电磁加热基础培训(-)
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HV Cs1 C S2 Lr Cs2 S4 GND GND
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
电磁加热电路
• t3~t4时段：t4时刻 开关S4关断后，Cs3、 Cs4 与Lr构成谐振 回路。Lr的 电流不 断减小，B点电压不 断上升，直到S3的 反并 联二极管VDS3 导通。这种 状态维 持到t4时刻S3开通。 因此S3为零电压开通。
电磁加热原理
• 一、磁滞热 铁磁物质位于交变磁场中，由于反复磁化，其分 子电流的磁场不断改变方向，消耗能量，产生磁 滞热。 • 二、涡流 导体位于交变磁场中，由于电磁感应，将在导体 中产生感应电流，这个感应电流就称为涡流。 感应线圈和被加热导体相当于一个变压器，感应 线圈是变压器原边，导体相当一匝短路的副边， 在导体中产生大电流，发出热量将导体加热。
电磁加热基础
主讲 苏工/scott
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
学习公约
• 第一条 守时：准时上下课 • 第二条 自制：教室内禁烟，禁接、收手机 • 第三条 守纪：不私自来回走动，不随意耳语交谈 • 第四条 放开：放开自己，积极互动 • 第五条 空杯：心态归零，学习、学习、再学习 • 第六条 尊重：注重仪表、注重礼貌 • 第七条 信赖：信赖老师、信赖其他学员、信赖同事 • 第八条 准备：准备学习用具、随时回答问题、随时参与活动
附录 • 串联谐振电路加热铝材料计算
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
感谢您参加本期课程！为加速您的成功，我们建议您： 将您今日所订立的行动计划付诸实施； 定期整理与回顾课程内容； 一旦在工作中遇到困惑，及时与讲师交流； 保持与参加本次课程的其它学员交流； 将自己的学习成果与周围的人分享。 我们真诚地希望您在今后的工作中取得更大的成就！
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
t7~t8时段：t7时刻
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
来自百度文库
讨论
• 讨论 • 一、电磁炉能加热铜铝吗？ • 二、电磁炉为什么要通过间歇加热实现小功 率输出 ？ • 三、半桥串联谐振电路中，是否越接近谐振点 越好？ • 四、和半桥串联谐振电路相比，全桥电路的 优点？
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
电磁加热在维修、医疗行业应用
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
电磁加热的优点 • 具有精确的加热深度和加热区域, 并易于控 制。 • 易于实现高功率密集, 加热速度快, 效率高, 能耗小。 • 采用非接触式加热方式, 在加热过程中不易 掺入杂质。 • 作业环境符合环保要求
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
HV S3
HV
Cs1
Cs3
A
S2
B
Lr C Cs4
GND
GND
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电磁加热电路
• t4~t6时段：S3开通 后，Lr的电流继续减 小。iLr下降到零后反 向增大，t6时刻开关 S2关断后，Cs1、Cs2 与Lr构成谐振回路。Lr 的电流不断减小，A点 电压不断上升，直到S1 的反并联二极管VDS1 导通。
• 加热盘L、等效串联电阻R、C2、C3构成RLC串连谐振回 路，谐振频率为： 1
f0
2 LC
• 当驱动频率f> f0时，电路呈现感性，此时RLC两端的电压 超前于RLC回路中的电流；当f<f0时，电路呈现容性，此 时RLC两端的电压落后于RLC回路中的电流。
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电磁加热电路 • 三、全桥串联谐振电路
HV S1 S3 HV
Cs1
Cs3
A
S2 Cs2
Lr
B
C S4
Cs4
GND
GND
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电磁加热电路
• 时序图
•
t8 t9 t0
t1 t2 t3 t4 t5
t6 t7 t8 t9 t0
电磁加热电路 • 一、单管并联谐振电磁加热电路 家用单头电磁炉大多数为单管并联谐振结构 的家用电磁炉，电路结构如下图：
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电磁加热电路 • 各阶段等效电路
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电磁加热电路
• 二、半桥串联谐振电磁加热电路
HV S1 R1 BRIDGE1 C1 S2 VSIN R3 R4 R L C3 R2 C2
2
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电磁加热电路
• 工作原理： 50~60Hz交流电源经整流滤波变为平滑的直流电， 直流电经过逆变电路变为高频交变电流，经感应 线圈产生高频交变磁场，高频交变磁场在金属锅 底产生高频涡流，高频涡流转化为热量。
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电磁加热电路
1
•
f<f0时
S1
C
D1 5
4
G1 GN DH
L
B
R
2 S2
C
D2 3 7
6
G2 GN DL
•
•
当电路工作频率小于谐振频率时，电流超前电压相位，回路负载特性呈现容性，设某一 时刻，开关管S1处于导通状态，负载中流过电流（图2-2中用实线表示），由于电流超 前电压相位，因此在S1仍导通时电流首先过零，之后电流通过二极管D1反向流通（图 2-2中用虚线表示），如图2-2中所示。 二极管D1导通后，S1实际上已不起作用，当S1关断，S2导通时，D1将承受反向电压而 强迫关断，关断过程中D1将产生较大的反向恢复电流，此恢复电流将通过D1、S2使电 源短路，从而危及IGBT。当S2导通末期，电流再次提前反向，D2续流，此时如果S1导 通，D2将承受反向电压而强迫关断，二极管D2反向恢复电流和S2使电源短路。
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电磁加热原理 • 三、感应加热功率
P f Bm V : 电阻系数
2
f : 频率
Bm : 磁感应强度 V : 体积
功率与频率的平方成正比。
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电磁加热原理
• 四、电流穿透深度 由于集肤效应，电流频率越高，电流流过的表面 层越薄。当导体某一深度的电流密度等于表面电 流密度的 1/e 时，这一深度称为穿透深度。 在电磁加热计算中，常用计算式：
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电磁加热在石化行业应用
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
电磁加热在机械行业应用
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
电磁加热焊接行业应用
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
电磁加热在冶炼行业应用
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
电磁加热电路
• 工作过程： • t0~t1时段：S1与S4导通， 直到t1时刻S1关断。 • t1~t2时段：t1时刻开关 B A S1关断后，电容Cs1、Cs2 与电感Lr、L构成谐振回路， UA不断下降，直到UA =0， VDS2导通，电流iLr通过VDS2 续流。 • t2~t3时段：t2时刻开关S2开通，由于此时其反并联二极管 VDS2正处于导通状态，因此S2为零电压开通。
电磁加热电路
• 在电磁加热领域里，常见的电路拓扑有几种：单 管并联谐振、半桥串联谐振、半桥并联谐振、全 桥串联谐振和全桥并联谐振。 • 单管并联谐振电路广泛应用于家用电磁炉。 • 半桥和全桥电路用于较大功率的电磁炉，因为成 本原因，半桥和全桥串联谐振电路更为常见。
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HV S1 HV
Cs1
Lr
C
Cs2
Cs4
GND
GND
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电磁加热电路
• 开关S1开通，由于 此时其反并联二极管 HV HV VDS1正处于导通状态 ，因此S1为零电压开 通。 Cs3 • t8~t9时段：t8时刻开 关S3关断后，Cs3、 B A Lr Cs4与Lr构成谐振回路。 C S4 Lr的电流不断减小，B Cs2 Cs4 点电压不断下降，直 到S4的反并联二极管 VDS4导通。 这种状 态维持到t9时刻S4开通 GND GND 。因此S4为零电压开通。 至此，电路完成一个周期，在这一个周期内，S1~S4均实现了零电压开关（ZVS）。
电磁加热电路
• f>f0时
C
D1 5 1 S1 4 G1 GN DH
L
B
R
2 S2
C
D2 3 7
6
G2 GN DL
• •
当电路工作频率大于谐振频率时，电压超前电流相位，回路负载特性呈现感 性，设某一时刻，开关管S1处于导通状态，负载中流过电流，如图2-1中实线 表示。 当S1关断时，由于电感的储能作用，将通过二极管D2续流，如图2-1中虚线 表示。由于D2续流，IGBT（S2）EC之间的电压仅为二极管正向导通压降， S1承受电源电压，死区时间结束后，开通S2、D2承受反向电压而关断，如果 能够正好在续流结束之前开通S2，则实现了零电压开通，二极管D2实现零电 流关断。
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学习提纲 一、什么是电磁加热？ 二、电磁加热原理 三、电磁加热电路 四、讨论 五、附录
苏工/Scott 祝各位每一天快乐而有收获
一、什么是电磁加热？ • 什么加热技术可以使金属物体瞬间被加热到 所需的任何温度？ • 它不需要象其它加热方式那样，先产生高温 后再去加热被它加热的金属物体，可以在金 属物中直接产生高温； • 它不但可以使金属物体整体加热，也可以选 择性地对每个部位进行局部加热； • 它是一种加热方式的革命，同样是电能加热 ，它却可以比电炉、电烘箱等节电40%
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电磁加热电路
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电磁加热电路
• 理想状态下f=f0时的波形：
2DGraphCon 565.00 (T2.V)... R_Loa...
0
-565.00 499.00m 499.20m 499.50m
• 从图2-5可以看出，当工作于谐振频率时，电压和 电流同相，此时电路呈现纯阻性，负载阻抗Z=R。
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电磁加热电路
• t3~t4时段：t4时刻 开关S4关断后，Cs3、 Cs4 与Lr构成谐振 回路。Lr的 电流不 断减小，B点电压不 断上升，直到S3的 反并 联二极管VDS3 导通。这种 状态维 持到t4时刻S3开通。 因此S3为零电压开通。
电磁加热原理
• 一、磁滞热 铁磁物质位于交变磁场中，由于反复磁化，其分 子电流的磁场不断改变方向，消耗能量，产生磁 滞热。 • 二、涡流 导体位于交变磁场中，由于电磁感应，将在导体 中产生感应电流，这个感应电流就称为涡流。 感应线圈和被加热导体相当于一个变压器，感应 线圈是变压器原边，导体相当一匝短路的副边， 在导体中产生大电流，发出热量将导体加热。
电磁加热基础
主讲 苏工/scott
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• 第一条 守时：准时上下课 • 第二条 自制：教室内禁烟，禁接、收手机 • 第三条 守纪：不私自来回走动，不随意耳语交谈 • 第四条 放开：放开自己，积极互动 • 第五条 空杯：心态归零，学习、学习、再学习 • 第六条 尊重：注重仪表、注重礼貌 • 第七条 信赖：信赖老师、信赖其他学员、信赖同事 • 第八条 准备：准备学习用具、随时回答问题、随时参与活动
附录 • 串联谐振电路加热铝材料计算
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t7~t8时段：t7时刻
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讨论
• 讨论 • 一、电磁炉能加热铜铝吗？ • 二、电磁炉为什么要通过间歇加热实现小功 率输出 ？ • 三、半桥串联谐振电路中，是否越接近谐振点 越好？ • 四、和半桥串联谐振电路相比，全桥电路的 优点？
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电磁加热的优点 • 具有精确的加热深度和加热区域, 并易于控 制。 • 易于实现高功率密集, 加热速度快, 效率高, 能耗小。 • 采用非接触式加热方式, 在加热过程中不易 掺入杂质。 • 作业环境符合环保要求
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HV S3
HV
Cs1
Cs3
A
S2
B
Lr C Cs4
GND
GND
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电磁加热电路
• t4~t6时段：S3开通 后，Lr的电流继续减 小。iLr下降到零后反 向增大，t6时刻开关 S2关断后，Cs1、Cs2 与Lr构成谐振回路。Lr 的电流不断减小，A点 电压不断上升，直到S1 的反并联二极管VDS1 导通。
• 加热盘L、等效串联电阻R、C2、C3构成RLC串连谐振回 路，谐振频率为： 1
f0
2 LC
• 当驱动频率f> f0时，电路呈现感性，此时RLC两端的电压 超前于RLC回路中的电流；当f<f0时，电路呈现容性，此 时RLC两端的电压落后于RLC回路中的电流。
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电磁加热电路 • 三、全桥串联谐振电路
HV S1 S3 HV
Cs1
Cs3
A
S2 Cs2
Lr
B
C S4
Cs4
GND
GND
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• 时序图
•
t8 t9 t0
t1 t2 t3 t4 t5
t6 t7 t8 t9 t0
电磁加热电路 • 一、单管并联谐振电磁加热电路 家用单头电磁炉大多数为单管并联谐振结构 的家用电磁炉，电路结构如下图：
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电磁加热电路 • 各阶段等效电路
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• 二、半桥串联谐振电磁加热电路
HV S1 R1 BRIDGE1 C1 S2 VSIN R3 R4 R L C3 R2 C2
2
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电磁加热电路
• 工作原理： 50~60Hz交流电源经整流滤波变为平滑的直流电， 直流电经过逆变电路变为高频交变电流，经感应 线圈产生高频交变磁场，高频交变磁场在金属锅 底产生高频涡流，高频涡流转化为热量。
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电磁加热电路
1
•
f<f0时
S1
C
D1 5
4
G1 GN DH
L
B
R
2 S2
C
D2 3 7
6
G2 GN DL
•
•
当电路工作频率小于谐振频率时，电流超前电压相位，回路负载特性呈现容性，设某一 时刻，开关管S1处于导通状态，负载中流过电流（图2-2中用实线表示），由于电流超 前电压相位，因此在S1仍导通时电流首先过零，之后电流通过二极管D1反向流通（图 2-2中用虚线表示），如图2-2中所示。 二极管D1导通后，S1实际上已不起作用，当S1关断，S2导通时，D1将承受反向电压而 强迫关断，关断过程中D1将产生较大的反向恢复电流，此恢复电流将通过D1、S2使电 源短路，从而危及IGBT。当S2导通末期，电流再次提前反向，D2续流，此时如果S1导 通，D2将承受反向电压而强迫关断，二极管D2反向恢复电流和S2使电源短路。
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电磁加热原理 • 三、感应加热功率
P f Bm V : 电阻系数
2
f : 频率
Bm : 磁感应强度 V : 体积
功率与频率的平方成正比。
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电磁加热原理
• 四、电流穿透深度 由于集肤效应，电流频率越高，电流流过的表面 层越薄。当导体某一深度的电流密度等于表面电 流密度的 1/e 时，这一深度称为穿透深度。 在电磁加热计算中，常用计算式：
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• 工作过程： • t0~t1时段：S1与S4导通， 直到t1时刻S1关断。 • t1~t2时段：t1时刻开关 B A S1关断后，电容Cs1、Cs2 与电感Lr、L构成谐振回路， UA不断下降，直到UA =0， VDS2导通，电流iLr通过VDS2 续流。 • t2~t3时段：t2时刻开关S2开通，由于此时其反并联二极管 VDS2正处于导通状态，因此S2为零电压开通。
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• 在电磁加热领域里，常见的电路拓扑有几种：单 管并联谐振、半桥串联谐振、半桥并联谐振、全 桥串联谐振和全桥并联谐振。 • 单管并联谐振电路广泛应用于家用电磁炉。 • 半桥和全桥电路用于较大功率的电磁炉，因为成 本原因，半桥和全桥串联谐振电路更为常见。
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HV S1 HV
Cs1
Lr
C
Cs2
Cs4
GND
GND
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• 开关S1开通，由于 此时其反并联二极管 HV HV VDS1正处于导通状态 ，因此S1为零电压开 通。 Cs3 • t8~t9时段：t8时刻开 关S3关断后，Cs3、 B A Lr Cs4与Lr构成谐振回路。 C S4 Lr的电流不断减小，B Cs2 Cs4 点电压不断下降，直 到S4的反并联二极管 VDS4导通。 这种状 态维持到t9时刻S4开通 GND GND 。因此S4为零电压开通。 至此，电路完成一个周期，在这一个周期内，S1~S4均实现了零电压开关（ZVS）。
电磁加热电路
• f>f0时
C
D1 5 1 S1 4 G1 GN DH
L
B
R
2 S2
C
D2 3 7
6
G2 GN DL
• •
当电路工作频率大于谐振频率时，电压超前电流相位，回路负载特性呈现感 性，设某一时刻，开关管S1处于导通状态，负载中流过电流，如图2-1中实线 表示。 当S1关断时，由于电感的储能作用，将通过二极管D2续流，如图2-1中虚线 表示。由于D2续流，IGBT（S2）EC之间的电压仅为二极管正向导通压降， S1承受电源电压，死区时间结束后，开通S2、D2承受反向电压而关断，如果 能够正好在续流结束之前开通S2，则实现了零电压开通，二极管D2实现零电 流关断。
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学习提纲 一、什么是电磁加热？ 二、电磁加热原理 三、电磁加热电路 四、讨论 五、附录
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一、什么是电磁加热？ • 什么加热技术可以使金属物体瞬间被加热到 所需的任何温度？ • 它不需要象其它加热方式那样，先产生高温 后再去加热被它加热的金属物体，可以在金 属物中直接产生高温； • 它不但可以使金属物体整体加热，也可以选 择性地对每个部位进行局部加热； • 它是一种加热方式的革命，同样是电能加热 ，它却可以比电炉、电烘箱等节电40%
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电磁加热电路
• 理想状态下f=f0时的波形：
2DGraphCon 565.00 (T2.V)... R_Loa...
0
-565.00 499.00m 499.20m 499.50m
• 从图2-5可以看出，当工作于谐振频率时，电压和 电流同相，此时电路呈现纯阻性，负载阻抗Z=R。