【正文】 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。國(guó)內(nèi)“一拖二”電源的電路結(jié)構(gòu)是建立在逆變串聯(lián)諧振電源的基礎(chǔ)上的，前端電路是可控或不控的三相整流電路；中間是直流電路，由電容進(jìn)行濾波；后端電路由兩個(gè)獨(dú)立的半橋串聯(lián)逆變諧振電路進(jìn)行逆變，輸出兩路輸出頻率和功率可各自調(diào)節(jié)的中頻電壓。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”?！耙煌隙彪娫幢M管市場(chǎng)需求量不大，但很有賣點(diǎn)，是代表感應(yīng)電爐公司電源開(kāi)發(fā)能力的標(biāo)志。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。它首先是功率高、時(shí)間短，工件不轉(zhuǎn)動(dòng)；其次淬火與回火工序在一臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行，稱為SharpC工藝。(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。此外，在冶金工業(yè)，大功率的厚板感應(yīng)加熱裝置等，目前仍依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)應(yīng)該進(jìn)行開(kāi)發(fā)，改變眾多企業(yè)集中、重復(fù)在汽車工業(yè)、機(jī)械行業(yè)這一領(lǐng)域的現(xiàn)狀。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)。交直交變頻電路的特點(diǎn)是有中間直流環(huán)節(jié)，通過(guò)整流電路先將工頻交流電先整流成直流電，再通過(guò)逆變電路將它變成一定頻率的中頻電。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。整流部分將工頻交流電整流成脈動(dòng)的直流電可以通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角來(lái)調(diào)節(jié)直流電壓，從而調(diào)節(jié)負(fù)載電流，并用大的電感來(lái)將直流電流濾成比較平滑的波形。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。當(dāng)頻率接近并聯(lián)電路的諧振頻率時(shí)振蕩電路阻抗很小，發(fā)生諧振，方波在并聯(lián)振蕩電路諧振的作用下波形變得接近正弦波。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。 主電路的設(shè)計(jì)方案確定主電路由整流、濾波、逆變、負(fù)載四部分組成，采用交直交變頻電流諧振電路。 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。整流電路有多種分類方法，按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路；按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。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。三相可控整流電路中，最基本的是三相半波可控整流電路，應(yīng)用最廣泛的是三相橋式全控整流電路。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。所以較大功率的三相整流電路常常采用三相橋式整流電路。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。為三相半波整流電路的一半。此外，還有六相整流電路，十二相整流電路等。綜上所述，三相橋式全控整流電路較其他幾種電路更符合本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求，所以本設(shè)計(jì)采用三相全控整流電路?，F(xiàn)對(duì)全控整流橋的工作過(guò)程進(jìn)行分析。晶閘管在承受正向壓降且有觸發(fā)脈沖的情況下導(dǎo)通，在承受反向壓降的情況下關(guān)斷。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。[14]。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。感應(yīng)加熱電源根據(jù)補(bǔ)償形式分為兩種，并聯(lián)諧振式(電流型)電源和串聯(lián)諧振式(電壓型)電源。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。交替開(kāi)通和關(guān)斷逆變器上的可控器件就可以在逆變器的輸出端獲得交變的方波電流，其電流幅值取決于逆變器的輸入端電流值，頻率取決于器件的開(kāi)關(guān)頻率。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。交替開(kāi)通和關(guān)斷逆變器上的可控器件就可以在逆變器的輸出端獲得交變的方波電壓，其電壓幅值取決于逆變器的輸入端電壓值，頻率取決于器件的開(kāi)關(guān)頻率。 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這就是說(shuō)，兩者都是工作在容性負(fù)載狀態(tài)。在換流時(shí)，關(guān)斷的晶閘管受反壓的時(shí)間較長(zhǎng)。相比之下，串聯(lián)諧振逆變器更適宜于在工作頻率較高的感應(yīng)加熱裝置中使用。至今仍有人在研究并聯(lián)諧振逆變器的起動(dòng)問(wèn)題。而并聯(lián)諧振逆變器晶閘管偶爾丟失觸發(fā)脈沖時(shí)，仍可維持振蕩。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。(5)串聯(lián)諧振逆變器感應(yīng)線圈上的電壓和補(bǔ)償電容器上的電壓，都為諧振逆變器輸出電壓的Q倍。流過(guò)感應(yīng)線圈上的電流，等于諧振逆變器的輸出電流。逆變器器件關(guān)斷時(shí)，將承受較高的正向電壓，器件的電壓參數(shù)要求較高。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。 逆變電路 控制電路的方案確定控制電路關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性，是該產(chǎn)品品質(zhì)好壞的重要憑證，所以控制電路的選擇至關(guān)重要。單片機(jī)最早是以嵌入式微控制器的面貌出現(xiàn)的。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。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)。的點(diǎn)，進(jìn)而判斷等于其它值時(shí)所對(duì)應(yīng)的位置，這就需要一個(gè)過(guò)零檢測(cè)電路，在每一個(gè)輸入電壓等于零的點(diǎn)都給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)，供單片機(jī)判斷使用[7]。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]。這樣，用戶可以通過(guò)顯示器知道當(dāng)前輸出功率的大小，判斷是否有必要調(diào)節(jié)，如有需要，通過(guò)鍵盤就能方便進(jìn)行，使得該產(chǎn)品更加人性化。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。 保護(hù)電路的選擇中頻電源起動(dòng)、運(yùn)行過(guò)程中, 由于負(fù)載短路、逆變電路換流失敗等原因易造成三相全控橋經(jīng)直流平波電抗器短路,此短路電流既流經(jīng)整流電路也經(jīng)逆變電路,對(duì)整流、逆變部分的晶閘管形成威脅,為使中頻電源可靠運(yùn)行, 還必須使電流、電壓準(zhǔn)確地限定在允許值上。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。外因過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊或者是系統(tǒng)中的操作過(guò)程等外部原因，主要包括：操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓。主要包括換相過(guò)電壓和關(guān)斷過(guò)電壓。一般采用無(wú)感電阻。過(guò)流分為過(guò)載和短路兩種情況。過(guò)電流保護(hù)的任務(wù),就是當(dāng)電路一旦出現(xiàn)過(guò)電流,能在元件未燒毀之前,、直流快速斷路器和過(guò)電流繼電器是較常用的措施。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)。水冷系統(tǒng)主要由多路進(jìn)出水管組成，分布在系統(tǒng)的各個(gè)部分，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行散熱。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。 主電路參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用三相全控橋式整流電路，它的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍大而移相控制角的變化范圍小，有利于系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，輸出電壓的脈動(dòng)頻率較高可以減輕直流濾波環(huán)節(jié)的負(fù)擔(dān)。 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) 整流器晶閘管VT（a）額定電流按照三相橋式整流電路與之間的計(jì)算公式有 （）其中是考慮過(guò)載等的安全系數(shù)，取= 代入（）得 （）（b）電壓計(jì)算 三相橋式整流電路中晶閘管的耐壓指標(biāo)是按下式計(jì)算的 （）其中為安全系數(shù)，一般取，這里取，代入（）得 （）實(shí)際選取整流晶閘管KP500 A。（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)算與元件選取： ，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。將=，=177V, =50HZ代入得=10000=() （）==（） （）== (w) （）電容器的耐壓值應(yīng)大于=（V） （）實(shí)選電容器C：10,500V實(shí)選電阻器R：7，30W系統(tǒng)過(guò)流保護(hù)快速熔斷器保護(hù) 熔體的額定電流為 （）為安全裕量，為系統(tǒng)過(guò)載倍數(shù)，取=，= 代入= （） AVT，VD的換相過(guò)電壓阻容吸收保護(hù)整流側(cè)晶閘管的換相過(guò)電壓阻容吸收保護(hù)按工程計(jì)算方法，查手冊(cè)有 （） （V） （）（） （）(W) （）其中為晶閘管的額定電流，是整流輸出電壓的平均值，代入，則 （） （） （）取 （）實(shí)選， ，逆變側(cè)晶閘管的過(guò)電壓阻容保護(hù)吸收R，C 由于整流側(cè)和逆變側(cè)有相同的額定電流，所以也取==。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。單片機(jī)最早是以嵌入式微控制器(EmbeddedMicrocontroller)的面貌出現(xiàn)的。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]。德國(guó)的SIEMES公司。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?？刂齐娐酚蒑CS51單片機(jī)、過(guò)零檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)理電路、時(shí)鐘電路、A/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤顯示器組成。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)。四片顯示器用來(lái)顯示溫度，三個(gè)LED燈用來(lái)指示啟動(dòng)、加溫、冷卻、結(jié)束。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。 芯片的功能引腳介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。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。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。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。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。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。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3口：P3口管