企业培训_电磁炉培训教材

电磁炉 技术类 培训课件 保障中心 成就员工价值创造共同事业 EstatemanagementfoundationAccountant 课程目标 1 2 学习电磁炉的基础知识 熟知电磁炉的工作原理 3 掌握电磁炉的维护保养方法 1 2 认识电磁炉的主要部件 目录 3 认知电磁炉的加热原理 思考题 4 发热线圈的充放电分析 5 电磁炉的电路图 6 辅助电路略解 名词解释 7 电磁炉典型故障分析 8 电磁炉的维保知识 名词解释 IGBT 绝缘栅双极晶体管 IusulatedGateBipolarTransistor 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 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 PWM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 发热线圈 加热线圈又称为发热线圈 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27 33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 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 IGBT与功率MOSFET相比具有以下特点 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 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1kV 1 8kV的约1 2us 600V级的约0 2us 约为GTR GiantTransistorGiant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 IGBT将场控型器件的优点与GTR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 电磁炉的发热原理 电磁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15 30KHZ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 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 你所知道的什么材质的锅适用于电磁炉 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 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 市电 IGBT漏极 发热盘 加热锅底 市电 整流滤波 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 时间t1 t2时当开关脉冲加至Q1的G极时 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t1 t2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t3 t4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i1 i4过程 因此在L1上就产生了和开关脉冲f 20KHz 30KHz 相同的交流电流 发热线圈充放电过程分析 t4 t5的i4是阻尼管D11的导通电流 在高频电流一个电流周期里 t2 t3的i2是线盘磁能对电容C3的充电电流 t3 t4的i3是逆程脉冲峰压通过L1放电的电流 t4 t5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 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 t1 t2 Q1饱和导通 UC接近地电位 t4 t5 阻尼管D11导通 UC为负压 电压为阻尼二极管的顺向压降 t2 t4 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 t1 t2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 辅助电路略解 振荡电路 当G点有Vi输入时 V7OFF时 V7 0V 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 V8OFF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 CPU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 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t2 t4时间 图1 由于C3两端电压为左负右正 所以V3V5 V7OFF V7 0V 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t2 t4时间不会导通 在t4 t6时间 C3电容两端电压消失 V3 V4 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Q1G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 CPU19脚输出低电平 同时13脚也停止PWM输出 D18导通 将V8拉低 另V9 V8 使IGBT激励电路停止输出 IGBT截止 则加热停止 2 开始加热时 CPU19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 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D20 D23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 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Q1VCE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 V14 V15 V16ON 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D28另V15升高 结果V15 V14另IC2C比较器翻转 V16OFF 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V16OFF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 13131313过零检测过零检测过零检测过零检测 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 辅助电源 AC220V50 60Hz电压接入变压器初级线圈 次级两绕组分别产生13 5V和23V交流电压 13 5V交流电压由D3 D6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D7 D10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 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 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Q1G极的试探信号必须足够 通过测试Q1G极的试探电压可判断试探信号是否足够 正常为间隔出现1 2 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 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路是否正常 在主回路正常及加至Q1G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Q1G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Q1G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Q1G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 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Q1G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Q1G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Q1G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Q1G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Q1G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 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 V4 V3 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 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