一种简单的电磁感应加热设备的设计

吕桂娟

摘要：随着国家对节能环保要求日益的提高。传统的燃煤供热方式逐渐被新能源和清洁能源供热方式所代替。本文介绍了一种电磁感应加热设备的硬件和软件设计，该设备具有一般电磁感应设备的控制方式和保护模式，能够进行功率设定，调节供热温度。

关键词：电磁感应；单片机；IGBT

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）02-0152-01

我国东北地区传统的供热方式是通过燃煤进行供暖，但是近年來随着环境问题的日益突出，人们对环保意识的日益提高，绿水青山就是金山银山的意识的深入人心。同时国家提出要大力治理大气污染，减少煤炭使用量。大力发展核电、太阳能、风能、空气能、生物能等新能源，这样传统的燃煤供热方式将逐渐被新能源与清洁能源供热方式所替代。同时，发改委对电网电价实行峰谷平电价也是对电能使用的一种鼓励。本文介绍一种利用电磁感应加热装置，该设备热效率高，节约环保。

1 系统结构及原理

电磁感应加热原理是通过对IGBT电路进行控制以产生交变磁场，当铁质容器放置在上面时，容器表面即切割交变磁力线而在容器金属内部产生交变的电流（即涡流），涡流使容器内部的铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能。从而起到加热的效果。因为是铁制容器自身发热，所以热转化率特别高，最高可达到95%。

控制系统主要由单片机控制系统、液晶显示模块、键盘输入模块、IGBT电路模块、和外部控制模块来构成。系统结构和原理图如图1所示。

1.1 单片机控制模块

单片机选用的是C8051F700单片机，该单片机的复位电路由一个10uF的电容构成，复位电路上电后使单片机运行在初始工作状态。单片机内部自带时钟电路。C8051F系列单片机运行电压在3-3.6V，为了保证单片机电源的可靠性，在设计时使用了LM1117（3.3V）芯片，同时在电源电路增加了大容量电容来进行稳压，高频电容去除杂波干扰。

1.2 IGBT驱动电路

电磁感应加热系统主要是控制IGBT模块的通断造成涡流，对设备进行加热。利用PWM调制技术对IGBT进行功率调节同时达到对电磁加热设备功率可控的目的。为了防止IGBT器件的损坏，设计了光耦电路和滤波电路以便去除IGBT驱动电路产生的杂波干扰。由于光耦是通过光来进行传输。通常情况下干扰电流比较小，不能使发光二极管发光所以干扰就被抑制掉了。对设备进行了很好的保护，根据需要控制的指标这里采用的光耦是6N138。同时，加入了π型滤波电路去除电路中的其他干扰。

1.3 键盘显示外部控制电路

因为液晶显示屏具有显示信息量大、能够显示汉字等优点。这里选用了12864点阵式液晶显示屏。键盘输入电路主要有2种方式：直接按键式和矩阵键盘式，根据具体功能这里选用了直接按键方式。外部输入输出控制电路使用了光耦电路输入和继电器电路输出。使用这两种方式对外部设备兼容性好，起到了对外部信号隔离的作用，具有一定的抗外部干扰效果。

2 系统软件设计

在单片机的软件设计过程中，使用Keil编译环境编写程序。编写的软件模块主要有：键盘模块，液晶显示模块、外部输入输出模块、IGBT驱动控制模块。编程的时候先对各个模块进行了编写和调试，调试完成之后进行了整体联调。主要在液晶屏上显示相关参数，输入输出状态和报警输出。IGBT驱动子模块控制过程如下图2所示。

3 结语

本系统主要由C8051F700单片机、LCD液晶显示，使用4个按键对电磁加热设备进行运行控制，同时调试了输入输出电路。同时把该设备与外部设备连接，进行联合调试。调试结果该能够对电磁加热设备进行控制运行，调节功率等功能。系统硬件电路、单片机软件能够完成控制功能，电磁加热控制系统可靠、热效率高，达到了理想的效果。

参考文献

[1]鲍可进.C8051F单片机原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]Seddik，Bacha，Iulian，Munteanu，Antoneta...著；袁敞，翟茜等译.电力电子变换器的建模和控制 [M].北京：机械工业出版社，2017.

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