《电磁感应加热技术的研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁感应加热技术的研究.docx（17页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、电磁感应加热技术的研究电磁感应加热技术的研究论文电磁感应加热技术的研究申请人:齐光平学科(专业):电力系统及其自动化指导老师:徐正红2021年2月网络教育学院毕业设计(论文)任务书专业班级电力系统及其自动化1003层次专升本姓名齐光平学号10017426010005一、毕业设计,论文,题目电磁感应加热技术的研究二、毕业设计,论文,工作自年月日起至年月日止三、毕业设计,论文,基本要求:指导老师:网络教育学院毕业设计(论文)考核评议书指导老师评语:建议成绩:指导老师签名:年月日答辩小组意见:负责人签名年月日答辩小组成员毕业设计,论文,答辩委员会意见:负责人签名:年月日IV摘要论文题目:电磁感应加热
2、技术的研究学科(专业):电力系统及其自动化申请人:齐光平指导老师:徐正红摘要针对目前市场上电磁感应加热技术不完善导致返修率过高的现状，本文对电磁感应加热技术装置的控制系统的设计和应用进行了愈加深化的研究，研制成了新型的电磁感应加热系统。旨在引导家电行业摆脱电磁感应加热技术不完善的尴尬境地，为国内的电磁感应装置及其它应用电磁感应加热技术的家电设计讨论一种新的考虑及实践形式，并以此为突破口，推动电磁感应加热技术在其它家电，如电暖器、电磁热水器、电磁饮水机等加热电器中的应用，加强国内家电行业在国际市场上的竞争能力，实现智能家居的目的。论文首先对电磁感应加热技术的原理及实现方式进行了深化的研究，并在此
3、基础上提出了控制系统设计的总体方案。在控制系统的硬件设计中，首先对本控制系统中的核心芯片进行了具体的介绍，然后给出芯片选择的原则，最后对AD收集模块、振荡模块、单片机外围模块和驱动模块等进行了深化的讨论，给出了主要参数的选择以及具体的电路连接图。在控制系统的软件设计中，本文采用了“自上而下的软件设计方法，首先根据功能将整个系统分成若干个功能模块，然后对各个模块进行具体而深化的设计，最后给出了部分详细的子程序。经理论分析，整个系统的结果知足设计要求，解决了当前电磁感应加热技术装置的控制系统中存在的众多缺乏，如损耗较大、功率控制不恒定、温度控制不恒定等问题，实现了高效率、高可靠性、高准确性、低功耗
4、的新型家电控制。关键词:单片机;电磁感应;控制系统;家电论文类型:应用基础V目录目录摘要.V目录.VII1绪论.(1)1.1课题研究的目的及意义.(1)1.2本课题主要研究的内容.12电磁感应加热系统的原理及要求.(3)2.1电磁感应加热的基本原理.(3)2.2电磁感应加热的基本实现方式.(3)2.3系统的设计要求.43电磁感应加热系统的整体设计方案.(5)3.1系统的整体功能框图.(5)3.2系统的主电路设计.(7)3.2.1主电路框架.(7)3.2.2EMI滤波器设计.74控制系统的硬件设计.(9)4.1核心芯片的选择及简介.(9)4.2控制系统的总体实现.(10)4.2.1控制系统的总体
5、模块划分.(10)4.2.2控制系统的各个模块功能及作用(10)4.2.3AT89S52与振荡电路的接口设计.115控制系统的软件设计.136总结与展望.17致谢.19参考文献.21声明VII西安交通大学网络教育学院论文1绪论1.1课题研究的目的及意义基于电磁感应加热技术的产品在市场上已经存在多年，这种技术热效率高、环保节能、干净卫生，但市场占有率却不是很高，究其原因就是由于该技术在应用中不是很完善，导致返修率过高。详细体如今诸如:安全性差，操作不当或电压不稳定或负载不适宜等因素很容易烧坏内部的重要芯片;电磁辐射强，对老人，小孩，孕妇造成身体上的电磁伤害;温度控制不准确，功率控制不准确;成本过
6、高限制了普通家庭的使用。这些不完善的地方待人们去研究，去推动该技术走向成熟，并且把该技术用于别的加热系统中。这些问题的研究和解决就是本论文研究的日的和意义。家电智能化的提高给家电控制系统软硬件的设计提出了更高的要求，即要求控制更准确、更方便和更智能化。这也是本课题研究的目的。1.2本课题主要研究的内容课题主要从下面几方面入手:(1)在国内外家电行业现有电磁感应加热技术的基础上，研究感应装置控制系统的设计及应用:(2)研究降低电磁感应加热系统的损耗问题;(3)完善电磁感应加热系统的保护功能;(4)提高功率的控制精度;(5)提高温度的控制精度;(6)研究不同的负载条件下温度和功率的控制问题;(7)
7、研究在保证性能的前提下尽可能地降低成本。1西安交通大学网络教育学院论文2电磁感应加热系统的原理及要求2.1电磁感应加热的基本原理电磁感应加热技术简称为IH(InductionHeating)技术，是在法拉第感应定律的基础上发展起来的，是法拉第感应定律的一种应用形式。它具有加热速度快、加热效率高、无污染等优点，在家电、淬火、焊接等领域得到广泛的应用。1831年法拉第发现:线圈内磁场的变化会产生感应电流，感应电流的大小和线圈内磁场变化的速率成正比。这就是法拉第电磁感应定律。最初，法拉第定律引起了电动机、发电机、变压器和无线通信系统的发展。然而，在应用经过中人们发现，感应经过中会产生热损耗，这成为毁
8、坏系统整体功能的令人最为头痛的问题之一。于是，人们想到了利用这种热损耗来加热的方法，电磁感应加热的概念便从此产生。它是指当导体放在线圈周围所构成的交变磁场中时，在导体外表由电流和涡流产生热能的现象。从能量的转换角度来看整个系统的原理。图2.1中第一个电能表示电源，第二个电能表示用于发热的感应电流和涡流，只所以要经磁场转变，是为了提高发热效率。电能磁能电能热能图2.1能量的转换图2.2电磁感应加热的基本实现方式电磁感应加热系统的工作原理是首先将220V/50Hz沟通电通过整流桥转换成直流电压，再通过率开关管IGBT(中文全称为绝缘栅双极型晶体管，英文全称为InsulationGridBipola
9、rTransistor)加到励磁线圈(即加热线圈)上，IGBT受驱动信号的控制而导通和关断，在励磁线圈中有频率为20kHz,60kHz的高频电流流过，励磁线圈的周围将产生高频磁场，若此时有铁质负载置于感应炉盘(即加热线圈)上，则在负载底部会有涡流产生，此涡流克制负载的内阻流动时将电能转换成热能，作为加热的热源。为了降低系统能量的损耗，提高热转换效率，系统中采用了软开关技术和谐振理3西安交通大学网络教育学院论文论。2.3系统的设计要求在科学技术进步、日新月异的今天，节能、高效、环保的观念逐步深化人心。对此，家电生产厂家不断在产品的质量、外观、实用性、安全性、便捷性、环保性、节能性、智能性等各方面
10、进行改善，设计电磁感应加热系统的控制系统时，应着重考虑系统的稳定性、可靠性与高效节能性。根据中华人民共和国行业标准Qa/T1236-91（电磁灶）、中华人民共和国国家标准GB4706.29-92（家用和类似用处电器的安全电磁灶的特殊要求）和GB4706.1-92（家用和类似用处的安全通用要求），电磁感应加热系统的参数指标如下:额定电压/频率:220V/50Hz额定最大功率:1800W50W,热效率:85%,保温精度:5?,4西安交通大学网络教育学院论文3电磁感应加热系统的整体设计方案为了使控制系统的软硬件设计愈加合理，本章将从电磁感应加热系统整体的角度提出整个系统的设计方案。整个系统包括主电路
11、(即功率转换电路)和控制电路两大部分。3.1系统的整体功能框图系统框图由电源滤波电路、工作电源电路、主电路、振荡电路、隔离电路、驱动电路、单片机控制电路和保护电路等单元电路组成。下面是初步设想的系统构造图:整流电滤波电主谐振220VEMI负载路路沟通电电路滤波器驱动电路工作电隔离电路源电路控制电路图3.1初步设计的系统功能模块图各个功能模块图详细讲明如下:(1)EMI滤波器电路电磁感应装置里包括高速软开关器件IGBT，因而必须考虑电磁干扰的问题。一方面，电磁感应加热系统的电磁干扰不能进入电网中影响其它设备的正常工作，另一方面，电网中的高频噪声也不能进入电磁感应装置电路中来。为了防止电网内各种设
12、备间相互干扰，也为了防止电磁辐射对人体健康产生的影响。我们参加了电源滤波器电5西安交通大学网络教育学院论文路。(2)整流滤波电路整流电路就是将沟通电变为直流电，分全桥整流和半桥整流两种整流方式，为了提高转化效率，本课题选用全桥整流电路。滤波电路就是把系统不需要的噪音滤掉，让系统需要的有用信号通过。(3)主谐振回路本课题中使用的谐振是串联谐振。当受矩形脉冲驱动的IGBT导通时，LC回路发生串联谐振，把无功功率补偿掉，进而使效率转换到达最大。(4)控制电路控制电路的核心是单片机，单片机的参加使电磁感应加热系统实现了智能化，它提供了良好的人机界面、功率自动控制、温度自动控制、定时控制以及各种自动检测
13、与报警等功能。(5)隔离电路光电隔离的目的是割断两个电路之间的电联络，使之互相独立，进而也就割断了噪声从一个电路进入另一个电路的通路。在本课题中主要应用于强弱电之间的隔离。使两者之间的控制信号能够进行正常传送，噪声信号相互隔离，进而实现电气隔离的目的。(6)驱动电路该电路通过输出矩形波信号用来驱动功率开关器件IGBT的导通和关断，其性能直接影响着IGBT能否可靠工作。(7)工作电源电路工作电源电路负责整个控制系统，驱动系统等的电源供应。电源输出四个电压值:+5V(主要对单片机供电)，+9V(对振荡电路供电)，+12V(主要对风扇供电，对隔离电路供电)，和+15V(对IGBT驱动电路供电)。6西
14、安交通大学网络教育学院论文3.2系统的主电路设计3.2.1主电路框架市电图3.2主谐振电路图以上是主电路的框图，从图中能够看出，市电经过整流、滤波电路后供应谐振电路。通过给IGBT的栅极输入矩形脉冲信号，能够控制IGBT的导通和关断，进而控制了整个系统的功率状态。3.2.2EMI滤波器设计EMI滤波器电路是感应装置与电网之间的一道屏蔽墙，它大大地降低了电磁感应装置的传导干扰，削弱了感应装置对人体的辐射，把对人体健康的影响降到最低。同时它也阻止了电网对感应装置的电磁干扰。7西安交通大学网络教育学院论文4控制系统的硬件设计本章首先介绍了本控制系统中的核心器件单片机和AD收集芯片，然后给出了控制系统的总体设计框图，分析了各个模块的功能作用。本章主要的设计内容是控制系统的硬件电路设计。4.1核心芯片的选择及简介本控制系统中的核心芯片包括单片机、AD收集芯片、振荡芯片和驱动芯片等。在这里只以单片机和AD收集芯片的选择为例进行讲明。1.单片机的选择本设计系统对内部存储器要求不高，对中断源,I/O口等各方面的要求也不高，对其它性能也没有什么十分的要求，所以选择最普通的单片机即可。考虑到