高频电磁灶用电磁加热线圈的工艺研究

高频电磁灶用电磁加热线圈的工艺研究 冷观武 (湖南航天磁电有限公司 长沙410205) 摘要：介绍了高频电磁灶用高频电磁加热线圈的结掬、工作原理，设计、制作工艺、主要原 材料的要求及其选定．提出了改进意见和扩充应用领域的建议． 关键词：高频；高效率；电磁加热；高温；粘结 1前言 高频电磁灶(以下简称电磁灶)是利用高频磁场在铁磁物质(铁锅)中产生高频 电磁感应引起铁损热，即磁滞热和涡流热来实现烹饪食品的灶具。它与其他灶具相比， 具有热效率高、噪声低、加热快、加热温度易调控、无明火、无烟尘、重量轻、体积 小、安全可靠、使用方便等优点。作为新颖高智能型的现代家庭烹饪灶具，颇受广大 用户青睐，随着我国电力事业的发展，它的发展前景将无可估量。 电磁加热线圈是电磁灶的关键部件之一．它把高频电能转换成磁能，磁能在铁锅 中又转换成热能，因此电磁加热线圈质量的优劣．直接影响着电磁灶的质量。所以为 了保证电磁灶的质量，必须对它加以认真地研究。 电磁加热线圈成平板状，其结构如图l，其主体部分是由圆盘状空芯线圈、塑料支 架、铁氧体偏磁棒被粘结剂粘结而成。 其工作原理为，当高频大电流通过 电磁加热线圈时，电流在线圈附近就产 生了强大的高频谐振磁场，这磁场感应 到靠近线圈的铁锅内，迅速产生强大的 铁芯损耗，即铁损热，其计算公式为： P矿Ph+Pc_KIm。n2+K2f'282⋯⋯(1) 式中：氏—铁损(w)，氏一磁滞 损耗(w)，P广涡流损耗(w=；，K，r一 与铁磁材料有关的系数，K。—与铁磁材 料的电阻率及几何尺寸有关的系数，f 一电流的工作频率(Hz)，B涨磁材 料的饱和磁感应强度(T)，f和Bm越 高，铁锅尺寸越厚，电阻率越惩，其产 —-26l一 图l 电磁加热线圈结构原理图 生的热量就越大、越快。 电磁灶是在高温高湿下工作，因此作为电磁灶用的电磁加热线圈．其工作环境也 就存在着高温高湿问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，作为制作电磁加热线圈的关键技术，就是如何解决其耐高温 高湿问题，所以在设计时，必须作如下考虑。． (1)如何选用现有的既能耐高温、高湿、加工工艺简单而价格又便宜的材料及原 件； (2)如何设计使线圈在工作时本身不发热或少发热的材料及原件。 2电磁加热线圈的设计与制作 2．1空芯线圈的设计与制作 2．1．1 线圈绞合束线横切总面积和单根铜线直径的确定 根据电工原理，载流导线的横截面的太小，与其通过的电流、电流密度和加在其 上的功率、电压的大小有关，其相关计算公式为： s：{：黼 ⋯⋯⋯⋯(2) J 式中：s—线圈束线横切面总面积(ram2)，l—束线通过的电流(A)，j一电流密度 (A／ram2)，P—加在线圈上的功率(W)，v一加在线圈上的电压(v)。 由(2)式可见，在I或％一定的情况下，S取决于j，j取大，s就小；j驯、．S 就大；但j不能取得过大或过小，作为电磁灶使用的线圈的情况下，j一般取3．50．5A／mm2 就可以了。这样当P或I确定后。就可求出s。由s就可求出单根铜导线的直径和绞合 束线的根数。为了减少束线的涡流热，提高线圈的Q值，希望束线每根铜线的直径由 越小越好，但巾过细会增加绞线和绕制线圈的难度，同时还会提高成本，所以经过多 次实验。考虑多种因素，将巾选在由0．25～由0．46rnm之间。当s和由确定后，就很容 易得出根数。作为例子其选定情况见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1。· 表1 束线选定情况 N逐目＼＼ 功率 电流 单根线径 束线根数 束线S ＼博岔 KW A 由 。，筇只 mm2 序罗 ＼ “． ‘- l O，8 3．6 O．26。 17 1．O L Yt ． 2 l-2 5．5 O．26 26 I．4 ● 3 1．5 6．8 O．315 22 I．7 ● 4 1．8 8．2 O．315 27 2．1 5 2．2 10 O．35 26 2．5 6 1．8 8．2 0．46 12 2．O —-262— 2．1．2漆包铜线绝缘层厚度及绝缘层漆膜品种的选定 因线圈在工作时，所承受的峰值电压较高。通常高于600V．工作环境的温度较高， 要求按高于180℃来设计。故应选择绝缘强度高、耐高温，具有双层漆膜，经济型漆包 线。根据国产漆包线的现有品种，选择如表2。 表2漆包线选用 型号 QZ-2 QZY·2 QZYN-2Q(ZY／XY)-2QY-2 漆种 聚脂漆 聚脂亚胺漆 聚脂亚胺 聚脂亚胺，聚酰 聚酰亚胺漆 自粘漆 胺酰亚胺复合漆 耐温(℃) 150 180 180 200 220 抗电强度(KV) 4000 4500 4500 4500 4500 选用情况 不选用 勉强用 勉强用 选用 可用 2．1．3空芯线圈的绕制 空芯线圈的绕制，首先是将按上述各项已选定的漆包线，在束线机上绞合成束线， 绞合周期为30．40mml周，束线应均匀，无跳线。然后将柬线在专用夹具上，绕制成单 层均匀、密布的圆盘状线圈，涂上粘结剂，经快速固化，即成空芯线圈。 2．2铁氧体磁芯的选定 铁氧体磁芯的好坏，直接影响着电磁加热线圈的电感量和品质因素Q，即影响磁 芯在工作时自身的发热程度。进而影响电磁灶的工作效率。因此，选择合适的铁氧体 磁芯，又成了制备优质电磁加热线圈的关键技术之一。磁芯在高温高磁场下工作，就 要求磁芯具有高的居里温度(Tc)、低的温度系数(a。)(在--20--180"C范围内)，高 的饱和磁感应强度(Bm)，低的功率损耗(Po)，以及适当的起始磁导率(pi)，达到相 应的电感量L。经过对Mn．Zn、Mn．Cu．Zn、Ni．Zn铁氧体材料的反复试验，根据其磁 性参数进行了选用，其选定情况见表3。 表3磁芯性能参数及选用情况 慕 12i —L， 尼 Bm Po 经济性 选用程度 pH ℃ mT mw／g ●● 材料类别 ＼ Mn·Zn(A)2000 360 180 500 ≤lO 差 可用 Mn·Zn(B) 400 300 260 360 ≤14 好 勉强用 Mn-Cu-Zn700 330 220 350 ≤15 好 用 Ni．Zn 700 33口 140 320 ≤13 差 不用 —_263— 2．3支架塑料的选定 本支架对所用塑料要求较高，其要求有：(1)能耐高温。其软化温度应>120012， 在180"C的高温下，长时间使用不变形：(2)耐冲击强度高：(3)抗电强度高：(4)加 工工艺性好。根据这些要求，我们对一些国产塑料进行了试验，其部分参数和选用情 况见表4。 表4可选塑料部分参数性能及选用 漆 最高软化温度 冲击强度 抗电强度 经济性 选用程度℃ kⅣm2 kV／mm 塑料代号＼ PF ≤180 5 l¨16 好 可选用 UP ≤230 8 14-16 成型性 暂不用 PBTP ≤2lO 10 18之4 较好 可用 PETP ≤2lO 10 18-24 较好 可选用 【PPS ≤240 10 18~24 太贵 不用 以上塑料均须掺人一定比例的玻璃纤维。 2．4粘结剂的选定 粘结剂也是制作电磁加热线圈的关键技术之一，它的粘结能力的强弱和耐温高低， 直接影响着电磁加热线圈的使用寿命和加工工艺。为此，我们首先对它提出了如下要 求：(1)耐温高、固化温度低、固化时间短：(2)抗电强度高；(3)无毒或毒性小：(4) 浓度适当；(5)价格适度等。根据这些要求，我们和有关化学专家进行了充分论证， 选择了一些适合我们要求的粘结剂，进行了充分试验，寻求到了比较适用的粘结剂。 其性能参数情况见表5。 表5粘结剂性能参数及选用‘《． 耐温温度 固化温度 固化时间 粘结能力 选用情况 ＼学岔 名赣 弋 ℃ ℃ 小时 “’ Y 乙烯基酚醛 ≤130 20确 24 ．棚 ． 较弱 不选用 环氧树脂 ≤150 120-160 4。 。．强 不选用 ， 改性环氧树脂 ≤190 70_loo l i， 强 选用 ， 有机硅胶 ≤320 lOml50 12 弱 不选用 2．5电磁加热线圈的组装 将122_1：．-大部件按要求选定制作完毕后，用粘结剂按规定组装粘结成一体，即成 —_264—一 电磁加热线圈。 根据电感量不同，可制成系列产品，其电感量要求，按下式选定： L=I／4Ⅱ硪⋯⋯(3) 式中，L一电感量(H)，一般取100"-300×10"6(H)，f--Eg源电流频率(Hz)，一 般取25"--50(kHz)，C—谐振电容(F)，一般取0．15----0．25×10"6(F) 在f和C确定后，可根据(3)式求出电感值。 根据用户要求和我们的试验，制成了以电感为主要参数的系列电磁加热线圈，其 主要参数见表6． 表6电磁加热线圈主要性能参数表心． 电感量L Q值 测试频率 直流电阻 匝数N 线径由 股数D ＼学岔 ±3％uH ≥ kHz ≤Q 匝 mm 只 序号＼＼ I f03 4．5 l O．25 28 of26 17 2 126 4．8 l O．19 3l 0．26 26 3 143 5．3 l O．13 33 O．315 24 4。 160 5．O l O．15 35 0．315 20 5 160 5．O l 0．14 35 O．315 22 6 189 5．0 l O．16 38 O．315 22 7 242 4 l O．13 43 0．46 12 3讨论 3．1 通过本工艺研究试制作出的产品的各项性能指标达到了进1：3同类的水平。几年来 年产50"60万只，年产值1100～1300多万元，年获利数百万元。 3．2为了提高塑料支架的耐热性，坚韧性和经济性，应对UP塑脂的成型工艺作进一 步地研究，争取UP塑料得到首选应用。 3．3 为进一步提高电磁加热线圈的输出热效率，须把其所产生的磁场向有效部位更进 一步集中，其措施有；<1)增加现有磁条的根数。(2)用圆环形或扇形磁片布满整个 线圈底部，(3)支架塑料的填充料，用与磁芯性能相同的粉状料代替。 3．4，目前市场上销售的电磁灶i是栗用专配的平底锅配售，不如传统的弧底锅有利于 煎炒，这就影响了电磁灶使用范围和购买兴趣，为克服这一缺点，还需将电磁加热线 圈作成与传统锅底相应的弧形，这就更有利于广大用户所接受。 3，5 由于电磁加热线圈具育多种独特的优点，因此它将在电饭锅、电热水器、电开水 壶等家用或商用电热器中很快地得到开发和应用。 —．265—