电磁炉的设计.docx

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电磁炉的设计电磁炉的设计辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：

1.5KW电磁炉电路初步设计院（系）：

专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

起止时间：

2014-12-29至2015-1-9课程设计（论文）任务及评语院（系）：

教研室：

电气学号学生姓名专业班级设计题目1.5kW电磁炉电路初步设计课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能先将交流电变成直流电，再将直流电变成20kHZ以上的交流电，驱动电磁线圈。

产生高频交变磁场，在铁制的厨具底部产生磁滞损耗和涡流损耗，产生热量而加热食品。

设计任务1、方案的经济技术论证。

2、整流电路设计。

3、逆变电路设计。

4、通过计算选择器件的具体型号。

5、控制电路设计。

6、绘制相关电路图。

7、完成设计说明书。

要求1、文字在4000字左右。

2、文中的理论分析与计算要正确。

3、文中的图表工整、规范。

4、元器件的选择符合要求。

技术参数1、输入电压单相170260V。

2、输入交流电频率4565HZ。

3、具有过流保护。

4、输出最大功率：

1500W。

5、功率因数0.9。

工作计划第1天：

集中学习；第2天：

收集资料；第3天：

方案论证；第4天：

输入整流滤波电路设计；第5天：

逆变电路设计；第6天：

确定高频变压器变比及容量；第7天：

控制电路设计；第8天：

保护电路设计；第9天：

进行matlab仿真、总结并撰写说明书；第10天：

答辩指导教师评语及成绩平时：

论文质量：

答辩：

指导教师签字：

总成绩：

年月日注：

成绩：

平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算摘要本文所研究的题目是初步设计1.5KW电磁炉的电路。

在本次电磁炉设计中主要包括整流电路、逆变电路和驱动电路，整流采用单相桥式整流电路，逆变电路采用电压型逆变电路，驱动采用光隔离，通过计算得到所需要的与元器件的具体参数和具体的电路图等等。

经计算和multisim仿真选择了基本的元器件。

将交流电经由变压与整流电路，在控制电路的信号下变成直流电，再将直流电通过逆变电路变成高频交流电，驱动电磁线圈。

产生高频交变磁场，在铁制的厨具底部产生磁滞损耗和涡流损耗，产生热量而加热食品。

关键词：

电磁炉；整流电路；逆变电路；驱动电路第第1章章绪论绪论1.1电力电子技术概况电力电子技术概况电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

它分为信息电子技术和电力电子技术两大分支。

电力电子技术中所变换的“电力”和“电力系统”所指的“电力”是有一定差别的。

二者都指的是“电能”但后者更具体，特指电力网的“电力”，前者则更一般些。

通常所用的电力有交流和直流两种。

从公用网络和蓄电池、干电池中的得到的电力往往不能满足要求，需要电力变换。

电力变换通常可以分为四大类，即交流变交流，直流变交流，直流变直流和交流变交流。

依次可称为整流，逆变，直流斩波与交流电力控制，变频，变相。

本设计中的整流电路，逆变电路就是其中两项的简单应用。

电力电子技术的应用主要有以下几个方面：

一般工业、交通运输、电力系统（高压直流输电）、电子装置电源家用电器、新型绿色能源等。

电力电子技术的作用主要来说有：

优化电能使用，改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业，电力电子技术高频化和变频技术的发展（变频空调），电力电子智能化。

这些作用具体可以表现在这些方面：

可以取代非常大一部分一次性能源的使用，减缓了地球能源枯竭的压力；其次精密的电子器件的应用亦使得我们的电力系统能够高效的运作，将能源的耗费降到最低；推动信息与功率的结合，从而在工业设备、电网等地方进行改革，从而推动工业的进一步发展。

电力以其不可比拟的优越性，而为大家所广泛利用。

主要有三个方面的特点：

它便于转换、便于输送、便于控制。

便于转换：

任何的能源都能够通过一定的方式转换成电能；便于输送：

高压输电减少耗能且易于分配，同样还可以以电磁波等方式传输；便于控制：

数控方式，能精确反应电能需要，从而合理地调配电源，控制稳定。

电路是对电力电子技术的重要基础。

电路具有以下几个作用：

实现能量转换和传输，信号的传递和处理，测量和储存信息。

电路是有三部分组成：

电源，中间环节（很多电路的构成都是在这个环节确定的）和负载。

正弦交流电是现代电路输电的主要代表。

其电动势随时间呈正弦变化，包含电动势最大值、角频率和初相位三个要素。

电路主要由三种元件构成，分别为电阻元件、电感元件和电容元件。

电感元件中电流不会突变而电压可以发生突变，且不消耗有功功率，与电源之间存在能量交换即具有储能作用（磁场能），应用于电磁炉等；电容元件由两片金属板组成来存储电荷，使得电路中的电流可以发生突变并遏制电压的突变，它具有“通交流，隔直流”的作用，同样，电容不消耗功率，与电源之间存在着能量交换即具有储能作用（电场能），应用于静电喷雾等技术上。

三相交流输电成为了最广泛的现代输电方式，在于它省材料，性能好，效益高。

另外在电能输电方面高压直流输电与高压交流输电的对比中，我们又看到了原本被否认的直流输电又比交流输电有了更多的优越性，不排除将来仍有走直流输电的可能性。

1.2本文设计内容本文设计内容本文设计的电磁炉电路只是简单的将电磁炉的工作原理表述出来，其电路包括单相桥式整流电路、电压型逆变电路、采用光隔离的驱动电路和简单的直流保护电路。

将交流电经过整流电路之后变成直流电，再经过逆变之后变为20KHZ以上的交流电驱动电磁线圈产生交变电磁场，从而加热铁质锅底产生热量加热食物。

电磁炉又称为电磁灶，它起源于德国。

在西方发达国家，电磁炉的普及率达到了60%-70%。

在我国，电磁炉也开始步入千家万户。

电磁炉与其他厨房电器和传统灶具相比，电磁炉除在加热时间上稍逊于煤气炉之外，无论在安全、节能、高效、简便等方面都具有很大的优越性，尤其在环保方面的有点更为突出。

不会想电路那样产生明火，不会造成视觉污染或者电路短路等问题；不会燃烧时产生废气，以及诸如液化气泄露造成的中毒甚至是爆炸的安全隐患。

同时磁炉方便收藏、易于清洁、体积小巧，无论不是煎、炒、蒸、炸都不至于使室温上升，在省电、省钱以及安全有保障的情况下将食物料理过程轻松完成。

电磁炉是运用高频电磁感应原理加热。

它将市电整流滤波后得到的脉动直流转换成高频电流，通过加热人线圈建立高频磁场，磁力线经线圈与锅底构成的磁回路穿透灶面作用于锅底，在锅底形成涡流而发热，起到加热锅中食物的作用。

国外有许多的服务行业和家庭已习惯使用这类智能化程度高、环保、高效的微电脑电磁炉，而且产品的更新速度很快。

对该产品的需求，国内的市场容量和潜力巨大，国际市场只要质量和技术档次能跟上，出口前景同样看好。

在这样的市场和需求背景下，我们开发出智能化、宽电压范围，具有各种保护功能的新型电磁炉更具有现实意义和经济意义。

第第2章章电磁炉电路设计电磁炉电路设计2.1电磁炉电路整体方案设计电磁炉电路整体方案设计方案讨论：

在电磁炉的整体主要电路中，包含整流电路和逆变电路、保护电路和驱动电路。

整流电路有单相桥式可控电路和单相桥式不可控电路，由于此电磁炉功率小，结构简单，可控能力较高所以选择单相桥式不可控电路。

由于交流侧直接和负载连接，选择无源逆变。

在无源逆变中又有电压型逆变电路和电源型逆变电路，经网络上查选资料和查证，电压型较电流型有一定的优越性和方案可行性，所以选择电压型逆变电路。

设计整体框图如图2.1：

图2.1电磁炉电路设计流程图2.2整流电路设计整流电路设计整流电路的作用是将交流电转变为直流电，一般是由变压器、整流电路和滤波器组合而成，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成，滤波器接在电路和负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。

由于此部分结构简单、工作可靠，其性能满足实验的需要，故采用单向桥式整流电路。

电路图如图2.2。

图2.2整流电路的设计2.3过流保护电路的设计过流保护电路的设计采用普通熔丝的保护电路。

电子保护电路具有高速断流、恢复容易的特点，可应用于任何直流电路中作过流保护装置。

图2.3过流保护电路当微动开关K接通时，单相晶闸管SCR导通，直流电路也导通，当用电量增大到超过规定的允许值时，检测电阻R1上的电压大于0.7V时，晶闸管BG导通，此时晶体管集电极c和基极b间的电压下降到低于3CT的维持电压，3CT关断，切断供电电路。

元件选择：

当电路两端电压100V时，BG可用2N222A，单向晶闸管SCR可用6A/400V。

R1的阻值是根据电源所允许的电流确定的，即R1=0.7/I（I为电源允许电流）。

若电流的耗电为5W，R2阻值为0.35的绕线电阻，允许通过的电流为2A。

2.4逆变电路的设计逆变电路的设计图2.4逆变电路设计如图2.4，本次设计采用电压型逆变电路。

电压型逆变电路的直流侧为电压源或并有大电容，相当于电压源。

直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。

由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。

而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。

当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管IGBT。

2.5驱动电路的设计驱动电路的设计驱动电路的基本任务，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。

对半控型器件只需提供开通控制信号，对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号，以保证器件按要求可靠导通或关断。

此电路采用了光隔离。

一般电路采用的隔离方式是光隔离或者磁隔离。

具体电路如图2.5。

图2.5驱动电路的设计第第3章章参数的计算与元器件的选择参数的计算与元器件的选择3.1系统的整体电路图设计系统的整体电路图设计图3.1整体电路3.2变压器的选择变压器的选择因为输出功率最大为，公率因数大于0.9,由公式：

得视在功率：

令输入电压为=220V，频率为50HZ，设变比k=10，由公式：

得：

根据经济型和合理性应选择MISUMI厂家TP20E-150型变压器。

3.3二极管的选择二极管的选择由公式得：

所以，二极管的额定电压为：

得：

因为二极管的额定电流为：

得：

3.4IGBT的选择的选择全桥逆变的电压幅值与矩形波展开为傅里叶级数得：

其中，基波的幅值和基波的有效值分别为：

因为所以，则：

因为IGBT承受的最大反向电压为，所以IGBT的额定电压为：

得：

因为输出功率为1500W，由公式：

得：

额定电流为：

得：

所以应选择300V/25A的IGBT管。

3.5滤波电容的选择滤波电容的选择由公式：

（3-14）得：

滤波电容承受的最大反向电压为=77.78V所以应选择17037uF/80V的滤波电容。

第第4章章系统的仿真与调试系统的仿真与调试4.1仿真软件介绍仿真软件介绍Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获，仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

4.2仿真波形仿真波形将各个电路用软件进行仿真,仿真结果基本达到所预计目标。

现将仿真结果打印如下：

在未进行整流时的电流波形如图4.1所示。

经过整流电路后的电流波形如图4.2所示。

经过整流电路的电流应该由单相交流变成