【正文】 學(xué)為中心源，從技術(shù)和人事關(guān)系上衍生出浙江、上海、江蘇一帶的感應(yīng)電爐公司，其代表有振吳、四達(dá)、兆力等公司，主導(dǎo)著南方的熔煉爐市場(chǎng)。感應(yīng)加熱的市場(chǎng)發(fā)展前景看好，據(jù)行內(nèi)人士講，西安的幾個(gè)大的感應(yīng)爐公司，在2006年、2007年的年產(chǎn)值均在幾千萬(wàn)至一個(gè)億之間，而且產(chǎn)值逐年度快速遞增。兩臺(tái)爐的功率可自由互補(bǔ)的調(diào)整，整體不超過(guò)電源輸出總功率，也可以同時(shí)將小功率輸出到兩臺(tái)爐體用以保溫。這里特別要說(shuō)明的是“一拖二”變頻電源在國(guó)外主電路有兩種形式：美國(guó)應(yīng)達(dá)、比樂(lè)電爐公司開(kāi)發(fā)的為串聯(lián)諧振的“一拖二”；德國(guó)容克、ABP公司生產(chǎn)的是并聯(lián)諧振的“一拖二”。最近該公司又推出具有自動(dòng)更換感應(yīng)器的柔性曲軸淬火機(jī)，使設(shè)備更便于調(diào)整。(3)美國(guó)Welduction公司前幾年推出半環(huán)鎖相工藝（SemiCycle Phase Locked），其感應(yīng)器是特殊的，不但用于曲軸，并且用于凸輪軸等工件。2 總體方案設(shè)計(jì)思路晶閘管變頻電路可以分為兩大類：交交變頻電路和交直交變頻電路，前者的特點(diǎn)是將50HZ的工頻交流電變?yōu)橐欢l率的中頻交流電，沒(méi)有中間直流環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)主電路采用交直交電流型變頻器，逆變器采用電流型并聯(lián)諧振（8000HZ），控制電路以單片機(jī)為中心，通過(guò)傳感器控制工件的加熱溫度和通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路為整流和逆變的器件進(jìn)行觸發(fā)導(dǎo)通。負(fù)載電路是由感應(yīng)器和電容器組成的并聯(lián)諧振電路對(duì)工件進(jìn)行加熱。本文主要從這兩點(diǎn)分析中頻感應(yīng)電源的工作原理，整流、逆變的工作過(guò)程。 主電路設(shè)計(jì) 整流電路的設(shè)計(jì)整流，就是把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^(guò)程。這種電路還會(huì)導(dǎo)致三相電源的不平衡對(duì)電網(wǎng)波形的影響較大，所以只用在小容量的設(shè)備中。三相半波可控整流電路與單相電路相比較，整流電壓脈動(dòng)又要較小些，而且三相負(fù)載平衡，電路比較簡(jiǎn)單，在一定范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。這種電路在一個(gè)周期的換相次數(shù)比三相半波整流電路多一倍，即換相六次。此外，還有六相整流電路，十二相整流電路等。現(xiàn)對(duì)全控整流橋的工作過(guò)程進(jìn)行分析。三相的線電壓經(jīng)過(guò)倒換，依次在一個(gè)周期內(nèi)六次加在負(fù)載上，形成脈動(dòng)的直流電壓。當(dāng)交流側(cè)接到電網(wǎng)時(shí)為有源逆變電路，當(dāng)交流側(cè)直接和負(fù)載相連時(shí)為無(wú)源逆變。通常需電流源供電，在感應(yīng)加熱中，電流源通常由整流器加一個(gè)大電感構(gòu)成。通常需電壓源供電，在感應(yīng)加熱中，電壓源通常由整流器加一個(gè)大電容構(gòu)成。 并聯(lián)諧振逆變器的輸入電流恒定，輸出電壓近似正弦波，輸出電流為矩形波，換流是在諧振電容器上電壓過(guò)零以前進(jìn)行，負(fù)載電流也總是越前于電壓在換流時(shí)，關(guān)斷的晶閘管受反壓的時(shí)間較長(zhǎng)。至今仍有人在研究并聯(lián)諧振逆變器的起動(dòng)問(wèn)題。但隨著保護(hù)手段的不斷完善以及器件模塊本身也有自帶保護(hù)功能，串聯(lián)諧振逆變器的保護(hù)不再是難題。流過(guò)感應(yīng)線圈上的電流，等于諧振逆變器的輸出電流。而對(duì)并聯(lián)諧振逆變器來(lái)說(shuō)，感應(yīng)加熱線圈應(yīng)盡量靠近電源(特別是補(bǔ)償電容器)，否則功率輸出和效率都會(huì)大幅度降低。單片機(jī)最早是以嵌入式微控制器的面貌出現(xiàn)的。為使整流電路正常工作 ,且能平穩(wěn)調(diào)節(jié)輸出功率 ,要求單片機(jī)能對(duì)晶閘管進(jìn)行準(zhǔn)確觸發(fā)。若沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)壓或過(guò)流的情況，則單片機(jī)仍按原程序進(jìn)行；若出現(xiàn)了過(guò)壓或過(guò)流的情況，單片機(jī)接到信號(hào)以后停止對(duì)整流電路的觸發(fā)，關(guān)斷主電路，同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警電路，提示用戶已出現(xiàn)電壓或電流故障，請(qǐng)采取相關(guān)措施[8]。ATP89C51由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。常用的中頻保護(hù)電路有過(guò)電流保護(hù)電路、過(guò)電壓保護(hù)電路、網(wǎng)側(cè)短路保護(hù)及晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)等。主要包括換相過(guò)電壓和關(guān)斷過(guò)電壓。過(guò)流分為過(guò)載和短路兩種情況。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，電流急劇增大，快速熔斷器馬上熔斷電路斷開(kāi)。4 主電路設(shè)計(jì)主電路由整流電路、逆變電路、負(fù)載三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖。 參數(shù)計(jì)算(1) 功率計(jì)算額定狀態(tài)下不計(jì)諧波損耗時(shí)負(fù)載的輸入功率為: （）假定逆變器的效率為用表示，那么逆變器支流輸入的功率為 （）一般逆變器的效率較高，取= （）得== =(KW) （）（2）電壓計(jì)算 整流輸出直流電壓為V整流側(cè)輸入的交流電壓有效值(相電壓)為 （）其中為整流器晶閘管的移相控制角。（2）限流電抗器經(jīng)驗(yàn)公式 （）其中如果，則 （）取因而 （） 可得 （） （3）負(fù)載補(bǔ)償電容器(a) ，取，補(bǔ)償負(fù)載的無(wú)功功率為，滿足換流須要的無(wú)功功率為 （）電容器應(yīng)提供的全部無(wú)功功率為 （）(b) 保護(hù)電路參數(shù)計(jì)算進(jìn)線阻容吸收保護(hù)的參數(shù)計(jì)算與元件選?。?，按工程計(jì)算，查手冊(cè)而來(lái)，在星形聯(lián)結(jié)的三相電路中， （） （） （）——整流器交流側(cè)輸入線電流有效值（A）——整流器交流側(cè)輸入相電壓有效值（V）——電網(wǎng)那個(gè)頻率——變壓器的空載電流標(biāo)幺值。5 控制電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)設(shè)計(jì)作為控制部分的核心，單片機(jī)的選擇很重要，而且有必要對(duì)它作一定的了解。在計(jì)算機(jī)主導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)并且日益走進(jìn)家庭生活的今天，從家用電器、工業(yè)控制、醫(yī)療儀器到軍事應(yīng)用，到處都有單片機(jī)的存在[5]。他們相繼推出了各種類型的單片機(jī)，其中INTEL公司推出的一種高性能8位單片機(jī)MCS51系列單片機(jī)以優(yōu)越的性能，成熟的技術(shù)和高性價(jià)比迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程領(lǐng)域的主要市場(chǎng)，成為單片機(jī)領(lǐng)域中的主流產(chǎn)品。鍵盤與顯示器是人機(jī)聯(lián)系的接口，鍵盤由10個(gè)數(shù)字鍵和6個(gè)命令鍵組成，供操作者輸入命令和參數(shù)。過(guò)程量通道I/O包括包括模擬量輸入，執(zhí)行信號(hào)和開(kāi)關(guān)量的輸出。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。GND：接地。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。另外，該引腳被略微拉高。：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。2) 振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在閑置模式下，CPU停止工作。ADC0809是廣泛使用的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。并行式轉(zhuǎn)換器速度快，但價(jià)格高。2)量化誤差由A/D轉(zhuǎn)換器的有限分辨率而引起的誤差。1/2LSB；3）第一電源 5V；4）溫度范圍 40℃～+85℃；5）低功耗 15mVW；6）變換時(shí)間 100μS；7）按比例操作，或參考電壓接直流5V，或接可調(diào)的模擬電壓。 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。單片機(jī)的復(fù)位是靠外電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在正常運(yùn)行情況下，只要RST引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復(fù)位，但如果RST引腳上持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。，其值R取為1KΩ , C取為1μF。 看門狗電路設(shè)計(jì)電路中芯片MAX813有以下四種功能；1在微控制器上電、掉電或電壓降低時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)；2獨(dú)立的看門狗輸出端，；4具有低電平手動(dòng)輸入端。3) 200毫秒復(fù)位信號(hào)寬度。 報(bào)警電路設(shè)計(jì)當(dāng)主電路的負(fù)載端出現(xiàn)過(guò)電壓或過(guò)電流的情況時(shí)，單片機(jī)除了停止觸發(fā)脈沖外，還應(yīng)有報(bào)警電路來(lái)提示人們采取相應(yīng)措施。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使電力電子器件工作在較理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小開(kāi)關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要意義。驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)。按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)，可以將電力電子分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型兩類。觸發(fā)信號(hào)通常經(jīng)脈沖變壓器或光電耦合器隔離后，加到晶閘管上。使用脈沖變壓器，可以把脈沖電壓升高或降低，改變脈沖的極性及使阻抗匹配。觸發(fā)脈沖由單片機(jī)AT89C51的INT1端控制，當(dāng)其為低電平時(shí)，光電耦合器有電流輸出，是晶閘管T導(dǎo)通，脈沖變壓器BM得出既有電流流過(guò)，次級(jí)輸出觸發(fā)脈沖，經(jīng)DI后觸發(fā)晶閘管。一般晶閘管導(dǎo)通時(shí)間為6，故觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)有6以上，一般區(qū)2050，對(duì)于電感性負(fù)載，觸發(fā)脈沖寬度還應(yīng)加大，否則在脈沖終止時(shí)，主回路電流還未上升到晶閘管的維持電流以上，則晶閘管又重新關(guān)斷，故脈沖寬度不應(yīng)小于100，一般用到1ms，經(jīng)閘管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，脈沖變壓器鐵芯中的磁通量線性上升，這個(gè)變化磁通也在次級(jí)繞組感應(yīng)出電壓。1)驅(qū)動(dòng)源內(nèi)阻小, 柵極電壓UGE 有足夠陡的前后沿, 使IGBT 的開(kāi)關(guān)損耗盡量小。 IGBT觸發(fā)電路 鍵盤及顯示電路為了能夠方便調(diào)整中頻淬火的工作狀態(tài)，以及了解中頻淬火的工作情況，鍵盤顯示電路是必不可少的一部分。在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤/顯示器放在一起考慮，該系統(tǒng)也是一樣。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件譯碼器實(shí)現(xiàn)并產(chǎn)生按鍵編號(hào)或鍵值的稱編碼鍵盤，如BCD碼鍵盤、ASII碼鍵盤等；靠軟件識(shí)別的稱非編碼鍵盤[19]。但在大多數(shù)情況下，操作人員對(duì)正在運(yùn)行的系統(tǒng)很少會(huì)干預(yù)，且人工鍵入動(dòng)作極慢，所以單片機(jī)對(duì)鍵盤進(jìn)行的都是空掃描，影響單片機(jī)的工作效率； 3）中斷掃描方式：當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，判別鍵盤上閉合鍵的鍵號(hào)，并做相應(yīng)的處理。這是由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定的接通，在斷開(kāi)時(shí)也不會(huì)立即斷開(kāi)。按鍵抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵被誤讀多次，為了確保CPU對(duì)按鍵的一次閉合僅做一次處理，必須去除抖動(dòng)，在按鍵閉合穩(wěn)定時(shí)讀取按鍵的狀態(tài)，并且必須辨別到按鍵釋放穩(wěn)定后再做處理。尤其是LED顯示器，它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)亮。靜態(tài)顯示適合顯示的位數(shù)較少時(shí)，而當(dāng)位數(shù)較多時(shí)，一般采用動(dòng)態(tài)方式。 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)時(shí)通過(guò)以下過(guò)程來(lái)完成的；從被加熱工件輻射出來(lái)的光，經(jīng)過(guò)光電傳感器進(jìn)行光電耦合，產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)；再經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行放大濾波，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器至CPU進(jìn)行數(shù)字處理、標(biāo)度變換，最后輸出并顯示溫度。光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢?jiàn)光轉(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。有些行業(yè)中熱偶保護(hù)管的使用壽命只有短短的半個(gè)月、一個(gè)月。有廠家做過(guò)實(shí)驗(yàn)，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間在極限溫度中用過(guò)的K偶進(jìn)行檢定，發(fā)現(xiàn)其誤差一般多達(dá)20～40℃。 冷卻系統(tǒng)的確定淬火加熱設(shè)備在工作中產(chǎn)生大量的熱量，若不及時(shí)散熱，會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的使用性能和壽命。這種散熱手段要求具有緊湊性，可靠性，高效散熱率，不需要維修等特點(diǎn)。純凈水在新型的空氣冷卻器和高頻加熱設(shè)備內(nèi)閉路循環(huán)，被冷卻系統(tǒng)長(zhǎng)期不結(jié)水垢，不被異物堵塞，冬季在冷卻水中加入防凍劑杜絕了水路被凍壞的故障。冷卻水系統(tǒng)應(yīng)配置分水器、回水箱，以保證設(shè)備的正常供水和回水?；厮涞某鏊芸趶綉?yīng)大一些，以便保證回水暢通。2)水壓的要求a)輸出功率為1O～60kW，～2MPa；b)輸出功率為100～200kW，～3MPa；c)輸出功率為250～500kW ，～6MPa。通過(guò)合理布局，從而使空氣流道暢通，外掠氣體分離點(diǎn)后移，旋渦壓變小，明顯地增強(qiáng)了外側(cè)傳熱效果。這種空氣冷卻器是1次換熱，不同于常規(guī)冷卻水經(jīng)過(guò)板式換熱器進(jìn)行二次水冷。2) 節(jié)電 采用大風(fēng)量、小功率的軸流風(fēng)機(jī)，耗電較低。4)不結(jié)垢 純凈水閉路循環(huán)，水質(zhì)干凈，不結(jié)水垢，無(wú)雜物進(jìn)入，不長(zhǎng)青苔，不會(huì)阻塞管路。7)壽命長(zhǎng) 傳熱管內(nèi)外表面進(jìn)行熱浸鋅處理，起到防腐蝕作用，空氣冷卻器的壽命大大提高。通過(guò)以上的比較我們不難發(fā)現(xiàn)空氣冷卻比水冷卻要更適合生產(chǎn)，因此本設(shè)計(jì)中選用空氣冷卻系統(tǒng)來(lái)冷卻淬火設(shè)備。通常需電流源供電，本設(shè)計(jì)電流源由整流器加一個(gè)大電感構(gòu)成。本設(shè)計(jì)單片機(jī)主要完成對(duì)溫度的控制及顯示、對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的控制、過(guò)零檢測(cè)及過(guò)流過(guò)壓控制等。因本設(shè)計(jì)中單片機(jī)需要接溫度輸出、鍵盤輸入、中斷信號(hào)及10個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)等，所以單片機(jī)的端口不夠用，因此本設(shè)計(jì)擴(kuò)展一個(gè)8155芯片進(jìn)行端口擴(kuò)充。 致 謝此次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于在劉慶瑞老師的指導(dǎo)下完成了。轉(zhuǎn)眼間幾個(gè)月過(guò)去了，在劉慶瑞老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下，我的畢業(yè)論文終于完成了。同時(shí)也對(duì)同組同學(xué)的熱情幫助表示感謝。5 ，1999，16 王振波,，1995 2(6):14～1812 ，2000，10 RD_AD ；送1通道方式/通道數(shù)據(jù)并讀第0通道轉(zhuǎn)換結(jié)果MOVR0,R2 ；轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到數(shù)據(jù)緩沖區(qū),下同INC R0MOV R1,01000000B；4通道方式/通道數(shù)據(jù)ACALL R0MOV RO,R3INC RD_AD ；送