针对中频感应加热装置的电气设计

杜艳 孙振亮 李玲芬 林占伟

摘要：随着科技的发展，感应加热技术作为一种新型清洁、高效的加热能源，越来越多地应用于人们的生产生活当中。针对中频感应加热装置的需要设计了一种感应加热电源。主电路部分采用交-直-交结构，包括有整流桥、直流滤波、逆变桥以及相关保护电路。先将50Hz三相交流电经过整流滤波变成平滑的直流，再经过由两个IPM功率模块构成的逆变桥，将直流变成脉宽输出的交流电，得到要求的交流电。控制电路部分采用8751单片机为主控芯片，以SG3525为PWM发生器，ADC0809作为A/D转换芯片。为了实现选择功率输出，还做出了中断键盘电路。为了防止溢出又加上了看门狗电路。编程部分，主要绘出了主程序流程图、A/D采样流程图、键盘流程图以及除法程序流程图。

关键词：中频感应 加热装置 电气设计

0 引言

在一些新兴的加热方式中，利用电能加热最为瞩目。最为常见的就是让电流流过电阻产生热量的加热方式。这个方法虽然简单，但是由于是接触性加热，存在造成金属物质氧化、加热不均匀等缺点。为适应现代生活和工业生产逐步提高的加热要求。人们研究了一种新的加热方式-利用磁场和电场进行非接触式的加热。这种方式没有以上方式所具有的缺点。满足现代高品质的家庭生活和高效率的工业生产的要求，具有很大的市场前景。

1 感应加热目前存在的缺点以及问题

①对加热设备的要求成本高：传统的加热设备结构简单，成本低廉。但是感应加热设备需要高性能的电源支持，所以目前来讲成本是高昂的。而且由于设备复杂度提高，也不利于无故障生产。②产生电磁污染：从表面上看，感应加热设备似乎对环境没有污染。但是它却会产生一种人眼看不到的，而且常常会被忽视的污染——电磁污染 。虽然目前的科学技术仍然无法确定电磁污染到底对人体的危害有多大，但是目前的共识是对人体肯定有害。所以人们必须对电磁污染抱有足够的重视。

2 本文章要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径

本论文意在研究感应加热电源的工作原理，设计其主电路以及单片机控制电路，使电源可靠运行，并且有过压、过流保护功能。本课题研究通过以下几个步骤实现：

分析感应加热电源工作原理，做出电源结构拓扑图。

电流采样电路采用霍尔传感器。

并联谐振主电路设计，以及相关参数计算。

电源控制系统设计，熟悉PWM芯片，做出控制电路。

保护电路设计。

仿真设计。

主电路图如下：

本设计针对中频感应加热装置的需要设计了一种感应加热电源。本电源的引入使感应加热装置的频率应变性得到增强，可选择理想的工作功率，使装置效率提高，从而达到节能、节时的目的。

本设计主要做了：电源的整体设计及工作原理分析、系统的硬件电路设计、系统的软件编程。主电路采用交-直-交结构，以8751单片机为控制核心，以SG3525为IGBT驱动核心。设计了控制模块、驱动模块、A/D转换模块以及相关外围电路。给出了主程序及中断程序流程图。

由于时间和精力的限制，本文所做的工作还不够完善，需要作进一步研究。在本文的基础上对下步工作做了一下几点展望：

①进一步优化感应加热电源的结构设计，尽可能简化系统的硬件电路以便替代产品更新换代时，只需要改变程序即可，降低调试难度，节约制造成本。②进一步优化信号处理电路，增加保持电路，当采样频率较快时需要一个保持电路，给ADC稳定信号，以免出现乱码。③增加LED显示，本设计中没有LED显示，下一步改进时会增加LED显示，用于显示输入功率以及测得功率等等。

参考文献：

[1]王振东，曹孔建，何纪龙.感应炉冶炼[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2]衰俊国，于非，吴兆麟.移相式高频感应加热装置的研究[M].电力电子技术，1999.

[3]俞勇祥.电力电子技术的应用[M].新技术新工艺，2000（10）： 11-12.