电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法

本发明属于感应加热，涉及一种电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法。

背景技术：

1、感应加热因其无接触、高效率、节能环保等优点，被广泛应用于家用电器领域当中。而针对电磁感应加热锅具的结构特性，只有准确获取被加热锅具的阻抗特性并构建等效阻抗模型，才能精准预测锅具的加热功率，设计出功率合适的感应加热电源，实现对锅具高效率地加热，因此发明用于构建电磁感应加热锅具的等效阻抗模型方法是关键。

2、目前，缺少一种可以对电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，在设计初期被加热锅具的物理尺寸及材料等参数确定的情况下，缺少一种方法能够计算被加热锅具的等效阻抗从而构建电磁感应加热锅具的等效阻抗模型，导致无法对被加热锅具的加热功率进行预测和控制。现有的电磁感应加热锅具等效阻抗模型往往忽略了锅底和锅壁的具体结构和材料特性，导致获取的被加热锅具等效阻抗模型精度难以满足要求，同时难以准确描述被加热锅具的加热特性。因此，要实现电磁感应加热锅具等效阻抗模型的精确构建，从而设计所需加热电源功率的大小，急需发明一种电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，该方法设计的等效阻抗模型可以实现对被加热锅具在设计过程中其阻抗的精确获取，由得到的锅具等效阻抗模型去预测锅具的加热功率，从而设计所需加热电源的功率大小。

2、本发明所采用的技术方案是，电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，在加热锅具的锅壁布置串联在一起的等效电感leqa和等效电阻reqa；在加热锅具的锅底布置串联在一起的等效电感leqb和等效电阻reqb。

3、本发明的特点还在于：

4、具体包括如下步骤：

5、步骤1，确定被加热锅具锅壁的等效电阻reqa；

6、步骤2，确定被加热锅具锅壁的等效电感leqa；

7、步骤3，确定被加热锅具锅壁的等效投影电阻r'eqa；

8、步骤4，确定被加热锅具锅壁的等效投影电感l'eqa；

9、步骤5，确定被加热锅具锅底的等效电阻reqb；

10、步骤6，确定被加热锅具锅底的等效电感leqb；

11、步骤7，确定被加热锅具的各部分等效阻抗；

12、步骤8，确定被加热锅具的整体等效阻抗zt。

13、步骤1的具体过程为：

14、将锅壁空心圆环拆分成n层空心锅壁微元，被加热锅具锅壁微元的等效电阻dreqa计算公式如(1)所示，整体的等效电阻reqa采用以下公式(2)计算：

15、

16、

17、其中，l为锅壁微元回路的长度；s为锅壁微元回路的截面积；ρ为锅具的电阻率；dar为锅壁微元圆环的半径；d为锅具的厚度；ha为锅具锅壁的高度，rb为锅具锅壁的最小半径即被加热锅具锅底与锅壁的分界半径，rc为锅具锅壁的最大半径，dha为锅壁微元圆环的高度。

18、步骤2的具体过程为：

19、被加热锅具锅壁的高度ha是由n个锅壁微元圆环的高度dha相加得到，由此被加热锅具锅壁微元的等效电感值dleqa计算公式如(3)所示，整体的等效电感leqa采用以下公式(4)计算：

20、

21、

22、其中，μ为锅具材料的磁导率，ζ为常数。

23、步骤3的具体过程为：

24、设锅底与锅壁间的夹角为θ，根据投影原理可得到被加热锅具锅壁的等效投影电阻r'eqa计算公式如式(5)所示：

25、

26、步骤4中，锅壁的等效投影电感l'eqa计算公式如式(6)所示：

27、

28、步骤5的具体过程为：

29、被加热锅具的锅底可拆分为共m层半径不同的实心圆盘微元，被加热锅具底部微元的等效电阻dreqb计算公式如式(7)所示，整体的等效电阻reqb的计算公式(8)为：

30、

31、

32、其中，dac为锅底圆盘微元的半径，dhb为锅底圆盘微元的高度，rb为锅底的最大半径即被加热锅具锅底与锅壁的分界半径，ra为锅底的最小半径，tb为锅底的高度。

33、步骤6的具体过程为：

34、被加热锅具底部微元的等效电感dleqb计算公式如式(9)所示，整体的等效电感leqb的计算公式(10)为：

35、

36、

37、步骤7的具体过程为：得到锅具锅壁和锅底各部分的等效电阻和等效电感后，即可得到锅壁和锅底的等效阻抗如式(11)和式(12)所示：

38、

39、其中，fc为加热电源与被加热锅具间的谐振频率；

40、

41、根据步骤3和步骤4计算得到的被加热锅具锅壁的等效投影电阻和等效投影电感，得到与被加热锅具锅底在同一水平面上的锅壁等效投影阻抗z'eqa如式(13)所示：

42、

43、步骤8的具体过程为：根据步骤7得到的被加热锅具锅壁的等效投影阻抗z'eqa和锅底的等效阻抗zeqb，由于锅壁的等效投影阻抗与锅底的等效阻抗之间为并联关系，可得到被加热锅具的整体等效阻抗计算公式如下式(14)所示：

44、

45、本发明的有益效果是，本发明提出的一种电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，弥补了电磁感应加热锅具加热效果精准控制的技术空白。在不通过阻抗测量设备及实际的实验测量情况下，可直接精确地获取被加热锅具的等效阻抗，对锅具的加热功率进行精准地预测，由此可以对所需的感应加热电源设计合适的功率大小，使被加热锅具在加热过程中的功率和效率得到提高，通过该方法可以对感应加热电源的设计提供一定的技术支持。

技术特征：

1.电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，其特征在于：在加热锅具的锅壁布置串联在一起的等效电感leqa和等效电阻reqa；在加热锅具的锅底布置串联在一起的等效电感leqb和等效电阻reqb。

2.根据权利要求1所述的电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：

4.根据权利要求3所述的电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程为：

5.根据权利要求4所述的电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：

6.根据权利要求5所述的电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，其特征在于：所述步骤4中，锅壁的等效投影电感l'eqa计算公式如式(6)所示：

7.根据权利要求6所述的电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，其特征在于：所述步骤5的具体过程为：

8.根据权利要求7所述的电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，其特征在于：所述步骤6的具体过程为：

9.根据权利要求8所述的电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，其特征在于：所述步骤7的具体过程为：得到锅具锅壁和锅底各部分的等效电阻和等效电感后，即可得到锅壁和锅底的等效阻抗如式(11)和式(12)所示：

10.根据权利要求9所述的电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，其特征在于：所述步骤8的具体过程为：根据步骤7得到的被加热锅具锅壁的等效投影阻抗z'eqa和锅底的等效阻抗zeqb，由于锅壁的等效投影阻抗与锅底的等效阻抗之间为并联关系，可得到被加热锅具的整体等效阻抗计算公式如下式(14)所示：

技术总结
本发明公开了电磁感应加热锅具等效阻抗模型的构建方法，在加热锅具的锅壁布置串联在一起的等效电感L<subgt;eqa</subgt;和等效电阻R<subgt;eqa</subgt;；在加热锅具的锅底布置串联在一起的等效电感L<subgt;eqb</subgt;和等效电阻R<subgt;eqb</subgt;。本发明设计的等效阻抗模型可以实现对被加热锅具在设计过程中其阻抗的精确获取，由得到的锅具等效阻抗模型去预测锅具的加热功率，从而设计所需加热电源的功率大小。

技术研发人员：姬军鹏,谷文龙,成凤娇,杨惠,徐之川
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31