線圈盤(pán)整體工作特征

線圈盤(pán)整體工作特征

2008年3月

(個(gè)人觀點(diǎn)，僅供參考)

樊東明線圈盤(pán)整體工作特征

2008年3月內(nèi)容提要線圈盤(pán)的工作狀態(tài)線圈盤(pán)的主要性能參數(shù)運(yùn)行中的線圈盤(pán)常見(jiàn)故障及處理一線圈盤(pán)的工作狀態(tài)1線圈盤(pán)的作用在電磁爐中，線圈盤(pán)是一個(gè)功率輸出器件，也是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器。由電源變換電路產(chǎn)生的高頻號(hào)，通過(guò)線圈盤(pán)將高頻電流轉(zhuǎn)換為高頻交變磁場(chǎng)，被加熱器皿在高頻交變磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生無(wú)數(shù)環(huán)形電流，令被加熱器皿發(fā)熱。2線圈盤(pán)的工作過(guò)程t0-t1IGBT導(dǎo)通，電源經(jīng)線盤(pán)L完成路。t1-t2IGBT關(guān)斷，電容器C中存儲(chǔ)的電能向L放電，向鍋具供熱。t2-t3L中存儲(chǔ)的磁能向電容器C充電，向鍋具供熱。t3-t4電容器C中存儲(chǔ)的電能向L放電，向鍋具供熱。t4-t5L中存儲(chǔ)的磁能向電容器C反向充電，向鍋具供熱。t5-t6當(dāng)C上電壓與電源電壓相近時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，IGBT柵極加入正脈沖信號(hào):a如果L中磁能尚未放光，即C上電壓大于電源電壓，則電能通過(guò)IGBT內(nèi)附加二極管向電源、C1反送電，IGBT受反壓不導(dǎo)通。b如果L中磁能剛好放光，IGBT導(dǎo)通，進(jìn)入下一循環(huán)。c如果L中磁能提前放光，即C上電壓小于電源電壓，比較器已翻轉(zhuǎn)，則IGBT在較高電壓下導(dǎo)通，耗損加大。線圈盤(pán)的工作過(guò)程附圖線圈盤(pán)的工作過(guò)程波形圖t0t1t3t4t2t53影響線圈盤(pán)的工作的主要因素線圈盤(pán)的等效電路A中路:流過(guò)L中電流

由流過(guò)L中電流與電壓大小成正比,與導(dǎo)通時(shí)間成正比,與線盤(pán)電感量成反比.1設(shè):電壓310V,導(dǎo)通時(shí)間21μS,線盤(pán)電感110μH,則:I=310×21÷110=59A線盤(pán)中儲(chǔ)能:WL=I2L/2=382910/2電容中儲(chǔ)能:WC=V2C/2=28830/2如果無(wú)鍋,忽略損耗,在t4時(shí)刻,C上電壓:V反2C/2=I2L/2+V2C/2解之V反=1171V→2設(shè):電壓320V(~226V),導(dǎo)通時(shí)間23μS,線盤(pán)電感105μH,則:I=320×23÷105=70A線盤(pán)中儲(chǔ)能:WL=I2L/2=514500/2電容中儲(chǔ)能:WC=V2C/2=30720/2如果無(wú)鍋,忽略損耗,在t4時(shí)刻,C上電壓:V反2C/2=I2L/2+V2C/2解之V反=1348VB鍋具的影響線圈盤(pán)通過(guò)電磁感應(yīng)的方式向鍋具傳輸能量。

耦合系數(shù)K與磁隙大小(線圈盤(pán)與鍋具的距離)有關(guān)，與鍋具材質(zhì)有關(guān)。

線圈盤(pán)與鍋具的距離較小時(shí)，耦合較緊，漏磁小，傳輸功率大，吸收磁能強(qiáng)，在t4時(shí)刻C上電壓低。電磁爐在高功率時(shí)宜用小距離，低功率時(shí)宜用大距離，改善t5時(shí)刻IGBT的工作狀態(tài)。鐵磁性鍋具有利于縮小空氣隙長(zhǎng)度,提高磁通量,應(yīng)使線圈盤(pán)電感量增大,由于在鍋具中產(chǎn)生的渦流,抵消了部分磁通,使自感電動(dòng)勢(shì)減小,近而顯示電感量下降.非鐵磁性鍋具不影響空氣隙長(zhǎng)度,應(yīng)使線圈盤(pán)電感量減小,IL增大,t1-t5時(shí)間減小.C磁條的作用鑲嵌在線圈盤(pán)下面的不同形狀的磁條縮短了線圈盤(pán)下部空氣隙的長(zhǎng)度，但未形成回路，空氣隙仍很大，對(duì)線圈盤(pán)整個(gè)磁回路的導(dǎo)磁系數(shù)μ0的影響不大，對(duì)電感量L影響不大。

磁條屏蔽了大部向下散射的磁力線，減小了對(duì)電子板的干擾。二線圈盤(pán)的主要性能參數(shù)1線圈盤(pán)的電感量L

與線圈盤(pán)的平均直徑成正比,與導(dǎo)線直徑成反比,與匝數(shù)的平方成正比,還與導(dǎo)磁介質(zhì)相關(guān)連。一般電感量為100-110μH.

2Q值線圈盤(pán)Q值是一定頻率下線圈盤(pán)電抗值與其直流電阻的比值.

如我公司的平板線盤(pán)電感量L=113μH,電阻82mΩ則:在1KHZ時(shí)電抗RL=2×3.14×1000×113×10-6=0.7096則Q=0.7096÷0.082=8.65實(shí)測(cè)Q=8.68

3直流電阻R

線圈盤(pán)工作在較高溫度下,主要考慮溫度t對(duì)R值的影響。銅電阻溫度系數(shù)K=1+(T-20)/234.5

例:我公司的平板線盤(pán)20℃時(shí)電阻82mΩ,當(dāng)溫度分別為100℃130℃時(shí)電阻:82×(1+(100-20)/234.5)=82×1.34=109.97mΩ

82×(1+(130-20)/234.5)=82×1.47=120.5mΩ

4交流電阻

交流電阻是在較高工作頻率下,由于導(dǎo)線的趨膚效應(yīng),而引起的導(dǎo)線有效截面變小,實(shí)際電阻變大的一個(gè)折算值.

趨膚效應(yīng)是在較高頻率下,載流導(dǎo)體在其周?chē)a(chǎn)生環(huán)形渦流,該渦流使導(dǎo)體中心的電流密度減小,使導(dǎo)體表面附近的電流密度增大的現(xiàn)象.

導(dǎo)體中電流密度從表面到中心按指數(shù)規(guī)律下降.

趨膚深度:從表面到電流密度下降到表面電流密度的1/e(0.368)的厚度為趨膚深度△。

式中:K-導(dǎo)電材料的電阻溫度系數(shù).銅線:K=1+(t+20)/234.5ρ-導(dǎo)電材料的電阻率.銅線:ρ=0.01724×10-6μ-導(dǎo)電材料的導(dǎo)磁系數(shù).銅線:μ=4πω-2πf將有關(guān)數(shù)值代入并整理后:f=25khzt=20℃f=25khzt=100℃f=22khzt=130℃

線圈盤(pán)有關(guān)計(jì)算1(多線與單線耗損對(duì)比)一電磁爐工作頻率下趨膚深度:當(dāng)銅線20℃F＝25KHZ時(shí)H＝6.6/F0.5＝6.6/158.1＝0.4175㎜當(dāng)銅線100℃F＝25KHZ時(shí)H＝7.65/F0.5＝7.65/158.1＝0.4838㎜當(dāng)銅線130℃F＝22KHZ時(shí)H＝8/F0.5＝8/148.3＝0.5934㎜二φ0.31銅線26支總截面S＝26×πＤ２／４＝26×0.07544=1.9614mm2三截面與此相同單線直徑Dd=(4S/π)0.5=1.58mm四趨膚面積當(dāng)銅線20℃時(shí)Sq=1.9614-(1.58-2×0.4175)2π/4=1.9614-0.4357=1.5259mm2當(dāng)銅線100℃時(shí)Sq=1.9614-(1.58-2×0.4838)2π/4=1.9614-0.2944=1.6669mm2當(dāng)銅線130℃時(shí)Sq=1.9614-(1.58-2×0.5934)2π/4=1.9614-0.1214=1.84mm2五全面積與之比20℃時(shí)1.9614/1.5259=1.2854100℃時(shí)1.9614/1.6669=1.1766130℃22KHZ時(shí)1.9614/1.84=1.066六20℃線盤(pán)導(dǎo)線交流阻抗與直流阻抗之比1.2854100℃線盤(pán)導(dǎo)線交流阻抗與直流阻抗之比1.1766130℃線盤(pán)導(dǎo)線交流阻抗與直流阻抗之比1.066七交流阻抗計(jì)算已知線盤(pán)直流電阻為0.082Ω20℃時(shí)RJ=0.082×1.2854=0.1054Ω多出電阻0.1054－0.082=0.0234100℃時(shí)RJ=0.082×1.1766=0.09649Ω多出電阻0.09649－0.082=0.01449130℃時(shí)RJ=0.082×1.066=0.08742Ω多出電阻0.08742－0.082=0.005412八增加耗損設(shè)IGBT峰值電流60A則當(dāng)效電流17A20℃時(shí)P=I2R=17×17×0.0234=6.7626W100℃時(shí)P=I2R=17×17×0.01449=4.188W130℃時(shí)P=I2R=17×17×0.005412=1.564W三運(yùn)行中的線圈盤(pán)1鄰近效應(yīng):

相鄰導(dǎo)線流過(guò)高頻電流時(shí)，由于磁電作用，使電流偏向一邊的特性稱為鄰近效應(yīng)。具體講，相鄰導(dǎo)線的電流方向相同時(shí)，則電流在相鄰導(dǎo)線的外側(cè)加強(qiáng)，如果電流方向相反，則電流在相鄰導(dǎo)線的內(nèi)側(cè)加強(qiáng)。多股導(dǎo)線的鄰近效應(yīng)分析線圈盤(pán)鄰近效應(yīng)分析1線圈盤(pán)鄰近效應(yīng)分析2

運(yùn)行中的線圈盤(pán),由于電磁作用,使流過(guò)導(dǎo)線中的電流偏向一側(cè),最嚴(yán)重者發(fā)生在中徑左右兩邊,并不在正中。由于中徑內(nèi)側(cè)通風(fēng)較差,溫升最高。2線圈盤(pán)自身?yè)p耗

在電流流過(guò)線盤(pán)導(dǎo)線時(shí),由于線盤(pán)自身電阻的存在,因此產(chǎn)生熱損耗。P=I2R式中I為流過(guò)線盤(pán)的當(dāng)效電流上半周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線圈盤(pán)銅耗損計(jì)算條件:1以平板線盤(pán)為標(biāo)準(zhǔn);2線盤(pán)用線φ0.31×26支×28匝R20=0.0823Ω;3工作溫度130℃22KHZ4忽略趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響.5C極當(dāng)效電流17A一銅線溫度系數(shù)T=100K=(1+(T-20)/234.5)=1.3411T=130K=(1+(T-20)/234.5)=1.4691二工作溫度下線盤(pán)直流電阻R20=0.0823ΩR100=0.0823×1.3411=0.1104ΩR130=0.0823×1.4691=0.1209Ω三耗損功率20℃時(shí)17×17×0.0823=23.78100℃時(shí)17×17×0.1104=31.91130℃時(shí)17×17×0.1209=34.94疏繞線盤(pán)銅耗損計(jì)算條件:1以疏繞線盤(pán)為標(biāo)準(zhǔn);2線盤(pán)用線φ0.31×18支×28匝R20=0.1311Ω;3工作溫度130℃22KHZ4忽略趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響.5C極當(dāng)效電流17A一銅線溫度系數(shù)T=100K=(1+(T-20)/234.5)=1.3411T=130K=(1+(T-20)/234.5)=1.4691二工作溫度下線盤(pán)直流電阻R20=0.1311ΩR100=0.1311×1.3411=0.1758ΩR130=0.1311×1.4691=0.1925Ω三耗損功率20℃時(shí)17×17×0.1311=37.88100℃時(shí)17×17×0.1758=50.80130℃時(shí)17×17×0.1925=55.63線盤(pán)參數(shù)測(cè)試與計(jì)算室溫20℃時(shí)參數(shù)

機(jī)械參數(shù)(線徑×支數(shù)×匝數(shù))電感量μHQ值直流電阻Ω銅線溫度系數(shù)感抗RLΩ當(dāng)效電流A耗損估算W耗損率%平板線盤(pán)φ0.31×26×281138.680.08210.70961723.781.19%百芯線盤(pán)φ0.15×102×28112.67.530.0934710.7071727.011.35%疏繞線盤(pán)(江東)φ0.31×18×28108.065.0380.129610.67861737.451.87%疏繞線盤(pán)(江東)φ0.31×16×28105.094.4540.148310.661742.862.14%疏繞線盤(pán)(惠然)φ0.31×18×281055.050.131110.65911737.881.89%100℃時(shí)參數(shù)

機(jī)械參數(shù)(線徑×支數(shù)×匝數(shù))電感量μHQ值直流電阻Ω銅線溫度系數(shù)計(jì)算電阻當(dāng)效電流A耗損估算W耗損率%平板線盤(pán)φ0.31×26×281138.680.0821.34110.11041731.911.60%百芯線盤(pán)φ0.15×102×28112.67.530.093471.34110.12531732.211.61%疏繞線盤(pán)(江東)φ0.31×18×28108.065.0380.12961.34110.17381750.222.50%疏繞線盤(pán)(