CN203645850U - 大功率电磁灶的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种大功率电磁灶的控制装置，包括顺序相连的EMC模块、整流电路、滤波电路、逆变电路以及LC谐振电路，连接逆变电路控制端的驱动电路；连接所述LC谐振电路的输出电流采样电路；分别采样三相交流电源的输入电压及输入电流的输入电压采样电路和输出电流采样电路；使驱动信号频率f1跟随谐振频率f0变化的微控制器。本实用新型在电磁灶上实现了恒功率输出，既能实现厨师在上下抛锅时保持加热火力稳定使食物受热均匀，又能提高能量的转换效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种大功率电磁灶，尤其是涉及一种大功率电磁灶的控制装置。
背景技术
传统商用厨房厨具仍以明火的燃气、燃油灶为主。随着灶具技术的发展大功率电磁灶是一种高效节能厨具，替代传统明火灶具加热方式，直接在锅底产生热量，使得热效率得到极大提升。
如图1所示，现有的大功率电磁灶主要包括依次连接的整流电路、滤波电路、逆变电路及LC谐振电路，以及通过驱动电路与逆变电路相连的微控制器(比如单片机)，通过微控制器发出控制信号控制逆变电路中IGBT的导通/截止；其中，LC谐振电路包括谐振电容及加热线圈盘，锅具设置在加热线圈盘的上方。大功率电磁灶的工作原理是根据电磁感应加热原理，利用交变电流通过LC谐振电路中加热线圈盘而产生高速变化的磁场，当磁场内之磁力通过铁质锅底部时即会产生无数之小涡流，使锅体本身自行迅速发热，然后再加热于锅内食物，从而可实现烹调食物的功能。
目前的大功率电磁灶还都是采用定档定频率的控制方式。当档位一定时，电磁灶的工作频率就一定了。定档定频的控制方式不能精确控制每个档位的功率输出，比如，当电网电压波动、锅具大小变化、锅具材料变化、锅具与加热线圈盘之间的距离变化时，输出功率在不同情况下都会存在较大的差异，导致每个档位的加热火力不稳定，控制精度较差。
然而，厨师在使用大功率电磁灶炒菜时，厨师均有上下抛锅的习惯，通过上下抛锅动作使锅具内食物被翻炒而受热均匀。厨师在操作锅具进行上下抛锅的过程中，锅具相对加热线圈盘上下移动，使锅具与加热线圈盘之间的距离发生变化，导致LC谐振电路中电感量发生变化，影响LC谐振电路谐振频率，从而使大功率电磁灶的输出功率发生变化，不仅降低了能量的转换效率，还因输出功率变化导致加热火力不稳定，使锅具内食物受热不均匀而影响了炒出菜品的口感。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提出一种大功率电磁灶的控制装置，通过调节驱动逆变电路的驱动信号频率，使驱动信号频率跟随与LC谐振电路的谐振频率同步变化，从而使电磁灶保持稳定的输出功率，既能实现厨师在上下抛锅时保持加热火力稳定使食物受热均匀，又能提高能量的转换效率。
本实用新型采用如下技术方案实现：一种大功率电磁灶的控制装置，该控制装置包括顺序相连的EMC模块、整流电路、滤波电路、逆变电路以及LC谐振电路，EMC模块的输入端与三相交流电源相连，连接逆变电路控制端的驱动电路；采样流过LC谐振电路的高频电流信号的输出电流采样电路，所述输出电流采样电路连接所述LC谐振电路；分别采样三相交流电源的输入电压及输入电流的输入电压采样电路和输出电流采样电路；通过改变输出至所述驱动电路的PWM信号脉宽来使驱动信号频率f1跟随谐振频率f0变化的微控制器，所述微控制器分别连接所述输出电流采样电路、所述输入电压采样电路、所述输出电流采样电路和所述驱动电路。
其中，逆变电路为2个大功率开关管IGBT1和IGBT2构成的半桥IGBT模块。
其中，LC谐振电路包括串接的谐振电容C1、谐振电容C2及加热线圈盘，以及设置在加热线圈盘上方的锅具，且LC谐振电路的谐振频率低于逆变电路中2个大功率开关管IGBT1和IGBT2的最低工作频率。
其中，滤波电路包括分别串接在整流电路的两个输出端的电感L2及电感L3，以及连接在电感L2与电感L3之间的滤波电容C3。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型通过检测电磁灶的功率变化及谐振频率的变化来判断厨师的上下抛锅行为，由微控制器通过改变输出PWM信号的脉宽来通过调节驱动逆变电路的驱动信号频率，使驱动信号频率以同向同变化量的方式与LC谐振电路的谐振频率同步变化，从而使电磁灶保持稳定的输出功率，使电磁灶实现了“明火”加热所具有的加热火力稳定性。由于本实用新型能使电磁灶在厨师上下抛锅过程中保持恒定的输出功率，将现有商用电磁灶在厨师上下抛锅过程中产生的无功功率变成有功功率转换成热能，不仅确保了食物受热均匀而加工后的食物具有较好的口感，还能提高能量的转换效率，有利于节约电能。
附图说明
图1是现有大功率电磁灶的控制装置的电气结构框图；
图2是本实用新型大功率电磁灶的控制装置的电气结构框图。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型提出一种大功率电磁灶的控制装置，其包括：依次顺序连接的EMC模块、整流电路、滤波电路、逆变电路及LC谐振电路，该EMC模块的输入端连接三相交流电源、输出端分别连接输入电流采样电路和输入电压采样电路，与LC谐振电路连接的输出电流采样电路，且输入电流采样电路、输入电压采样电路和输出电流采样电路均连接微控制器(一般是由单片机或DSP芯片实现)，而微控制器的一个控制端口通过驱动电路连接逆变电路的控制端。
由EMC模块实现三相交流电源与大功率电磁灶之间的电磁干扰隔离。比如，EMC模块包括分别串接在A相、B相和C相上的一个电感及保险管，以及在在A相、B相和C相上的电感与保险管的公共端与零线N之间分别连接一个滤波电容。而滤波电路包括分别串接在整流电路的两个输出端的电感L2及电感L3，以及连接在电感L2与电感L3之间的滤波电容C3。逆变电路为2个大功率开关管IGBT1和IGBT2构成的半桥IGBT模块。LC谐振电路包括串接的谐振电容C1、谐振电容C2及加热线圈盘L1，以及设置在加热线圈盘L1上方的锅具，且LC谐振电路的谐振频率略低于逆变电路中2个大功率开关管IGBT1和IGBT2的最低工作频率，使负载在任何情况下(无论锅具距离加热线圈盘L1的远近等情况)均呈感性。
三相交流电源经过整流电路被整流成直流电压，经过滤波电路滤波处理成稳定平滑的直流电压，由逆变电路转换成高频交流电信号，LC谐振电路中加热线圈盘L1上流过高频交流电流，高频的交流电流产生交变的电磁场，根据电磁感应加热原理，在加热线圈盘L1上方放置锅具后，电磁能辐射至锅具的锅底，锅具的锅底产生涡流，由于涡流的热效应加热锅具，从而实现电能转换成热能加热锅具。
通过输出电流采样电路检测加热线圈盘L1上流过的高频交流电流，将为正弦波的高频交流电流转化成方波信号后，传送至微控制器的一个检测端口。微控制器通过采样确定方波信号的频率来确定加热线圈盘L1上流过的高频交流电流的频率，即谐振频率f0。
同时，通过输入电流采样电路、输入电压采样电路分别采样输入电流及输入电压并传送至微控制器，由微控制器计算出电磁灶的功率(功率＝输入电压*输入电流)。
当厨师实用商用电磁灶炒菜时，根据厨师的工作习惯为了锅具内的食物快速、均匀加热，厨师会时常有上下抛锅的习惯。在上下抛锅过程中，作为负载的锅具离开加热线圈盘L1时，加热线圈盘L1的电感量减小，故谐振频率f0会变大，此时微控制器通过输出电流采样电路检测到谐振频率f0的变大△f；同时，上下抛锅时锅具具离开加热线圈盘L1时，电磁灶的功率会降低，故微控制器实时通过输入电流采样电路、输入电压采样电路分别采样输入电流及输入电压后，计算出电磁灶的功率，在电磁灶的功率减小且检测到谐振频率f0变大△f时，微控制器通过改变控制端口输出PWM信号的脉宽来调节驱动电路输出至逆变电路的驱动信号的频率f1，使驱动信号频率f1也同向变化△f，从而使驱动信号频率f1略高于谐振频率f0，使LC谐振电路接近于谐振状态，LC谐振电路中加热线圈盘L1的电流突增而使电磁灶保持较高的输出功率。
当然，作为负载的锅具回到加热线圈盘L1上方时，此时微控制器将检测到谐振频率f0的变小△f，同时也将检测到电磁灶的输出功率变化，由微控制器通过改变PWM信号的脉宽来使驱动信号频率f1跟随谐振频率f0进行同向同量的同步跟踪变化。
当然，当微控制器检测到谐振频率f0的增大后在预设时间段(比如3秒)内仍维持在某一个值，则判断锅具彻底从电磁灶上移开，此时微控制器停止向驱动电路发出PWM信号，从而使电磁灶停止工作，避免了电能浪费及电磁泄漏。
需要说明的是，虽然微控制器需要计算电磁灶的输出功率、通过谐振频率的变化来判断厨师的上下抛锅行为等，这些在微控制器中需要使用软件语言来实现，但实现微控制器的各个技术行为的软件语言，均为本领域技术人员所知晓的公知技术常识，本申请不再详细进行描述。
综上，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益技术效果：
本实用新型通过检测电磁灶的功率变化及谐振频率的变化来判断厨师的上下抛锅行为，由微控制器通过改变输出PWM信号的脉宽来通过调节驱动逆变电路的驱动信号频率，使驱动信号频率以同向同变化量的方式与LC谐振电路的谐振频率同步变化，从而使电磁灶保持恒定的输出功率，使电磁灶实现了“明火”加热所具有的加热火力稳定性。由于本实用新型能使电磁灶在厨师上下抛锅过程中保持稳定的输出功率，将现有商用电磁灶在厨师上下抛锅过程中产生的无功功率变成有功功率转换成热能，不仅确保了食物受热均匀而加工后的食物具有较好的口感，还能提高能量的转换效率，有利于节约电能。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种大功率电磁灶的控制装置，该控制装置包括顺序相连的EMC模块、整流电路、滤波电路、逆变电路以及LC谐振电路，EMC模块的输入端与三相交流电源相连，连接逆变电路控制端的驱动电路；其特征在于，还包括：采样流过LC谐振电路的高频电流信号的输出电流采样电路，所述输出电流采样电路连接所述LC谐振电路；分别采样三相交流电源的输入电压及输入电流的输入电压采样电路和输出电流采样电路；通过改变输出至所述驱动电路的PWM信号脉宽来使驱动信号频率f1跟随谐振频率f0变化的微控制器，所述微控制器分别连接所述输出电流采样电路、所述输入电压采样电路、所述输出电流采样电路和所述驱动电路。
2.根据权利要求1所述大功率电磁灶的控制装置，其特征在于，逆变电路为2个大功率开关管IGBT1和IGBT2构成的半桥IGBT模块。
3.根据权利要求2所述大功率电磁灶的控制装置，其特征在于，LC谐振电路包括串接的谐振电容C1、谐振电容C2及加热线圈盘，以及设置在加热线圈盘上方的锅具，且LC谐振电路的谐振频率低于逆变电路中2个大功率开关管IGBT1和IGBT2的最低工作频率。
4.根据权利要求1所述大功率电磁灶的控制装置，其特征在于，滤波电路包括分别串接在整流电路的两个输出端的电感L2及电感L3，以及连接在电感L2与电感L3之间的滤波电容C3。
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