CN207573656U - 一种电磁炉的电磁加热控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电磁炉的电磁加热控制系统，包括：电磁加热线圈；检测分析模块，与电磁加热线圈连接，用以检测电磁加热线圈中的电参数；控制模块，控制模块的输入端与检测分析模块的输出端连接，用以控制电磁加热线圈的加热功率或加热时间；IGBT驱动模块，其输入端与控制模块的输出端连接；IGBT，IGBT的C端与电磁加热线圈连接，IGBT的G端与IGBT驱动模块连接；所述电磁炉加热控制系统还包括人机交互界面，所述人机交互界面与检测分析模块连接，人机交互界面，与控制模块连接，并将用户输入的温度值传输给控制模块。通过该结构能够实现对温度的精确控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及厨具技术领域，更具体地，涉及一种电磁炉的加热控制系统，同时还涉及一种电磁炉加热的控制方法。
背景技术
烹饪器具比如电磁炉等已经普遍应用于家庭，电磁炉结构一般包括外壳、设于外壳上的面板、以及设于外壳和面板之间的电磁加热线圈和控制线路板，这种普通结构的电磁炉足以满足加热的需要，电磁炉开启后，电磁加热线圈通电并产生热量，通过面板传递给待加热的器具，比如锅具等。
但普通的电磁炉无法实现对温度的控制，当开启电磁炉后将一直处于加热状态，无法将加热温度控制在一个合理的范围内，为此，有些电磁炉上设置了温度传感器，所述温度传感器一般设置在靠近面板的位置，通过温度传感器可以检测面板温度，然后通过电路控制，将面板温度控制在一定范围内，这种方法虽然能够实现对温度的控制，但仍然存在很多不足，比如，温度传感器对温度的检测具有一定的滞后性，因此，其对温度的控制精度较低。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够精确控制温度的电磁炉加热控制系统和控制方法。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种电磁炉的电磁加热控制系统，包括：
电磁加热线圈；
检测分析模块，与电磁加热线圈连接，用以检测电磁加热线圈中的电参数；
控制模块，控制模块的输入端与检测分析模块的输出端连接，用以控制电磁加热线圈的加热功率或加热时间；
IGBT驱动模块，其输入端与控制模块的输出端连接；
IGBT，IGBT的C端与电磁加热线圈连接，IGBT的G端与IGBT驱动模块连接；
所述电磁炉加热控制系统还包括人机交互界面，所述人机交互界面与检测分析模块连接，
人机交互界面，与控制模块连接，并将用户输入的温度值传输给控制模块。
优选的，所述电磁炉包括能够感应电磁加热线圈所产生的电磁信号的控温层。所述控温层通常为铁磁性或亚铁磁性材料制成，比如坡莫合金、精密合金，其磁导率在居里点时，会突降至零或接近零，所述控温层的磁导率为2000～200000 H/m，控温层的电阻率为30～130μΩ·cm。
优选的，所述控温层设于电磁加热线圈的上方。具体来说，所述电磁炉包括面板，所述控温层设于面板上，或者，所述电磁炉上方设有锅具，所述控温层设于锅具上。
优选的，所述控温层由坡莫合金材料或精密合金材料制成。
优选的，所述坡莫合金材料或精密合金材料的居里点温度在 30摄氏度至500摄氏度之间。优选为70摄氏度至400摄氏度之间，进一步优选为180摄氏度至350摄氏度之间。当控温层温度达到控温层居里点时，控温层磁导率将突降至接近零，其温度将停止升高。
更进一步的，所述精密合金材料为居里点温度在180摄氏度至230摄氏度之间的材料。例如精密合金4J36（上海凯冶金属制品有限公司生产）或精密合金4J32（上海凯冶金属制品有限公司生产）。精密合金4J36是一种具有超低膨胀系数的特殊的低膨胀铁镍合金，其居里点为 230摄氏度；精密合金4J32合金又称超因瓦(Super-Invar)合金，其居里点温度为220摄氏度。
经研究验证，能够适用于本专利的精密合金材料优选为标准号为GB/T15018-94、YB/T5239-2005、YB/T5262-93、YB/T5254-2011所列举的如下合金材料，其中标准号GB/T15018-94是指《中华人民共和国国家标准精密合金牌号》，标准号YB/T5254-2011是指《中华人民共和国黑色冶金行业标准》。
| 合金类型 | 合金牌号 | 居里点 |
| 铁锰合金 | 4J59 | 70 |
| 恒弹性合金 | 3J53 | 110 |
| 恒弹性合金 | 3J53Y | 110 |
| 弹性合金 | Ni44MoTiAl | 120 |
| 恒弹性合金 | 3J58 | 130 |
| 弹性合金 | 3J54 | 130 |
| 弹性合金 | 3J58 | 130 |
| 弹性合金 | 3J59 | 150 |
| 非晶态软磁合金 | (FeNiCo)78(SiB)22 | 150 |
| 弹性合金 | 3J53 | 155 |
| 弹性合金 | 3J61 | 160 |
| 弹性合金 | 3J62 | 165 |
| 精密合金 | 4J36 | 230 |
| 精密合金 | 4J32 | 220 |
表中弹性合金3J53的化学成分包括：
C元素含量不大于0.05%；
S元素的含量不大于0.020%；
P元素的含量不大于0.020%；
Mn元素的含量不大于0.80%；
Si元素的含量不大于0.80%；
Ni元素的含量为41.5%～43.0%；
Cr元素的含量为5.2%～5.8%；
Ti元素的含量为2.3%～2.7%；
Al元素的含量为0.5%～0.8%；
余量为Fe元素。
弹性合金3J58的化学成分包括：
C元素含量不大于0.05%；
S元素的含量不大于0.020%；
P元素的含量不大于0.020%；
Mn元素的含量不大于0.80%；
Si元素的含量不大于0.80%；
Ni元素的含量为43.0%～43.6%；
Cr元素的含量为5.2%～5.6%；
Ti元素的含量为2.3%～2.7%；
Al元素的含量为0.5%～0.8%；
余量为Fe元素。
精密合金4J32的化学成分包括：
C元素含量不大于0.05%；
S元素的含量不大于0.020%；
P元素的含量不大于0.020%；
Mn元素的的含量为0.20%～0.60%；
Si元素的含量不大于0.20%；
Ni元素的含量为31.5%～33.0%；
Co元素的含量为3.2%～4.2%；
Cu元素的含量为0.4%～0.8%；
余量为Fe元素。
精密合金4J36的化学成分包括：
C元素含量不大于0.05%；
S元素的含量不大于0.020%；
P元素的含量不大于0.020%；
Mn元素的的含量为0.20%～0.60%；
Si元素的含量不大于0.30%；
Ni元素的含量为35.0%～37.0%；
余量为Fe元素。
以上合金材料可由上海凯冶金属制品有限公司生产提供或通过其他公共销售渠道获得。
除此之外，所述坡莫合金中铁的含量为35～70%，镍的含量30～65%。
坡莫合金中铁的含量为35～70%，镍的含量30～65%。
本实用新型还提供了一种电磁炉的加热控制方法，在提供上述电磁加热控制系统的基础上，还包括如下步骤：
S1 设定电磁加热的温度值或与温度值对应的电参数值，记为T0，所述温度值尤其优选为控温层的温度值；
S2 检测电磁加热线圈中的电参数值，记为电参数检测值P1，将电参数的检测值转换为对应的检测温度值T1，或者，将步骤I）中的设定温度值T0转换为对应的电参数值，记为电参数设定值P0；
S3 将T1与T0+Δt 进行比较，当T1＜ T0+Δt时，电磁加热线圈继续加热，当T1≥ T0+Δt时，电磁加热线圈停止加热或降低加热功率；或者
将P1与 P0+Δp 进行比较，
S11当电参数值与温度值呈正比例关系且P1＜ P0+Δp时，电磁加热线圈继续加热，当P1≥ P0+Δp时，电磁加热线圈停止加热或降低加热功率；
S12当电参数值与温度值呈反比例关系且P1＞ P0+Δp时，电磁加热线圈继续加热，当P1≤ P0+Δp时，电磁加热线圈停止加热或降低加热功率。
本实用新型通过检测电磁加热线圈中的电参数值来作为判断温度大小的依据，省去了温度传感器等额外部件，另外，该控制方法能够和控温层一起配合使用，控温层和电磁加热线圈能够相互感应，此时电磁加热线圈中的电参数值更能够精确地反应控温层的温度，也就是说，通过检测电磁加热线圈的电参数变化能够精确地检测被测物体的加热温度值，从而可以实现对温度的精确控制。
优选的，所述0≤Δt≤5℃，给设定温度值T0增加一个阈值范围，能够尽量减少温度检测的频率。
优选的，所述电磁参数为电流、电压、电阻参数或脉冲信号，当所述电参数为电流参数时，所述0≤Δp≤0.5A，当所述电参数为电压参数时，所述0≤Δp≤50V，当所述电参数为电阻参数时，所述0≤Δp≤5Ω，当所述电参数为脉冲信号时，所述0≤Δp≤3。
优选的，所述电磁炉还设有计时模块，电磁加热线圈开始加热的同时启动计时模块计时，当计时时间为M1时，执行步骤S2和S3，根据步骤S3的比较结果，如果电磁加热线圈满足继续加热条件，其继续加热时间为M2，然后重复执行步骤S2和S3，如果电磁加热线圈再次满足继续加热条件，其继续加热时间为M2，并重复以上步骤。
优选的，执行步骤S2时，电磁加热线圈停止加热。
优选的，所述M1≥M2，具体来说，0.1秒≤M1≤600秒，0.1秒≤M2≤300秒。电磁炉在开启后的一段时间内可以集中加热，当加热到一定程度后再进行温度检测，这种方式可以大大提高加热的效率。
优选的，所述电磁炉的加热控制方法还包括检测锅具的步骤。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型通过检测电磁加热线圈中的电参数值来作为判断温度大小的依据，省去了温度传感器等额外部件，另外，该控制方法能够和控温层一起配合使用，控温层和电磁加热线圈能够相互感应，此时电磁加热线圈中的电参数值更能够精确地反应控温层的温度，也就是说，通过检测电磁加热线圈的电参数变化能够精确地检测被测物体的加热温度值，从而可以实现对温度的精确控制。
本专利优选使用居里点温度在 30摄氏度至500摄氏度之间的控温层材料，能够进一步在30摄氏度至500摄氏度范围内实现对控温层温度的控制，这种控制方法改变了传统的手动控制方式，实现了自动控温的效果。
附图说明
图1为本实用新型电磁加热控制系统的逻辑框架图；
图2为本实用新型电磁加热线圈脉冲数与控温层温度值对应关系原理图；
图3为本实用新型电磁加热线圈脉冲数与控温层温度值另一种对应关系原理图；
图4为本实用新型一种温度控制方法的原理图；
图5是本实用新型另一种温度控制方法的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，本实用新型涉及一种电磁炉的加热控制系统，包括：
电磁加热线圈；
检测分析模块，与电磁加热线圈连接，用以检测电磁加热线圈中的电参数；
控制模块，控制模块的输入端与检测分析模块的输出端连接，用以控制电磁加热线圈的加热功率或加热时间；
IGBT驱动模块，其输入端与控制模块的输出端连接；
IGBT，IGBT的C端与电磁加热线圈连接，IGBT的G端与IGBT驱动模块连接；
所述电磁炉加热控制系统还包括人机交互界面，所述人机交互界面与检测分析模块连接，
人机交互界面，与控制模块连接，并将用户输入的温度值传输给控制模块。
优选的，所述电磁炉还设有计时模块。
所述电磁炉的加热控制系统还包括能够感应电磁加热线圈所产生的电磁信号的控温层，所述控温层设于电磁加热线圈的上方，具体来说，所述控温层既可以设于电磁炉的面板上，所述面板设于电磁加热线圈的上方，所述控温层也可以设于锅具上，比如锅底或锅身上，当需要加热时，将所述锅具放于电磁炉面板上。
所述控温层为铁磁性或亚铁磁性材料制成，比如坡莫合金、精密合金，其磁导率在居里点时，会突降至零或接近零，所谓坡莫合金即铁镍合金。所述控温层的磁导率为2000～200000 H/m，控温层的电阻率为30～130μΩ·cm。
就本实施例而言，该精密合金材料优选为精密合金4J36（上海凯冶金属制品有限公司生产）或精密合金4J32（上海凯冶金属制品有限公司生产），所述控温层厚度优选为0.1至3毫米，本实施例为1.5毫米。当控温层设于锅具上时，所述控温层既可以做成锅具整体，也可以作为锅具的一部分，通过铆接、焊接、熔射、印刷等方法使其与锅具主体复合在一起。当控温层设于电磁炉面板上时，所述控温层既可以位于面板上表面，也可以位于面板下表面，当面板为复合式结构时，所述控温层也可以设于面板上、下表面之间。
本实施例优选使用的坡莫合金或精密合金材料的居里点温度在 30摄氏度至500摄氏度之间精密合金材料，进一步优选居里点温度在70摄氏度至400摄氏度之间或者150摄氏度至350摄氏度之间的精密合金材料，就精密合金材料的种类而言，本实施优选使用如下合金材料：
| 合金类型 | 合金牌号 | 居里点 |
| 铁锰合金 | 4J59 | 70 |
| 恒弹性合金 | 3J53 | 110 |
| 恒弹性合金 | 3J53Y | 110 |
| 弹性合金 | Ni44MoTiAl | 120 |
| 恒弹性合金 | 3J58 | 130 |
| 弹性合金 | 3J54 | 130 |
| 弹性合金 | 3J58 | 130 |
| 弹性合金 | 3J59 | 150 |
| 非晶态软磁合金 | (FeNiCo)78(SiB)22 | 150 |
| 弹性合金 | 3J53 | 155 |
| 弹性合金 | 3J61 | 160 |
| 弹性合金 | 3J62 | 165 |
| 精密合金 | 4J36 | 230 |
| 精密合金 | 4J32 | 220 |
控温层除了片状结构外，也可以由粉末状或颗粒状的精密合金材料或坡莫合金材料制成，并附着在面板上，即将精密合金材料或坡莫合金材料制作成粉末状或颗粒状，然后通过现有工艺复合在面板上。
所谓坡莫合金又称铁镍合金，其中铁的含量为35～70%，进一步优选为63～67%，镍的含量30～65%，进一步优选为37～58%。铁镍合金具有高磁导率，且在居里点会突降至接近真空磁导率。
本实用新型还涉及一种电磁炉的加热控制方法，包括如下步骤：
S1 设定电磁加热的温度值，记为T0，该温度值尤其优选为控温层的温度值；由于在控温的作用下，温度值与电流值之间存在特定的对应关系，某一温度值对应特定的电流值，同理，某一电流值也对应特定的温度值，因此，温度值和电流值存在等同替换关系，无论设定温度值还是电流值，最终都能够反映在温度值上；
S2 检测电磁加热线圈中的电参数值，记为电参数检测值P1，将电参数的检测值转换为对应的检测温度值T1，或者，将步骤I）中的设定温度值T0转换为对应的电参数值，记为电参数设定值P0；
S3 将T1与T0+Δt 进行比较，当T1＜ T0+Δt时，电磁加热线圈继续加热，当T1≥ T0+Δt时，电磁加热线圈停止加热或降低加热功率；或者
将P1与 P0+Δp 进行比较，
S11当电参数值与温度值呈正比例关系且P1＜ P0+Δp时，电磁加热线圈继续加热，当P1≥ P0+Δp时，电磁加热线圈停止加热或降低加热功率；
S12当电参数值与温度值呈反比例关系且P1＞ P0+Δp时，电磁加热线圈继续加热，当P1≤ P0+Δp时，电磁加热线圈停止加热或降低加热功率。
优选的，步骤S3中，所述0≤Δt≤5。
优选的，所述电磁参数为电流、电压、电阻参数或脉冲信号，当所述电参数为电流参数时，所述0≤Δp≤0.5A，当所述电参数为电压参数时，所述0≤Δp≤50V，当所述电参数为电阻参数时，所述0≤Δp≤5Ω，当所述电参数为脉冲信号时，所述0≤Δp≤3。
优选的，所述电磁炉还设有计时模块，电磁加热线圈开始加热的同时启动计时模块计时，当计时时间为M1时，执行步骤S2和S3，根据步骤S3的比较结果，如果电磁加热线圈满足继续加热条件，其继续加热时间为M2，然后重复执行步骤S2和S3，如果电磁加热线圈再次满足继续加热条件，其继续加热时间为M2，并重复以上步骤。
优选的，所述M1≥M2，比如，0.1秒≤M1≤600秒，0.1秒≤M2≤300秒，更具体的，比如，M1=600秒，M2=300秒。
这样在加热的开始阶段，所述电磁炉可以集中加热提高加热效率。
优选的，所述电磁炉的加热控制方法还包括检测锅具的步骤。
优选的，执行步骤S2时，电磁加热线圈停止加热，即检测和加热既可以同时进行，也可以分别进行，如图4、5所示。
具体来说，电磁炉开始启动后，电磁加热线圈产生电磁信号并开始对控温层进行加热，所述电磁信号与控温层作用并被控温层损耗衰减，电磁加热线圈中的电参数随控温层温度的变化而变化，并形成特定对应关系，该电参数包括脉冲数量、脉冲宽度、脉冲幅度、电压、电流或电阻参数等，比如脉冲数与控温层温度之间所形成的线性关系，如图2、3所示，检测分析模块检测到电磁加热线圈中的电参数值，将其转换成对应的温度值，并与用户通过人机交互界面设定的设定温度值T0进行比较，如果当前检测温度值T1未超过设定温度值T0，电磁加热线圈将继续加热，即，电磁加热线圈可以保持原有的功率也可以提高功率进行加热，如果当前检测温度值T1大于或等于设定温度值T0，电磁加热线圈将停止加热或降低加热功率。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电磁炉的电磁加热控制系统，包括：
电磁加热线圈；
检测分析模块，与电磁加热线圈连接，用以检测电磁加热线圈中的电参数；
控制模块，控制模块的输入端与检测分析模块的输出端连接，用以控制电磁加热线圈的加热功率或加热时间；
IGBT驱动模块，其输入端与控制模块的输出端连接；
IGBT，IGBT的C端与电磁加热线圈连接，IGBT的G端与IGBT驱动模块连接；
所述电磁炉加热控制系统还包括人机交互界面，所述人机交互界面与检测分析模块连接，
人机交互界面，与控制模块连接，并将用户输入的温度值传输给控制模块。
2.根据权利要求1所述的电磁加热控制系统，其特征在于，所述电磁炉还包括能够感应电磁加热线圈所产生的电磁信号的控温层。
3.根据权利要求2所述的电磁加热控制系统，其特征在于，所述控温层设于电磁加热线圈的上方。
4.根据权利要求3所述的电磁加热控制系统，其特征在于，所述电磁炉包括面板，所述控温层设于面板上，或者，所述电磁炉上方设有锅具，所述控温层设于锅具上。
5.根据权利要求2所述的电磁加热控制系统，其特征在于，所述控温层由坡莫合金或精密合金材料制成。
6.根据权利要求5所述的电磁加热控制系统，其特征在于，所述坡莫合金或精密合金材料的居里点温度在 30摄氏度至500摄氏度之间。
7.根据权利要求6所述的电磁加热控制系统，其特征在于，所述精密合金材料为精密合金4J36、精密合金4J32、铁锰合金4J59、恒弹性合金3J53、恒弹性合金3J53Y、恒弹性合金3J58、弹性合金3J54、弹性合金3J58、弹性合金3J59、弹性合金3J53、弹性合金3J61、弹性合金3J62、弹性合金Ni44MoTiAl、精密合金4J36、精密合金4J32或非晶态软磁合金(FeNiCo)78(SiB)22。
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