线圈盘整体工作特征

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-t1IGBT导通，电源经线盘L完成路。t1-t2IGBT关断，电容器C中存储的电能向L放电，向锅具供热。t2-t3L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-t5L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t0t1t3t4t2t53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→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=1348VB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。一般电感量为100-110μH.

2Q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=113μH,电阻82mΩ则: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

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

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)/234.5ρ-导电材料的电阻率.铜线:ρ=0.01724×10-6μ-导电材料的导磁系数.铜线:μ=4πω-2πf将有关数值代入并整理后:f=25khzt=20℃f=25khzt=100℃f=22khzt=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℃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=1.9614-0.4357=1.5259mm2当铜线100℃时Sq=1.9614-(1.58-2×0.4838)2π/4=1.9614-0.2944=1.6669mm2当铜线130℃时Sq=1.9614-(1.58-2×0.5934)2π/4=1.9614-0.1214=1.84mm2五全面积与之比20℃时1.9614/1.5259=1.2854100℃时1.9614/1.6669=1.1766130℃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1.2854100℃线盘导线交流阻抗与直流阻抗之比1.1766130℃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0.082Ω20℃时RJ=0.082×1.2854=0.1054Ω多出电阻0.1054－0.082=0.0234100℃时RJ=0.082×1.1766=0.09649Ω多出电阻0.09649－0.082=0.01449130℃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17A20℃时P=I2R=17×17×0.0234=6.7626W100℃时P=I2R=17×17×0.01449=4.188W130℃时P=I2R=17×17×0.005412=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)0.5×n下半周I=0.707((I02+IC2)/2)0.5×(1-n)全周期I≤0.5IC线圈盘铜耗损计算条件:1以平板线盘为标准;2线盘用线φ0.31×26支×28匝R20=0.0823Ω;3工作温度130℃22KHZ4忽略趋肤效应和邻近效应的影响.5C极当效电流17A一铜线温度系数T=100K=(1+(T-20)/234.5)=1.3411T=130K=(1+(T-20)/234.5)=1.4691二工作温度下线盘直流电阻R20=0.0823ΩR100=0.0823×1.3411=0.1104ΩR130=0.0823×1.4691=0.1209Ω三耗损功率20℃时17×17×0.0823=23.78100℃时17×17×0.1104=31.91130℃时17×17×0.1209=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φ0.31×18支×28匝R20=0.1311Ω;3工作温度130℃22KHZ4忽略趋肤效应和邻近效应的影响.5C极当效电流17A一铜线温度系数T=100K=(1+(T-20)/234.5)=1.3411T=130K=(1+(T-20)/234.5)=1.4691二工作温度下线盘直流电阻R20=0.1311ΩR100=0.1311×1.3411=0.1758ΩR130=0.1311×1.4691=0.1925Ω三耗损功率20℃时17×17×0.1311=37.88100℃时17×17×0.1758=50.80130℃时17×17×0.1925=55.63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)电感量μHQ值直流电阻Ω铜线温度系数感抗RLΩ当效电流A耗损估算W耗损率%平板线盘φ0.31×26×281138.680.08210.70961723.781.19%百芯线盘φ0.15×102×28112.67.530.0934710.7071727.011.35%疏绕线盘(江东)φ0.31×18×28108.065.0380.129610.67861737.451.87%疏绕线盘(江东)φ0.31×16×28105.094.4540.148310.661742.862.14%疏绕线盘(惠然)φ0.31×18×281055.050.131110.65911737.881.89%100℃时参数

机械参数(线径×支数×匝数)电感量μHQ值直流电阻Ω铜线温度系数计算电阻当效电流A耗损估算W耗损率%平板线盘φ0.31×26×281138.680.0821.34110.11041731.911.60%百芯线盘φ0.15×102×28112.67.530.093471.34110.12531732.211.61%疏绕线盘(江东)φ0.31×18×28108.065.0380.12961.34110.17381750.222.50%疏绕线盘(