節(jié)能電磁爐的研究和開(kāi)發(fā)

佛山冠澤豐五金電器有限公司 梁振邦

1.引言

電磁爐又稱(chēng)為電磁灶，它民用化最早記載是在1957 年德國(guó)的NEFF公司研發(fā)出來(lái)，當(dāng)時(shí)的電磁爐已經(jīng)有了一定的雛形，在1972年的時(shí)候美國(guó)也加入了研發(fā)的行列，在那個(gè)時(shí)候開(kāi)始，電磁爐的研發(fā)大門(mén)才真正打開(kāi)，隨著電磁爐在西方市場(chǎng)的不斷普及，中國(guó)市場(chǎng)也開(kāi)始關(guān)注該家用電器，但當(dāng)時(shí)由于電磁爐的電路方案還不成熟，經(jīng)常出現(xiàn)電磁爐炸機(jī)和使用一段時(shí)間后不能啟動(dòng)的問(wèn)題，維修率很大，很多市民在購(gòu)買(mǎi)電磁爐一段時(shí)間后，電磁爐還沒(méi)有超過(guò)保修期就需要退回廠家維修，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)中國(guó)的許多電磁爐制造廠家出現(xiàn)虧損，在惡性循環(huán)的作用下，市民對(duì)電磁爐的質(zhì)量沒(méi)有信心，電磁爐的需求也一落千丈。直到2004年的時(shí)候由于美的等國(guó)內(nèi)電磁爐大型生產(chǎn)研發(fā)廠家在電磁爐的主板上采用大回環(huán)震蕩原理電路，其保護(hù)回路解決了熱插拔燒機(jī)等許多技術(shù)難題，使電磁爐的質(zhì)量得到保障，人們才開(kāi)始對(duì)電磁爐重拾信心，中國(guó)的電磁爐才真正走向穩(wěn)步生產(chǎn)階段。

根據(jù)相關(guān)測(cè)試資料，電磁爐的熱效率是80%-90%，遠(yuǎn)高于煤氣等常用的家用煮食方式，但由于現(xiàn)在的電磁爐正常使用1個(gè)小時(shí)就要耗去2度電左右，電磁爐的耗能也非常明顯。怎樣可以降低能耗，節(jié)約成本已經(jīng)成為現(xiàn)階段電磁爐生產(chǎn)的一個(gè)重要研究方向。

2.節(jié)能電磁爐工作模式

當(dāng)選擇火鍋功能檔位的話，數(shù)碼管會(huì)顯示“1300”，功率的“W”指示燈亮。在火鍋功能狀態(tài)下，按“+”和“-”按鍵可以改變功率的大小，最小可以調(diào)節(jié)到120W，最大可調(diào)到2000W，調(diào)到最大功率或最小功率后不能繼續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后電磁爐的實(shí)際功率會(huì)相應(yīng)變化。在火鍋功能狀態(tài)下按定時(shí)按鍵，可以對(duì)電磁爐進(jìn)行定時(shí)關(guān)機(jī)的設(shè)定，設(shè)定的時(shí)間范圍是0:00-23:59。當(dāng)鍋具的溫度達(dá)到154℃，電磁爐會(huì)停止加熱。當(dāng)溫度降回150℃時(shí)，電磁爐會(huì)恢復(fù)加熱。

當(dāng)選擇爆炒功能檔位的話，數(shù)碼管會(huì)顯示“270”，溫度“℃”指示燈亮。在爆炒功能狀態(tài)下，按“+”和“-”按鍵可以對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整范圍為：最大為270，最小為60，調(diào)到最大溫度或最小溫度后不能繼續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后電磁爐的實(shí)際功率會(huì)相應(yīng)變化。在爆炒功能狀態(tài)下按定時(shí)按鍵，可以對(duì)電磁爐進(jìn)行定時(shí)關(guān)機(jī)的設(shè)定，設(shè)定的時(shí)間范圍是0:00-23:59。表1是爆炒功能檔位對(duì)應(yīng)的功率。

在電磁爐工作狀態(tài)下，按定時(shí)/預(yù)約按鍵會(huì)進(jìn)入定時(shí)關(guān)機(jī)設(shè)定狀態(tài)。在定時(shí)關(guān)機(jī)設(shè)定狀態(tài)下，數(shù)碼管會(huì)顯示默認(rèn)定時(shí)時(shí)間，此時(shí)預(yù)約/定時(shí)燈會(huì)一直亮，表示時(shí)間的兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)也會(huì)一直亮，此時(shí)可以按“+”或者“-”來(lái)調(diào)整時(shí)間，調(diào)節(jié)范圍參見(jiàn)表2功能參數(shù)表。按取定時(shí)/預(yù)約按鍵后，當(dāng)沒(méi)有按鍵5秒后將會(huì)回到原來(lái)的工作狀態(tài)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間已經(jīng)設(shè)定好后，在手動(dòng)功能工作狀態(tài)下（數(shù)碼管顯示功率或溫度的時(shí)間），功率或者溫度可以再次調(diào)節(jié)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到來(lái)的時(shí)，電磁爐會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)，電磁爐蜂鳴器會(huì)響1短聲后，進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。設(shè)定時(shí)間的時(shí)，按加或者減鍵可以在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)循環(huán)調(diào)節(jié)。切換功能按鍵的時(shí)定時(shí)功能會(huì)取消。

表1 爆炒功能檔位對(duì)應(yīng)的功率

表5 芯片改進(jìn)前后電能對(duì)比

表2 功能參數(shù)表

表3 芯片改進(jìn)前

表4 芯片改進(jìn)后

3.電路設(shè)計(jì)改進(jìn)

圖1 市面通用電磁爐設(shè)計(jì)方案

圖2 電磁爐設(shè)計(jì)改良方案

圖1是市面上通用的電磁爐設(shè)計(jì)方案，這種電磁爐的電路設(shè)計(jì)方案由于已經(jīng)經(jīng)過(guò)多次方案修改，將以前的許多不能解決的問(wèn)題都一一解決，例如熱插拔燒機(jī)，功率不穩(wěn)定等許多技術(shù)難題。經(jīng)過(guò)了多年的市場(chǎng)驗(yàn)證，該方案已經(jīng)非常成熟。但是，該方案在節(jié)能的領(lǐng)域仍然存在許多不足，根據(jù)現(xiàn)代人對(duì)電磁爐的使用習(xí)慣，人們一般在食物煮熟后就不需要對(duì)食物進(jìn)行大火力的蒸煮，不然長(zhǎng)時(shí)間的大火力蒸煮是對(duì)電能的浪費(fèi)，結(jié)合現(xiàn)在空調(diào)的變頻技術(shù)理念：室溫每降低0.5度，運(yùn)轉(zhuǎn)頻率就降低一檔，相反，室溫每升高0.5度，運(yùn)轉(zhuǎn)頻率就升高一檔，即室溫越高，運(yùn)轉(zhuǎn)頻率越大，以便空調(diào)快速制冷，室溫越接近設(shè)定溫度，運(yùn)轉(zhuǎn)頻率就越小，提供的制冷量也越小，以維持室溫在設(shè)定溫度附近，溫度波動(dòng)小。對(duì)電磁爐主板電路芯片方案進(jìn)行技術(shù)改良：當(dāng)感知到鍋具中的食物溫度達(dá)到煮熟點(diǎn)后，芯片自動(dòng)調(diào)節(jié)電磁爐的輸出功率，將功率進(jìn)行下調(diào)，食物在穩(wěn)定的功率進(jìn)行蒸煮一段時(shí)間后，如果需要蒸煮的食物需要長(zhǎng)時(shí)間的煮食的話，芯片會(huì)根據(jù)食物的煮食點(diǎn)再次對(duì)功率進(jìn)行下調(diào)，這樣既達(dá)到對(duì)食物的合理煮食要求，又實(shí)現(xiàn)節(jié)能的要求。圖2就是電磁爐設(shè)計(jì)改良方案的線路圖，該線路圖是在圖1線路圖的基礎(chǔ)上將相應(yīng)的元器件做出更換，達(dá)到匹配芯片功能的目的，當(dāng)電磁爐在感知到鍋具中的食物溫度達(dá)到煮熟點(diǎn)后，芯片自動(dòng)調(diào)節(jié)電磁爐的輸出功率，將功率進(jìn)行下調(diào)，所以主板上的元器件也能夠相應(yīng)地選擇低功耗的元器件，例如圖1中整流橋DB1的參數(shù)是25A/800V，當(dāng)工作頻率為50Hz的交流電壓通過(guò)DB1后，DB1的輸出電壓變成直流電壓，IGBT由控制電路發(fā)出的矩形脈沖驅(qū)動(dòng)，IGBT導(dǎo)通時(shí)，流過(guò)線圈盤(pán)的電流迅速增加，IGBT截止時(shí)，線圈盤(pán)和C21發(fā)生串聯(lián)諧振，IGBT的C級(jí)對(duì)地產(chǎn)生高壓脈沖，當(dāng)該脈沖降至零時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖再次加至IGBT上使之導(dǎo)通。當(dāng)電磁爐的芯片將功耗降低后，DB1的整流參數(shù)就不再需要那么高了，可以改為圖3.2的15A/800V，互感器也由350uH～500uH改為250uH，其他的一些元器件也做出相應(yīng)的修改來(lái)達(dá)到匹配芯片的目的。這樣既可以將電磁爐主板的成本降低，又可以將電磁爐的實(shí)際功耗降低，達(dá)到節(jié)能和降低成本的目的。

4.數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)電磁爐芯片的改進(jìn)，測(cè)試出芯片改進(jìn)前后電磁爐重要元器件的溫度，并且作出數(shù)據(jù)對(duì)比，表3和表4是測(cè)試的對(duì)比數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)電磁爐的內(nèi)部器件溫度對(duì)比，可以看出芯片改良后，各器件的溫度是比芯片改良前要低的，根據(jù)電器產(chǎn)品元器件的使用壽命可以知道，當(dāng)器件在高溫度的條件下工作，壽命是比器件在常溫條件下工作要短的，也就是說(shuō)電磁爐的整體壽命在芯片改良后是延長(zhǎng)了。

同時(shí)，由于人們對(duì)電磁爐的使用最直觀的使用方面是電能的使用，表5就是對(duì)芯片改進(jìn)前后電能使用的一個(gè)對(duì)比。

通過(guò)對(duì)電磁爐的芯片改進(jìn)前后電能的對(duì)比可以看出，電磁爐芯片改進(jìn)后如果使用24小時(shí)可以節(jié)省10.7度點(diǎn)，比常規(guī)的電磁爐節(jié)省31%左右的電能，對(duì)于一些需要長(zhǎng)時(shí)間使用電磁爐的家庭來(lái)說(shuō)，如此低的功耗可以很好地節(jié)省平時(shí)該方面電費(fèi)的開(kāi)支。

5.結(jié)束語(yǔ)

目前，該節(jié)能技術(shù)已經(jīng)逐步的由調(diào)試階段進(jìn)入生產(chǎn)階段，生產(chǎn)的廠家在不斷的增加，在不久的將來(lái)，該技術(shù)會(huì)逐漸的為人們的熟知和使用。

節(jié)約能源已經(jīng)成為了一個(gè)世界性的主題，人類(lèi)為了改善自己的生活舒適性，耗費(fèi)了大量的能源來(lái)滿足，但是能源不足的現(xiàn)況是不能改變的，只有不斷的尋求節(jié)約能源的方法才能使人類(lèi)的發(fā)展步伐不斷前進(jìn)。

[1]孫立群.電磁爐維修技能完全掌握[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013.

[2]韓雪濤.電磁爐維修從業(yè)技能全程通[M].北京:人民郵電出版社,2010.