自动频率跟踪中频电源设计

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1、与开发自动频率跟踪中频电源的设计刘园园，周泽湘(广东松山职业技术学院．广东韶关512126)一种新的主电路和控制电路设计方案管中频感应电源存在的问题，提出了。该方案采用了频率自动跟踪和．运用了功率因数调节、零压扫频软启动、双闭环反馈、单片机数字控制等技术。所设计的中频感应加热龟要求．具有工作频率范围宽、稳定性好的特点，具有较高的生产实用价值。关键词：中频电源；频率跟踪；软启动；单片机—9492201004-0052-04中图分类号：TGl55．2文献标识码：B文章编号：1009()1引言变电路输出的中频电能，通过感应线圈施加到负载上，进一行感应加热。按照逆

2、变电路和负载的不同组合，感应加热中频感应电源是种由大功率可控硅元件组成的静止⋯又可分为并联变频电路、串联变频电路、串并联变频电式电源．利用电磁感应原理置工件于交变磁场中产生涡路、倍频式变频电路和时间分割变频电路等，这里设计的流而发热，达到熔炼、淬火、透热等加热要求，具有加热“]中频电源采用的是并联变频电路。速度快、效率高、温度易控制、加热均匀、节能等优点，1所示三相广泛应用于各种加热领域综合考虑．设计的中频电源主电路如图。。常用的晶闸管感应电源经过多电源经晶闸管整流电路变为直流，再经IGBT逆变电路变年的发展已经得到了广泛的应用，但目前应用在工业生产一为频

3、率可调的交流电。逆变电路输出的中频电能，通过感中的中频感应电源存在些缺点，如控制电路可靠性不应线圈施加到负载上，进行感应加热。在负载上测取电高、功率调节有限、启动电路繁琐、功率因数低等。针对该问题，本文提出了晶闸管感应电源新的设计方案，采用—IGBT控制技术PWM，运用频率自动跟踪、高频扫描启动等技术，同时采用80C196MC作为控制芯片，兼顾效益和性能．极大地提高了中频感应加热电源的性能。2中频电源电路设计常用的变频电路可以分为两大类：交一交变频电路和一一交变频电路z的工频交流电交直，前者的特点是将50HA—直接变成频率可调的中频交流电，没有直流中间环节

4、。这B—C—。种变频电路的优点是效率较高。但电路复杂，目前应用极少一直一。交交变频电路的特点是有直流中间环节，通过整流电路先将工频交流电整流成直流电，再通过逆变电路变成频率可调的交流电。具有电路简单，调试方便，运行可靠．效率可达90％以上等优点，该中频感应电源就采用一直一交变频电路交。中频感应电源在电路上主要分为整流和逆变两个部分，经过查阅相关资料和比较分析，整流部分采用晶闸管图1电频电源主电路图[2]∞]为整流器件，逆变部分采用IGBT作为逆变器件，逆收稿日期：2009一11一17研究与压、电流信号，采用电压电流双闭环调节方式，经整流控行有效地控制．控制

5、算法采用增量式PI调节算法_9]。数制器，改变整流电路的触发角，实现调压功能；同时在负字PI控制器结构框图如图2所示。载上检测中频电压、电流过零信号，经80C196MC单片机采用单片机80C196MC作为中频电源控制器的核心，进行自动频率跟踪，并对逆变电路进行控制。采用数字PI调节方式进行调节。PI调节器是一种线性调为了使中频电源能够克服网压波动和负载变化的影节器，根据给定值r(t)与实际输出c(t)构成了调节偏响．采用了硬件电路来实现电压电流的双闭环调节。采样差e()的电压、电流信号经以LM348比较器为核心的闭环控制电路后．输出信号输入至三相可控硅移相

6、e(k2厂一Pl脉冲频率控制卜_’IPWM功放1GBT]l~动卜叫被控对象触发集成电路TC787的移相电压输入端口，作为触发角控制信号：电压过零信号c(k)同时采样的三相同步电压信号经相位比较电流过零信号处理后分别输入至TC787的A、80C196MC单片机B、C相同步电压输入端口：而TC787输出的三相触发脉冲．经图2数字PI控制器结构框图脉冲变压器和光隔、放大后作为整流晶闸管的控制信号加载至控制极。e(t)：r(t)一c(t)(1)逆变控制部分采用80Cl96MC单片机作为核心控制器将比例(P)和积分(I)通过线性组合构成调节器，件]，它是一款高性能而

7、价格低的16位单片机，内嵌捕对被控对象进行控制，故称为PI调节器。其调节规律为：获／LL较模块和PWM模块，能很好完成频率跟踪和逆变控1f△‘P()=[e()1Je(f)dt](2)制等功能。‘I式中：为比例系数；为积分时间常数。在感应加热逆变器控制方式上．选择了谐振软性开关公式(2)经离散化处理后，可得增量式PI调节算法技术．即采用零电压和零电流开关控制．保证IGBT在电表达式：压、电流过零时开通或关断，它优于传统的PWM硬性开△‘P(k)=[e(k)(k-1)]+Ke()](3)关控制方式，具有低噪声、低损耗、低电磁干扰、输出将算法表达式(3)进一步改

8、写为波形中的谐波成分少、可靠性高等特点。但由于感应加△‘p(k)=