电磁炉培训教材(技术类)课件.ppt

1、deeper 电磁炉电磁炉（技术类）（技术类）培训课件培训课件 保障中心保障中心 成就员工价值创造共同事业成就员工价值创造共同事业Estate management foundation Accountant 课程目标：课程目标：12学习电磁炉的基础知识学习电磁炉的基础知识熟知电磁炉的工作原理熟知电磁炉的工作原理3掌握电磁炉的维护保养方法掌握电磁炉的维护保养方法12认识电磁炉的主要部件认识电磁炉的主要部件 目目 录录3认知电磁炉的加热原理（思考题）认知电磁炉的加热原理（思考题）4发热线圈的充放电分析发热线圈的充放电分析5电磁炉的电路图电磁炉的电路图6辅助电路略解辅助电路略解名词解释名词解释7电

2、磁炉典型故障分析电磁炉典型故障分析8电磁炉的维保知识电磁炉的维保知识名词解释名词解释 IGBT:IGBT:绝缘栅双极晶体管(Iusulated Gate Bipolar Transistor)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。IGBTIGBT激励电路：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。PWMPWM调制电路：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认识电磁炉的主要部件发热线圈：发热线圈：加热线

3、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2733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：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认识电磁炉的主要部件IGBTIGBT与功率与功率MOSFETMOSFET相比具相比具有以下特点：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

4、(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1kV1.8kV的约1.2us、600V级的约 0.2us,约为GTR（Giant TransistorGiant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%。IGBTIGBT将场控型器件的优点与将场控型器件的优点与GTRGTR的大电流低导通电阻特性集于一体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。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的发热原理电磁

5、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1530KHZ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：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

6、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电磁炉的主回路框图市电市电IGBT漏漏极极发热发热盘盘加热锅加热锅底底市电市电整流整流滤波滤波电磁炉主回路的工作原理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

7、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发热线圈充放电过程分析时间t1t2时当开关脉冲加至Q1的G极

8、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t1t2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t3t4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

9、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i1i4过程,因此在L1上就产生了和开关脉冲f(20KHz30KHz)相同的交流电流。发热线圈充放电过程分析发热线圈充放电过程分析t4t5的i4是阻尼管D11的导通电流,在高频电流一个电流周期里,t2t3的i2是线盘磁能对电容C3的充电电流,t3t4的i3是逆程脉冲峰压通过L1放电的电流,t4t5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,

10、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,t1t2,Q1饱和导通,UC接近地电位,t4t5,阻尼管D11导通,UC为负压(电压为阻尼二极管的顺向压降),t2t4,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,t1t2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

11、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 电磁炉电路图电磁炉电路图辅助电路略解辅助电路略解振荡电路：当G点有Vi输入时、V7 OFF时(V7=0V)

12、,V5等于D12与D13的顺向压降,而当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)V8 OFF时(V8=0V),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：C

13、PU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t2t4时间(图1),由于C3两端电压为左负右正,所以V3V5,V7 OFF(V7=0V),

14、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t2t4时间不会导通,在t4t6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Q1 G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,CPU 19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,CPU 19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

15、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

16、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D20D23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

17、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Q1 VCE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

18、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1500V的IGBT此值为1400V),CPU立即发出停止加热指令(祥见故障代码表)。浪涌电压检测：电源电压正常时,V14V15,V16 ON(V16约4.7V),D17截止,振荡电路可以输出振荡脉冲信号,当电源突然有浪涌电压输入时,此电压通过C4耦合,再经过R72、R57分压取样,该取样电压通过

19、D28另V15升高,结果V15V14另 IC2C比较器翻转,V16 OFF(V16=0V),D17瞬间导通,将振荡电路输出的振荡脉冲电压V7拉低,电磁炉暂停加热,同时,CPU监测到V16 OFF信息,立即发出暂止加热指令,待浪涌电压过后、V16由OFF转为ON时,CPU再重新发出加热指令。2222.13 13 13 13 过零检测过零检测过零检测过零检测辅助电路略解辅助电路略解过零检测：当正弦波电源电压处于上下半周时,由D1、D2和整流桥DB内部交流两输入端对地的两个二极管组成的桥式整流电路产生的脉动直流电压通过R73、R14分压的电压维持Q11导通,Q11集电极电压变0,当正弦波电源电压处于

20、过零点时,Q11因基极电压消失而截止,集电极电压随即升高,在集电极则形成了与电源过零点相同步的方波信号,CPU通过监测该信号的变化,作出相应的动作指令。锅温检测：加热锅具底部的温度透过微晶玻璃板传至紧贴玻璃板底的负温度系数热敏电阻,该电阻阻值的变化间接反影了加热锅具的温度变化(温度/阻值祥见热敏电阻温度分度表),热敏电阻与R58分压点的电压变化其实反影了热敏电阻阻值的变化,即加热锅具的温度变化,CPU通过监测该电压的变化,作出相应的动作指令:(1)定温功能时,控制加热指令,另被加热物体温度恒定在指定范围内。(2)当锅具温度高于220时,加热立即停止,并报知信息(祥见故障代码表)。(3)当锅具空

21、烧时,加热立即停止,并报知信息(祥见故障代码表)。(4)当热敏电阻开路或短路时,发出不启动指令,并报知相关的信息(祥见故障代码表)。散热系统温度检测：将IGBT及整流器DB紧贴于散热片上,利用风扇运转通过电磁炉进、出风口形成的气流将散热片上的热及线盘L1等零件工作时产生的热、加热锅具辐射进电磁炉内的热排出电磁炉外。CPU发出风扇运转指令时,15脚输出高电平,电压通过R5送至Q5基极,Q5饱和导通,VCC电流流过风扇、Q5至地,风扇运转;CPU发出风扇停转指令时,15脚输出低电平,Q5截止,风扇因没有电流流过而停转。辅助电路略解辅助电路略解辅助电源：AC220V 50/60Hz电压接入变压器初级

22、线圈,次级两绕组分别产生13.5V和23V交流电压。13.5V交流电压由D3D6组成的桥式整流电路整流、C37滤波,在C37上获得的直流电压VCC除供给散热风扇使用外,还经由IC1三端稳压IC稳压、C38滤波,产生+5V电压供控制电路使用。23V交流电压由D7D10组成的桥式整流电路整流、C34滤波后,再通过由Q4、R7、ZD1、C35、C36组成的串联型稳压滤波电路,产生+22V电压供IC2和IGBT激励电路使用。电磁炉维修实例电磁炉维修实例电磁炉的故障代码是设备自我诊断的一种功能，通过读取代码可以快速了解设备存在的问题。右图是美的MC-10NE电磁炉的故障代码。该机的代码具有普遍的代表性。

23、如果稍有不同，可查阅随机配备的用户手册。电磁炉维修实例电磁炉维修实例故障检修1：放入锅具电磁炉检测不到锅具而不启动,指示灯闪亮,每隔3秒发出“嘟”一声短音(数显型机种显示E1),连续1分钟后转入待机。分 析:根椐报警信息,此为CPU判定为加热锅具过小(直经小于8cm)或无锅放入或锅具材质不符而不加热,并作出相应报知。根据电路原理,电磁炉启动时,CPU先从第13脚输出试探PWM信号电压,该信号经过PWM脉宽调控电路转换为控制振荡脉宽输出的电压加至G点,振荡电路输出的试探信号电压再加至IGBT推动电路,通过该电路将试探信号电压转换为足己另IGBT工作的试探信号电压,另主回路产生试探工作电流,当主回

24、路有试探工作电流流过互感器CT初级时,CT次级随即产生反映试探工作电流大小的电压,该电压通过整流滤波后送至CPU第6脚,CPU通过监测该电压,再与VAC电压、VCE电压比较,判别是否己放入适合的锅具。从上述过程来看,要产生足够的反馈信号电压另CPU判定己放入适合的锅具而进入正常加热状态,关键条件有三个:一是加入Q1 G极的试探信号必须足够,通过测试Q1 G极的试探电压可判断试探信号是否足够(正常为间隔出现12.5V),而影响该信号电压的电路有PWM脉宽调控电路、振荡电路、IGBT推动电路。电磁炉维修实例电磁炉维修实例二是互感器CT须流过足够的试探工作电流,一般可通测试Q1是否正常可简单判定主回

25、路是否正常,在主回路正常及加至Q1 G极的试探信号正常前提下,影响流过互感器CT试探工作电流的因素有工作电压和锅具。三是到达CPU第6脚的电压必须足够,影响该电压的因素是流过互感器CT的试探工作电流及电流检测电路。以下是有关这种故障的案例：(1)测+22V电压高于24V,如果Q4击穿，造成+22V电压升高,另IC2D正输入端V9电压升高,导至加到IC2D负输入端的试探电压无法另IC2D比较器翻转,结果Q1 G极无试探信号电压,CPU也就检测不到反馈电压而不发出正常加热指令。(2)测Q1 G极没有试探电压,再测V8点也没有试探电压,再测G点试探电压正常,证明PWM脉宽调控电路正常,再测D18正极

26、电压为0V(启动时CPU应为高电平),结果发现CPU第19脚对地短路,更换CPU后恢复正常。结论:由于CPU第19脚对地短路,造成加至IC2C负输入端的试探电压通过D18被拉低,结果Q1 G极无试探信号电压,CPU也就检测不到反馈电压而不发出正常加热指令。电磁炉维修实例电磁炉维修实例(3)测量CPU第11脚是否击穿,更换CPU后恢复正常。由于CPU第11脚击穿,造成振荡电路输出的试探信号电压通过D17被拉低,结果Q1 G极无试探信号电压,CPU也就检测不到反馈电压而不发出正常加热指令。(4)测Q1 G极没有试探电压,再测V8点也没有试探电压,再测G点也没有试探电压,再测Q7基极试探电压正常,再

27、测Q7发射极没有试探电压,结果发现Q7开路。由于Q7开路导至没有试探电压加至振荡电路,结果Q1 G极无试探信号电压,CPU也就检测不到反馈电压而不发出正常加热指令。(5)测Q1 G极没有试探电压,再测V8点也没有试探电压,再测G点也没有试探电压,再测Q7基极也没有试探电压,再测CPU第13脚有试探电压输出,检查C33是否漏电。由于C33漏电另通过R6向C33充电的PWM脉宽电压被拉低,导至没有试探电压加至振荡电路,结果Q1 G极无试探信号电压,CPU也就检测不到反馈电压而不发出正常加热指令。电磁炉维修实例电磁炉维修实例(6)如果互感器CT次级开路。由于互感器CT次级开路,所以没有反馈电压加至电

28、流检测电路,CPU因检测到的反馈电压不足而不发出正常加热指令。(7)如果C31漏电。由于C31漏电,造成加至CPU第6脚的反馈电压不足,CPU因检测到的反馈电压不足而不发出正常加热指令。(8)如果R78开路。由于R78开路,另IC2A比较器因输入两端电压反向(V4V3),输出OFF,加至振荡电路的试探电压因IC2A比较器输出OFF而为0,振荡电路也就没有输出,CPU也就检测不到反馈电压而不发出正常加热指令。电磁炉维修实例电磁炉维修实例故障检修2：烧保险管。分 析:电流容量为15A的保险管一般自然烧断的概率极低,通常是通过了较大的电流才烧,所以发现烧保险管故障必须在换入新的保险管后对电源负载作检

29、查。通常大电流的零件损坏会另保险管作保护性溶断，而大电流零件损坏除了零件老化原因外,大部分是因为控制电路不良所引至,特别是IGBT,所以换入新的大电流零件后除了对周围器件检查外，还需对其它可能损坏该零件的保护电路作彻底检查,IGBT损坏主要有过流击穿和过压击穿,而同步电路、振荡电路、IGBT激励电路、浪涌电压监测电路、VCE检测电路、主回路不良和单片机(CPU)死机等都可能是造成烧机的原因,以下是有关这种故障的案例：(1)换入新的保险管后首先对主回路作检查,发现整流桥DB、IGBT击穿，更换零件后检测发现+22V偏低,Q3、Q10、Q9击穿都有可能令+22V偏低,换入新零件后如果V4为0V,或

30、者R74开路,都会导致+22V异常。（2）如果晶振X1损坏,导至CPU内程序不能运转,上电时CPU各端口的状态是不确定的,假如CPU第13、19脚输出为高,会另振荡电路输出一直流另IGBT过流而击穿。本案例的主要原因为晶振X1不良导至CPU死机而损坏IGBT。电磁炉维护保养电磁炉维护保养A 电源要求：（1）使用电磁炉必须使用各项技术指标符合标准带地线的三孔插座（最好选用有 CCC标志的产品），绝对不可自行换用没有地线的两孔插座，因为两孔插座插 头插上后易松动、不牢固且不符和国家标准，这样易产生瞬时打火，电流增大，较危险。（2）插座不要位于电磁炉的正上方，防止热量上升烧烫电源。（3）若有易使电流

31、发生骤变且较为频繁的电器，如电焊机、冲击钻、电锤等或其它高 功率用电器，如冰箱、洗衣机、热水器等与电磁炉同时使用，则较易损坏电磁 炉，应引起注意，最好使用带有过流保护装置的插线板或选用稳定电源。最好不 同时使用或尽量不在电磁炉工作的同时开关其它用电器，以免损坏电磁炉。B 电磁炉的散热（1）电磁炉工作时机体内部存有一定的温度，为使电磁炉发挥更好的作用，并正常 工作，延长其使用寿命，这部分热量要及时的排放出去，所以尽量使电磁炉放 置的位置有利于空气流通及散热。（2）3个月对散热风扇及散热片清理一次很有必要，保证良好的散热效果。电磁炉维护保养电磁炉维护保养 C 电磁炉的清洗（1）擦洗前请先拔掉电源线。（2）面板脏时或油污导致变色时，请用去污粉，牙膏或汽车车蜡擦磨，再用毛巾擦干、净。机体和控制面板脏时以柔软的湿抹布擦拭，不易擦拭的油污，可用中性洗洁 剂擦拭后，再用柔软的湿抹布擦拭至不留残渣。（3）且勿直接用水冲洗或浸入水中刷洗。（4）经常保持机体的清洁，以免蟑螂，昆虫等进入炉内，影响机体失灵。（5）吸气/排气罩可拆卸用水直接清洗或用棉花棒将灰尘除去，也可用牙刷加少许清洁 剂清除。谢谢！谢谢！