电磁炉原理与维修

蓝色家电

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近年来，随着环保和节能意识的逐步提高，一种新兴的"绿色的厨具"--电磁炉正在家庭中普及。它改变了传统的明火烹调方式，利用电磁感应原理，使电流通过内置的线圈时产生磁场，磁场内的磁力线感应到铁制器皿，产生无数高速运动的小涡流，涡流产生的巨大循环能量转换为有效热能，使锅具自行高速加热，最终直接加热食物。电磁炉的热效率达到90％以上，同时它无烟无灰，无污染，不升高室温，不产生一氧化碳等有害物质，安全环保。电磁炉还采用了微电脑控制，能够随意控制温度。正由于上述种种优点，电磁炉在发达家的家庭普及率已经达到80％以上。

为了提高电热转换率，家用电磁炉一般采用的是高频电磁炉，须将工频电整流成直流电后再逆变成20kHz以上的高频振荡电流，在高频下，稳定功率输出和实时检测就成了设计的难点和关键所在。采用Holtek公司产的A/D型单片机HT46R22可以方便地实现定温控制、实时检测、报警检测和功率控制，本文着重介绍功率控制的实现。

1 功率控制设计原理

1.1 电磁炉的工作原理

电磁炉的工作原理如图1所示，由主电路和控制电路构成。主电路中220V交流电经整流滤波后加在由电容C1及C2和电感L1与IGBT管S组成的电压谐振变换器上。变换器主要起两个作用，一是将工频转换为20～40kHz的高频交流电，二是将电能转换为磁能。高频交流电加在励磁线圈上，通过电磁感应，直接作用于锅具底部，产生涡流，使锅具迅速加热。控制电路采用单片机HT46R22作为主控制芯片，它能实现许多必要的检测和保护，同时由它产生控制所需的PWM信号，控制电磁炉的输出功率。

1.2 电磁炉的功率控制原理

功率控制，就是当工频交流电稳定的情况下，电磁炉能按设定的功率稳定地输出，以使电磁炉能稳定地工作。因为，负荷电流能反映输出功率的大小，所以，控制的对象可以转化为负荷电流，同时将负荷电流的大小设计为由PWM信号的占空比决定，占空比越大，负荷电流就越大。

用户设定的火力档（功率档）依次为1600W、1400W、1200W、1000W、800W，实测原电磁炉的输出功率（W）、负荷电流（A）、市电电压（V）、负荷电流检测值CRU电压（V）及PWM占空比的关系如表1所列。

表1 输出功率与负荷电流占空比等关系

输出功率/W

1600

1400

1200

1000

800

负荷电流/A

7.33

6.21

5.5

5.02

3.67

市电电压/V

220

220

220

220

220

占空比

58

47

40

35

22

CRUmax/V

4.48

3.68

3.24

2.88

2

CRUmin/V

3.76

3.16

2.80

2.52

1.76

由表1可以得到PWM信号占空比和负荷电流得关系曲线如图2所示。

2 功率控制的实现

2.1 单片机HT46R22

HT46R22是Holtec公司生产的一种8位高性能精简指令集单片机，特别适合于需要A/D转换的产品设计。其管脚分布如图3所示。

它有3个I/O口，一个PWM输出通道。其低功耗、可编程分频器、计数器、振荡器选择、多通道A/D转换、PC通信等功能，使之广泛应用于工业控制、马达控制、消费类产品等。

    2.2 硬件设计

控制电路采用的是双闭环控制，原理图如图4所示。

单片机HT46R22的脚14（PD0）可以输出一通道的PWM信号，它和电流负反馈信号经过直流控制电平形成电路形成直流控制电平，同时，来自主电路的电流检测信号和电压检测信号经锯齿波发生电路后形成锯齿波，锯齿波和直流控制电平相比较就得到了控制电磁炉主电路中的S开通关断的控制脉冲。

比较电压V＋恒定，而V－随输出功率变化，当输出功率大于设定功率时，得到低电平的控制电平，输出窄开通脉冲，降低输出功率，反之亦然。样，就通过一个闭环调节控制达到了稳定输出功率的目的。

2.3 软件设计

功率控制的软件设计是电磁炉软件设计的主要部分，采用汇编语言编程，其中变量说明如下：

1）加热/定温状态切换标志heatflg 1为加热，0为定温，开机初始化为1，只有键盘可改变此标志；

2）加热档位寄存器heatreg和计数器heatcnt heatreg高5位低电平有效，每一位对应一加热档，heatreg7为"保温"控制显示比较方便；heatcnt对5档进行计数，0为"炒"，控制查表比较方便；开机初始化 heatreg=f7h，heatcnt=0，为"炒"档，只有键盘可改变此标志；

3）最小火力控制变化定时计数器minpowcnt 在定时器中断中将其减为0后，传入主程序，当处于"加热－保温"时，主程序重置此计数器，并将控制线反转。

源程序及解释如下：

； 功 率 控 制

powctrl:

mov r0, a ;以 下 为 计 算 PWM=128＊ Ptab/VOL－ 28

mov a, 80h

mov r1, a

call mul ;ro,r1=128＊ Ptab

mov a, VOLADN

add a, offset adcbfr

mov mp, a ;指 向 市 电 电 压 ADC值

mov a, j ar

mov r2, a

call div ;r1=r0,r1/VOL

mov a, r1

sub a, 28 WM=r1－ 28,值 在 A中

mov r0, a

sub a, 127

snz cy WM超 上 限 否

jmp powctrl1 ;否

mov a, 126

jmp powctrl3

    powctrl1:

mov a, r0

sub a, 38

sz cy ； PWM超 下 限 否

jmp powctrl2 ； 否

mov a, 38 ;是

jmp powctrl3

powctrl2:

mov a, r0

powctrl3:

r1 acc

mov pwm, a

； 控 制 线 控 制

snz heatflg ； 加 热 状 态 否

jmp keephdl ； 否 ， 转 入 定 温 控 制

snz heatreg.7 ； 是 ， 是 " 保 温 " 档 否

jmp chgctrl ； 是

clr control ； 否 ， 打 开 控 制 线

jmp endputhdl

chgctrl:

sz minpowcnt ； 是 ， 3秒 到 否

jmp chgctrl1 ； 否

mov a, MINPTIME＊ 4 ； 是

mov minpowcnt a ； 重 置 最 低 火 力 计 数 器

sz control ； 当 前 控 制 线 输 出 是 否 有 效

jmp chgctrl2 ； 否

set control ;是 ， 置 控 制 线 有 效

mov a, 50

mov ctrlcnt, a

jmp chgctrl1

chgctrl2:

clr control ； 使 能 控 制 线 有 效

chgctrl1:

jmp endputhdl

3 结语

采用上述功率控制方法控制电磁炉的功率输出，其功率浮动范围能有效地控制在50W之内。通过实际产品验证，电磁炉性能稳定，因此，上述功率控制方法切实可行，是一种值得推广的方法。
http://www.51base.com/electron/a ... /200605069982.shtml

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美的电磁炉维修手册
第一章 电磁炉工作原理和结构
第一节 电磁炉工作原理
电磁炉主要是利用电磁感应原理将电能转换为热能的厨房电器，当电磁炉在正常工作时，由整流电路将50Hz的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为20-40KHz的高频电压，电磁炉线圈盘上就会产生交变磁场在锅具底部反复切割变化，使锅具底部产生环状电流（涡流），并利用小电阻大电流的短路热效应产生热量直接使锅底迅速发热，然后再加热器具内的东西。这种振荡生热的加热方式，能减少热量传递的中间环节，大大提高制热效率。
电磁炉的电控工作原理方框图如下：
交流电源
LC振荡电路
功率控制
桥式整流
温度
调整
LED显
示电路
功率驱动电路
波形发生电路
过电压检测电路
锅具检
测电路
主控IC电路
降压整流电路
温度检测电路
电流
调整

第二节 电磁炉的型号和货号表示方法
一、电磁炉的型号表示方法
M——Midea
C——电磁炉
1．就陶瓷板而言：
P——表示陶瓷板的面为平面
A——表示陶瓷板的面为凹面
2．就显示方式而言：
V——表示VFD显示。即荧光彩色显示 （高档系列）
C——表示LCD显示。即蓝屏液晶显示 （中档系列）
S——表示数码显示。 即数码管显示 （中档系列）
空缺——表示无显示功能。 （低档系列）
3．就陶瓷面板形状而言：
Y——表示面板为圆形 （Y：yuan 圆）
F——表示面板为方形 （F：fang 方）
4．功率说明：
由两位数组成，数据×100即得电磁炉的最大功率。
如： 08——表示最大功率为800W；16——表示最大功率为1600W
5．设备区分码：A、B、C、D
用于区分同一系列中不同电磁炉
注：新产品PSF系列产品为尽早上市，暂时使用老品PSD的认证，因此该系列产品保留PSD的编码。
编码示例：MC——PVF20A
M——MIDEA；
C——电磁炉；
P——平面陶瓷板；
V——VFD显示方式；
F——方形陶瓷面板；
20——最大功率为2000W；
A——A型号；
二、电磁炉的货号表示方法
1
22
Y
V
④产品识别码：数字形式，区分不同的产品。“1、2、3…….”如此类推
③产品功率特征码：两位数字表示，代表电磁炉功率的1/100。例如：22表示功率为2200w的电磁炉

②陶瓷板形状特征：一个字母表示，代表产品外观特征。
Y---圆形陶瓷板 F---方形陶瓷板
① 产品显示特征码：一个字母表示，代表产品显示特征，同时是档次的区分。
V：VFD显示------最高档产品（单炉） C：液晶显示-------高档产品
S：数码显示-------中档产品 E：LED显示-------低档电磁炉
第三节 电磁炉的主要部件介绍及功能
美的电磁炉主要由以下部件构成：
1、电源线 2、风扇 3、线圈盘 4、变压器 5、热敏电阻 6、陶瓷板 7、底坐 8、上盖、9、电控板
下面分别讲述各零部件的功能及特点：
1、电源线：
功能：是将外部市电引进电磁炉，由于电磁炉的耗电量比较大，所以要求电源线的过电流能力比较强，如果线芯的直径太小，电源线将会发热，长期使用外皮会变硬，甚至烧毁。
特点：美的电磁炉现有电源线的线芯直径是1.0mm2，能过10A的电流。
2、风扇
功能：风扇是给电磁炉内散热的部件。目前风扇共有三种风扇：有刷风扇1种、无刷风扇2种；无刷风扇分为12V和18V两种。
特点：无刷风扇更耐用，风量更大噪音更小；有刷风扇的噪声来源主要是气流声。
3、线圈盘
功能：在电磁炉中，是完成LC振荡的重点器件之一，是将电能进行储存及释放的器件，完成将电场能转换为磁场能的关键器件。在电路原理中，一般把它当电感进行分析，分大线圈盘和小线圈盘两种，共有两种电感量140uH和157uH。
特点：国家专利大线圈盘，保证锅底100%发热面积，受热更均匀，热效率更高
4、变压器
功能：是将220V交流电转换为低电压交流电的设备，一般在电磁炉上有两组或三组电源，+5V、+18V，三组电源还包括+12V，采用两组电源的一般是+5V供单片机、显示按键及一些低压处理电路，+18V供IGBT驱动或风扇电源，采用三组电源的一般是将IGBT驱动和风扇电源分开，风扇电源采用+12V。变压器是为以上电源提供前级低压交流的。所以变压器一般也有三组电源。
特点：美的使用热轧硅钢片变压器，降低变压器功率损耗及发热，延长使用寿命
5、热敏电阻
功能：感应锅具的加热温度，并传递信号给控制回路，主控IC通过判断，对电磁炉的工作过程进行控制。
特点：采用负温度系数材料，进口品质。
6、陶瓷板
功能：在电磁炉的最外面，决定电磁炉的外观质量，分为国产及进口两大类，国产又分为上釉和未上釉两种，一般来讲，上釉后，不易发黄。
特点：加热状态下，膨胀系数极小、径向传热、耐高温、耐磨。进口陶瓷板：白色。国产陶瓷板：A、B、C及上釉。
7、底坐 8、上盖
功能：塑料上盖、底座共同构成产品保护外壳。
特点：美的电磁炉采用V0阻燃级抗菌防霉抗紫外线塑料制造，经权威部门认证抗菌率达99.89% 。表面双层喷金属期工艺：在表面喷涂防护漆，大幅提升涂层抗刮磨能力。
9、电控板
功能：电磁炉的重点部件，有接近200个元器件。电路板上有如下模块：电源进入EMC防护模块；整流模块；滤波模块；LC振荡模块；IGBT开关模块；过零检测模块；电流检测模块；电压检测模块；温度检测模块；同步模块；振荡控制模块；IGBT驱动模块；功率控制模块；按键显示模块；电源模块。
特点：
1、IGBT：使用温度小于85度，现有日本东芝、美国IR、韩国三星、德国西门子。美的—日本东芝
2、芯片：有日本、摩托罗拉、韩国、台湾；美的—东芝
3、电容：高压振荡电容，形成振荡电路的核心；大电流、高电压快速充放电， 105度高品质耐高温电容（普通85度）
4、整流桥：将交流电源转换为直流电源，产生直流高电压。日本 — 新电元
5、电压比较器：8个，美国国家半导体公司出品
6、IGBT驱动器：美的-日本东芝
7、稳压器：意--法半导体公司7805稳压器


第四节 电磁炉维修前的准备工作
一、维修工具：
数字万用表、250V～，10A电流表、电压表、十字螺丝刀、烙铁、钳子及各种配件。
二、关键元器件的检测方法
①检测IGBT是否击穿
用万用表二极管档测量IGBT的“E”；“C”；“G”三极间是否击穿。
A：“E”极与“G”极；“C”极与“G”极，正反测试均不导通(正常)。
G
IGBT C
E

B：万用表红笔接”E“极，黑笔接“C”极有0.4V左右的电压降（型号为GT40T101三极全不通）。
②检测电流互感器是否断路
正常状态如下：用万用表电阻档测量互感器次级电阻约80Ω；初极为0Ω。
③检测整流桥是否开短路（用万用表二极管档测试）
A：万用表红笔接“-”，黑笔接“+”有0.9V左右的电压降，调反无显示。
B：万用表红笔接“-”，黑笔分别接两个输入端均有0.5V左右的电压降，调反无显示。
C：万用表黑笔接“+”，红笔分别接两个输入端均有0.5V左右的电压降，调反无显示。
输入端

输入端

负极

◎ －
＋ ◎

正极

④检测芯片TA8316AS是否击穿
TA8316S

1 2 3 4 5 6 7
测量方法：用万用表电阻档测量功率模块TA8316S引脚，要求1和2；1和4；7和2；7和4之间不能短路。
⑤检测保险丝是否熔断
目视保险丝外观是否爆裂。也可以用万用表电阻来档测，正常时该阻值为0Ω。
⑥检测线圈盘是否短路
用仪器测试线圈盘的电感量：PSD系列为L=157±5?H，PD系列为L=140±5?H。
三、维修注意事项
1、维修时尽量避免带电作业，以免不小心触电。
2、带电检测时务必断开线盘的接线端，但保留热敏电阻的接线端子。
3、维修后，通电前请确认各连接部位是否正确。特别是散热风扇，否则会有IGBT爆炸的危险。
4、IGBT需涂抹散热油。
5、接通线盘前需测试各项功能显示是否正常。
6、机内高、低压基板上皆分布有危险电压区，带电测试必须注意安全！组装前，请为热敏电阻补充散热油，并将螺钉上紧。

[ 本帖最后由 lixy 于 2007-10-4 09:01 编辑 ]

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风驰

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韦珍

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