針對中頻感應(yīng)加熱裝置的電氣設(shè)計(jì)

杜艷 孫振亮 李玲芬 林占偉

摘要：隨著科技的發(fā)展，感應(yīng)加熱技術(shù)作為一種新型清潔、高效的加熱能源，越來越多地應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活當(dāng)中。針對中頻感應(yīng)加熱裝置的需要設(shè)計(jì)了一種感應(yīng)加熱電源。主電路部分采用交-直-交結(jié)構(gòu)，包括有整流橋、直流濾波、逆變橋以及相關(guān)保護(hù)電路。先將50Hz三相交流電經(jīng)過整流濾波變成平滑的直流，再經(jīng)過由兩個(gè)IPM功率模塊構(gòu)成的逆變橋，將直流變成脈寬輸出的交流電，得到要求的交流電。控制電路部分采用8751單片機(jī)為主控芯片，以SG3525為PWM發(fā)生器，ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換芯片。為了實(shí)現(xiàn)選擇功率輸出，還做出了中斷鍵盤電路。為了防止溢出又加上了看門狗電路。編程部分，主要繪出了主程序流程圖、A/D采樣流程圖、鍵盤流程圖以及除法程序流程圖。

關(guān)鍵詞：中頻感應(yīng) 加熱裝置 電氣設(shè)計(jì)

0 引言

在一些新興的加熱方式中，利用電能加熱最為矚目。最為常見的就是讓電流流過電阻產(chǎn)生熱量的加熱方式。這個(gè)方法雖然簡單，但是由于是接觸性加熱，存在造成金屬物質(zhì)氧化、加熱不均勻等缺點(diǎn)。為適應(yīng)現(xiàn)代生活和工業(yè)生產(chǎn)逐步提高的加熱要求。人們研究了一種新的加熱方式-利用磁場和電場進(jìn)行非接觸式的加熱。這種方式?jīng)]有以上方式所具有的缺點(diǎn)。滿足現(xiàn)代高品質(zhì)的家庭生活和高效率的工業(yè)生產(chǎn)的要求，具有很大的市場前景。

1 感應(yīng)加熱目前存在的缺點(diǎn)以及問題

①對加熱設(shè)備的要求成本高：傳統(tǒng)的加熱設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。但是感應(yīng)加熱設(shè)備需要高性能的電源支持，所以目前來講成本是高昂的。而且由于設(shè)備復(fù)雜度提高，也不利于無故障生產(chǎn)。②產(chǎn)生電磁污染：從表面上看，感應(yīng)加熱設(shè)備似乎對環(huán)境沒有污染。但是它卻會產(chǎn)生一種人眼看不到的，而且常常會被忽視的污染——電磁污染 。雖然目前的科學(xué)技術(shù)仍然無法確定電磁污染到底對人體的危害有多大，但是目前的共識是對人體肯定有害。所以人們必須對電磁污染抱有足夠的重視。

2 本文章要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑

本論文意在研究感應(yīng)加熱電源的工作原理，設(shè)計(jì)其主電路以及單片機(jī)控制電路，使電源可靠運(yùn)行，并且有過壓、過流保護(hù)功能。本課題研究通過以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：

分析感應(yīng)加熱電源工作原理，做出電源結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D。

電流采樣電路采用霍爾傳感器。

并聯(lián)諧振主電路設(shè)計(jì)，以及相關(guān)參數(shù)計(jì)算。

電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，熟悉PWM芯片，做出控制電路。

保護(hù)電路設(shè)計(jì)。

仿真設(shè)計(jì)。

主電路圖如下：

本設(shè)計(jì)針對中頻感應(yīng)加熱裝置的需要設(shè)計(jì)了一種感應(yīng)加熱電源。本電源的引入使感應(yīng)加熱裝置的頻率應(yīng)變性得到增強(qiáng)，可選擇理想的工作功率，使裝置效率提高，從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)時(shí)的目的。

本設(shè)計(jì)主要做了：電源的整體設(shè)計(jì)及工作原理分析、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的軟件編程。主電路采用交-直-交結(jié)構(gòu)，以8751單片機(jī)為控制核心，以SG3525為IGBT驅(qū)動(dòng)核心。設(shè)計(jì)了控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊以及相關(guān)外圍電路。給出了主程序及中斷程序流程圖。

由于時(shí)間和精力的限制，本文所做的工作還不夠完善，需要作進(jìn)一步研究。在本文的基礎(chǔ)上對下步工作做了一下幾點(diǎn)展望：

①進(jìn)一步優(yōu)化感應(yīng)加熱電源的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡可能簡化系統(tǒng)的硬件電路以便替代產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí)，只需要改變程序即可，降低調(diào)試難度，節(jié)約制造成本。②進(jìn)一步優(yōu)化信號處理電路，增加保持電路，當(dāng)采樣頻率較快時(shí)需要一個(gè)保持電路，給ADC穩(wěn)定信號，以免出現(xiàn)亂碼。③增加LED顯示，本設(shè)計(jì)中沒有LED顯示，下一步改進(jìn)時(shí)會增加LED顯示，用于顯示輸入功率以及測得功率等等。

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