電磁湯爐及基于自感應重量的功率控制方法與流程
本發明涉及一種烹飪器具，尤其是涉及一種電磁湯爐及電磁湯爐基于自感應重量的功率控制方法。
背景技術：
采用電磁感應加熱的電磁湯爐具有節約電能、熱效率高、清潔環保、方便耐用等眾多優點，已廣泛應用到人們日常生活中，電磁爐灶通過電磁線盤產生交變磁場；由于外鍋一般采用鐵、鎳能導磁材料制作，交變磁場使放置其上的鐵磁質鍋體6產生渦流熱，起到加熱的作用。
cn201335429y提出一種一體式大功率商用電磁爐，在電磁爐加熱主體的線圈支架的底部與加熱主機的主機箱直接安裝接風罩和風扇，通過接風罩使電磁爐頭總成與電磁加熱主機之間形成一個豎直、密封的風道，從而使電磁爐頭總成與電磁加熱主機共用一個風扇散熱，以降低電磁爐成本。該技術方案存在如下缺陷：
1.由于主機箱的上通風窗與接風罩的下罩口相對接，從而主機箱的上蓋板并沒有密封，導致水容易自上而下甚至通過進風口吸入，導致主機箱電路板、晶體管等失效，從而該電磁爐的工作穩定性及可靠性較差。
2.無法根據需要烹飪物的多寡相應的調節加熱速度，從而不便于用戶使用。
技術實現要素：
本發明提出一種電磁湯爐及電磁湯爐基于自感應重量的功率控制方法，通過判斷電磁湯爐總體重量變化來判斷鍋體內烹飪物的多寡，為電磁湯爐依據烹飪物多寡甚至狀態選擇不同的烹飪策略提供了依據。
一種基于自感應重量的功率控制方法，其包括如下步驟：
啟動電磁湯爐，獲取檢測初始狀態下電磁湯爐的初始重量p0及lc諧振電路的諧振頻率f0；
檢測到電磁湯爐在檢測周期t時的重量pt以及lc諧振電路在檢測周期t時的負載諧振頻率ft；
當判斷電磁湯爐的重量pt相對于上一個檢測周期t-1的重量pt-1有變化時，計算檢測周期t時lc諧振電路的負載諧振頻率ft相對上一個檢測周期t-1的諧振頻率ft-1的變化量△f＝ft-ft-1，由微控制器通過改變控制端口輸出pwm信號的脈寬來調節驅動電路輸出至逆變電路的驅動信號的頻率f'，使下一個檢測周期t+1內的驅動信號頻率f't+1相對檢測周期t的驅動信號頻率ft'也變大△f，即f′t+1＝ft'+△f。
其中，當檢測到電磁湯爐的重量持續減小并減小到初始重量p0，并在n個連續檢測周期內電磁湯爐的重量維持為初始重量p0時，關閉電磁湯爐使之停止工作。
其中，n為5～15的自然數。
其中，其特征在于，檢測周期t時的負載諧振頻率ft的步驟包括：
在周期t內采樣lc諧振電路流過的高頻交流電流，將為正弦波的高頻交流電流轉化成方波信號后，傳送至微控制器的一個檢測端口；
微控制器通過采樣確定方波信號的頻率，該頻率就是lc諧振電路的負載諧振頻率ft。
其中，電磁湯爐的重量是通過設置在電磁湯爐的支撐腳上的壓力傳感器來實現。
相應的，本發明提出一種采用了所述基于自感應重量的功率控制方法的電磁湯爐，該電磁湯爐包括：底部具有散熱槽的灶體，該灶體的底部設有若干支撐腳，該支撐架包括重力腳及設于重力腳上用于實現電磁湯爐自感應重量測量的壓力檢測結構；設于灶體的主機箱和線圈支架，該主機箱內設有電源模塊及控制電路板，該線圈支架上固定有與電源模塊相連的電磁線圈；設于灶體上端面的灶臺，該灶臺的中央設有鍋圈，在鍋圈上設有鍋體。
其中，壓力檢測結構包括：套設在重力腳上末端的彈簧；套設在彈簧外的套筒，該套筒的上末端具有固定座，該固定座上設有容納座；設于容納座之中的壓力傳感器，該壓力傳感器通過固定螺母與重力腳的上末端固定相連，且該壓力傳感器與主機箱的控制電路板電性相連。
其中，所述電磁湯爐還包括設于灶臺一側面的操控面板，該操控面板上設有用于顯示電磁湯爐工作狀態的顯示屏以及與外部水源相連通的水龍頭。
其中，主機箱的其中一側面設有主機散熱風扇。
其中，主機箱的上端面設有用于為電磁線圈散熱的線圈散熱風扇。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
本發明提出的電磁湯爐，在支撐腳上設置壓力傳感器檢測電磁湯爐總體重量變化，從而判斷鍋體內烹飪物的多寡，為電磁湯爐依據烹飪物多寡甚至狀態選擇不同的烹飪策略提供了依據，確保電磁湯爐可以以較高效率加熱并防止干燒。本發明具有結構簡單、實現成本低及工作穩定可靠的優點。
附圖說明
圖1是電磁湯爐的部分分解結構示意圖。
圖2是電磁湯爐的立體結構示意圖。
圖3是電磁湯爐的支撐腳的分解結構示意圖。
圖4是電源模塊及控制電路板控制電路的示意圖。
具體實施方式
結合圖1-圖3所示(其中圖1相比圖2而言，圖1未畫出固定在灶體1四周的外殼)，本發明提出一種具有重量測量功能的電磁湯爐，該電磁湯爐包括：底部具有散熱槽11的灶體1，該灶體1的底部設有若干支撐腳3；固定在灶體1底部的主機箱2，該主機箱2內設有電源模塊及控制電路板，且主機箱2的其中一側面設有主機散熱風扇21，在主機箱2的上端面固定有線圈散熱風扇22；設于灶體1內的線圈支架4，該線圈支架4上固定有與電源模塊相連的電磁線圈41；設于灶體1上端面的灶臺5，該灶臺5的中央設有鍋圈51，固定在鍋圈51上的鍋體6；設于灶臺1一側面的操控面板7，該操控面板7上至少設有顯示電磁湯爐工作狀態的顯示屏71及與外部水源相連通的水龍頭72。
電源模塊給電磁線圈41供電，電磁線圈41產生高速變化的磁場，當磁場內之磁力通過鍋體6底部時即會產生無數之小渦流，使鍋體6本身自行迅速發熱，然后再加熱于鍋內食物，從而可實現烹調食物的功能。由于控制電路板上具有高發熱量的igbt功率控制開關，故將控制電路板設于主機箱2內，且通過主機箱2一側面的主機散熱風扇21進行散熱；而線圈散熱風扇22用于提供氣流吹過電磁線圈41的表面，為電磁線圈41散熱，從而確保電磁湯爐不會因為過熱保護而停止工作，提高電磁湯爐的工作穩定性及可靠性。
另外，支撐腳3包括：重力腳31；套設在重力腳31上末端的彈簧32；套設在彈簧32外的套筒33，該套筒33的上末端具有固定座331，該固定座331上設有容納座332；設于容納座332之中的壓力傳感器34；壓力傳感器34通過固定螺母35與重力腳31上末端固定相連，且該壓力傳感器34與主機箱2的控制電路板電性相連，由控制電路板根據壓力傳感器34的檢測結果判斷電磁湯爐的總體重量變化，為電磁湯爐的功率控制提供依據。
結合圖4所示。電源模塊包括依次順序連接的emc模塊、整流電路、濾波電路，該emc模塊的輸入端連接三相交流電源。控制電路包括：逆變電路及lc諧振電路；輸出端分別連接輸入電流采樣電路和輸入電壓采樣電路，與lc諧振電路連接的輸出電流采樣電路，且輸入電流采樣電路、輸入電壓采樣電路和輸出電流采樣電路均連接微控制器(一般是由單片機或dsp芯片實現)，而微控制器的一個控制端口通過驅動電路連接逆變電路的控制端，且壓力傳感器34與微控制器的數據端口相連。
由emc模塊實現三相交流電源與電磁湯爐之間的電磁干擾隔離。比如，emc模塊包括分別串接在a相、b相和c相上的一個電感及保險管，以及在在a相、b相和c相上的電感與保險管的公共端與零線n之間分別連接一個濾波電容。而濾波電路包括分別串接在整流電路的兩個輸出端的電感l2及電感l3，以及連接在電感l2與電感l3之間的濾波電容c3。逆變電路包括2個大功率開關管igbt1和igbt2構成的半橋igbt模塊。lc諧振電路包括諧振電容c1、諧振電容c2及電磁線圈盤l1，以及設置在電磁線圈盤l1上方的鍋體6。
lc諧振電路中的等效電感l0是由電磁線圈盤l1及鍋體6組成，鍋體6相對電磁線圈盤l1的距離變化及鍋體6因溫度變化都會造成等效電感l0發生變化，從而影響lc諧振電路的諧振頻率
三相交流電源經過整流電路被整流成直流電壓，經過濾波電路濾波處理成穩定平滑的直流電壓，由逆變電路轉換成高頻交流電信號，lc諧振電路中電磁線圈盤l1上流過高頻交流電流，高頻的交流電流產生交變的電磁場，根據電磁感應加熱原理，在電磁線圈盤l1上方放置鍋體6后，電磁能輻射至鍋體6的鍋底，鍋體6的鍋底產生渦流，由于渦流的熱效應加熱鍋體6，從而實現電能轉換成熱能加熱鍋體6。
當使用電磁湯爐燉湯時，為了鍋體6內的烹飪物快速加熱提高烹飪效率并防止干燒，故通過壓力傳感器34的檢測結果判斷鍋體6內烹飪物的多寡，以此作為電磁湯爐輸出功率控制的依據。當向鍋體6內添加烹飪物時會導致lc諧振電路中等效電感l0的電感量增加，lc諧振電路的諧振頻率f0會變小，導致驅動信號頻率偏離lc諧振電路f0使電磁湯爐的輸出功率會降低；反之，當鍋體6內烹飪物減少時會導致lc諧振電路中等效電感l0的電感量減小，lc諧振電路的諧振頻率f0會變大，導致lc諧振電路從感性諧振狀態滑入容性諧振狀態，使電磁湯爐的輸出功率會降低導致鍋體6發熱急劇減少，不利于烹飪物被快速加熱！
壓力傳感器34的檢測結果代表電磁湯爐的重量。在一個典型實施例中，電磁湯爐功率控制如下實現步驟：
步驟s1.啟動電磁湯爐，獲取檢測初始狀態下壓力傳感器34的初始檢測值p0(表示電磁湯爐的初始重量)，并檢測lc諧振電路的諧振頻率f0及電磁湯爐的輸出功率。
通過輸出電流采樣電路檢測電磁線圈盤l1上流過的高頻交流電流，將為正弦波的高頻交流電流轉化成方波信號后，傳送至微控制器的一個檢測端口。微控制器通過采樣確定方波信號的頻率，該頻率就是電磁線圈盤l1上的電流頻率，也就是lc諧振電路的負載諧振頻率f0。同時，通過輸入電流采樣電路、輸入電壓采樣電路分別采樣輸入電流幅值及輸入電壓幅值并傳送至微控制器，由微控制器計算出電磁湯爐的功率(功率＝輸入電壓*輸入電流)。
步驟s2.在檢測周期t時，通過壓力傳感器34檢測電磁湯爐的重量pt、lc諧振電路的負載諧振頻率ft，當判斷檢測結果pt相對于上一個檢測周期t-1的檢測結果pt-1有變化時，計算檢測周期t時lc諧振電路的負載諧振頻率ft相對上一個檢測周期的諧振頻率ft-1的變化量△f(即△f＝ft-ft-1)，由微控制器通過改變控制端口輸出pwm信號的脈寬來調節驅動電路輸出至逆變電路的驅動信號的頻率f'，使t+1檢測周期的驅動信號頻率f′t+1相對檢測周期t的驅動信號頻率ft'也變大△f，即f′t+1＝ft'+△f。
因此，通過微控制器通過改變控制端口輸出pwm信號的脈寬來調節驅動電路輸出至逆變電路的驅動信號的頻率，使驅動信號頻率f'也跟隨lc諧振電路的負載諧振頻率ft同向、同量變化△f，從而使驅動信號頻率f'略高于諧振頻率ft，使lc諧振電路接近于諧振狀態，lc諧振電路中電磁線圈盤l1的電流突增而使電磁湯爐保持較高的輸出功率，從而提高加熱效率。
當然，當通過壓力傳感器檢測到鍋體6烹飪物減少時，此時微控制器將檢測到諧振頻率的變小△f，同時也將檢測到電磁湯爐的輸出功率變化，由微控制器通過改變pwm信號的脈寬來使驅動信號頻率跟隨諧振頻率也變小△f。
步驟s3.當電磁湯爐的重量持續減小并減小到初始重量p0時，此時對應為鍋體6烹飪物減少至無烹飪物，為了防止發生干燒，此時微控制器控制轟鳴器發出報警并關閉輸入電源，停止工作。
當然，為了防止出現誤判，可增加一個時間限制，比如在n個連續檢測周期內(比如n為5～15的自然數)持續出現壓力傳感器的檢測值＝初始檢測值p0時才認為是繼續加熱可能會發生干燒，此時才關閉輸入電源使電磁湯爐停止工作。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
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