一種簡(jiǎn)單的電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的設(shè)計(jì)

呂桂娟

摘要：隨著國家對(duì)節(jié)能環(huán)保要求日益的提高。傳統(tǒng)的燃煤供熱方式逐漸被新能源和清潔能源供熱方式所代替。本文介紹了一種電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的硬件和軟件設(shè)計(jì)，該設(shè)備具有一般電磁感應(yīng)設(shè)備的控制方式和保護(hù)模式，能夠進(jìn)行功率設(shè)定，調(diào)節(jié)供熱溫度。

關(guān)鍵詞：電磁感應(yīng)；單片機(jī)；IGBT

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）02-0152-01

我國東北地區(qū)傳統(tǒng)的供熱方式是通過燃煤進(jìn)行供暖，但是近年來隨著環(huán)境問題的日益突出，人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的日益提高，綠水青山就是金山銀山的意識(shí)的深入人心。同時(shí)國家提出要大力治理大氣污染，減少煤炭使用量。大力發(fā)展核電、太陽能、風(fēng)能、空氣能、生物能等新能源，這樣傳統(tǒng)的燃煤供熱方式將逐漸被新能源與清潔能源供熱方式所替代。同時(shí)，發(fā)改委對(duì)電網(wǎng)電價(jià)實(shí)行峰谷平電價(jià)也是對(duì)電能使用的一種鼓勵(lì)。本文介紹一種利用電磁感應(yīng)加熱裝置，該設(shè)備熱效率高，節(jié)約環(huán)保。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

電磁感應(yīng)加熱原理是通過對(duì)IGBT電路進(jìn)行控制以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)鐵質(zhì)容器放置在上面時(shí)，容器表面即切割交變磁力線而在容器金屬內(nèi)部產(chǎn)生交變的電流（即渦流），渦流使容器內(nèi)部的鐵原子高速無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，原子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能。從而起到加熱的效果。因?yàn)槭氰F制容器自身發(fā)熱，所以熱轉(zhuǎn)化率特別高，最高可達(dá)到95%。

控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)、液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊、IGBT電路模塊、和外部控制模塊來構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理圖如圖1所示。

1.1 單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)選用的是C8051F700單片機(jī)，該單片機(jī)的復(fù)位電路由一個(gè)10uF的電容構(gòu)成，復(fù)位電路上電后使單片機(jī)運(yùn)行在初始工作狀態(tài)。單片機(jī)內(nèi)部自帶時(shí)鐘電路。C8051F系列單片機(jī)運(yùn)行電壓在3-3.6V，為了保證單片機(jī)電源的可靠性，在設(shè)計(jì)時(shí)使用了LM1117（3.3V）芯片，同時(shí)在電源電路增加了大容量電容來進(jìn)行穩(wěn)壓，高頻電容去除雜波干擾。

1.2 IGBT驅(qū)動(dòng)電路

電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)主要是控制IGBT模塊的通斷造成渦流，對(duì)設(shè)備進(jìn)行加熱。利用PWM調(diào)制技術(shù)對(duì)IGBT進(jìn)行功率調(diào)節(jié)同時(shí)達(dá)到對(duì)電磁加熱設(shè)備功率可控的目的。為了防止IGBT器件的損壞，設(shè)計(jì)了光耦電路和濾波電路以便去除IGBT驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的雜波干擾。由于光耦是通過光來進(jìn)行傳輸。通常情況下干擾電流比較小，不能使發(fā)光二極管發(fā)光所以干擾就被抑制掉了。對(duì)設(shè)備進(jìn)行了很好的保護(hù)，根據(jù)需要控制的指標(biāo)這里采用的光耦是6N138。同時(shí)，加入了π型濾波電路去除電路中的其他干擾。

1.3 鍵盤顯示外部控制電路

因?yàn)橐壕э@示屏具有顯示信息量大、能夠顯示漢字等優(yōu)點(diǎn)。這里選用了12864點(diǎn)陣式液晶顯示屏。鍵盤輸入電路主要有2種方式：直接按鍵式和矩陣鍵盤式，根據(jù)具體功能這里選用了直接按鍵方式。外部輸入輸出控制電路使用了光耦電路輸入和繼電器電路輸出。使用這兩種方式對(duì)外部設(shè)備兼容性好，起到了對(duì)外部信號(hào)隔離的作用，具有一定的抗外部干擾效果。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)過程中，使用Keil編譯環(huán)境編寫程序。編寫的軟件模塊主要有：鍵盤模塊，液晶顯示模塊、外部輸入輸出模塊、IGBT驅(qū)動(dòng)控制模塊。編程的時(shí)候先對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了編寫和調(diào)試，調(diào)試完成之后進(jìn)行了整體聯(lián)調(diào)。主要在液晶屏上顯示相關(guān)參數(shù)，輸入輸出狀態(tài)和報(bào)警輸出。IGBT驅(qū)動(dòng)子模塊控制過程如下圖2所示。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)主要由C8051F700單片機(jī)、LCD液晶顯示，使用4個(gè)按鍵對(duì)電磁加熱設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行控制，同時(shí)調(diào)試了輸入輸出電路。同時(shí)把該設(shè)備與外部設(shè)備連接，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。調(diào)試結(jié)果該能夠?qū)﹄姶偶訜嵩O(shè)備進(jìn)行控制運(yùn)行，調(diào)節(jié)功率等功能。系統(tǒng)硬件電路、單片機(jī)軟件能夠完成控制功能，電磁加熱控制系統(tǒng)可靠、熱效率高，達(dá)到了理想的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]鮑可進(jìn).C8051F單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]Seddik，Bacha，Iulian，Munteanu，Antoneta...著；袁敞，翟茜等譯.電力電子變換器的建模和控制 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

[3]靳桅.基于51系列單片機(jī)的LED顯示屏開發(fā)技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)，2009.