电磁炉工作原理及使用

2007年第9期 物理通报 物理学与现代生活 广———1 ’物理学-q现代生活’ ：：．．。．．．．．。．。．，一 1 电磁炉结构 电磁炉工作原理及使用 王来元 (高台县第一中学 甘肃高台 734300) 电磁炉是应用电磁感应原理进行加热工作的， 是现代家庭烹饪食物的先进电子炊具．它使用起来 非常方便，可用来进行煮、炸、煎、蒸、炒等各种烹调 操作．特点是效率高、体积小、重量轻、噪音小、省电 节能、不污染环境、安全卫生，烹饪时加热均匀。能较 好地保持食物的色、香、昧和营养素，是实现厨房现 代化不可缺少的新型电子炊具．电磁炉的功率一般 在700—1800w之问．电磁炉的结构主要由外壳、 高级耐热晶化陶瓷板、PAN电磁线盘、加热电路板、 控制电路板、显示电路板、风扇组件及电源等组成． 2加热原理 在电磁炉内部，由整流电路将50Hz的交流电 压变成直流电压。再经过控制电路将直流电压转换 成频率为15—40kHz的高频电压，高速变化的电流 流过扁平空心螺旋状的感应加热线圈(励磁线圈)， 计算了光在圆盘后的影的问题，发现在一定条件下， 在不透明的圆板的阴影中心有一个亮斑，这就是著 名的“泊松亮斑”。如图3所示．泊松认为这是十分荒 谬的，于是就声称驳倒了光的波动理论．但后来菲涅 耳在实验室观察到了这个亮点，这样，泊松的计算公 式反而有力地支持了光的波动学说，使光的波动理 论在这场竞赛中，赢得了新的辉煌的胜利． 4塞曼效应试验 翻3 塞曼效应被誉为继X射线(1895年发现)之后 物理学最重要的发现之一，1902年塞曼因这一发现 与洛伦兹共享诺贝尔物理学奖． 19世纪初，光的波动说获得很大成功，逐渐得 一52一 到人们公认．但是当时人们把光波看成像机械渡，需 要有传播的媒介，曾假设在宇宙空间充满一种特殊 物质“以太”．而且，“以太”应具有以下性质：一是有 很大的弹性(甚至像钢一样)；二是有极小的密度(比 空气要稀薄得多——以至我们根本不能用实验探 测它的存在)．这种神秘的“以太”存在吗?这个问题 到目前为止，甚至还在小范围的争执之中．但是，各 种“以太”存在的实验都被认为是失败的，这就 使光的机械波学说陷入了困境． 这时，有一些新的事实促使人们去进一步探索 光的本性的神秘面纱．1862年法拉第做了最后一次 实验，试图发现磁场对放在磁场内的光源发出的光 线的影响，但结果是否定的，因为他用的仪器还不够 灵敏，不能探测到这种微细的效应．30年后，当时还 是青年的塞曼，从阅读法拉第的实验受到启发， 他用更精密的仪器重新做实验，发现了塞曼效应．这 个实验证明了光具有电磁本性，同时也对原子物理 的研究有着重要的贡献． 塞曼效应的发现使人类对光的认识更加深化。 认识范围更加扩大．光具有波动性、光的电磁本性逐 渐被人们所公认．这种理论在光学史上起着特殊重 要的作用． 万方数据 2007年第9期 物理通报 物理学与现代生活 线圈会产生高频交变磁场．其磁感线穿透灶台的陶 瓷台板而作用于不锈钢锅(导磁又导电材料)底部， 在烹饪锅体内因电磁感应就有强大的涡流产生．涡 流克服锅体的内阻流动时完成电能向热能的转换， 锅底迅速释放出大量的热量，就是烹调的热源．如图 1所示． 3 涡流及涡流的产生 圈1 在柱形铁芯上绕有线圈，当线圈中通上交变电 流时，每个铁芯片就处在交变的磁场中．铁芯可看成 是由一系列半径逐渐变化的柱状薄壳组成，每层薄 壳构成一个闭合回路．在交变的磁场中，通过这些薄 壳的磁通量都在不断地变化，所以沿着一层层的壳 壁产生感应电流．从铁芯的上端俯视，电流的流线呈 闭合的旋涡状，因而这种感应电流叫做涡电流，简称 涡流．由于大块铁芯的电阻很小，因此涡流可非常 大．强大的涡流在铁芯内流动时，电能转化为内能， 从而释放出大量的焦耳热，而使铁芯的温度升高．如 图2所示． 图2 理论和实践证明：涡流与磁感强度成正比，与交 流电频率的平方成正比．因此，电磁炉要达到一定的 热交换功率，必须有能产生高磁感强度的交变磁场 线圈，还必须提高交流电的频率以提高涡流功率． 图3是电磁炉的主要电路之一，主要是利用了LC并 联谐振的原理进行工作．具体的工作过程如下： 220V工频交流电经大功率全桥整流为脉动直 流电，脉动直流电通过扼流圈工1和c。的平滑滤波， 将相对平稳的直流电供向下级PAN电磁线盘如， 圉3 PAN线盘与c2振荡电容组成LC振荡电路，从而在 线盘上产生交变磁场．IGBT是绝缘栅双极晶体管 (1usulatedGateBipolarTransistor)的简称，是一种集 BJT的大电流密度和MOSFET等电压激励场控型器 件优点于一体的高压、高速大功率器件．IGBT有三 个电极，分别称为栅极G(也叫控制极或门极)、集 电极c(亦称漏极)及发射极E(也称源极)．PAN电 磁线盘的后级为高压保护二极管VD，作用为保护 IGBT，防止反向高压击穿IGBT，当IGBT的C极电压 为0V时，IGBT导通，此时的电感(励磁线圈)进行储 能，当IGBT由导通到截止时，此时由于电感(线圈的 作用)，电流还会沿着先前的方向流动，由于IGBT关 断，电感只能对电容c2充电，从而引起c极(漏极) 电压升高，随充电电流变小直至为零时，C极电压最 高．此值是选择IGBT耐压指标的直接数据，从这个 时候开始，电容c2开始经线圈放电，此时c极电压 变低，当达到0V时，控制电路检测(监控)到这个 值，再次打开IBGT，又一循环开始；所以电感(线圈) 与振荡电容不停的进行充电放电，从而形成振荡． (1)功率的控制 IGBT的控制极由驱动器(单片机，如TA8316S 等)驱动，根据所需功率的的大小，单片机输出频率 为14kHz的脉冲，由IGBT驱动器输出的脉宽来调整 IGBT通断时间的长短，从而达到调整功率的要求． (2)整体电路框图 电磁炉各部分关系框图如图4所示． 一53～ 万方数据 2007年第9期 物理通报 物理学与现代生活 圉4 4 电磁炉的优缺点 电磁炉的优缺点见表1和表2 寰1 电磁炉与其他灶具比较 有无 安全 加热器具 加热方式 效率／％ 有害 系数 缺点 气体 气体燃烧加热 效率低、 演化气炉 40～50有 低 (热传导) 安全性差 普通电饭锅 电流通过电 阻后发热 50—60无 中 效率低 (电炒锅) (热传导) 电路复 电磁感应， 杂、有一 电磁炉 高于∞ 无 高 锅自身发热 定电磁 辐射 袭2 电磁炉与其他灶具热效率比较表 时间 耗电(气)量 消费金额 效率 炉具 ／min ／kW·h(kg)／元 ／％ 电磁炉 6．7 0．202 0．097 98 煤气炉 8．0 0．040 0116 50 电炉 12 0354 0．170 47 注：以2L水从25℃加热至1006C计算 5 电磁炉的使用和维护 (1)电源线要符合要求 电磁炉由于功率大，在配置电源线时，应选能承 受15A大电流的铜芯线，配置专用独立的、安全性 ——54—— 高的电源插座，插头、开关等．如果可能，最好在电源 线插座处安装一只保险盒。以确保安全． (2)锅具要符合要求 应选用铁磁性材料制作的锅具，如铁锅、不锈钢 锅、搪瓷锅等；使用时要放置在电磁炉中央，并且锅 底保证有一定的平面与电磁炉充分接触．电磁炉不 能使用诸如玻璃、铝、铜质的容器加热食品，这些非 铁磁性物质是不能形成涡流的． (3)放置要平整 放置电磁炉的桌面要平整，特别是使用火锅时 更应注意．如果桌面不平，使电磁炉的某一脚悬空。 使用时锅具的重力将会迫使炉体强行变形甚至损 坏．另外，如桌面有倾斜度，当电磁炉对锅具加温时， 锅具中的涡流磁场和炉内励磁线盘中的磁场相互作 用而使锅具和炉体发生受迫振动，这种振动容易使 锅具滑出而发生危险． (4)防潮通风 电磁炉工作在大电流、大功率状态，内部电路遇 水汽和湿气时会结露，而使电路锈蚀甚至短路．炉内 有风扇，故应在空气流通处使用．电磁炉正常使用的 温度为lo一40℃，温度过高或过低，可能有些功能 会受到一定的影响． (5)防止漏磁干扰 电磁炉不可避免存在电磁辐射，会对家用电器 及人体产生影响，故在距离电磁炉2。3m的范围 内，最好不要放置电视机、手机等容易受到磁场影响 的家用电器。以免影响其正常工作． (6)操作要得当、 电磁炉的各按钮属轻触型，使用时手指用力不 要过重，要轻触轻按．当所按动的按钮启动后，手指 就应离开，不要按住不放，以免损伤簧片和导电接触 片；在电磁炉加热至高温时，瞬问功率会怨大忽小， 容易损坏功率管IGBT和电磁炉机板．使用完毕，要 把功率按钮先调到最小位置，然后关闭电源，再取下 铁锅． (7)清洁要得法 电磁炉同其他电器一样，在使用中要注意防水 防潮，并避免接触有害液体．不能用汽油等清洗炉面 或炉体．另外，也不要用金属刷、纱布等较硬的工具 来擦拭炉面上的油迹污垢．正在使用或刚使用结束 的炉面不要马上用冷水擦．应待其完全冷却后。方可 使用少许中性洗涤剂擦拭． 万方数据 电磁炉工作原理及使用 作者： 王来元， Wang Laiyuan 作者单位： 高台县第一中学,甘肃,高台,734300 刊名： 物理通报 英文刊名： PHYSICS BULLETIN 年，卷(期)： 2007(9) 被引用次数： 3次 本文读者也读过(10条) 1. 郭旺 电磁炉的工作原理[期刊]-物理教学探讨2006,24(16) 2. 施敏敏.SHI Min-min 电磁炉功率控制的实现[期刊论文]-常熟理工学院学报（自然科学）2008,22(2) 3. 廖泓斌 电磁炉产品及技术发展趋向[期刊论文]-家用电器（绿色家电）2009(6) 4. 马皓 电磁感应的应用——电磁炉[期刊论文]-物理教学探讨2007,25(16) 5. 闫丽华 电磁炉的喜与忧[期刊论文]-大众化2006(7) 6. 张一博 明明白白电磁炉--电磁炉全接触[期刊论文]-科学时代2004(19) 7. 杨威.裴娟 基于电磁感应的电磁炉加热技术研究[期刊论文]-北京电力高等专科学校学报(自然科学版) 2010,27(5) 8. 张超.郑永军.孙志锋 控制电磁炉输出功率稳定的模糊控制方法[期刊论文]-机电工程2004,21(10) 9. 王志升.黄亮.全书海.阮新异.Wang Zhisheng.Huang Liang.Quan Shuhai.Ruan Xinyi 大功率电磁炉系统的设计 与实现[期刊论文]-中国科技信息2008(10) 10. 陈树基.Chen Shuji 电磁炉常见故障分析与检修[期刊论文]-管理(学术版)2009(1) 引证文献(3条) 1.刘祝山 电磁感应式电磁炉加热技术研究[期刊论文]-科技信息 2011(25) 2.杨威.裴娟 基于电磁感应的电磁炉加热技术研究[期刊论文]-北京电力高等专科学校学报(自然科学版) 2010(5) 3.董瑞新.薛影.王明红 电磁炉安全使用范围的电磁场计算[期刊论文]-物理通报 2010(11) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wltb200709020.aspx