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【摘要】本文介绍了电磁炉线圈盘的加热原理，通过改进线圈盘的结构，达到提高磁场的利用率和降低电磁炉工作时线圈盘的工作温度。
【关键词】电磁炉；线圈盘；磁场；降低温度
1.引言
电磁炉又称为电磁灶，它是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的家用电器，电磁感应现象是法拉第在1831年发现的：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流。电磁炉的线圈盘并非发热元件，它只是高频谐振回路中的一个电感，严格地说它可以称为高频谐振线圈。它的通用外形是圆盘形状，根据实际功率输出要求，由14股～22股漆包线绞合后以同心圆方式由内到外绕22～34匝而成，在线圈盘的中间安装有一个蘑菇头，它是一种安装热敏电阻的支架，线圈盘的下面安装有多根磁条，用以会聚磁力线，减少磁力线外泄。
2.电磁炉线圈盘的工作原理
首先，当交变的电流流入到线圈盘后，根据安培定则在线圈盘周围会产生交变的磁场，如图1所示。
利用电磁感应原理：当一个导体放入到交变的磁场以后，由于磁场的变化会引起磁通的变化，在导体的内部会产生感应电动势，导体表面会产生感应电流。当正常使用电磁炉的时候，50Hz的交流220V市电电压首先通过桥式整流电路变成直流电压，再由控制电路将直流电压转换成频率为20-40KHz的高频交流电，如图2所示，当高频交流电流流经线圈盘的时候，根据安培定则在电磁炉线圈盘的半径方向会产生同样频率的高频交变磁场，从而产生无数封闭的磁场磁力线，锅具（如：铁质锅）底部在高频交变磁场磁力线反复切割的作用下，使锅具底部沿圆周的方向会产生强大的环状电流（涡流），在任意的一个时刻里面，这个环状电流的方向总是与电磁炉线圈盘中的电流方向是相反的。在锅具的底部电流流通的区域，就是被磁力线切割的区域，根据集肤效应（趋肤效应）：当线圈中的电流频率越高，集肤效应使负载中产生的感应电流就会越强，但是电流的分布却不是均匀的，电流的密度从表面到中心是逐渐衰减的。由这个规律我们可以很容易得出结论：由电能转换成的热能主要集中在负载的表面产生。这样，电磁炉的锅具底部靠近线圈盘的表面，电流的密度是最大的，锅具的表面立刻线圈盘的方向往里面，电流的密度则按照指数的规律减弱。根据小电阻大电流的短路热效应，锅具底部迅速释放出大量的热量，锅具里面的食物利用这些热量进行加热。但是，如果电磁炉内部的发热线圈盘有交变电压输出，而次级负载锅具不存在的话，输出功率会显著下降，使LC震荡回路的Q值变大，这是如果处于大功率的连续加热状态的话，IGBT就会因为高压而烧坏，在这种情况下就必须在控制电路中加入锅具检测回路，当主板芯片在电路中检测到没有锅具时，主回路只有很小的输入电流，单片机检测到的CRU电压比设定值低，芯片就控制主板回路将电磁炉关机，以保护电磁炉的正常。
对于电磁炉的加热原理我们可以简单的理解为：负载锅具和电磁炉内部的发热线圈盘组成了一个高频变压器，变压器的初级是电磁炉内部的发热线圈盘，次级是负载锅具。当电磁炉内部的发热线圈盘有交变电压输出以后，必然在次级锅具上产生感应电流，感应电流通过锅具自身的电阻发热（所以说锅具的本身也是负载），锅具底部迅速释放出大量的热量，锅具里面的食物利用这些热量进行加热。由于非导电的磁性材料不能够有效地汇聚磁力线，几乎不能形成涡流（就像一个普通变压器如果没有硅钢片铁心，而只有两个绕组是不能有效传送能量的），所以这种锅具在电磁炉中使用是不能加热的；而导电能力特别差的磁性材料由于其电阻率太高，产生的涡流电流也很小，也不能很好地产生热量，所以，电磁炉使用的锅具材料一般都是导电性能相对较好，铁磁性材料的金属或者合金以及它们的复合体。一般采用的锅有：铸铁锅，生铁锅，不锈铁锅。（如图2所示）
3.电磁炉线圈盘的改进
如图3和图4所示，这是我们现在常规使用的电磁炉线圈盘
这是我们现在市场上常规使用的电磁炉上面的线圈盘图片，由图片可以知道这种线圈盘的特点是落坑疏绕，由实物可以看到在线圈盘的每一圈线的圈与圈之间都有坑槽隔开，并且坑槽与坑槽之间的间距是固定的，这样可以避免线圈盘的线如果靠近太密的话，线圈盘的温度过于集中，因为以前的线圈盘制作工艺是线圈盘的每一圈线的圈与圈之间都没有坑槽隔开的，这种线圈盘的温升比有坑槽的线圈盘的温升要高1～2℃，所以很多线圈盘厂家都改良模具增加坑槽。并且，在生产过程中增加坑槽的线圈盘比没有增加坑槽的线圈盘更加容易成型，更加容易达到线盘平面度≦1mm的技术要求，因为坑槽本身可以起到成型的目的，这样更加有利于生产。在线圈盘的引脚接线端用硅胶套管套着，因为硅胶套管的耐压可以达到1.5KV，这样就可以避免线圈盘的端子由于距离太近而产生电弧。
电磁炉线圈盘的技术方案并没有因为以上的方案已经成熟而止步，相反地，很多厂家都在不断地研发。现在，通过对线圈盘的技术研发，已经开发出一种新型的设计方案，如图5和图6所示，这是我们新型线圈盘的图片，由图片可以知道这种线圈盘的特点是在落坑疏绕的线圈盘的基础上增加了氧铁体，它是在线圈盘的外围增加7个小块长方形的磁条和在内围增加7个小块长方形的磁条，这种磁条的U形设计可以使磁场分布更加均匀，如图7，图8和图9是直观地表现出该线圈盘对磁场的影响。
这是我们对线圈盘磁场的测试图片，由图7可以知道当电磁炉开机无锅的时候，在电磁炉上面放上一个闭合的铁质圆环，在铁质圆环上连接上四个LED灯，因为电磁炉的晶板上面没有锅具，电磁炉由于没有负载而不能工作，电磁炉的主板控制芯片在检测不到锅具的时候将控制电磁炉的工作停止，电磁炉的控制面板上显示E0，而闭合的铁质圆环由于电磁炉没有工作，感应不到交变磁场，铁质圆环上的四个LED灯不亮。图片8是电磁炉使用了图3常规使用的电磁炉线圈盘，当电磁炉正常工作后，由于线圈盘的高频交变磁场磁力线除了反映在锅具底部外，还有一部分是反映在铁质圆环上，这就导致铁质圆环上的四个LED灯亮灯。而图9是电磁炉使用了图5的新型的电磁炉线圈盘，当电磁炉正常工作后，由于线圈盘的高频交变磁场磁力线被U形磁条限制在线圈盘的中心区域，通俗的说就是磁场不外跑，反映在铁质圆环上，就是铁质圆环上的四个LED灯不亮。这就大大增加了线圈盘的磁场的利用率，使线圈盘的磁场最大化地使用在锅具区域里面，有效地将电能利于在锅具上，
而不是浪费在磁场的外跑上。
除了测试磁场，线圈盘的另外一个重要的指标是温度，表1是通用线圈盘和新型线圈盘的温度测试数据对比，
由表1通用线圈盘和新型线圈盘的温度测试数据可以看出，两款一样的机型在相同环境，相同时间下测试，使用了新型线圈盘的机子的温度比通用线圈盘的机子温度低1℃左右，新型线圈盘的温升更加平均，靠近线圈盘中心的线圈处和外延处的温度能够相对保持稳定和平均。
4.结束语
目前，该线圈盘技术已经在不断的推广，生产的厂家也在不断的增加，在不久的将来，该技术会不断的普及和使用。
但是，技术的创新是不会止步的，对于现在的线圈盘来说，这种技术是一种新型的技术，或者在明天就会出现另外一种新型的技术可以更加有效地利用磁场和降低线圈盘的温升。
参考文献
[1]何为，肖冬萍，杨帆.超特高压环境电磁场测量、计算和生态效应[M].北京：科学出版社，2013.
[2]陈重，崔正勤.电磁场理论基础[M].北京：北京理工大学出版社，2008.
作者简介：梁振邦（1985—），男，广东佛山人，大学本科，电子工程师，现供职于佛山冠泽丰五金电器有限公司，主要从事电磁炉研发生产，研究方向：电子电器类。
【关键词】电磁炉；线圈盘；磁场；降低温度
1.引言
电磁炉又称为电磁灶，它是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的家用电器，电磁感应现象是法拉第在1831年发现的：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流。电磁炉的线圈盘并非发热元件，它只是高频谐振回路中的一个电感，严格地说它可以称为高频谐振线圈。它的通用外形是圆盘形状，根据实际功率输出要求，由14股～22股漆包线绞合后以同心圆方式由内到外绕22～34匝而成，在线圈盘的中间安装有一个蘑菇头，它是一种安装热敏电阻的支架，线圈盘的下面安装有多根磁条，用以会聚磁力线，减少磁力线外泄。
2.电磁炉线圈盘的工作原理
首先，当交变的电流流入到线圈盘后，根据安培定则在线圈盘周围会产生交变的磁场，如图1所示。
利用电磁感应原理：当一个导体放入到交变的磁场以后，由于磁场的变化会引起磁通的变化，在导体的内部会产生感应电动势，导体表面会产生感应电流。当正常使用电磁炉的时候，50Hz的交流220V市电电压首先通过桥式整流电路变成直流电压，再由控制电路将直流电压转换成频率为20-40KHz的高频交流电，如图2所示，当高频交流电流流经线圈盘的时候，根据安培定则在电磁炉线圈盘的半径方向会产生同样频率的高频交变磁场，从而产生无数封闭的磁场磁力线，锅具（如：铁质锅）底部在高频交变磁场磁力线反复切割的作用下，使锅具底部沿圆周的方向会产生强大的环状电流（涡流），在任意的一个时刻里面，这个环状电流的方向总是与电磁炉线圈盘中的电流方向是相反的。在锅具的底部电流流通的区域，就是被磁力线切割的区域，根据集肤效应（趋肤效应）：当线圈中的电流频率越高，集肤效应使负载中产生的感应电流就会越强，但是电流的分布却不是均匀的，电流的密度从表面到中心是逐渐衰减的。由这个规律我们可以很容易得出结论：由电能转换成的热能主要集中在负载的表面产生。这样，电磁炉的锅具底部靠近线圈盘的表面，电流的密度是最大的，锅具的表面立刻线圈盘的方向往里面，电流的密度则按照指数的规律减弱。根据小电阻大电流的短路热效应，锅具底部迅速释放出大量的热量，锅具里面的食物利用这些热量进行加热。但是，如果电磁炉内部的发热线圈盘有交变电压输出，而次级负载锅具不存在的话，输出功率会显著下降，使LC震荡回路的Q值变大，这是如果处于大功率的连续加热状态的话，IGBT就会因为高压而烧坏，在这种情况下就必须在控制电路中加入锅具检测回路，当主板芯片在电路中检测到没有锅具时，主回路只有很小的输入电流，单片机检测到的CRU电压比设定值低，芯片就控制主板回路将电磁炉关机，以保护电磁炉的正常。
对于电磁炉的加热原理我们可以简单的理解为：负载锅具和电磁炉内部的发热线圈盘组成了一个高频变压器，变压器的初级是电磁炉内部的发热线圈盘，次级是负载锅具。当电磁炉内部的发热线圈盘有交变电压输出以后，必然在次级锅具上产生感应电流，感应电流通过锅具自身的电阻发热（所以说锅具的本身也是负载），锅具底部迅速释放出大量的热量，锅具里面的食物利用这些热量进行加热。由于非导电的磁性材料不能够有效地汇聚磁力线，几乎不能形成涡流（就像一个普通变压器如果没有硅钢片铁心，而只有两个绕组是不能有效传送能量的），所以这种锅具在电磁炉中使用是不能加热的；而导电能力特别差的磁性材料由于其电阻率太高，产生的涡流电流也很小，也不能很好地产生热量，所以，电磁炉使用的锅具材料一般都是导电性能相对较好，铁磁性材料的金属或者合金以及它们的复合体。一般采用的锅有：铸铁锅，生铁锅，不锈铁锅。（如图2所示）
3.电磁炉线圈盘的改进
如图3和图4所示，这是我们现在常规使用的电磁炉线圈盘
这是我们现在市场上常规使用的电磁炉上面的线圈盘图片，由图片可以知道这种线圈盘的特点是落坑疏绕，由实物可以看到在线圈盘的每一圈线的圈与圈之间都有坑槽隔开，并且坑槽与坑槽之间的间距是固定的，这样可以避免线圈盘的线如果靠近太密的话，线圈盘的温度过于集中，因为以前的线圈盘制作工艺是线圈盘的每一圈线的圈与圈之间都没有坑槽隔开的，这种线圈盘的温升比有坑槽的线圈盘的温升要高1～2℃，所以很多线圈盘厂家都改良模具增加坑槽。并且，在生产过程中增加坑槽的线圈盘比没有增加坑槽的线圈盘更加容易成型，更加容易达到线盘平面度≦1mm的技术要求，因为坑槽本身可以起到成型的目的，这样更加有利于生产。在线圈盘的引脚接线端用硅胶套管套着，因为硅胶套管的耐压可以达到1.5KV，这样就可以避免线圈盘的端子由于距离太近而产生电弧。
电磁炉线圈盘的技术方案并没有因为以上的方案已经成熟而止步，相反地，很多厂家都在不断地研发。现在，通过对线圈盘的技术研发，已经开发出一种新型的设计方案，如图5和图6所示，这是我们新型线圈盘的图片，由图片可以知道这种线圈盘的特点是在落坑疏绕的线圈盘的基础上增加了氧铁体，它是在线圈盘的外围增加7个小块长方形的磁条和在内围增加7个小块长方形的磁条，这种磁条的U形设计可以使磁场分布更加均匀，如图7，图8和图9是直观地表现出该线圈盘对磁场的影响。
这是我们对线圈盘磁场的测试图片，由图7可以知道当电磁炉开机无锅的时候，在电磁炉上面放上一个闭合的铁质圆环，在铁质圆环上连接上四个LED灯，因为电磁炉的晶板上面没有锅具，电磁炉由于没有负载而不能工作，电磁炉的主板控制芯片在检测不到锅具的时候将控制电磁炉的工作停止，电磁炉的控制面板上显示E0，而闭合的铁质圆环由于电磁炉没有工作，感应不到交变磁场，铁质圆环上的四个LED灯不亮。图片8是电磁炉使用了图3常规使用的电磁炉线圈盘，当电磁炉正常工作后，由于线圈盘的高频交变磁场磁力线除了反映在锅具底部外，还有一部分是反映在铁质圆环上，这就导致铁质圆环上的四个LED灯亮灯。而图9是电磁炉使用了图5的新型的电磁炉线圈盘，当电磁炉正常工作后，由于线圈盘的高频交变磁场磁力线被U形磁条限制在线圈盘的中心区域，通俗的说就是磁场不外跑，反映在铁质圆环上，就是铁质圆环上的四个LED灯不亮。这就大大增加了线圈盘的磁场的利用率，使线圈盘的磁场最大化地使用在锅具区域里面，有效地将电能利于在锅具上，
而不是浪费在磁场的外跑上。
除了测试磁场，线圈盘的另外一个重要的指标是温度，表1是通用线圈盘和新型线圈盘的温度测试数据对比，
由表1通用线圈盘和新型线圈盘的温度测试数据可以看出，两款一样的机型在相同环境，相同时间下测试，使用了新型线圈盘的机子的温度比通用线圈盘的机子温度低1℃左右，新型线圈盘的温升更加平均，靠近线圈盘中心的线圈处和外延处的温度能够相对保持稳定和平均。
4.结束语
目前，该线圈盘技术已经在不断的推广，生产的厂家也在不断的增加，在不久的将来，该技术会不断的普及和使用。
但是，技术的创新是不会止步的，对于现在的线圈盘来说，这种技术是一种新型的技术，或者在明天就会出现另外一种新型的技术可以更加有效地利用磁场和降低线圈盘的温升。
参考文献
[1]何为，肖冬萍，杨帆.超特高压环境电磁场测量、计算和生态效应[M].北京：科学出版社，2013.
[2]陈重，崔正勤.电磁场理论基础[M].北京：北京理工大学出版社，2008.
作者简介：梁振邦（1985—），男，广东佛山人，大学本科，电子工程师，现供职于佛山冠泽丰五金电器有限公司，主要从事电磁炉研发生产，研究方向：电子电器类。