電磁調理器の加熱原理
電磁調理器は電磁誘導の原理に基づいて食品を加熱するために使用されます。電磁調理器の炉面は耐熱セラミック板です。交流はセラミックプレートの下のコイルを通して磁場を生成します。磁場の磁力線が鉄鍋、ステンレス鍋などの底を通過すると、渦電流が発生し、鍋の底が急速に加熱され、食品を加熱するという目的が達成されます。
その仕組みは、交流電圧を整流器で直流に変換し、その直流電力を高周波電力変換装置で可聴周波数を超える高周波交流電力に変換するというものです。高周波交流電力が平型中空スパイラル誘導加熱コイルに加えられ、高周波交番磁界が発生します。磁力線はコンロのセラミックプラテンを貫通し、金属鍋に作用します。電磁誘導により鍋内に強い渦電流が発生します。渦電流は鍋の内部抵抗に打ち勝って流れることで電気エネルギーを熱エネルギーに完全変換し、発生したジュール熱が調理の熱源となります。
電磁調理器の動作原理の回路解析
1.主回路
図では、整流器ブリッジ BI は電源周波数 (50HZ) 電圧を脈動 DC 電圧に変換します。 L1はチョーク、L2は電磁コイルです。 IGBTは制御回路からの矩形パルスにより駆動されます。 IGBT がオンすると、L2 に流れる電流が急激に増加します。 IGBT が遮断されると、L2 と C21 が直列共振し、IGBT の C 極からグランドに高電圧パルスが発生します。パルスがゼロに低下すると、駆動パルスが再び IGBT に追加され、IGBT が導通します。以上の過程を繰り返し、最終的に主周波数約25KHZの電磁波が発生し、陶板の上に置かれた鉄鍋底に渦電流が発生し鍋が熱くなります。直列共振の周波数はL2とC21のパラメータをとります。 C5 はパワー フィルター コンデンサーです。 CNR1はバリスタ(サージアブソーバ)です。何らかの原因でAC電源電圧が急激に上昇すると瞬時にショートし、回路を保護するヒューズが速やかに切れます。
2. 補助電源
スイッチング電源は、+5V と +18V の 2 つの電圧安定化回路を備えています。 IGBTの駆動回路にはブリッジ整流後の+18Vを使用し、IC LM339とファン駆動回路は同期比較を行い、三端子電圧安定化回路による電圧安定化後の+5Vを主制御MCUに使用しています。
3. 冷却ファン
電源が投入されると、メイン制御ICからファン駆動信号(FAN)が送出され、ファンが回転し、外部の冷気を機体内部に吸い込み、機体背面から熱気を排出します。高温の作業環境による部品の損傷や故障を避けるために、機械内の熱を放散するという目的を達成します。ファンが停止したり放熱が悪い場合、IGBTメーターにサーミスターが貼り付けられており、過熱信号をCPUに伝え、発熱を停止し保護を実現します。電源を入れると、CPU はファン検出信号を送信し、マシンが正常に動作するときは、CPU はファン駆動信号を送信してマシンを動作させます。
4. 定温制御と過熱保護回路
この回路の主な機能は、セラミック プレートの下のサーミスタ (RT1) と IGBT 上のサーミスタ (負の温度係数) によって感知された温度に応じて、抵抗の温度変化電圧単位を変更し、それをメインに送信することです。制御IC（CPU）です。 CPUはA/D変換後の設定温度値を比較して運転・停止信号を作ります。
5. メイン制御IC(CPU)の主な機能
18ピンマスターICの主な機能は以下のとおりです。
(1) 電源ON/OFF切替制御
(2) 火力・定温制御
(3) 各種自動機能の制御
(4) 無負荷検出と自動シャットダウン
(5) キー機能入力検出
(6) 機械内部の高温上昇防止
(7) ポット検査
(8) 炉表面過熱通知
(9) 冷却ファン制御
(10) 各種パネル表示の制御
6. 負荷電流検出回路
この回路では、T2 (変圧器) が DB (ブリッジ整流器) の前のラインに直列に接続されているため、T2 の二次側の AC 電圧は入力電流の変化を反映できます。この交流電圧はD13、D14、D15、D5の全波整流によって直流電圧に変換され、分圧された後、直接CPUに送られてAD変換されます。 CPUは変換されたAD値に応じて電流の大きさを判断し、ソフトウェアで電力を計算し、PWM出力の大きさを制御して電力の制御と負荷の検出を行います。
7. 駆動回路
この回路は、パルス幅調整回路から出力されるパルス信号を、IGBTを開閉駆動するのに十分な信号強度まで増幅します。入力パルス幅が広いほど、IGBT の開路時間は長くなります。コイルクッカーの出力が大きいほど火力も高くなります。
8. 同期発振ループ
R27、R18、R4、R11、R9、R12、R13、C10、C7、C11、LM339からなる同期検波ループで構成された発振回路（ノコギリ波発生器）は、発振周波数が調理器の動作周波数と同期しています。 PWM 変調は、339 のピン 14 を介して同期パルスを出力し、安定した動作を実現します。
9. サージ保護回路
サージ保護回路はR1、R6、R14、R10、C29、C25、C17で構成されます。サージが高すぎる場合、ピン 339 2 はロー レベルを出力し、一方で MUC に電力を停止するよう通知し、他方で D10 を介して K 信号をオフにして駆動電力出力をオフにします。
10. ダイナミック電圧検出回路
D1、D2、R2、R7、DBで構成される電圧検出回路は、CPUが整流パルス波を直接AD変換し、電源電圧が150V～270Vの範囲内にあるかを検出します。
11. 瞬時高電圧制御
R12、R13、R19、LM339で構成されています。逆電圧が正常な場合、この回路は動作しません。瞬間的な高電圧が 1100V を超えると、ピン 339 1 は低電位を出力し、PWM をプルダウンし、出力電力を低減し、逆電圧を制御し、IGBT を保護し、過電圧破壊を防止します。
投稿日時: 2022 年 10 月 20 日
