置，包括小物件檢測(cè)、過熱自動(dòng)停機(jī)保護(hù)、過壓或欠壓自動(dòng)停機(jī)保護(hù)、空燒自動(dòng)停止加熱保護(hù)、2小時(shí)斷電保護(hù)、12分鐘自動(dòng)停機(jī)保護(hù)以及聲光報(bào)警顯示等。綜合起來，電磁爐可由下述技術(shù)特性參數(shù)考核：（1）自身保護(hù)特性。輸出開關(guān)管是電磁爐的關(guān)鍵元件，工作于高電壓、大功率狀態(tài)，受成本和器件參數(shù)限制，設(shè)計(jì)時(shí)不可能有很大的富裕量，故在工作過程中，若電源電壓過高、工作狀態(tài)切換時(shí)產(chǎn)生瞬間沖擊、電流增大、機(jī)內(nèi)溫升過高、鐵鍋挪離灶板或空載，開關(guān)管都可能損壞。因此，應(yīng)保證過壓、過流、過溫、鍋檢測(cè)等保護(hù)裝置正常； （2）鍋底溫度控制特征。鍋底發(fā)熱直接傳至灶板（陶瓷玻璃），灶板是導(dǎo)熱材料，故一般都將熱敏元件安裝在灶板底部，探測(cè)鍋底的溫度； （3）功率穩(wěn)定性。電磁爐應(yīng)具有輸出功率自動(dòng)調(diào)整功能，以改善電源適應(yīng)性和負(fù)載適應(yīng)性；（4）電磁兼容性。該性能涉及對(duì)其余家電的干擾和對(duì)人體的危害。電磁爐均在電源回路中設(shè)有LC濾波電路并用金屬圍框吸收漏磁通，同時(shí)采用脈沖方式，使平均輻射功率控制在最小限度；在實(shí)現(xiàn)以上電磁爐的性能規(guī)格的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)的電磁爐還具有以下的功能規(guī)格：手動(dòng)控制火力，從300W1800W 的范圍，共分為14 檔火力，每檔均有穩(wěn)定的功率；手動(dòng)定溫選擇，從70 240的范圍，共分為6 檔定溫選擇，每檔都能達(dá)到精確定溫；自動(dòng)烹調(diào)功能，內(nèi)部自帶1 自動(dòng)烹調(diào)功能：燒水。6 種自選功能：火鍋，炒菜，蒸煮，燉燜，煎炸，燒烤，其中火鍋，炒菜可以調(diào)節(jié)不同的火力檔位；蒸煮，燉燜，煎炸，燒烤4 種功能可以選擇不同的溫度。可以實(shí)現(xiàn)1720 分鐘預(yù)約開機(jī)功能，1180 分鐘的定時(shí)關(guān)機(jī)功能。系統(tǒng)提供2 小時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)的保護(hù)功能。 3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用SPMC65P2404 作為主控MCU，主要模式有：鍵盤掃描，鍋體溫度檢測(cè)，IGBT 溫度檢測(cè)，電流過流檢測(cè)，超壓欠壓檢測(cè)，振蕩信號(hào)檢測(cè)，風(fēng)扇控制，數(shù)碼管顯示控制，LED 控制，蜂鳴器控制，系統(tǒng)啟動(dòng)控制。功率板電路分析交流電220V 經(jīng)過前端濾波處理，通過整流橋，變成大約310v 左右的直流電，通過MCU控制IGBT 的導(dǎo)通和關(guān)閉，來控制加熱線圈的工作狀態(tài)。 開關(guān)電源部分采用TI 公司最新推出的集成電路VIPer12A，來實(shí)現(xiàn)不同電壓的輸出，AC 接入后經(jīng)過半波整流，接到VIPer12A 的電壓輸入腳，輸出端通過穩(wěn)壓變壓的方式來得到18V 和5V 直流電，為IC 和其他外圍元件提供電源。 電路中包含有電流檢測(cè)部分，通過電流互感器將總回路的電流按比較縮小后，通過整流，變成直流，連接電阻到地，系統(tǒng)通過檢查電阻端的電壓來判斷回路的電流大小。同時(shí)回路電流若超過一定值后，通過另一端的保護(hù)信號(hào)反饋到IGBT 的控制端，將控制信號(hào)拉低，使IGBT 停止工作，同時(shí)送到MCU，讓系統(tǒng)停止工作，并產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)?？刂瓢咫娐贩治鲋骺匕逯兄饕蒑CU，數(shù)碼管，發(fā)光二極管，按鍵，復(fù)位電路組成，數(shù)碼管采用共陽(yáng)型的，發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)方法為動(dòng)態(tài)掃描，按鍵與SEG 線復(fù)用，控制COM 口，回讀SEG 數(shù)據(jù)的I/O 來掃描按鍵。復(fù)位電路為低電壓復(fù)位電路，當(dāng)電壓低于2.6V 時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)位。4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主流程采用分時(shí)結(jié)構(gòu)，在每個(gè)不同的時(shí)間片進(jìn)行不同的工作，時(shí)間片可以對(duì)動(dòng)態(tài)掃描的LED進(jìn)行定時(shí)刷新和掃描，方便程序控制。工作時(shí)采用時(shí)間輪循的方式，能有效的利用時(shí)間資源。過程中主要通過標(biāo)志的方式將信息傳遞到其他模塊。中斷程序電流過流中斷是整個(gè)系統(tǒng)唯一的中斷，當(dāng)產(chǎn)生中斷時(shí)，系統(tǒng)馬上停止控制信號(hào)，然后置電流過流標(biāo)志，讓系統(tǒng)在其他地方檢測(cè)過流的狀態(tài)是否持續(xù)3 秒，若是，則產(chǎn)生電流過流的報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)停止工作。功率調(diào)節(jié)模塊系統(tǒng)需要根據(jù)外部電壓和電流的大小，來計(jì)算是否已經(jīng)達(dá)到了設(shè)定的功率值，通過比較后的功率大小關(guān)系來調(diào)整PWM 值，以輸出比較恒定的功率。假設(shè)外部電壓為V1，MCU 檢測(cè)到的電壓值V2，根據(jù)電路計(jì)算得：V2=5.1*V1/（330+5.1）得到的A/D 值DATA 為：DATA=V2*256/5外部電流和MCU 通過轉(zhuǎn)換的電壓的測(cè)試值的關(guān)系為：外部電流值/轉(zhuǎn)換后的電壓=2.4根據(jù)上述關(guān)系來?yè)Q算功率值的大?。篜=V*I=0.06*AD（V）*AD（I）推出：AD（I）=100*P/（6*AD（V）確定AD（I）后，再通過調(diào)整PWM 值，以使AD（I）達(dá)到計(jì)算的值。5、系統(tǒng)資源分配適用的鍋類容器1、鐵系（琺瑯、鑄鍋、不銹鐵）鍋，不銹鋼鍋?zhàn)?：復(fù)合底鍋必須是電磁爐專用。2、底部直徑12CM以下，根據(jù)不同的功能使用，如煎炒烤炸類要離空1CM為最佳蒸煮 類平底為最佳。 不適用的鍋類容器：1、鋁、銅為材料之容器、鍋。2、容器底部直徑不超過12CM者。3、容器底部凸凹高度大于2CM者。4、不銹鋼雙層復(fù)合底鍋（非電磁爐專用）。 如何安全使用電磁爐一、使用之前注意：1、應(yīng)使用質(zhì)量好的插座，插座接觸不良會(huì)導(dǎo)致燒機(jī)或電磁爐無法正常工作。2、在插頭電線損壞電線或電源插頭未牢固地插入插座時(shí)，切勿使用電磁爐。3、切勿彎曲、捆扎電線或?qū)ζ涫┝^度，這會(huì)引起損壞。4、切勿使任何障礙物附在本機(jī)插頭或電源插座上。5、切勿將插頭插入己插有幾個(gè)其它電器裝置的插座，電流不得超出插座的極限（本裝置的使用電流約為10安培）。6、切勿在可能受潮或靠近火焰的地方使用電磁爐。7、電磁爐在放置了一段時(shí)間后，若重新使用電磁爐，請(qǐng)先通電10分鐘，使電磁爐內(nèi)部電子元件穩(wěn)定后，再開機(jī)進(jìn)行功能操作。二、使用時(shí)注意：1、切勿放置在不平穩(wěn)的平面上。2、切勿阻塞吸氣口或排氣口、避免爐內(nèi)超溫。3、切勿在兒童可觸及電磁爐、或兒童能自行使用的地方使用電磁爐。4、切勿對(duì)空鍋加熱或加熱過度。5、切勿將諸如刀、叉、勺子、鍋蓋與鋁箔等金屬物品放置在頂板上，因?yàn)樗鼈儠?huì)受熱。6、切勿在盛放鍋具的狀態(tài)下搬運(yùn)電磁爐。7、切勿在四周空間不足的地方使用電磁爐、應(yīng)使電磁爐的前部與左右兩側(cè)保持干凈。8、切勿使用金屬絲和異物進(jìn)入吸氣或排氣口的縫隙內(nèi)。9、切勿使物品跌落在頂板上。如表面出現(xiàn)裂紋，應(yīng)立即關(guān)掉電源，拔出插頭并送往修理。三、使用之后注意：1、炒菜鍋在使用后不要置于爐面上，避免下次使用時(shí)難以啟動(dòng)。2、烹調(diào)結(jié)束，鍋具產(chǎn)生的高溫?zé)崃繒?huì)傳導(dǎo)至電磁爐頂板，切勿立即觸摸該頂板。3、切勿用拉扯電線的方法拔出插頭。4、在確認(rèn)不用電磁爐時(shí)，切勿使電源線續(xù)處于接通狀態(tài)。電磁爐的保養(yǎng)A 電源要求（1）使用電磁爐必須使用各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)帶地線的三孔插座（最好選用有CCC標(biāo)志的產(chǎn)品），絕對(duì)不可自行換用沒有地線的兩孔插座，因?yàn)閮煽撞遄孱^插上后易松動(dòng)、不牢固且不符和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣易產(chǎn)生瞬時(shí)打火，電流增大，較危險(xiǎn)。（2）插座不要位于電磁爐的正上方，防止熱量上升燒燙電源。（3）若有易使電流發(fā)生驟變且較為頻繁的電器，如電焊機(jī)、沖擊鉆、電錘等或其它高功率用電器，如冰箱、洗衣機(jī)、熱水器等與電磁爐同時(shí)使用，則較易損壞電磁爐，應(yīng)引起注意，最好使用帶有過流保護(hù)裝置的插線板或選用穩(wěn)定電源。最好不同時(shí)使用或盡量不在電磁爐工作的同時(shí)開關(guān)其它用電器，以免損壞電磁爐。B 電磁爐的散熱電磁爐工作時(shí)機(jī)體內(nèi)部存有一定的溫度，為使電磁爐發(fā)揮更好的作用，并正常工作，延長(zhǎng)其使用壽命，這部分熱量要及時(shí)的排放出去，所以盡量使電磁爐放置的位置有利于空氣流通及散熱。C 電磁爐的清洗1，擦洗前請(qǐng)先拔掉電源線。2，面板臟時(shí)或油污導(dǎo)致變色時(shí)，請(qǐng)用去污粉，牙膏或汽車車蠟擦磨，再用毛巾擦干凈。機(jī)體和控制面板臟時(shí)以柔軟的濕抹布擦拭，不易擦拭的油污，可用中性洗潔劑擦拭后，再用柔軟的濕抹布擦拭至不留殘?jiān)?，且勿直接用水沖洗或浸入水中刷洗。4，