线圈盘整体工作特征.ppt

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,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。,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。,线圈盘的工作过程附图,线圈盘的工作过程波形图,t0,t1,t3,t4,t2,t5,3 影响线圈盘的工作的主要因素 线圈盘的等效电路,a 中路:流过l中电流 由 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21s,线盘电感110h, 则: i=31021110=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,2 设:电压320v(226v),导通时间23s,线盘电感105h, 则: i=32023105=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 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.,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0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。 一般电感量为100-110h. 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. 如我公司的平板线盘电感量l=113h,电阻82m则: 在1khz时电抗rl=236=0.7096 则q=0.70960.082=8.65 实测q=8.68,3 直流电阻r 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82m,当温度分别为100 130时电阻: 82 (1+(100-20)/234.5 )=821.34=109.97m 82 (1+(130-20)/234.5 )=821.47=120.5m 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。 式中: k -导电材料的电阻温度系数.铜线:k=1+(t+20)/234.5 -导电材料的电阻率.铜线:=0.0172410-6 -导电材料的导磁系数.铜线:=4 -2f 将有关数值代入并整理后: f=25khz t=20 f=25khz t=100 f=22khz t=130,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 f25khz时 h6.6/f0.5 6.6/158.10.4175 当铜线 100 f25khz时 h7.65/f0.5 7.65/158.10.4838 当铜线 130 f22khz时 h8/f0.5 8/148.30.5934 二 0.31铜线26支总截面 s26260.07544=1.9614mm2 三 截面与此相同单线直径 dd=(4s/)0.5=1.58mm 四 趋肤面积 当铜线 20时 sq=1.9614-(1.58-20.4175)2/4=1.9614-0.4357=1.5259mm2 当铜线 100时 sq=1.9614-(1.58-20.4838)2/4=1.9614-0.2944=1.6669mm2 当铜线 130时 sq=1.9614-(1.58-20.5934)2/4=1.9614-0.1214=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0.082 20时 rj=0.0821.2854=0.1054 多出电阻 0.10540.082=0.0234 100时 rj=0.0821.1766=0.09649 多出电阻 0.096490.082=0.01449 130时 rj=0.0821.066=0.08742 多出电阻 0.087420.082=0.005412 八 增加耗损 设igbt峰值电流60a 则当效电流17a 20时 p=i2r=17170.0234=6.7626w 100时 p=i2r=17170.01449=4.188w 130时 p=i2r=17170.005412=1.564w,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。 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)0.5n 下半周 i=0.707 (i02+ic2)/2)0.5(1-n) 全周期 i0.5ic,线圈盘铜耗损计算 条件:1 以平板线盘为标准; 2 线盘用线0.3126支28匝 r20=0.0823; 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=0.0823 r100=0.08231.3411=0.1104 r130=0.08231.4691=0.1209 三 耗损功率 20时 17170.0823=23.78 100时 17170.1104=31.91 130时 17170.1209=34.94,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0.3118支28匝 r20=0.1311; 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