針對中頻感應加熱裝置的電氣設計

杜艷 孫振亮 李玲芬 林占偉

摘要：隨著科技的發(fā)展，感應加熱技術作為一種新型清潔、高效的加熱能源，越來越多地應用于人們的生產(chǎn)生活當中。針對中頻感應加熱裝置的需要設計了一種感應加熱電源。主電路部分采用交-直-交結構，包括有整流橋、直流濾波、逆變橋以及相關保護電路。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IPM功率模塊構成的逆變橋，將直流變成脈寬輸出的交流電，得到要求的交流電?？刂齐娐凡糠植捎?751單片機為主控芯片，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。

關鍵詞：中頻感應 加熱裝置 電氣設計

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。為適應現(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-利用磁場和電場進行非接觸式的加熱。這種方式?jīng)]有以上方式所具有的缺點。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 感應加熱目前存在的缺點以及問題

①對加熱設備的要求成本高：傳統(tǒng)的加熱設備結構簡單，成本低廉。但是感應加熱設備需要高性能的電源支持，所以目前來講成本是高昂的。而且由于設備復雜度提高，也不利于無故障生產(chǎn)。②產(chǎn)生電磁污染：從表面上看，感應加熱設備似乎對環(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 。雖然目前的科學技術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加熱電源的工作原理，設計其主電路以及單片機控制電路，使電源可靠運行，并且有過壓、過流保護功能。本課題研究通過以下幾個步驟實現(xiàn)：

分析感應加熱電源工作原理，做出電源結構拓撲圖。

電流采樣電路采用霍爾傳感器。

并聯(lián)諧振主電路設計，以及相關參數(shù)計算。

電源控制系統(tǒng)設計，熟悉PWM芯片，做出控制電路。

保護電路設計。

仿真設計。

主電路圖如下：

本設計針對中頻感應加熱裝置的需要設計了一種感應加熱電源。本電源的引入使感應加熱裝置的頻率應變性得到增強，可選擇理想的工作功率，使裝置效率提高，從而達到節(jié)能、節(jié)時的目的。

本設計主要做了：電源的整體設計及工作原理分析、系統(tǒng)的硬件電路設計、系統(tǒng)的軟件編程。主電路采用交-直-交結構，以8751單片機為控制核心，以SG3525為IGBT驅(qū)動核心。設計了控制模塊、驅(qū)動模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊以及相關外圍電路。給出了主程序及中斷程序流程圖。

由于時間和精力的限制，本文所做的工作還不夠完善，需要作進一步研究。在本文的基礎上對下步工作做了一下幾點展望：

①進一步優(yōu)化感應加熱電源的結構設計，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，只需要改變程序即可，降低調(diào)試難度，節(jié)約制造成本。②進一步優(yōu)化信號處理電路，增加保持電路，當采樣頻率較快時需要一個保持電路，給ADC穩(wěn)定信號，以免出現(xiàn)亂碼。③增加LED顯示，本設計中沒有LED顯示，下一步改進時會增加LED顯示，用于顯示輸入功率以及測得功率等等。

參考文獻：

[1]王振東，曹孔建，何紀龍.感應爐冶煉[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[2]衰俊國，于非，吳兆麟.移相式高頻感應加熱裝置的研究[M].電力電子技術，1999.

[3]俞勇祥.電力電子技術的應用[M].新技術新工藝，2000（10）： 11-12.