1.2 国内外研究现状

1.3 本课题主要研究内容

本课题主要研究了家用电磁炉逆变电路分析及参数确定、硬件死区电路、智能保护电路以及以单片机为控制核心的IGBT驱动电路和家用电磁炉动态负载模型。主要包括:

(1)逆变电路方案分析、参数设计：本课题采用的是逆变电路形式，根据此电路形式设计了电路中各参数，包括IGBT的选型、谐振电感、电容的设计；并在此基础上，设计了IGBT硬件死区电路和智能保护电路，保护开关器件。

(2)IGBT驱动电路设计：介绍了一般驱动电路中应注意的参数和栅极电阻的选取，重点针对家用电磁炉设计了优化的驱动电路，最后，为了电磁炉能并联扩容，研究了IGBT均流问题。

(3)控制策略研究及系统调试及分析：提出了基于网络阻抗的动态负载模型，针对负载随温度的变化，提出了自适应恒温控制方法来实现精确功率控制。并设计了控制软件，介绍了各模块软件的功能以及详细介绍了功率控制模块软件。最后对系统进行调试及结果分析。

2 工作原理分析

2.1 感应加热基本原理

家用电磁炉是基于感应加热原理，主要是利用处在交变磁场中的导体内产生的涡流而引起热效应，通过能量转换，将大量电能转化成为热能。高频电流流经导体时，在它的周围同时有交变的磁场产生。产生的磁场在被加热的目标器件上引起集肤效应，使大部分电流在导体的表面上流通，来加热目标器件。交流电流的频率越高，集肤效应就越明显。在导体表面处由焦耳定律可知因，导体的发热量变大。同时，由于电流主要集中在导体表面处，焦耳热量主要集中于导体的表面层，因此利用高频电流加热导体有利于热传导，提高效率。交变电流通过导体时，导体周围会形成交变磁场，电流强度直接影响磁场的强弱。当高频磁场内放有导体材料时，磁力线会切割导体，在导体中产生感应电势，从而产生涡流。由于电阻的热效应，使导体材料发热，利用涡流感应的热效应进行加热，叫感应加热。根据安培定则、法拉第电磁感应定律和集肤效应，有交流电经过的线圈会产生交变的磁场，当一个导体放入其中时，导体的表面会产生涡流，涡流在物体的表面产生热量，达到加热的目的。文献综述

感应加热的等效模型与变压器类似。图2.1(a)是变压器的基本形式，原边N1，副边NZ。图2.1(b)为感应加热等效模型，可以看成由变压器原边、副边组成的一个简单系统。根据法拉第电磁感应定律，交流电通过线圈时，线圈周围产生交变的磁场，变化的磁场导致变化的磁通，从而在导体内产生感应电动势，导体表面产生涡流。

图2.1变压器等效电路与次级短路等效电路

当感应线圈匝数为N1、通以交变的电流I1时，线圈内部会产生磁通 ，负载导体中产生感应电势e，导体表面会产生涡流i。根据电磁方程式，感应电动势为：e=. * ，N2是工件等效匝数，则有： = sin 。则感应电动势e为：e=.N2* =.   ，有效值E为： E= = 。

负载导体中产生感应电流(涡流)I2，加热工件，其频率与感应线圈通过的电流频率相同，I2使导体负载内部开始加热，根据感应加热原理，其焦耳热为：Q=CI R*t=0.24I R*t。

由此可见，感应加热的原理与一般电气设备中产生涡流的原理是相同的，但是一般电气设备中涡流产生的热量属于能量的浪费，而感应加热却是利用涡流进行加热的。感应加热通过线圈把电能传递给金属导体，然后电能在金属导体内转变为热能。感应线圈与被加热金属导体并不直接接触，而是通过电磁感应传递能量的。