[发明专利]一种兼顾电路优化和炉盘高效加热的电磁炉线圈盘

说明书

本发明公开了一种兼顾电路优化和炉盘高效加热的电磁炉线圈盘，包括线圈盘、变换器，所述线圈盘包括线圈盘磁芯与线圈盘绕组，还包括等效阻抗变换网络，所述等效阻抗变换网络与线圈盘绕组和变换器连接，电磁炉线圈盘绕组至少含有一个抽头，线圈盘绕组各部分均对锅具加热。本发明的一种兼顾电路优化和炉盘高效加热的电磁炉线圈盘，通过选取不同的端口或抽头，可改变谐振单元中线圈盘各部分绕组的自感与互感，进而实现不同的等效阻抗变换，优化变换器的输出特性，并扩大电磁炉锅具材质的适用范围，同时结合提高工作频率和线圈盘绕组匝数的方法，增大锅具等效阻值与线圈盘等效阻值的比值，可在不改变电路结构与器件应力的前提下，提高炉盘加热效率。

技术领域

本发明涉及电磁炉加热技术，具体涉及一种至少含有一个抽头与一组附加电容的电磁炉线圈盘，以及电磁炉线圈盘的等效阻抗变换方法。

背景技术

电磁炉利用感应涡流对金属锅具进行加热，即在线圈盘中通入高频交流电流产生交变磁场，利用电磁感应使锅具底部产生涡流，通过涡流的焦耳热效应直接对锅具加热。与传统的加热方式相比，电磁炉无需明火或传导热，其加热效率比传统炉具高40％，使用环境安全卫生，无需铺设专门的燃气管道，安装便捷，可适应多种场合，具有广大的应用市场。

现有的电磁炉加热效率一般为86％，仍有较大的提升空间。为了提高加热效率，即提高锅具折合电阻与线圈本身交流电阻的比值，要求线圈盘和锅具间有较高的互感，这对电磁炉的锅具材质提出了较高的要求。相关效率测试和分析结果表明：在相同的电磁炉线圈盘与工作频率下，不锈钢锅具相比铝锅，其加热效率提高了35％。由此可见，提高电磁炉线圈盘和锅具间的互感是提高电磁炉加热效率的有效方法。目前，国内外电磁炉制造厂商基本采用多层材料复合型锅底的锅具，该锅具通过在锅底添加高磁导率的不锈钢材料，增强锅具与线圈盘间的互感。

另一方面，可通过提高工作频率来提高加热效率。线圈盘耦合到锅具中的感应电势提高，则锅具折合到原边的等效电阻将增大。但是随着工作频率提升，集肤效应与邻近效应使得线圈有效导电截面积减小，线圈盘自身交流电阻也将增大。日本Hataya M,Oka Y,Umetani K,et al.Novel thin heating coil structure with reduced copper lossfor high frequency induction cookers[C]//International Conference onElectrical Machines&Systems.IEEE,2017.提出一种新的线圈盘绕组与磁芯结构，其线圈由厚度接近集肤深度的矩形线叠压而成，以减小集肤效应带来的铜损，并在不同匝线圈之间加入软磁材料使得电流均匀分布在导线截面上，减小了由邻近效应产生的铜损。采用这种新型线圈可有效降低线圈交流损耗，进而通过提高工作频率来提高线圈加热效率。然而，一般电磁炉使用Litz线作为线圈盘，其交流电阻很小，因此使用新型线圈盘以进一步减小其交流电阻，对提升线圈盘加热效率的作用十分有限。

同时，对于小功率电磁炉而言，其使用的单管准谐振变换器对线圈盘等效阻抗值有严格要求。由上述分析可知，在一定频率范围内，通过提高工作频率可提高电磁炉加热效率。但是，在高频下实际的线圈等效感值大于变换器要求的线圈等效感值，对此需减少线圈盘匝数以减小线圈等效感值。与此同时，线圈盘匝数减小将导致锅具折合阻值的减小，这与提高锅具加热效率的目的相悖。另外，锅具折合电阻与线圈盘匝数的平方成正比，而线圈交流电阻与线圈盘匝数成线性关系，则通过提高线圈盘匝数可提高加热效率。但是，线圈等效电感也与线圈盘匝数平方成正比，在线圈盘匝数增大时，线圈等效感值远大于变换器所要求的线圈等效感值，导致电磁炉无法工作在准谐振状态。较大的开关损耗将进一步降低其加热效率，严重时甚至损坏开关管。因此，在不改变电磁炉电路结构前提下，独立、解耦的线圈盘等效阻抗值是使得上述提高加热效率方法有效实施的关键。