Рис. Индукционная плита в разобранном состоянии.
Введение.
До недавнего времени считали, что электрическая плита – довольно простое устройство, и в принципе не требует серьезных знаний от ремонтника. А схемы для электроплит придумали трусы, которые желтый провод не могут отличить от синего провода. Так бы и остались при своем мнении – пока не столкнулись с индукционной плитой. Во первых выяснилось, что абсолютно не знали, что такое индукционная плита, ошибочно принимая ее за инфракрасную плиту. Во вторых уровень электроники хоть и не сложен, но заставил поискать схему в интернете, так как без схемы понять, как работает это чудо устройство практически невозможно. Надпись на шильдике утверждает о производителе в Нидерландах, надпись на материнской плате говорит о китайских корнях.
Устройство индукционной плиты.
Нагрев на индукционной плите происходит за счет индукции. Не смотря на тавтологию это означает следующее, об эту плитку нельзя обжечься, на этой плитке можно готовить только в железной или чугунной посуде. Нужен такой девайс на кухне вопрос к профессионалам, судя по рекламе готовка на данной плите происходит без выделения лишнего тепла, так как варочная панель не нагревается. В разобранном состоянии плита вызывает противоречивые эмоции – большой вентилятор, массивный радиатор и просто впечатляющий фильтр.
Рис. Требования к охлаждению силовой электроники довольно высоки, этим объясняется большой размер лопастей охлаждающего вентилятора
Большой вентилятор, массивный радиатор и просто впечатляющий фильтр. Большой вентилятор говорит о тяжелом тепловом режиме работы силовой цепи раскачивающей нагревательную петлю, само наличие вентилятора ставит крест на бесшумной работе.
Рис. Мощный радиатор, но рука китайского токаря дрогнула, и оттяпала от радиатора почти сантиметр алюминия.
Мощный алюминиевый радиатор – 3,5 кВт выходного каскада надо как то охлаждать, соответственно можно предположить, что работа индукционной плиты совсем уж не такая и холодная, тепло с радиатора все равно выкидывается наружу, а значит, повышает окружающую температуру. При осмотре радиатора не обошлось без курьезов, радиатор имеет размеры явно меньше, чем это изначально предполагалось, не хватает даже закрыть силовой транзистор.
Рис. Даже экономные китайцы не стали экономить на сетевом фильтре индукционной плиты.
Гипертрофированно большой сетевой фильтр говорит о простом факте, силовой индукционный контур фонит гармониками настолько хорошо, что даже китайский производитель не стал скупится на фильтрах.
Ремонт.
Индукционная плита HENDI 3500 watt (Induction 239780) материнская плата BT-2010T5(V09). Отсутствие опыта ремонта подобных устройств дало свои отрицательные результаты, ремонт несколько затянулся. К сожалению с первого раза схему на индукционную плиту найти не удалось, начали разрисовывать свой вариант, как оказалось зря, схему нашли, но наработки остались.
Схемы именно на индукционную плиту HENDI 3500 watt найти не удалось, но вскоре выяснилось все китайские плиты выполнены по одной схеме и принципу работы, поэтому с 90% точностью подошла схема с плиты Better. Схема настолько точна, что совпадают даже названия элементов на плате, правда, на схеме они не все, на плате элементов чуть больше.
Рис. Схема индукционной плита HENDI 3500 watt.Нарисована довольно необычно, но при желании можно понять что куда.
Схема есть так же в хорошем качестве (скачать в PDF).
Сердцем всего электронного блока является специфический микроконтроллер S6F9454 со встроенной дрыгалкой на борту. Судя по наклейке на борту 350Q-H(A), на борту находится память, но достучаться до нее не удалось.
Рис. Микроконтроллер S6F9454 со встроенным ШИМ контроллером на борту.
BUZ/FAN – (5 pin P20/T0) выходной сигнал, включает вентилятор. Алгоритм работы при включенной индукционной плите U=0В, при включении нагревателя U=4В, после выключения нагревателя, сигнал продолжает удерживаться 1,5-2 мин.
T-IGBT – (15 pin P04/AD4) входной сигнал, снимается с делителя – терморезистора RT (3950-10K) и резистора R6 (1К). Терморезистор RT (3950-10K) установлен на одном из IGBT транзисторов (не на радиаторе). При нормальной температуре (25С) на вход приходит около U=0,5В, при перегреве около U= 3-4В
PWM – (13 pin PWM/AD6) выходной сигнал. Сигнал с ШИМ, управляет силовыми ключами нагревательного элемента. Частота около 50кГц. Сигнал появляется сразу после подачи питающего напряжения на микроконтроллер. По наличию сигнала можно косвенно судить по исправности микроконтроллера.
INT – (19 pin P00/INT0) выходной сигнал. Этим сигналом закрывается драйвер Q7(8050), Q8(8550) силовых ключей. При этом сигнал PWM продолжает выдавать меандр.
CN4-5 – (4 pin Reset) никуда не подключен, даже к +5В. Контакт уходит на плату индикации и там просто висит в воздухе.
PAN – (19 pin P24) входной сигнал. Сигнал формирующийся из разности сигналов H1 и H2, сигнал говорит о том, что на рабочей поверхности находится железный предмет, например кастрюля.
V-AD – (12 pin P07/AD7) входной сигнал. Сигнал индикатор входного напряжения на силовом диодном мосте.
I -AD – (16 pin P02/AD2) входной сигнал. Сигнал индикатор с токового трансформатора CT1, его наличие говорит, что по силовому диодному мосту течет ток.
Поломка №1 Не работает вентилятор.
Рис. Схема включения вентилятора. Простота схемы усложняется алгоритмом работы.
Не смотря на простоту поломки, без схемы было довольно разобраться. Как оказалось, все довольно просто, при включении в сеть, вентилятор не включается, при включении нагревательного элемента – вентилятор включается, и при выключении нагревательного элемента продолжает работу еще 1,5-2 минуты. Сигнал BUZ/FAN с процессора выходил (точка B) на базе транзистора (точка A) отсутствовал. Прозвонка показала пробитый переход Б-Э и переход Б-К в обрыве у транзистора (по схеме) Q1 (8050). После замены транзистора Q1 (8050) вентилятор заработал.
Поломка №2 Не работает нагреватель.
Рис. Набор механика для изучения принципа работы индукционной плиты.
При включении агрегата, микроконтроллер выдавал сигнал на включение вентилятора. Но медная петля включаться отказывалась. Сигнал PWM с микроконтроллера блокировался и через некоторое время отключался дисплей.
Рис. Сигнал PWM, таким выходит с микроконтроллера. Но блокируется IC3B (LM339 1 pin), а значит, раскачки нагревательного элемента нет.
На лицо не только блокировка нагревательного элемента, но и наличие обратной связи. Ремонт начинаем с проверки блока питания, результат не заставил себя ждать – вместо положенных 18В, в наличии только 12-14В. Путем нехитрых измерений и визуальной оценки силовых элементов получается потребляемая мощность 10 Вт, а выдаваемая 5Вт, как результат провал по напряжения при пиковой нагрузке. В этом месте стоило было остановится и немного подумать, но такого не случилось, все силы были брошены на доработку блока питания. В результате инженерных доработок добились стабильных 16в на выходе при пиковой нагрузке, больше не получалось – ВЧ трансформатор явно не мог выдать больше. Ремонт тогда пошел в другую сторону, из схемы вырвали IC3 (LM339) и начали моделировать каждый узел отдельно. Все датчики работали идеально, даже удалось раскачать нагревательную катушку внешним генератором на 5-10% мощности, все элементы были рабочие, но собранные воедино отказывались работать. Моделирование работы и изучения принципа работы печки могло бы затянуться надолго, если бы не появился специалист по кухонному оборудованию, который и починил все устройство в течение одной секунды.
Рис. При помощи вот такого нехитрого приспособления была починена индукционная плита, кстати пластина лежала на включенной плите всего 2 секунды.
Для включения индукционной плиты надо было просто положить на нагревательный элемент кусок металла побольше. Собственно все оказалось очень просто требовался изменить добротность колебательного контура путем внесения относительного большого куска металла, на простую отвертку – печка отказывалась реагировать. Проблема с питанием разрешилась сама собой, для микроконтроллера требовалось стабильное питание +5В, которое получалось со стабилизатора 7805, а IC3 (LM339) работала в режиме компаратора, без опорного напряжения и требований к питающему напряжению +18В фактически не было.
Не обошлось и без экспериментов, 20-ти килограммовая гиря за одну минуту раскаляется так, что за основание нельзя прикоснутся – сильно горячо, в то время как ручка гири была абсолютно холодная.
Индукционная плита отличается от обычной тем, что разогревает металлическую посуду индуцированными вихревыми токами, создаваемыми высокочастотным магнитным полем. При работе с такой плиткой используют посуду, изготовленную из материала, который бы эффективно поглощал энергию вихревых полей. Например обыкновенная сталь, поэтому посуду для индукционных печей можно проверять магнитом. Но не бойтесь ошибиться в выборе материала — современные индукционные плиты автоматически распознают пригодную посуду и только в этом случае включают генератор.
При этом никакого физического нагрева поверхности не происходит. Можно положить на плиту бумагу — она незагорится, или прикоснуться ладонью и не обжечься. В отличии от микроволновки, нагревающей сам продукт изнутри (жидкость, находящуюся в пище), индукционная плита греет только металл и металлическую посуду, которая, в свою очередь, передаёт тепло еде (что-то похожее на обычную электроплиту).
Принцип работы индукционной плиты показан на рисунке.
1 — посуда,
2 — стеклокерамическая поверхность,
3 — изоляция,
4 — индукционная катушка,
5 — преобразователь частоты,
6 — блок управления.
Под стеклокерамической поверхностью плиты индукционная катушка, по которой протекает электрический ток с частотой около 50 кГц. В днище посуды наводятся токи индукции, которые нагревают её, а заодно и помещенные в посуду продукты. В такой плите нагрев происходит быстрее, чем на газовой или на электрической плите — примерно в полтора раза.
Принципиальная схема индукционной плиты довольно сложная, и может существенно отличаться для различных моделей. Особенно блок электронного управления. Хотя основа — генератор, драйвер на транзисторах средней мощности и выходной биполярный транзистор с изолированным затвором, типа IGBT H20R1202 (IRGP 20B120), который управляет катушкой индуктора, одинакова у всех плит. Несколько электросхем показаны ниже — клик для увеличения.
Самый сложный элемент индукционной плитки — электронный блок управления . Он не просто включает или регулирует мощность генератора, а делает это по специальной программе — вначале на пару минут выведет плиту на максимальную мощность, а когда вода закипит, убавит мощность до заданного уровня. А ещё продвинутые модели имеют инфракрасные сенсоры, контролирующие процесс приготовления пищи. Они следят за температурой сковороды или кастрюли и снижают мощность нагрева по достижении заданной вами температуры. Жарка под термоконтролем исключает возможность воспламенения жира и повреждения сковороды вследствие перегрева. После снятия посуды — плита автоматически отключается.
В настоящее время промышленность выпускает как отдельные небольшие индукционные одноконфорочные плитки, так и большие стационарные, встраиваемые четырёхместные поверхности. Стоимость такой плиты несколько выше, чем обычной, но купив индукционную плиту вы существенно сэкономите на электроэнергии — до 50%, по отзывам людей. А также уменьшаете вероятность порчи посуды и продуктов.
Попала несколько дней назад в мои очумелые ручки индукционная плита. Не работающая, разумеется. При включении выбивало автомат в квартире. Я про такие штуковины слыхал, но вот лично ни разу не юзал. Теперь этот пробел устранен.
Содержание
Принцип работы
Мы писали про микроволновки которые греют СВЧ полем «раскачивая» поляризованные молекулы. Индукционная печь работает по-другому: она нагревает ферромагнетики относительно низкочастотным магнитным полем (40-90 кГц). Как именно? Ну все мы держали в руках
трансформатор – тяжелую штуковину в которой проволока намотана на пачку пластин в виде буквы «Ш» (это не единственная конструкция, но самая распространенная). Почему трансформатор набирается в виде пластин, причем изолированных? А для того, чтобы уменьшить потери, представляющие собой нагрев сердечника. В индукционной плите наоборот, нагрев «сердечника» используется в полезных целях, для подогрева еды, но сердечником является кастрюля, сковорода или какая-либо другая емкость, изготовленная из определенного материала – чугуна, стали, нержавейки. Главное условие – к посуде должен хорошо липнуть магнит и она должна плотно прилегать к плите – то есть дно нужно плоское. Ну и еще неплохо чтобы стенки посуды были толстые, так быстрее произойдет нагрев. Поскольку дно посуды представляет собой не длинную проволоку, а диск, токи в диске замкнуты, и именно эти, крутящиеся в дне кастрюли вихревые электрические токи разогревают дно, а от него уже нагревается пища.
Из курса электротехники известно, что если из трансформатора извлечь сердечник то ток через катушку резко возрастает, но этот вариант в плите предусмотрен и специальная система ее отключает. Уверен, что с таким эффектом сталкивались многие. Знаете, сейчас в продаже есть удлинители в виде катушки. По 30-50 метров. С пружиной, которая потом сматывает провод обратно. Так вот, многие включают в эти удлинители серьезные нагрузки (нагреватели, сварочные аппараты) до конца не размотав провод, через некоторое время он нагревается, изоляция расплавляется и удлинитель можно смело выбрасывать на мусорник. Я знаю целую серию случаев когда на мусорку летели свежекупленные удлинители типа «Бош», стоимостью под сотню долларов. В общем, учите физику, ребятки, дабы экономить деньги. Или хотя бы читайте инструкции.
Как регулировать мощность?
Вскрыв плиту, я был удивлен довольно нехилой электроникой, причем у меня плита одноконфорная. Понял, почему они такие дорогие, хотя с другой стороны – а что там дорогого? Одна пластмасса и схема из дешевых деталей. Самая дорогая деталь там IGBT транзистор – довольно модная сейчас фича, особенно там, где нужно управлять мощными токами. Это биполярный транзистор с изолированной базой-затвором. То есть гибрид биполярного и полевого транзистора. Со своими преимуществами от обоих типов. И хотя плотно IGBT вошли в наш быт не так давно, разработаны они были на Западе в 1983 году, а в СССР чуть ли не в 1979-м, но как обычно в СССР дело не пошло, а на Западе долгое время не могли преодолеть низкую надежность данных приборов (в СССР наверное по этому и не пошло, как обычно до конца не довели). Вот этот транзистор и регулирует подачу тока на катушку. Но тут возникают нюансы. Конечно, самое простое было бы просто регулировать частоту, но если ее опускать ниже 20 кГц то это будет уже слышимый диапазон, плита будет страшно свистеть! Поэтому нагрев регулируют как изменяя частоту, скажем в пределах 30-70 кГц, так и изменяя время подачи этот самой «частоты». То есть просто периодически отключают катушку. Все эти временные интервалы и частотные режимы записаны в микроконтроллер. Кстати включением-выключением осуществляется и регулировка нагрева в обычных резистивных плитах (то есть в тех, где есть нагревательный элемент). Включение-выключение осуществляется в момент, когда синусоида в сети переходит через ноль.
Принципиальная схема. Моя немного отличается, но в общем почти полное сходство.
