節能電磁爐的研究和開發

佛山冠澤豐五金電器有限公司 梁振邦

1.引言

電磁爐又稱為電磁灶，它民用化最早記載是在1957 年德國的NEFF公司研發出來，當時的電磁爐已經有了一定的雛形，在1972年的時候美國也加入了研發的行列，在那個時候開始，電磁爐的研發大門才真正打開，隨著電磁爐在西方市場的不斷普及，中國市場也開始關注該家用電器，但當時由于電磁爐的電路方案還不成熟，經常出現電磁爐炸機和使用一段時間后不能啟動的問題，維修率很大，很多市民在購買電磁爐一段時間后，電磁爐還沒有超過保修期就需要退回廠家維修，導致當時中國的許多電磁爐制造廠家出現虧損，在惡性循環的作用下，市民對電磁爐的質量沒有信心，電磁爐的需求也一落千丈。直到2004年的時候由于美的等國內電磁爐大型生產研發廠家在電磁爐的主板上采用大回環震蕩原理電路，其保護回路解決了熱插拔燒機等許多技術難題，使電磁爐的質量得到保障，人們才開始對電磁爐重拾信心，中國的電磁爐才真正走向穩步生產階段。

根據相關測試資料，電磁爐的熱效率是80%-90%，遠高于煤氣等常用的家用煮食方式，但由于現在的電磁爐正常使用1個小時就要耗去2度電左右，電磁爐的耗能也非常明顯。怎樣可以降低能耗，節約成本已經成為現階段電磁爐生產的一個重要研究方向。

2.節能電磁爐工作模式

當選擇火鍋功能檔位的話，數碼管會顯示“1300”，功率的“W”指示燈亮。在火鍋功能狀態下，按“+”和“-”按鍵可以改變功率的大小，最小可以調節到120W，最大可調到2000W，調到最大功率或最小功率后不能繼續調節，調節后電磁爐的實際功率會相應變化。在火鍋功能狀態下按定時按鍵，可以對電磁爐進行定時關機的設定，設定的時間范圍是0:00-23:59。當鍋具的溫度達到154℃，電磁爐會停止加熱。當溫度降回150℃時，電磁爐會恢復加熱。

當選擇爆炒功能檔位的話，數碼管會顯示“270”，溫度“℃”指示燈亮。在爆炒功能狀態下，按“+”和“-”按鍵可以對溫度進行調整，調整范圍為：最大為270，最小為60，調到最大溫度或最小溫度后不能繼續調節，調節后電磁爐的實際功率會相應變化。在爆炒功能狀態下按定時按鍵，可以對電磁爐進行定時關機的設定，設定的時間范圍是0:00-23:59。表1是爆炒功能檔位對應的功率。

在電磁爐工作狀態下，按定時/預約按鍵會進入定時關機設定狀態。在定時關機設定狀態下，數碼管會顯示默認定時時間，此時預約/定時燈會一直亮，表示時間的兩個小數點也會一直亮，此時可以按“+”或者“-”來調整時間，調節范圍參見表2功能參數表。按取定時/預約按鍵后，當沒有按鍵5秒后將會回到原來的工作狀態。當定時時間已經設定好后，在手動功能工作狀態下（數碼管顯示功率或溫度的時間），功率或者溫度可以再次調節。當定時時間到來的時，電磁爐會自動關機，電磁爐蜂鳴器會響1短聲后，進入關機狀態。設定時間的時，按加或者減鍵可以在設定的時間范圍內循環調節。切換功能按鍵的時定時功能會取消。

表1 爆炒功能檔位對應的功率

表5 芯片改進前后電能對比

表2 功能參數表

表3 芯片改進前

表4 芯片改進后

3.電路設計改進

圖1 市面通用電磁爐設計方案

圖2 電磁爐設計改良方案

圖1是市面上通用的電磁爐設計方案，這種電磁爐的電路設計方案由于已經經過多次方案修改，將以前的許多不能解決的問題都一一解決，例如熱插拔燒機，功率不穩定等許多技術難題。經過了多年的市場驗證，該方案已經非常成熟。但是，該方案在節能的領域仍然存在許多不足，根據現代人對電磁爐的使用習慣，人們一般在食物煮熟后就不需要對食物進行大火力的蒸煮，不然長時間的大火力蒸煮是對電能的浪費，結合現在空調的變頻技術理念：室溫每降低0.5度，運轉頻率就降低一檔，相反，室溫每升高0.5度，運轉頻率就升高一檔，即室溫越高，運轉頻率越大，以便空調快速制冷，室溫越接近設定溫度，運轉頻率就越小，提供的制冷量也越小，以維持室溫在設定溫度附近，溫度波動小。對電磁爐主板電路芯片方案進行技術改良：當感知到鍋具中的食物溫度達到煮熟點后，芯片自動調節電磁爐的輸出功率，將功率進行下調，食物在穩定的功率進行蒸煮一段時間后，如果需要蒸煮的食物需要長時間的煮食的話，芯片會根據食物的煮食點再次對功率進行下調，這樣既達到對食物的合理煮食要求，又實現節能的要求。圖2就是電磁爐設計改良方案的線路圖，該線路圖是在圖1線路圖的基礎上將相應的元器件做出更換，達到匹配芯片功能的目的，當電磁爐在感知到鍋具中的食物溫度達到煮熟點后，芯片自動調節電磁爐的輸出功率，將功率進行下調，所以主板上的元器件也能夠相應地選擇低功耗的元器件，例如圖1中整流橋DB1的參數是25A/800V，當工作頻率為50Hz的交流電壓通過DB1后，DB1的輸出電壓變成直流電壓，IGBT由控制電路發出的矩形脈沖驅動，IGBT導通時，流過線圈盤的電流迅速增加，IGBT截止時，線圈盤和C21發生串聯諧振，IGBT的C級對地產生高壓脈沖，當該脈沖降至零時，驅動脈沖再次加至IGBT上使之導通。當電磁爐的芯片將功耗降低后，DB1的整流參數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的修改來達到匹配芯片的目的。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際功耗降低，達到節能和降低成本的目的。

4.數據分析

通過對電磁爐芯片的改進，測試出芯片改進前后電磁爐重要元器件的溫度，并且作出數據對比，表3和表4是測試的對比數據。

通過對電磁爐的內部器件溫度對比，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，根據電器產品元器件的使用壽命可以知道，當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，也就是說電磁爐的整體壽命在芯片改良后是延長了。

同時，由于人們對電磁爐的使用最直觀的使用方面是電能的使用，表5就是對芯片改進前后電能使用的一個對比。

通過對電磁爐的芯片改進前后電能的對比可以看出，電磁爐芯片改進后如果使用24小時可以節省10.7度點，比常規的電磁爐節省31%左右的電能，對于一些需要長時間使用電磁爐的家庭來說，如此低的功耗可以很好地節省平時該方面電費的開支。

5.結束語

目前，該節能技術已經逐步的由調試階段進入生產階段，生產的廠家在不斷的增加，在不久的將來，該技術會逐漸的為人們的熟知和使用。

節約能源已經成為了一個世界性的主題，人類為了改善自己的生活舒適性，耗費了大量的能源來滿足，但是能源不足的現況是不能改變的，只有不斷的尋求節約能源的方法才能使人類的發展步伐不斷前進。

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

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