线圈盘工作特点

B 锅具的影响
线圈盘通过电磁感应的方式向锅具传输能量。 耦合系数K与磁隙大小(线圈盘与锅具的距离)有关， 与锅具材质有关。
线圈盘与锅具的距离较小时，耦合较紧，漏磁小，传输功率大，吸 收磁能强，在t4时刻C上电压低。电磁炉在高功率时宜用小距离，低 功率时宜用大距离，改善t5时刻IGBT的工作状态。 铁磁性锅具有利于缩小空气隙长度,提高磁通量,应使线圈盘电感量 增大,由于在锅具中产生的涡流,抵消了部分磁通,使自感电动势减小, 近而显示电感量下降. 非铁磁性锅具不影响空气隙长度,应使线圈盘 电感量减小,IL增大,t1-t5时间减小.
Q值
8.68
百芯线盘
疏绕线盘(江东)
φ 0.15×102×28
φ 0.31×18×28
112.6
108.06
7.53
5.038
1
1
0.707
0.6786
17
17
27.01
37.45
1.35%
1.87%
疏绕线盘(江东)
疏绕线盘(惠然)
φ 0.31×16×28
φ 0.31×18×28
105.09
105
4.454
由
di e L dt
→
U I t L
流过L中电流与电压大小成正比,与导通时间成正 比,与线盘电感量成反比.
1 设:电压310V,导通时间21μS,线盘电感110μH, 则: I=310×21÷110=59A 线盘中储能: WL=I2L/2=382910/2 电容中储能: WC=V2C/2=28830/2 如果无锅,忽略损耗,在t4时刻,C上电压:V反2C/2=I2L/2+V2C/2 解之 V反=1171V
线圈盘的工作过程附图
+310V + _ + _
+
_
+
_
图1
_ +
图2
_
+
_
+
+
_
+
图3
图4
310V
+
_ 310V + _
+
_
+
_
图5
图6
线圈盘的工作过程波形图
t0
t1 t2 t3
t4
t5

3 影响线圈盘的工作的主要因素 线圈盘的等效电路
RL
t Ri L
Ci
Leabharlann Baidu
A 中路:流过L中电流


线圈盘铜耗损计算 条件:1 以平板线盘为标准; 2 线盘用线φ0.31×26支×28匝 R20=0.0823Ω; 3 工作温度 130℃ 22KHZ 4 忽略趋肤效应和邻近效应的影响. 5 C极当效电流 17A 一 铜线温度系数 T=100 K=(1+(T-20)/234.5)=1.3411 T=130 K=(1+(T-20)/234.5)=1.4691 二 工作温度下线盘直流电阻 R20=0.0823Ω R100=0.0823×1.3411=0.1104Ω R130=0.0823×1.4691=0.1209Ω 三 耗损功率 20℃时 17×17×0.0823=23.78 100℃时 17×17×0.1104=31.91 130℃时 17×17×0.1209=34.94
线盘参数测试与计算
室温20℃时参数 机械参数 (线径×支数 ×匝数) 平板线盘 φ 0.31×26×28 电感量 μ H 113 直流电 阻 Ω 0.082 0.0934 7 0.1296 铜线温 度 系 数 1 感抗RL Ω 0.7096 当效电 流 A 17 耗损估 算 W 23.78 耗损率 % 1.19%
4 交流电阻
交流电阻是在较高工作频率下,由于导线的趋肤 效应,而引起的导线有效截面变小,实际电阻变大 的一个折算值.
趋肤效应是在较高频率下,载流导体在其周围产 生环形涡流,该涡流使导体中心的电流密度减小,使 导体表面附近的电流密度增大的现象.
导体
涡流
i
导体中电流密度从表面到中心按指数规律下降. 趋肤深度:从表面到电流密度下降到表面电流密度的 1/e(0.368)的厚度为趋肤深度△。

C 磁条的作用 镶嵌在线圈盘下面的不同形状的磁条缩短了 线圈盘下部空气隙的长度，但未形成回路，空气 隙仍很大，对线圈盘整个磁回路的导磁系数μ0的 影响不大，对电感量L影响不大。
磁条屏蔽了大部向下散射的磁力线，减小了对电子板的干扰。
二 线圈盘的主要性能参数
1 线圈盘的电感量L
与线圈盘的平均直径成正比,与导线直径成反 比,与匝数的平方成正比,还与导磁介质相关连。
三 运行中的线圈盘
1 邻近效应:
相邻导线流过高频电流时，由于磁电作用，使电流偏向 一边的特性称为邻近效应。 具体讲，相邻导线的电流方向相同时，则电流在相邻 导线的外侧加强，如果电流方向相反，则电流在相邻导线 的内侧加强。

多股导线的邻近效应分析
+ + + +
+
+ + + + + + + +

线圈盘邻近效应分析1
线圈盘工作在较高温度下,主要考虑温度t 对R 值的影响。 铜电阻温度系数K=1+(T-20)/234.5
例:我公司的平板线盘20℃时电阻82mΩ,当温度分别为100℃ 130℃时电阻: 82× (1+(100-20)/234.5 )=82×1.34=109.97mΩ 82× (1+(130-20)/234.5 )=82×1.47=120.5mΩ

2k

式中: K -导电材料的电阻温度系数.铜线:K=1+(t+20)/234.5 ρ-导电材料的电阻率.铜线:ρ=0.01724×10-6 μ-导电材料的导磁系数.铜线:μ=4π ω-2πf 将有关数值代入并整理后: f=25khz t=20℃ f=25khz t=100℃ f=22khz t=130℃

6.6 f

7.65 f

8 f



线圈盘有关计算1 (多线与单线耗损对比) 一 电磁炉工作频率下趋肤深度: 当铜线 20℃ F＝25KHZ时 H＝6.6/F0.5 ＝6.6/158.1＝0.4175㎜ 当铜线 100℃ F＝25KHZ时 H＝7.65/F0.5 ＝7.65/158.1＝0.4838㎜ 当铜线 130℃ F＝22KHZ时 H＝8/F0.5 ＝8/148.3＝0.5934㎜ 二 φ0.31铜线26支总截面 S＝26×πＤ２／４＝26×0.07544=1.9614mm2 三 截面与此相同单线直径 Dd=(4S/π)0.5=1.58mm 四 趋肤面积 当铜线 20℃时 Sq=1.9614-(1.58-2×0.4175)2π/4=1.96140.4357=1.5259mm2 当铜线 100℃时 Sq=1.9614-(1.58-2×0.4838)2π/4=1.96140.2944=1.6669mm2 当铜线 130℃时 Sq=1.9614-(1.58-2×0.5934)2π/4=1.96140.1214=1.84mm2



五 全面积与之比 20℃时 1.9614/1.5259=1.2854 100℃时 1.9614/1.6669=1.1766 130℃ 22KHZ时 1.9614/1.84=1.066 六 20℃线盘导线交流阻抗与直流阻抗之比1.2854 100℃线盘导线交流阻抗与直流阻抗之比1.1766 130℃线盘导线交流阻抗与直流阻抗之比1.066 七 交流阻抗计算 已知线盘直流电阻为0.082Ω 20℃时 RJ=0.082×1.2854=0.1054Ω 多出电阻 0.1054－0.082=0.0234 100℃时 RJ=0.082×1.1766=0.09649Ω 多出电阻 0.09649－0.082=0.01449 130℃时 RJ=0.082×1.066=0.08742Ω 多出电阻 0.08742－0.082=0.005412 八 增加耗损 设IGBT峰值电流60A 则当效电流17A 20℃时 P=I2R=17×17×0.0234=6.7626W 100℃时 P=I2R=17×17×0.01449=4.188W 130℃时 P=I2R=17×17×0.005412=1.564W
一般电感量为100-110μH.
2 Q值
线圈盘Q值是一定频率下线圈盘电抗值与其直 流电阻的比值.
在1KHZ时电抗RL=2×3.14×1000×113×10-6=0.7096 则Q=0.7096÷0.082=8.65 实测Q=8.68 如我公司的平板线盘电感量L=113μH,电阻82mΩ则:
3 直流电阻R
线圈盘整体工作特征
2008年3月
(个人观点，仅供参考)
樊东明
线圈盘整体工作特征
2008年3月
一
二 三 四
内容提要 线圈盘的工作状态 线圈盘的主要性能参数 运行中的线圈盘 常见故障及处理
一 线圈盘的工作状态
1 线圈盘的作用 在电磁炉中，线圈盘是一个功率输出器 件，也是一个能量转换器。 由电源变换电路产生的高频号，通过线 圈盘将高频电流转换为高频交变磁场，被加 热器皿在高频交变磁场作用下，产生无数环 形电流，令被加热器皿发热。

2 线圈盘自身损耗
在电流流过线盘导线时,由于线盘自身电阻的存在,因 此产生热损耗。


P=I2R
式中 I为流过线盘的当效电流 上半周 I=0.707 ((I02+IC2)/2)0.5×n 下半周 I=0.707 ((I02+IC2)/2)0.5×(1-n) 全周期 I≤0.5IC



+ +
+ + +
+ +
+ +
+

线圈盘邻近效应分析2
+
+ +
+
+ + +
+ +
++ ++
+ + + ++ ++
+ +
+ +
+ +
+ + ++ ++
++ ++
+ + +
+ + +
+ + +
+ +
+

运行中的线圈盘,由于电磁作用,使流过导线中的电流 偏向一侧,最严重者发生在中径左右两边,并不在正中。由 于中径内侧通风较差,温升最高。
疏绕线盘铜耗损计算 条件:1 以疏绕线盘为标准; 2 线盘用线φ0.31×18支×28匝 R20=0.1311Ω; 3 工作温度 130℃ 22KHZ 4 忽略趋肤效应和邻近效应的影响. 5 C极当效电流 17A 一 铜线温度系数 T=100 K=(1+(T-20)/234.5)=1.3411 T=130 K=(1+(T-20)/234.5)=1.4691 二 工作温度下线盘直流电阻 R20=0.1311Ω R100=0.1311×1.3411=0.1758Ω R130=0.1311×1.4691=0.1925Ω 三 耗损功率 20℃时 17×17×0.1311=37.88 100℃时 17×17×0.1758=50.80 130℃时 17×17×0.1925=55.63
2 设:电压320V(~226V),导通时间23μS,线盘电感105μH, 则: I=320×23÷105=70A 线盘中储能: WL=I2L/2=514500/2 电容中储能: WC=V2C/2=30720/2 如果无锅,忽略损耗,在t4时刻,C上电压:V反2C/2=I2L/2+V2C/2 解之 V反=1348V
电磁炉加热原理示意
锅具 锅具涡流 微晶板 线圈盘 磁力线


2 线圈盘的工作过程
t0-t1 IGBT导通，电源经线盘L完成路。 t1-t2 IGBT关断，电容器C中存储的电 能向L放电，向锅具供热。 t2-t3 L中存储的磁能向电容器C充电， 向锅具供热。 t3-t4 电容器C中存储的电能向L放电， 向锅具供热。 t4-t5 L中存储的磁能向电容器C反向充 电，向锅具供热。
5.05
0.1483
0.1311
1
1
0.66
0.6591
17
17
42.86
37.88
2.14%
1.89%
100℃时参数 机械参数 (线径×支数 ×匝数) 平板线盘 百芯线盘 疏绕线盘(江东) 疏绕线盘(江东) 疏绕线盘(惠然) φ 0.31×26×28 φ 0.15×102×28 φ 0.31×18×28 φ 0.31×16×28 φ 0.31×18×28 电感量 μ H 113 112.6 108.06 105.09 105 直流电 阻 Ω 0.082 0.0934 7 0.1296 0.1483 0.1311 铜线温 度 系 数 1.3411 1.3411 1.3411 1.3411 1.3411 计算 电 阻 0.1104 0.1253 0.1738 0.1989 0.1758 当效电 流 A 17 17 17 17 17 耗损估 算 W 31.91 32.21 50.22 57.48 50.8 耗损率 % 1.60% 1.61% 2.50% 2.87% 2.54%







t5-t6 当C上电压与电源电压相近时，比较器翻 转，IGBT栅极加入正脉冲信号: a 如果L中磁能尚未放光，即C上电压大于电源 电压，则电能通过IGBT内附加二极管向电源、 C1反送电，IGBT受反压不导通。 b 如果L中磁能刚好放光，IGBT导通，进入下 一循环。 c 如果L中磁能提前放光，即C上电压小于电源 电压，比较器已翻转，则IGBT在较高电压下导通， 耗损加大。