大功率商用電磁爐設(shè)計(jì)方案資料,系統(tǒng)介紹各個(gè)功能部分

1、電磁爐功率模塊的設(shè)計(jì)及控制電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) 祝松濤摘 要本課題針對(duì)現(xiàn)有電磁爐功率小、穩(wěn)定性差等缺陷，開展了基于半橋諧振電路電磁爐的關(guān)鍵技術(shù)研究。首先分析大功率電磁爐工作原理，確定了本課題采用電壓型串聯(lián)諧振電路形式，根據(jù)此電路形式設(shè)計(jì)了電路中各參數(shù)，包括IGBT的選型，諧振電感、電容的設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為控制核心的IGBT驅(qū)動(dòng)電路和智能保護(hù)電路。另外，為了電磁爐能夠并聯(lián)擴(kuò)容，研究了IGBT的均流問題。最后，設(shè)計(jì)了基于網(wǎng)絡(luò)阻抗的動(dòng)態(tài)負(fù)載模型并提出了電磁爐的自適應(yīng)恒溫控制方法，實(shí)現(xiàn)了電磁爐的精確功率控制。關(guān)鍵詞 感應(yīng)加熱；串聯(lián)諧振；功率模塊；電磁爐；動(dòng)態(tài)負(fù)載Design and

2、Control of the Induction Cooker Power ModuleElectrical Engineering and Automation Specialty ZHU Song-taoAbstract: This paper in view of the existing electromagnetic oven power small, poor stability and other defects, based on half-bridge resonant circuit of electromagnetic oven key technology resear

3、ch. First analysis of large power electromagnetic oven working principle, determined that this issue is based on the voltage type series resonant circuit, this circuit was designed according to the circuit parameters, including IGBT selection, resonant inductor, capacitor design, and on this basis t

4、o design the IGBT drive circuit and intelligent protection circuit. In addition, in order to electromagnetic stove capable of parallel expansion, studied the IGBT flow problem. Finally, based on the design of the network impedance dynamic load model and proposed the electromagnetic furnace adaptive

5、constant temperature control method, the electromagnetic oven precise power control.Key words: Induction cooker; power module; IGBT driver; induction heating; dynamic load目 錄1 引言 11.1 課題研究的目的及意義 11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容 22 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 22.1 電磁爐的工作原理 22.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 33 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 43.1 電磁爐的主電路設(shè)計(jì) 43.1.1 整流電路設(shè)計(jì)

6、43.1.2 逆變電路設(shè)計(jì) 53.2 電磁爐功率模塊驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 73.2.1 IGBT特性及柵極驅(qū)動(dòng)電阻的選擇 73.2.2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)及其優(yōu)化 83.2.3 IGBT的并聯(lián)應(yīng)用 103.3 電磁爐保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 114 電磁爐控制策略研究及軟件設(shè)計(jì) 134.1 感應(yīng)加熱基本原理 134.2 動(dòng)態(tài)負(fù)載模型研究 144.3 基于動(dòng)態(tài)負(fù)載的自適應(yīng)恒溫控制 144.4 控制軟件設(shè)計(jì) 165 系統(tǒng)調(diào)試及分析 185.1 系統(tǒng)整流部分調(diào)試及結(jié)果分析 185.2 系統(tǒng)逆變部分調(diào)試及結(jié)果分析 205.3 系統(tǒng)主電路部分調(diào)試及結(jié)果分析 22結(jié)束語(yǔ) 24參考文獻(xiàn) 25致謝 261 引言1.1 課題研究的目

7、的及意義目前家用電磁爐在市場(chǎng)上已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，但是大功率的電磁爐起步稍晚，主要受到開關(guān)管的容量限制，隨著大功率開關(guān)器件的發(fā)展，很大的帶動(dòng)了大功率電磁爐的發(fā)展。大功率電磁爐熱效率高，加熱速度快，功率強(qiáng)勁，易操作，從安全上來說，無油無味、清潔衛(wèi)生、無煙無火，能很好的改善廚房環(huán)境。另外，能源危機(jī)是任何一個(gè)國(guó)家不能避免的問題，隨著石油的需求越來越大，能源問題都在向著新的方向延伸和發(fā)展，而電磁爐則是用電來取代煤氣、柴油等基本燃料，順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，響應(yīng)節(jié)能減排的口號(hào)，將逐步取代油和燃?xì)鉃橹鞯臓t灶設(shè)備，成為今后主流的廚房設(shè)備。電磁爐的熱效率高達(dá)90%以上，從成本上考慮，如果用電磁爐替換煤氣灶和柴油灶，一

8、年可以為餐飲業(yè)節(jié)約營(yíng)業(yè)額的5%左右，大大降低了成本。所以電磁爐的應(yīng)用越來越廣泛。目前在市場(chǎng)上大多是小功率的家用電磁爐，基本上以單管或者半橋電路為主電路設(shè)計(jì)的。但作為大功率電磁爐，對(duì)功率器件的要求比較高，隨著功率器件的日新月異的發(fā)展，各大廠家的大功率器件頻頻升級(jí)，而且穩(wěn)定性越來越好，給大功率電磁爐的研發(fā)提供了很好的機(jī)遇。大功率電磁爐迅速發(fā)展，市場(chǎng)增幅很快，有很大的市場(chǎng)空間。但是，國(guó)內(nèi)的大功率電磁爐在技術(shù)上還不成熟，穩(wěn)定性差，返修率高，導(dǎo)致成本大幅增加。如果能在以上問題并能在技術(shù)上有所創(chuàng)新，那么大功率電磁爐的產(chǎn)業(yè)化道路指日可待，其商業(yè)前景不可估量。因此，研究大功率電磁爐意義重大。1.2 國(guó)內(nèi)外研究

9、現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的大功率電磁爐主要基于半橋串聯(lián)諧振電容設(shè)計(jì)，主要缺點(diǎn)是功率因素低、穩(wěn)定性差。逆變主回路上的功率因素低，大量電能損耗在電容和電感上，同時(shí)由于電壓和電流的相位差會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響，產(chǎn)生諧波污染。逆變電路的大電流和多次諧波極大地影響了IGBT的正常運(yùn)行，大電流導(dǎo)致其發(fā)熱嚴(yán)重，多次諧波的影響容易導(dǎo)致其短路。國(guó)內(nèi)研究大功率電磁爐的高峰期在上世紀(jì)八九十年代，由于受到功率器件的影響，大量產(chǎn)品可靠性差，功率低，難以被市場(chǎng)所接受。隨著技術(shù)上的突飛猛進(jìn)，以及產(chǎn)品維護(hù)上的日益完善，大功率電磁爐發(fā)展迅速，市場(chǎng)增幅快，特別是在商用領(lǐng)域，各廠家對(duì)其開發(fā)投入了大量的資金和科研隊(duì)伍，因此有著巨大的市場(chǎng)

10、空間。所以對(duì)大功率電磁爐的研究具有很重要的價(jià)值，如果能解決技術(shù)和成本等問題，其商業(yè)前景非?？捎^。在功率控制方面，現(xiàn)在主流的產(chǎn)品還是采用的定頻控制，即不同的檔位對(duì)應(yīng)不同的工作頻率。國(guó)外較領(lǐng)先的技術(shù)有應(yīng)用模糊邏輯控制技術(shù)到電磁爐設(shè)計(jì)中，其中科技成果“多功能氣電組合灶”利用模糊邏輯控制技術(shù)，開發(fā)出既可自動(dòng)煮飯，又可炒菜的電磁爐，并具有多種自動(dòng)保護(hù)功能，抗干擾能力強(qiáng)，抗反向電流沖擊大等特點(diǎn)；采用模糊邏輯控制和電磁爐相結(jié)合，研制出模糊邏輯控制高頻工作對(duì)象。1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容本課題主要研究了大功率電磁爐逆變電路分析及參數(shù)確定、硬件死區(qū)電路、智能保護(hù)電路以及以單片機(jī)為控制核心的IGBT驅(qū)動(dòng)電路和大功

11、率電磁爐動(dòng)態(tài)負(fù)載模型。主要包括:(1逆變電路方案分析、參數(shù)設(shè)計(jì)：本課題采用的是逆變電路形式，根據(jù)此電路形式設(shè)計(jì)了電路中各參數(shù)，包括IGBT的選型、諧振電感、電容的設(shè)計(jì)；并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了IGBT硬件死區(qū)電路和智能保護(hù)電路，保護(hù)開關(guān)器件。(2IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)：介紹了一般驅(qū)動(dòng)電路中應(yīng)注意的參數(shù)和柵極電阻的選取，重點(diǎn)針對(duì)大功率電磁爐設(shè)計(jì)了優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)電路，最后，為了電磁爐能并聯(lián)擴(kuò)容，研究了IGBT均流問題。(3控制策略研究及系統(tǒng)調(diào)試及分析：提出了基于網(wǎng)絡(luò)阻抗的動(dòng)態(tài)負(fù)載模型，針對(duì)負(fù)載隨溫度的變化，提出了自適應(yīng)恒溫控制方法來實(shí)現(xiàn)精確功率控制。并設(shè)計(jì)了控制軟件，介紹了各模塊軟件的功能以及詳細(xì)介紹了功率

12、控制模塊軟件。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試及結(jié)果分析。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 電磁爐的工作原理電磁爐采用的是感應(yīng)加熱原理，通過電子線路板組成部分產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)用含鐵質(zhì)鍋具底部放置爐面時(shí)，鍋具即切割交變磁力線而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生交變的電流，渦流使鍋具鐵分子高速無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，分子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能使器具本身自行高速發(fā)熱，用來加熱和烹飪食物，從而達(dá)到煮食的目的。 圖1電磁爐的工作流程圖如圖1電磁爐工作流程可知，電磁爐主電路為交流-直流-交流變換電路，三相的交流電經(jīng)過不可控整流橋和LC濾波電路后變成直流電壓，然后經(jīng)過半橋諧振電路產(chǎn)生高頻的交流電，其頻率在18kHz-40kHz，此頻率屬于音頻范圍，

13、人耳聽不到，也不會(huì)產(chǎn)生很大的超音頻干擾。 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本課題主要以大功率電磁爐為研究對(duì)象，對(duì)電磁爐主電路部分和控制電路部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括整流電路、逆變電路和控制保護(hù)電路。設(shè)計(jì)了優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)電路，提出了基于動(dòng)態(tài)負(fù)載的自適應(yīng)恒溫控制，實(shí)現(xiàn)了精確的功率控制。并對(duì)系統(tǒng)相應(yīng)部分設(shè)計(jì)了軟件和調(diào)試結(jié)果分析。電磁爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，主要有整流模塊、逆變模塊和控制及保護(hù)模塊組成。本課題主要設(shè)計(jì)了整流電路、逆變電路、驅(qū)動(dòng)電路、智能保護(hù)電路、電壓電流檢測(cè)電路和溫度檢測(cè)電路等。其中逆變電路和智能保護(hù)電路是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，分析逆變電路的工作流程，進(jìn)而了解電磁爐的工作情況，設(shè)計(jì)保護(hù)電路，能夠有效保證系統(tǒng)的正常運(yùn)

14、行。圖2 電磁爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 電磁爐的主電路設(shè)計(jì)本課題研究開發(fā)的大功率電磁爐主電路主要有整流模塊（AC-DC模塊）和逆變模塊（DC-AC模塊）兩部分組成，其設(shè)計(jì)圖如圖3所示：圖3 大功率電磁爐的主電路3.1.1 整流電路設(shè)計(jì)整流模塊將三相交流電變成穩(wěn)定平滑的直流電源，主要由抑制電磁干擾濾波器、整流橋、LC平波電路組成。電磁爐本身就是一干擾源，在大功率電磁爐電路中，三相整流橋模塊，高速IGBT模塊的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生大量電磁干擾信號(hào)，這些干擾信號(hào)會(huì)影響到其他電路及電網(wǎng)中其他設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)也會(huì)影響到電網(wǎng)的用電安全。如圖4所示，其中L1，L2，L3為共模扼流圈，由于它的兩個(gè)線圈

15、匝數(shù)相等，這三個(gè)電感對(duì)于差模電流和主電流所產(chǎn)生的磁通是方向相反、互相抵消的，因而不起作用而對(duì)于共模干擾信號(hào)，能夠得到一個(gè)大的電感量呈現(xiàn)高阻抗，以獲得最大的濾波效果，因此對(duì)共模信號(hào)其有良好的抑制作用。圖4抑制電磁干擾濾波電路在共模扼流圈兩端分別有三組電容接到中線，在每個(gè)電容上并聯(lián)一個(gè)大電阻用來吸收靜電。CY1、CY2、CY3并接在相線和大地之間。當(dāng)差模噪聲經(jīng)電源線A相時(shí)，分別經(jīng)CX3和L1、CX6返回中性線N，并得到衰減，減小干擾。共模噪聲是從電源線ABC與N對(duì)地E加入的干擾信號(hào)，當(dāng)干擾信號(hào)進(jìn)入電磁干擾濾波器時(shí)，經(jīng)L1、CY3入地，信號(hào)通過共模電感線圈L1時(shí)，因產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同而受到急劇的衰減

16、，然后經(jīng)CY3入地，從而抑制了電網(wǎng)對(duì)設(shè)備的干擾。3.1.2 逆變電路設(shè)計(jì)逆變模塊的設(shè)計(jì)包括諧振電路的設(shè)計(jì)，本課題采用的是電壓型串聯(lián)諧振電路，諧振電路的設(shè)計(jì)則主要為諧振電容和諧振電感的參數(shù)設(shè)計(jì)以及IGBT的選型。開關(guān)管的峰值電壓：=V。一般取實(shí)際值的2-3倍為IGBT的額定值，所以選取IGBT耐壓值為1200V?？紤]到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，輸入電壓V=2.34U(1-10%=463V，逆變電路的基波分量v=/=208V。諧振電路中電流的最大有效值：I=18000，IGBT的峰值電流為：I=110A?？紤]IGBT的安全性選用額定電流為200A，最后選定的是歐佩克FF200R12KS4。串聯(lián)諧振電路輸出電

17、壓的有效值為：V根據(jù)串聯(lián)諧振電路的輸出電流，可以得到諧振電容兩端電壓的最大值為：V=VQ，Q為負(fù)載的品質(zhì)因數(shù)，一般取5，有： V=VQ=229.551148V，由電容上的電壓和電流可以得到容抗為：X=14.7，再由X=，所以，C=1/(214.7=0.61uF。逆變器的工作頻率在18kHz35kHZ，再經(jīng)過實(shí)際工程調(diào)試，最后選擇由7個(gè)0.1uf、1600V的高頻電容器并聯(lián)成0.7uF。諧振電路的電感參數(shù)包括線圈盤的電感、鍋具等效電感，有：L=130uH?？紤]到有鍋具等效電感的存在，結(jié)合實(shí)際工程調(diào)試，最后選取線圈盤的參數(shù)為90uH。在本課題研究中，考慮到大功率電磁爐運(yùn)行的特點(diǎn)，采用了單相半橋電壓

18、型逆變電路作為大功率電磁爐的逆變電路。開關(guān)器件V1和V2的柵極信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)各有半個(gè)周期正偏，半個(gè)周期反偏，且考慮到大功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷延時(shí)，防止上下橋臂直通，兩開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間設(shè)有死區(qū)時(shí)間，保證同一橋臂的上(下管己經(jīng)完全關(guān)閉后，下(上管才能開通。大功率電磁爐主電路的工作過程可以分成四個(gè)階段，各階段的等效電路如圖5所示。在本文中，研究一個(gè)工作周期的情況。定義主開關(guān)V1開通的時(shí)刻為t0。(1t0，t1階段：在t0時(shí)刻，開關(guān)器件V1導(dǎo)通，V2關(guān)斷，在直流電壓的激勵(lì)下，電感中電流增大,通過電磁感應(yīng)將電能傳給鍋具，使鍋具加熱，同時(shí)將部分能量?jī)?chǔ)存在電感中。其電流方向如圖5(a所示。(2t1

19、，t2在t1時(shí)刻，開關(guān)器件V1關(guān)斷，但由于死區(qū)時(shí)間的存在，V2也關(guān)斷，感性負(fù)載中的電流不能立即改變方向，于是VD2導(dǎo)通續(xù)流，電流逐漸減小，電感釋放能量，在電流未到零之前電流方向不變。其電流方向如圖5(b所示。圖5電磁爐逆變電路各階段工作等效圖(3t2，t3在t2時(shí)刻，開關(guān)器件V2導(dǎo)通，V1關(guān)斷，在電感電流到零后，電感電流改變方向，電流反向增大，通過電磁感應(yīng)將電能傳給鍋具，使鍋具加熱，同時(shí)將部分能量?jī)?chǔ)存在電感中。由于續(xù)流過程的存在，開關(guān)器件v2在零電壓(ZVS下開通，減少了器件的開關(guān)損耗。其電流方向如圖5(c所示。(4t3，t4在t3時(shí)刻，開關(guān)器件V2關(guān)斷，由于死區(qū)時(shí)間的存在，V1也關(guān)斷，感性負(fù)

20、載中的電流不能立即改變方向，于是VDI導(dǎo)通續(xù)流，電流逐漸減小，電感釋放能量，在電流未到零之前電流方向不變。其電流方向如圖5(d所示。從t4時(shí)刻開始，又開始一個(gè)新的周期，重復(fù)上述過程。3.2 電磁爐功率模塊驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)在大功率電磁爐中，逆變側(cè)的電壓電流波動(dòng)以及開關(guān)器件的，對(duì)開關(guān)器件有很大的影響，因此對(duì)功率器件特性和驅(qū)動(dòng)的研究意義深遠(yuǎn)。本節(jié)重點(diǎn)研究了IGBT的特性、功耗、驅(qū)動(dòng)電路及其并聯(lián)應(yīng)用。3.2.1 IGBT特性及柵極驅(qū)動(dòng)電阻的選擇IGBT模塊的特性對(duì)其使用有著重大意義，了解IGBT模塊的特性，有利于更好的設(shè)計(jì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路。IGBT作為電壓驅(qū)動(dòng)器件，寄生電容存在于各端子間，因此在

21、開通或者關(guān)斷的時(shí)候電容都會(huì)充放電。IBGT一般應(yīng)用在大電壓、大電流的強(qiáng)電電路中，開關(guān)頻率很大，因此開通和關(guān)斷時(shí)電流變化很大，會(huì)引起較大的浪涌電壓。IGBT的安全保護(hù)特別重要，特別是靜電防護(hù)，一般柵極一發(fā)射極所加的電壓不能高于驅(qū)動(dòng)電壓太多，而且柵極發(fā)射無電壓時(shí)，不能在集電極和發(fā)射極間加電壓。大功率電磁爐采用的是半橋諧振電路，下面以半橋電路舉例分析IGBT模塊內(nèi)部的低電感設(shè)計(jì)。圖6中的電感為兩單元IGBT模塊的寄生電感，產(chǎn)生這些電感的主要原因是由于芯片之間的相互連結(jié)以及連接導(dǎo)線。 圖6 IGBT模塊寄生電感 圖7 開關(guān)管在開關(guān)過程中的損耗分布L為柵極寄生電感;L為上IGBT集電極寄生電感;L為上I

22、GBT發(fā)射極與下IGBT集電極之間的寄生電感;L為下IGBT發(fā)射極寄生電感。在開關(guān)管開通的過程中，由于有L、L的存在，降低了開關(guān)管的損耗，但是在關(guān)斷過程中，開關(guān)管的主動(dòng)關(guān)斷以及二極管的反向恢復(fù)，由于有寄生電感的存在，會(huì)感應(yīng)出過電壓，使得開關(guān)損耗增加以及開關(guān)管承擔(dān)更大的過壓風(fēng)險(xiǎn)。在短路和過載時(shí)，寄生電感的表現(xiàn)就更明顯，因此一般在硬開關(guān)電路中，寄生電感要求越低越好。功率模塊的內(nèi)部寄生電感是用戶無法改變的，主要與功率模塊的制造有關(guān)，良好的結(jié)構(gòu)工藝和精湛的技術(shù)可以改善寄生電感。IGBT功耗是IGBT設(shè)計(jì)時(shí)考慮的一個(gè)非常重要的參數(shù)，對(duì)于不同功耗的IGBT采取的散熱方式和驅(qū)動(dòng)電路都有很大差別。逆變電路的損

23、耗主要有靜態(tài)損耗、開關(guān)損耗和驅(qū)動(dòng)損耗。圖7表示出功率器件可能存在的損耗。對(duì)于IGBT的控制都是通過控制IGBT柵極來得到的，通過柵極電壓的控制來實(shí)現(xiàn)IGBT的開通和關(guān)斷，通常有以下三種形式:電阻控制、電壓控制和電流控制。目前最為流行的方法是用電阻控制柵極電容充放電完成對(duì)IGBT的開關(guān)控制，其優(yōu)點(diǎn)是可以通過控制柵極電阻的大小來改變充放電的速度，可以根據(jù)不同的開關(guān)器件、不同的應(yīng)用電路選擇不同的柵極電阻。但是這種電路也有一個(gè)缺點(diǎn)就是在開關(guān)過程中會(huì)出現(xiàn)米勒平臺(tái)，主要產(chǎn)生原因是柵極電阻和寄生電容充放電過程中，寄生電容在很短一段時(shí)間內(nèi)會(huì)等效無窮大，導(dǎo)致柵極電壓有很短一段時(shí)間會(huì)是保持狀態(tài)，一般來說這種狀態(tài)不

24、會(huì)影響正常運(yùn)行，但是柵極電阻不能取太大，否則會(huì)影響IGBT的開通。柵極電阻的作用是限制柵極電流，使得IGBT等效寄生電容能夠平滑的充放電，理論上，柵極電阻越大越好，但是過大的柵極電阻會(huì)增加IGBT的功耗，同時(shí)會(huì)引起柵極電壓震蕩，影響IGBT開通關(guān)斷，因此在實(shí)際應(yīng)用中要合理使用。3.2.2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)及其優(yōu)化本課題采用的驅(qū)動(dòng)電路主要是基于日本富士芯片EXB841上設(shè)計(jì)的，此集成芯片有如下性能特點(diǎn)：(1能提供4A柵極驅(qū)動(dòng)電流；(2供電電壓為24V，分為+15V和-5V；(3控制信號(hào)電流大小為If=10mA；(4最大開關(guān)頻率可達(dá)40kHz；(5內(nèi)部帶有短路、過流保護(hù)；(6IGBT內(nèi)部過流后有自動(dòng)

25、關(guān)斷功能；EXB841電路原理圖如圖8所示，其工作過程可分為以下幾個(gè)階段：圖8 EXB841電路原理圖(1正常開通：當(dāng)給控制角14角和15角同有10mA電流時(shí)，三極管VT1和VT2截止，VT4導(dǎo)通、VT5截止，電源通過VT4和柵極電阻使IGBT在1us內(nèi)導(dǎo)通，同時(shí)電源對(duì)C2充電，B點(diǎn)電位被提升，由于VD7的作用使得B點(diǎn)和C點(diǎn)的電壓在8V左右，13V的穩(wěn)壓管不會(huì)導(dǎo)通，VT3截止，短路反饋信號(hào)5角不輸出保護(hù)信號(hào)。(2正常關(guān)斷：當(dāng)不給14角和15角信號(hào)時(shí)，VT1和VT2導(dǎo)通，VT4截止、VT5導(dǎo)通，IGBT通過柵極電阻和VT5快速放電，在柵極寄生電容放電完成后，IGBT關(guān)斷，同時(shí)IGBT集電極和發(fā)射

26、極間電壓上升，VD7的作用使得C點(diǎn)電壓不會(huì)太高，同時(shí)VT1的導(dǎo)通C點(diǎn)電壓降為0V，ZD1不會(huì)導(dǎo)通，E點(diǎn)仍為高，IGBT可靠關(guān)斷。(3短路保護(hù)：在感應(yīng)加熱中，IGBT極易受到干擾，所以就要求驅(qū)動(dòng)電路有自我保護(hù)IGBT的功能，在IGBT短路時(shí)能強(qiáng)制關(guān)斷IGBT，避免其燒毀。EXB841內(nèi)部有短路保護(hù)功能，其工作過程具體如下:在IGBT短路時(shí)，上升，VD7截止，B點(diǎn)和C點(diǎn)電位由電源通過R3向其充電，直到大于13V，然后ZD1導(dǎo)通，VT3隨之導(dǎo)通，E點(diǎn)電位迅速下降，D電位隨之下降，然后VT4截止，VT5導(dǎo)通，IGBT通過柵極電容放電，從而關(guān)斷，達(dá)到保護(hù)的目的。在實(shí)際工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)EXB841的內(nèi)部穩(wěn)壓

27、管ZD2由于功率不夠，經(jīng)常被擊穿，致使IGBT不能關(guān)斷，導(dǎo)致其燒毀，所以在設(shè)計(jì)中可以對(duì)其改進(jìn)，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，最后采用外部穩(wěn)壓管來代替內(nèi)部的穩(wěn)壓管，這樣不僅提高了穩(wěn)壓管的功率，而且外部器件更容易更換，給維修帶來了很大的便利。其電路圖如圖9所示。圖9 優(yōu)化驅(qū)動(dòng)原理圖針對(duì)半橋諧振電路，設(shè)計(jì)中采用2個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)模塊分別驅(qū)動(dòng)上下半橋的開關(guān)管，并且每個(gè)獨(dú)立模塊采用獨(dú)立24V電源供電，防止半橋中點(diǎn)浮點(diǎn)電位對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊的影響。對(duì)于300A的IGBT，-5V的關(guān)斷電壓太低，不能迅速可靠的關(guān)斷，因而采用+16V的開通電壓和-8V的關(guān)斷電壓，外部通過穩(wěn)壓電源LM7808來提供負(fù)壓，不使用內(nèi)部過流能力較小的5V穩(wěn)壓二極

28、管。另一方面在EXB841輸出短路保護(hù)信號(hào)時(shí)候，通過光電隔離將此過流信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)的中斷響應(yīng)，來關(guān)斷PWM信號(hào)，整個(gè)處理時(shí)間能夠在10us內(nèi)完成，小于IGBT能夠承受大電流的時(shí)間，能夠起到有效保護(hù)IGBT的目的。3.2.3 IGBT的并聯(lián)應(yīng)用大功率電磁爐功率需求越來越大，對(duì)IGBT的額定電壓、額定電流性能指標(biāo)提出了更高的要求，單個(gè)IGBT的額定參數(shù)很難滿足需要，主要表現(xiàn)在過電流能力上，多個(gè)IGBT并聯(lián)已經(jīng)越來越廣泛，并且在散熱、布局方面、電流負(fù)溫度系數(shù)多個(gè)方面，IGBT并聯(lián)有更大的靈活性，在IGBT并聯(lián)后具有更大的過流能力，同時(shí)保證更高的穩(wěn)定性。但是IGBT并聯(lián)也有其不足之處，主要表現(xiàn)在均流

29、問題上，元件的布局、電路環(huán)境的干擾、元器件之間的個(gè)體差異都會(huì)影響均流。在嚴(yán)重的情況下，由于均流問題很容易使IGBT全部燒毀，導(dǎo)致惡劣的后果，另一方面，IGBT并聯(lián)的過流能力不能單純?yōu)閮蓚€(gè)參數(shù)幾何累加，一般小于單個(gè)的兩倍。IGBT并聯(lián)不均流原因，從內(nèi)部特性講主要有動(dòng)態(tài)特性、靜態(tài)特性的影響。動(dòng)態(tài)特性主要與開關(guān)器件開關(guān)延時(shí)、寄生電感等有關(guān)，靜態(tài)特性主要與導(dǎo)通壓降有關(guān)，這些因素都會(huì)導(dǎo)致IGBT并聯(lián)不均流。靜態(tài)因素的影響主要是因?yàn)樵趯?dǎo)通時(shí)，發(fā)射極和集電極壓差不一樣導(dǎo)致輸出特性不一致。IGBT動(dòng)態(tài)特性的影響主要表現(xiàn)為溫度特性、柵極電阻、電流特性轉(zhuǎn)移曲線、寄生回路參數(shù)等，這些都不是一個(gè)確定的參數(shù)，在IGBT

30、工作的過程中動(dòng)態(tài)的發(fā)生變化，從而影響多管的分流作用。在大功率電磁爐中，我們將多個(gè)功率模塊進(jìn)行并聯(lián)，從而達(dá)到功率疊加的目的，應(yīng)用多個(gè)模塊可以方便安裝，即插即拔，可以根據(jù)需求組裝以達(dá)到理想的功率。如圖10所示：圖10 電磁爐多模塊并聯(lián)結(jié)構(gòu)圖為解決IGBT動(dòng)、靜態(tài)特性引起的均流不平衡問題，本課題采用的是柵極電阻補(bǔ)償法，此方法實(shí)際應(yīng)用起來較容易，只需對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電阻進(jìn)行阻值的改變，無需額外的復(fù)雜電路。3.3 電磁爐保護(hù)電路的設(shè)計(jì)在大功率電力電子設(shè)備中，對(duì)大功率電力電子器件的保護(hù)電路設(shè)計(jì)至關(guān)重要。由于大功率電磁爐工作的環(huán)境惡劣，保護(hù)電路設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、安全、穩(wěn)定和產(chǎn)品的使用壽命。在出現(xiàn)過流

31、、過壓、過溫時(shí)，在電力電子器件允許的過流、過壓、過溫時(shí)間內(nèi)，應(yīng)及時(shí)關(guān)斷大功率開關(guān)管IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，防止開關(guān)管IGBT的損壞。由于采用IGBT半橋逆變方式進(jìn)行功率輸出，所以必須考慮防止橋臂上、下管同時(shí)導(dǎo)通情況。為此，設(shè)計(jì)了硬件死區(qū)控制電路，所謂硬件死區(qū)電路就是由硬件延時(shí)電路來讓PWM信號(hào)帶有死區(qū)功能，避免了微控制器在受到干擾下輸出錯(cuò)誤信號(hào)，而造成兩個(gè)IGBT同時(shí)導(dǎo)通，導(dǎo)致短路燒毀IGBT。另外，為防止IGBT模塊過流甚至是短路現(xiàn)象的發(fā)生，裝置還集成有安全保護(hù)控制電路，增強(qiáng)了電磁爐工作的安全穩(wěn)定性。硬件死區(qū)電路能夠很好的保護(hù)半橋電路的上下開關(guān)管不會(huì)出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的情況，可以

32、有效保護(hù)IGBT。上下開關(guān)管的同時(shí)導(dǎo)通的狀況受多種因素影響，主要內(nèi)部電磁干擾、軟件程序控制不當(dāng)?shù)?，硬件死區(qū)電路有著軟件所沒有的穩(wěn)定性，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。硬件死區(qū)電路的原理主要是通過非門電路和RC延時(shí)電路組成，將一路PWM信號(hào)分成兩路，然后分別對(duì)兩路PWM信號(hào)進(jìn)行上升沿延時(shí)，就得到了兩路互補(bǔ)的PWM信號(hào)，即兩路存在死區(qū)的PWM信號(hào)。其電路原理圖如11所示。圖11死區(qū)控制電路原理圖 首先單片機(jī)發(fā)送一路PWM，此信號(hào)經(jīng)非門U1A和U1B成兩路互補(bǔ)PWM信號(hào)，PWM信號(hào)經(jīng)過RC時(shí)，如果PWM信號(hào)是由上升沿，通過電阻R對(duì)電容充電，在充電這段時(shí)間內(nèi)，仍是低電平，直到電壓上升到與門的高電平門檻電壓，與

33、門才輸出高電平，如果PWM信號(hào)是下降沿，由于與門一端輸入為低，所以輸出也為低，低電平?jīng)]有延時(shí)。兩路PWM信號(hào)分別經(jīng)RC電路進(jìn)行上升沿跳轉(zhuǎn)延時(shí)，然后輸出帶死區(qū)的兩路PWM波形。為了有效保護(hù)IGBT的正常運(yùn)行，對(duì)其保護(hù)措施必不可少，主要是過流、過壓的保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)意外情況時(shí)，就必須立即關(guān)閉IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其原理圖如12所示。首先設(shè)定電壓、電流的保護(hù)值，硬件實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)際電壓電流，當(dāng)實(shí)際電壓電流超過設(shè)定時(shí)由運(yùn)放輸出低電平，三輸入與門就輸出低電平，封鎖了PWM輸出，此時(shí)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊就不會(huì)繼續(xù)輸出，系統(tǒng)停止工作。圖12 過流、過壓快速保護(hù)原理圖在硬件上檢測(cè)到過壓、過流信號(hào)后，封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)模塊

34、，但是系統(tǒng)的主控系統(tǒng)仍然在工作，所以同時(shí)要在軟件上也停止輸出PWM信號(hào)，這樣整個(gè)系統(tǒng)才停止工作，有效保護(hù)了IGBT。4 電磁爐控制策略研究及軟件設(shè)計(jì)電磁爐負(fù)載如果從電磁學(xué)的角度來分析，不僅會(huì)有很多變量，而且模型受鍋具的形狀位置等因素影響，分析起來非常復(fù)雜，本章從負(fù)載的等效模型著手，研究能反映負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)模型，并且采用自適應(yīng)恒溫控制算法，實(shí)現(xiàn)了精確火力控制，最后設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的控制軟件。4.1 感應(yīng)加熱基本原理大功率電磁爐是基于感應(yīng)加熱原理，主要是利用處在交變磁場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的渦流而引起熱效應(yīng)，通過能量轉(zhuǎn)換，將大量電能轉(zhuǎn)化成為熱能。高頻電流流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)，在它的周圍同時(shí)有交變的磁場(chǎng)產(chǎn)生。產(chǎn)生的磁場(chǎng)在

35、被加熱的目標(biāo)器件上引起集膚效應(yīng)，使大部分電流在導(dǎo)體的表面上流通，來加熱目標(biāo)器件。交流電流的頻率越高，集膚效應(yīng)就越明顯。在導(dǎo)體表面處由焦耳定律可知因，導(dǎo)體的發(fā)熱量變大。同時(shí)，由于電流主要集中在導(dǎo)體表面處，焦耳熱量主要集中于導(dǎo)體的表面層，因此利用高頻電流加熱導(dǎo)體有利于熱傳導(dǎo)，提高效率。交變電流通過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體周圍會(huì)形成交變磁場(chǎng)，電流強(qiáng)度直接影響磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。當(dāng)高頻磁場(chǎng)內(nèi)放有導(dǎo)體材料時(shí)，磁力線會(huì)切割導(dǎo)體，在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，從而產(chǎn)生渦流。由于電阻的熱效應(yīng)，使導(dǎo)體材料發(fā)熱，利用渦流感應(yīng)的熱效應(yīng)進(jìn)行加熱，叫感應(yīng)加熱。根據(jù)安培定則、法拉第電磁感應(yīng)定律和集膚效應(yīng)，有交流電經(jīng)過的線圈會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，當(dāng)一個(gè)導(dǎo)

36、體放入其中時(shí)，導(dǎo)體的表面會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流在物體的表面產(chǎn)生熱量，達(dá)到加熱的目的。感應(yīng)加熱的等效模型與變壓器類似。圖13(a是變壓器的基本形式，原邊N1，副邊NZ。圖13(b為感應(yīng)加熱等效模型，可以看成由變壓器原邊、副邊組成的一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，交流電通過線圈時(shí)，線圈周圍產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)導(dǎo)致變化的磁通，從而在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)體表面產(chǎn)生渦流。圖13變壓器等效電路與次級(jí)短路等效電路當(dāng)感應(yīng)線圈匝數(shù)為N1、通以交變的電流I1時(shí)，線圈內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生磁通，負(fù)載導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e，導(dǎo)體表面會(huì)產(chǎn)生渦流i。根據(jù)電磁方程式，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：e=-*，N2是工件等效匝數(shù)，則有：=sin。

37、則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為：e=-N2*=-，有效值E為： E=。負(fù)載導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流(渦流I2，加熱工件，其頻率與感應(yīng)線圈通過的電流頻率相同，I2使導(dǎo)體負(fù)載內(nèi)部開始加熱，根據(jù)感應(yīng)加熱原理，其焦耳熱為：Q=CIR*t=0.24IR*t。由此可見，感應(yīng)加熱的原理與一般電氣設(shè)備中產(chǎn)生渦流的原理是相同的，但是一般電氣設(shè)備中渦流產(chǎn)生的熱量屬于能量的浪費(fèi)，而感應(yīng)加熱卻是利用渦流進(jìn)行加熱的。感應(yīng)加熱通過線圈把電能傳遞給金屬導(dǎo)體，然后電能在金屬導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。感?yīng)線圈與被加熱金屬導(dǎo)體并不直接接觸，而是通過電磁感應(yīng)傳遞能量的。4.2 動(dòng)態(tài)負(fù)載模型研究感應(yīng)加熱影響負(fù)載的因素很多，比如工作頻率、溫度、鍋具距離、鍋具材質(zhì)

38、形狀等，如果將這些參數(shù)都包含在建立的模型中，勢(shì)必會(huì)使模型非常復(fù)雜，而且鍋具距離、材質(zhì)等因素一般都是確定的，因此本模型主要是基于工作頻率建立的動(dòng)態(tài)模型。為了能得到能夠反映負(fù)載的動(dòng)態(tài)性能，根據(jù)阻抗網(wǎng)絡(luò)理論，采用多組并聯(lián)電阻電容串聯(lián)成一個(gè)阻抗網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有n級(jí)RL并聯(lián)形式，級(jí)數(shù)越高，動(dòng)態(tài)性能越好，如下圖14所示。圖14(a是并聯(lián)式的阻抗網(wǎng)絡(luò)，圖14(b是串聯(lián)式的阻抗網(wǎng)絡(luò)，考慮的負(fù)載磁場(chǎng)的飽和因素和非線性因素選擇圖14(b串聯(lián)形式的阻抗網(wǎng)絡(luò)更好。圖14阻抗網(wǎng)絡(luò)模型4.3 基于動(dòng)態(tài)負(fù)載的自適應(yīng)恒溫控制大功率電磁爐一般采用定頻率控制策略，即不同的檔位對(duì)應(yīng)不同的工作頻率，因此在實(shí)際應(yīng)用中，電磁爐輸出功

39、率會(huì)隨著工作頻率的不同而波動(dòng)。另外，火力控制的最終對(duì)象是鍋具溫度，如果持續(xù)功率輸出，鍋具在炒菜、燒油等環(huán)境中溫度會(huì)持續(xù)上升，當(dāng)超過廚師想要的溫度時(shí)，既浪費(fèi)了能量，又對(duì)被加熱食物不利。本系統(tǒng)采用自適應(yīng)恒溫的火力調(diào)節(jié)控制器，首先通過判斷鍋具中心的加熱溫度。在鍋底溫度未達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，執(zhí)行控制器1，采取恒功率輸出策略，控制器1輸入為逆變器工作頻率，輸出為功率，模型為動(dòng)態(tài)負(fù)載阻抗模型。當(dāng)鍋底溫度上升到設(shè)定溫度時(shí)采取恒溫控制策略，執(zhí)行控制器2，控制器2為基于溫度的PI控制，輸入為逆變器工作頻率，輸出為鍋底溫度。不管鍋具發(fā)生什么變化、被加熱食物為何種類，也無論電網(wǎng)如何波動(dòng)，電控系統(tǒng)將直接根據(jù)反饋的溫度信號(hào)

40、，參比廚師檔位設(shè)定溫度，自適應(yīng)的改變PWM控制脈沖，控制加熱線圈的輸出功率，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的恒溫控制。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如15所示：圖15 基于自適應(yīng)恒溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 其控制思路是:每個(gè)檔位對(duì)應(yīng)一個(gè)有“限溫模式”的恒功率輸出控制，考慮到中國(guó)廚師的炒菜習(xí)慣，本課題設(shè)計(jì)16千瓦電磁爐的1檔功率為3千瓦、恒溫控制在巧0，2檔功率6千瓦、恒溫控制在200，3檔功率9千瓦、恒溫控制在230，4檔功率12千瓦、恒溫控制在250，5檔功率16千瓦、恒溫控制在300。在鍋具溫度未上來之前，通過控制器1進(jìn)行恒功率控制。控制器根據(jù)所建立的動(dòng)態(tài)負(fù)載阻抗模型，根據(jù)設(shè)定的功率，輸入相應(yīng)的PWM脈沖控制的頻率。當(dāng)溫度達(dá)到相應(yīng)檔

41、位設(shè)定的溫度值時(shí)，恒功率控制將自動(dòng)切換成恒溫控制。單片機(jī)實(shí)時(shí)采集鍋底溫度信號(hào)，利用實(shí)際鍋底溫度和設(shè)定溫度的偏差通過Pl控制器2控制加熱線圈的輸出功率，以間接的調(diào)節(jié)鍋底溫度，此時(shí)PWM控制脈沖頻率自適應(yīng)的跟蹤溫度變化，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的溫度控制。采用智能自適應(yīng)精確火力控制技術(shù)，通過大量測(cè)試，確定電磁爐功率和鍋具溫度之間數(shù)學(xué)模型，根據(jù)每個(gè)檔位設(shè)定的功率給出工作頻率，當(dāng)鍋具溫度達(dá)到設(shè)定之后，通過反饋的溫度實(shí)行PI控制，如果鍋具溫度超過設(shè)定值，電控系統(tǒng)將自動(dòng)改變PWM控制脈沖，調(diào)節(jié)逆變模塊IGBT的工作頻率，使鍋底溫度自適應(yīng)的跟隨檔位給定的溫度，精確控制每個(gè)檔位的加熱火力，降低電磁爐的輸出功率，使電磁爐的火力

42、控制更加精確并且節(jié)能。4.4 控制軟件設(shè)計(jì)大功率電磁爐程序主要包括：初始化子程序；數(shù)據(jù)采集子程序；功率控制子程序；人機(jī)接口子程序模塊；信息處理子程序模塊等部分。軟件流程圖如圖16所示：圖16 主程序系統(tǒng)框圖 圖17 軟件保護(hù)流程圖在完成各個(gè)模塊的初始化之后，進(jìn)入一個(gè)while(l的循環(huán)程序中，首先是AD采樣子程序，在這個(gè)子程序里面完成直流電流、高頻電流有效值、三相電流有效值、直流電壓、檔位旋鈕電壓、IGBT和鍋底溫度的采樣;接下來進(jìn)入讀檔位子程序，根據(jù)檔位電壓采樣值判斷檔位，在程序中主要設(shè)置了7個(gè)檔位，并且有檔位去抖動(dòng)，在檔位改變一秒鐘后才確定檔位大小，如果檔位不停的改變，不是正常的操作流程，

43、則軟件不會(huì)根據(jù)檔位來給定功率。然后進(jìn)入保護(hù)控制子程序，根據(jù)各個(gè)電壓電流的采樣值進(jìn)判斷是否置保護(hù)標(biāo)志，如果有保護(hù)標(biāo)志被置位，則在關(guān)機(jī)子程序中執(zhí)行關(guān)機(jī)程序。在關(guān)機(jī)程序中并不是瞬間關(guān)閉，而是升高頻率到30kHz，電流減少到一定值之后才關(guān)，避免在很大電流的情況下關(guān)斷IGBT。如圖17所示。在功率控制子程序中，是首先發(fā)送固定PWM頻率24kHz，然后判斷直流母線上電流的大小，大于IA則說明有負(fù)載，再根據(jù)檔位要求電流大小改變頻率。16KW電磁爐從1檔到5檔頻率變化從40kHz到18kHz，所以選擇24kHz為檢鍋頻率，這樣在換檔時(shí)頻率變化時(shí)間最小。在頻率改變過程中設(shè)有300ms延時(shí)，即定時(shí)器周期寄存器每3

44、00ms才能改變一次。如圖18所示。圖18 功率控制子程序在電磁爐使用過程中，廚師經(jīng)常會(huì)將鍋具抬起，會(huì)造成兩大影響，第一，頻繁的抬鍋會(huì)使負(fù)載變化，加大和，造成較大干擾;第二，在抬鍋后，若果系統(tǒng)不關(guān)閉IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，會(huì)有較大能量浪費(fèi)。因此，電磁爐檢鍋程序的軟件設(shè)計(jì)顯得尤為重要。鍋具檢測(cè)流程圖如圖19所示。圖19 鍋具檢測(cè)流程圖檢鍋程序和系統(tǒng)的穩(wěn)定工作和節(jié)能息息相關(guān)，如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，鍋具拿開，則應(yīng)迅速關(guān)閉IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，停止工作，避免電能浪費(fèi)和巨大的電磁干擾本課題在軟件中設(shè)計(jì)了智能的檢鍋程序，實(shí)時(shí)判斷是否有鍋，在判斷無鍋后，能迅速關(guān)閉IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，使系統(tǒng)停止工作。首先，軟件沒隔一段時(shí)間就發(fā)送

45、一段時(shí)間發(fā)送PWM信號(hào)，然后檢測(cè)直流側(cè)電流，如果電流較大，則判斷是有鍋的，若果電流小于1A，則說明現(xiàn)在無鍋。間斷時(shí)間為每2s發(fā)送50ms的PWM信號(hào)，發(fā)送PWM的頻率高于諧振點(diǎn)，發(fā)送的功率較小，即所謂的較低功耗的鍋具檢測(cè)。在判斷無鍋后，主動(dòng)系統(tǒng)控制蜂鳴器發(fā)出無鍋提示，在持續(xù)1分鐘后，如果依然沒有檢測(cè)到鍋，則系統(tǒng)進(jìn)入休眠待機(jī)狀態(tài)。5 系統(tǒng)調(diào)試及分析5.1 系統(tǒng)整流部分調(diào)試及結(jié)果分析根據(jù)系統(tǒng)整流部分的電路原理圖，利用MATLAB軟件構(gòu)建整流模塊的模型圖及其在不同負(fù)載下的仿真結(jié)果分別如圖20和圖21所示：圖20系統(tǒng)整流電路仿真模型圖圖21（a）純電阻負(fù)載時(shí)整流器輸出電壓波形圖21（b）感性負(fù)載時(shí)整流

46、器輸出電壓波形圖21（c） 容性負(fù)載時(shí)整流器輸出電壓波形從仿真結(jié)果圖可以看出，在不同負(fù)載的情況下，三相不可控整流電路的輸出電壓是不同的。純電阻負(fù)載時(shí)整流器輸出電壓波形如圖21（a）所示，電壓值經(jīng)過震蕩之后穩(wěn)定在510V左右，當(dāng)是感性負(fù)載時(shí)整流器的輸出電壓平均值是510.5V，和純電阻負(fù)載時(shí)大致相同，如圖21（b）所示，而當(dāng)負(fù)載中接入電容時(shí)整流器的輸出電壓平均值可以達(dá)到1018V，結(jié)果如圖21（c）所示。由此可以看出：整流器的輸出電壓波形隨著負(fù)載的不同而不同。當(dāng)負(fù)載側(cè)接有電容時(shí)，整流器輸出電壓最大值可以達(dá)到1020V左右，其小于IGBT1200V的耐壓值，系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，也可以滿足電磁爐的功率

47、要求。5.2 系統(tǒng)逆變部分調(diào)試及結(jié)果分析根據(jù)系統(tǒng)逆變部分的電路原理圖，利用MATLAB軟件構(gòu)建逆變模塊的模型圖及IGBT在不同頻率（f=18kHz-35kHz）的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)下的仿真結(jié)果分別如圖22和圖23所示：圖22系統(tǒng)逆變電路仿真模型圖圖23（a）f=18kHz時(shí)的仿真結(jié)果圖圖23（b）f=25kHz時(shí)的仿真結(jié)果圖圖23（c）f=35kHz時(shí)的仿真結(jié)果圖從仿真結(jié)果圖可以看出，在IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈沖頻率不同的情況下，逆變電路的輸出電壓和電流是不同的。當(dāng)f=18kHz時(shí)逆變器的輸出波形如圖23（a）所示，輸出電壓峰值可以達(dá)到1557V，輸出電流峰值達(dá)到106A,當(dāng)f=25kHz時(shí)逆變器的輸出電

48、壓峰值是810V，輸出電流峰值為50A，如圖23（b）所示，而當(dāng)f=35kHz時(shí)逆變器的輸出電壓峰值僅為625V，輸出電流為30A,波形圖如圖23（c）所示。由此可以看出：在逆變器工作頻率內(nèi)其輸出電壓和電流峰值的大小隨著驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率的遞增而逐漸降低。所以，根據(jù)電磁爐不同的功率要求加載不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率，設(shè)置不同的功率檔位，從而實(shí)現(xiàn)精確的功率控制，節(jié)約能源。5.3 系統(tǒng)主電路部分調(diào)試及結(jié)果分析根據(jù)系統(tǒng)主電路部分的電路原理圖，利用MATLAB軟件構(gòu)建主電路部分的仿真模型圖及其輸出波形圖分別如圖24和圖25所示：圖24 系統(tǒng)主電路仿真模型圖圖25（a）系統(tǒng)主電路仿真結(jié)果圖（f=18kHz）圖25（b）系統(tǒng)主電路仿真結(jié)果圖（f=25kHz）圖25（c）系統(tǒng)主電路仿真結(jié)果圖（f=35kHz）圖溫度檢測(cè)電路圖電壓采樣電路圖電流采樣電路結(jié)束語(yǔ)本課題主要設(shè)計(jì)了基于半橋諧振電路的電磁爐系統(tǒng)。首先根據(jù)電磁爐工作原理和課題要求，設(shè)計(jì)了合理的硬件電路和控制方式，