電磁爐電磁兼容性的優(yōu)化設(shè)計(jì)

鄭軍云 蘇晨 馬燕君

摘要 電磁爐作為一種廚房能源早已進(jìn)入千家萬戶，因其具有較高的熱效率且無需直接接觸明火，外形美觀又具有良好的清潔性，因此而廣受人們的歡迎和喜愛。隨著電磁爐使用范圍的不斷變廣和使用頻率的逐漸增多，其對(duì)于電磁兼容性也提出了更高的要求。在這一背景下，本文將從簡單論述電磁爐及其工作原理入手，通過對(duì)市面上的幾款電磁爐進(jìn)行電磁兼容性測試，在此基礎(chǔ)上對(duì)電磁爐電磁兼容性優(yōu)化設(shè)計(jì)提出幾點(diǎn)看法。

【關(guān)鍵詞】電磁爐 電磁兼容 騷擾電壓

事實(shí)上電磁爐在使用過程中經(jīng)常容易受到各種信號(hào)和電磁的干擾，雖然并不會(huì)對(duì)使用者產(chǎn)生直接的不良影響，但其確實(shí)會(huì)在一定程度上影響電磁爐的使用性能和使用壽命。因此需要通過盡可能提高電磁爐電磁兼容性以有效解決這一問題，為此，本文將通過以電磁爐為主要研究對(duì)象，對(duì)其電磁兼容性進(jìn)行初步探究，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域研究提供相應(yīng)參考。

1 電磁爐及其工作原理

電磁爐是電力電子技術(shù)商業(yè)化下的產(chǎn)物，其主要用于進(jìn)行食物的加熱和烹飪，是當(dāng)前廣受人們歡迎的一種廚房能源。具有較高的美觀性和清潔性，且熱效率也相對(duì)較高。除了被運(yùn)用在食物加熱與烹飪上的家用電磁爐之外，也有被運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)上的低頻電磁爐，其直接使用50/60Hz的頻率。而家用電磁爐多為高頻電磁爐，主要是通過將低頻電流進(jìn)行整流處理使之成為直流電，而后通過感應(yīng)線圈、電容等相互作用下，將直流電逆變成20kHz到40kHz的高頻電流，隨后通過線圈使之可以形成高速變化的磁場。經(jīng)由鐵質(zhì)金屬使得磁力線生成感應(yīng)電流，這一電流和電磁爐底端形成閉合回路，在鍋具本身的電阻作用下，產(chǎn)生大量熱量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用電磁爐烹飪和加熱食物。

2 電磁爐電磁兼容性的測試分析

2.1 測試對(duì)象

為有效掌握電磁爐電磁兼容性，本文通過采用隨機(jī)抽樣的方式從市面中選取市場上常見的10款不同的電磁爐產(chǎn)品，用于作為本次測試研究的研究樣本對(duì)象。通過參考10款不同電磁爐產(chǎn)品的說明書，在嚴(yán)格按照國家相關(guān)測試要求下，設(shè)置了四項(xiàng)測試項(xiàng)目，包括諧波電流、電源端騷擾電壓以及電快速瞬變以及靜電放電。

2.2 測試方法

在測試過程中所使用的容器統(tǒng)一為選取的電磁爐產(chǎn)品自帶的標(biāo)準(zhǔn)容器，在向其加入80%的自來水之后，將電磁爐輸出功率調(diào)至最大，隨后通過對(duì)測試環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使之能夠滿足國家規(guī)定的相關(guān)測試要求。在本次電磁爐電磁兼容性測試當(dāng)中，測試環(huán)境溫度和濕度分別為20℃與50%。使用交流220V/50Hz的試驗(yàn)電壓，在0.009到0.05MHz的頻段內(nèi)，測試容器的限值準(zhǔn)峰值為llO/dB（μV），而頻段在0.05到0.15MHz內(nèi)測試容器限值中的準(zhǔn)峰值在90到80/dB（μV）范圍內(nèi)。頻段在015到0.5MHz內(nèi)，測試容器限值中的準(zhǔn)峰值則在66到56/dB（μV）范圍內(nèi)。在0.5到0.5MHz的頻段內(nèi)，測試容器的準(zhǔn)峰值為56/dB（μV），其均值為46/dB（μV）。頻段超過5MHz時(shí)，測試容器限值的準(zhǔn)峰值和均值分別為60以及50/dB（μV）。

2.3 測試結(jié)果

通過對(duì)15款不同電磁爐產(chǎn)品的諧波電流、靜電放電等檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行逐一檢查，發(fā)現(xiàn)在電源端騷擾檢測項(xiàng)目當(dāng)中只有一款電磁爐產(chǎn)品合格，合格率僅為6.67%。而諧波電流與靜電放電測試項(xiàng)目中，15款電磁爐產(chǎn)品全部合格，合格率為100%。在電快速瞬變的測試項(xiàng)目中，僅有兩款電磁爐產(chǎn)品不合格，當(dāng)瞬變干擾信號(hào)被加入到測試電磁爐產(chǎn)品的電源端之后，兩款產(chǎn)品分別出現(xiàn)了功率迅速降低和死機(jī)的問題，此項(xiàng)目測試中合格率為86.67%。

通過進(jìn)一步分析可知，當(dāng)電磁爐在工作中需要將50/60Hz的低頻電壓經(jīng)過整流等處理轉(zhuǎn)變?yōu)?0kHz到40kHz的高頻電流時(shí)，該判斷內(nèi)會(huì)出現(xiàn)電壓騷擾的情況，如果電磁爐本身電磁兼容性相對(duì)較低，則會(huì)出現(xiàn)頻率范圍內(nèi)某點(diǎn)頻率超出限值。根據(jù)宋昆等人（2014）的相關(guān)研究，指出可以通過將濾波電路加入至主電源電路中的方式解決這一問題。同時(shí)也有研究指出，通過將瞬態(tài)抑制器加裝在濾波電路當(dāng)中，能夠?qū)﹄娍焖偎沧冞M(jìn)行有效控制。

3 電磁爐電磁兼容性優(yōu)化設(shè)計(jì)

在試驗(yàn)中我們不難發(fā)現(xiàn)，主控制電路最易受到干擾影響，因此筆者認(rèn)為在提升電磁爐電磁兼容性的過程中，可以通過采用封閉金屬屏蔽體幫助主控制電路進(jìn)行電磁屏蔽，通過利用公式

對(duì)屏蔽罩厚度進(jìn)行精確計(jì)算，以此有效達(dá)到屏蔽電磁的效果。在這一公式當(dāng)中電導(dǎo)率和相對(duì)電導(dǎo)率分別用σ以及μ進(jìn)行表示，而被屏蔽的電磁波頻率則用f進(jìn)行表示。而d和λ則分別代表著屏蔽罩的具體厚度值，以及電磁干擾信號(hào)電磁波，在屏蔽罩材料內(nèi)的具體波長。而通過結(jié)合相關(guān)研究人員在屏蔽體電導(dǎo)率方面的研究成果，可知電磁爐在工作狀態(tài)中頻率最低值為20kHz，而通過將其代入至上述公式中，即可計(jì)算出屏蔽罩的最小厚度值約為1.7mm。通過采用屏蔽線與屏蔽電纜作為整個(gè)主控制電路的屏蔽體數(shù)據(jù)線，在將系統(tǒng)進(jìn)行全部封閉，使得包括炊具、不銹鋼灶臺(tái)在內(nèi)的全部電磁輻射和電磁干擾均可以得到有效封閉。此后通過將雙層屏蔽網(wǎng)安裝在通風(fēng)口位置處，從而有效實(shí)現(xiàn)電磁爐的電磁干擾屏蔽，使其能夠具備較高的電磁兼容水平。

目前我國在關(guān)于電磁爐的相關(guān)認(rèn)證測試中，開始有意識(shí)地加入電磁爐電磁兼容性的測試，因此對(duì)于廣大電磁爐生產(chǎn)制造企業(yè)而言，其還需要積極加大關(guān)于電磁爐電磁兼容性的優(yōu)化設(shè)計(jì)力度，對(duì)可能影響電磁兼容的各項(xiàng)干擾因素進(jìn)行全面考慮，在積極學(xué)習(xí)和借鑒國外相關(guān)先進(jìn)知識(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，有效提升電磁爐的電磁兼容性。

4 結(jié)束語

本文通過采用隨機(jī)抽樣和實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)電磁爐電磁兼容性進(jìn)行測試，驗(yàn)證了不同電磁爐的實(shí)際電磁兼容水平，并在此基礎(chǔ)上提出了一種有效的提升電磁兼容性，抵抗電磁干擾的電磁爐設(shè)計(jì)形式。但由于受到篇幅限制以及筆者自身學(xué)識(shí)限制，本文還存在一定的局限性，需要在日后繼續(xù)進(jìn)行補(bǔ)充和完善。

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