微波干燥i说明书

1、0小型滚筒式电磁干燥机的电路研究设计摘 要小型滚筒式干燥机是一种能够处理大量物料干燥的干燥机 ,由于运转可靠、操作弹性大、适应性强、处理能力大，广泛应用于冶金、建材、轻工、市政等部门，转筒干燥器还可用于粮食干燥，可用于粉粒状、片状、块状物料的干燥。按照被干燥物料的加热方式，可将目前的滚筒干燥器分为五种类型，即直接加热式干燥器、间接加热式干燥器、复合加热式干燥器、蒸汽锻烧干燥器、喷浆造粒干燥器。由于近年来电磁加热技术的高效、无污染的特点，引起了越来越多的人的重视，故次设计采用了新型的电磁加热的方式进行加热。对干燥机的历史，及电磁加热方式的工作原理进行探究，提出基本的电磁加热电路的方案，对电磁加热

2、电路的工作过程进行分析、说明。并对主的电路的主要元件进行参数的计算，并根据实验数据计算传动功率以及对主电路的 LC 振荡进行了仿真模拟。关键词：干燥机，滚筒式，电磁加热，IGBT农业工程学院毕业设计说明书1SMALL ROTARY ELECTROMAGNETIC DRYER STUDY DESIGN OF CIRCUITABSTRACTSmall drum dryer is a kind of capable of handling a large amount of material drying dryer, with reliable operation, large elasticit

3、y of operation, strong adaptability, large capacity, widely used in metallurgy, building materials, light industry, municipal departments, drum dryer can also be used to dry grain, can be used for powder and granular dry, flaky, block material.According to the heating mode was dry material, the drum

4、 dryer can be divided into five types, namely, direct heating type dryer, indirect heating type dryer, heating composite type dryer, steam calcine dryer, spray granulation dryer. Due to electromagnetic heating technology in recent years, efficient and pollution-free characteristics, has attracted mo

5、re and more peoples attention, so the design adopted a new type of electromagnetic heating manner.On the history of the dryer and the working principle of electromagnetic heating mode, puts forward basic solution of electromagnetic heating circuit, analyzes the working process of the electromagnetic

6、 heating circuit, description.KEY WORDS:dring machine,electromagnetic heating,dryer drum,IGBT目 录农业工程学院毕业设计说明书2第一章 绪论.41.1 干燥机的发展及简介.41.2 滚筒式电磁干燥机.5第二章 电磁加热技术在我国的发展.72.1 电磁加热技术的介绍.72.2 电磁加热技术的基本原理.8第三章 电磁加热电路的设计与分析.113.1 主回路.113.2 同步振荡电路.143.2.1 串联同步振荡电路.153.2.2 并联同步振荡电路.163.3 IGBT 驱动脉宽调整及激励电路的工作原理 .

7、173.3.1 上下对管加电压比较器组成的电路.183.3.2 复合对管加电压比较器组成的电路.203.4 PWM 脉宽控制电路.213.4.1 电阻加电容组成的 PWM 脉宽控制电路 .223.4.2 三极管式 PWM 脉宽控制电路.233.5 IGBT 的 VCE 检测电路 .243.6 VAC 电网电压检测电路的工作 .253.6.1 二极管+电阻+电容组成的 VAC 检测电路.263.6.2 三极管式 VAC 检测电路 .273.7 CUR 电流检测电路的工作原理.273.8 检锅与加热开关电路.293.9 浪涌检测电路的工作.303.10 温度检测电路的工作.313.10.1 锅底温

8、度检测电路.323.10.2 IGBT 温度检测电路 .333.11 风扇/蜂鸣器驱动电路.34第四章 电磁加热电路的参数选择.364.1 本设计系统的工作过程.364.2 滤波电容和滤波电感（扼流圈）电路的设计.36农业工程学院毕业设计说明书34.3 主电路参数选择.404.4 传动功率计算.43第五章 电磁加热电路的软件设计.455.1 电磁加热电路内置 CPU 的设置.455.2 主程序设计.46第六章 电路仿真.486.1 经典主电路的仿真.486.2 硬件模型仿真.49第七章 总结.53参考文献.54感谢.56附录.57第一章绪论农业工程学院毕业设计说明书4干燥是许多农产物料及食物长

9、期保藏的一种经济有效的方法，同时它是一种重要的加工工艺。传统的热风干燥虽然简单，成本低，但对产品的品质有严重的影响，如表面硬化、溶质散失等，特别是干燥农产品、食品主生物制品。干燥技术旨在防止高湿霉变且保证物料烘后品质的前提下，提高物料干燥机的降水速率、使用效率及干燥的时限，提高稻谷干燥机的经济和社会效益。1.1 干燥机的发展及简介干燥机是一种利用热能降低物料水分的机械设备，用于对物体进行干燥操作。 干燥机通过加热使物料中的湿分(一般指水分或其他可挥发性液体成分)汽化逸出，以获得规定湿含量的固体物料。干燥的目的是为了物料使用或进一步加工的需要。如木材在制作木模、木器前的干燥可以防止制品变形，陶瓷

10、坯料在煅烧前的干燥可以防止成品龟裂。另外干燥后的物料也便于运输和贮存，如将收获的粮食干燥到一定湿含量以下，以防霉变。由于自然干燥远不能满足生产发展的需要，各种机械化干燥机越来越广泛地得到应用。19 世纪中叶，洞道式干燥机的使用，标志着干燥机由间歇操作向连续操作的方向发展。回转圆筒干燥机则较好地实现了颗粒物料的搅动，干燥能力和强度得以提高。20 世纪初期，乳品生产开始应用喷雾干燥机，为大规模干燥液态物料提供了有力的工具。40 年代开始，随着流化技术的发展，高强度、高生产率的沸腾床和气流式干燥机相继出现。而冷冻升华、辐射和介电式干燥机则为满足特殊要求提供了新的手段。60 年代开始发展了远红外、微波

11、和电磁干燥机。按湿物料的运动方式，干燥机可分为固定床式、搅动式、喷雾式和组合式；按结构，干燥机可分为厢式干燥机、输送机式干燥机、滚筒式干燥机、立式干燥机、机械搅拌式干燥机、回转式干燥机、流化床式干燥机、气流式干燥机、振动式干燥机、喷雾式干燥机以及组合式干燥机等多种。干燥机的发展要重视节能和能量的综合利用，如采用各种联合加热方式，开发太能能干燥机等；还要发展干燥机的自动控制技术、以保证最优操作条件的实现；另外，随着人类对环保的重视，改进干燥机的环境保护措施以减少粉尘和废气的外泄等，也将是需要深入研究的方向。由于设备质量、配套元件及基础研究等方面还需要进一步提高，目前常规干燥仍然是主要的干燥形式。

12、每一种干燥机农业工程学院毕业设计说明书5都有各自的优点和适用范围，所以联合干燥将是未来发展的趋势。与发达国家相比，国内产品在质量及技术水平上还存在一定差距。因此我车干燥设备制造企业必须不断借鉴国际先进技术，结合实际使用经验，探索新工艺，开发新技术，拿出新产品去参与国际竞争，向大型化、高强度、高经济性的趋势不断发展。1.2 滚筒式电磁干燥机以上介绍了干燥机的发展历程及未来的发展趋势，而本课题将针对滚筒式电磁干燥机进行简要的介绍。工作时，滚筒回转，滚筒底部的物料被抄起，随着滚筒的回转，物料渐渐撒落，落下后继续受到高温的干燥，使物料中的水分被蒸发出来。当需要卸下物料时，在电机的驱动下，滚筒倾斜，滚筒

13、内的种子从端口流出，由于滚筒内部光滑，无缝隙，无死角，保证了卸料方便、快速、彻底。滚筒式结构卸料实现半自动化，干燥速度快，物料装卸方便，安全可靠。滚筒式干燥机广泛用于建材，冶金、化工、水泥工业烘干矿渣石灰石、煤粉、矿渣、粘土等物料。该机主要由回转体、扬料板，传动装置，支撑装置及密封圈等部件组成，具有结构合理，制作精良，产量高，能耗低，运转方便等优点。同时也可用于其他物料烘干，该机扬料板分布及角度设计合理，性能可靠，因而热能利用率高，干燥均匀，清理物料次数少，适用维修方便等特点，故得到了普遍的采用。按加热方式， 干燥机分为对流式、传导式、辐射式、介电式、电磁式等类型。对流式干燥机，是利用热的干燥

14、介质与湿物料直接接触，以对流方式传递热量，并将生成的蒸汽带走；传导式干燥机，它利用传导方式由热源通过金属间壁向湿物料传递热量，生成的湿分蒸汽可用减压抽吸、通入少量吹扫气或在单独设置的低温冷凝器表面冷凝等方法移去；介电式空气干燥器是利用高频电场作用，使湿物料内部发生热效应进行干燥；电磁式主是是利用热传导方式，利用电磁感应在导体内产生涡流发热来达到加热物料的电加热方式，这种加热方式，清洁、高效、无污染，越来越受到人们的青莱。本文主要开展对滚筒式电磁干燥机电路的研究和设计。国内外生产厂家广泛采用的仍然是传统的电加热、热油和蒸汽加热进行干燥。在生产过程中，传统的农业工程学院毕业设计说明书6加热方法暴露

15、出诸多的不足，干燥效率低、能源利用率低和污染环境等。随着能源紧缺现象的加剧以及人们环保意识的增强，各个工业部门都在开发节能高效的新型设备。因此，从根本上改变由电加热、热油和过热蒸汽作为加热介质的加热方式，寻找一种简单方便又无污染的代替方案是亟待解决的问题。电磁式感应加热方案是一种合适的加热方式，具有热效率高，清洁无污染等特点。电磁传感加热技术在国内近年发展迅猛，与以前传统加热相比，在环境节能，使用年限，安全可靠性诸方面都有着比较明显的优势。但由于生产企业自身的很多原因，但还没有做到多行业普及，没有被大多数中小消费群体认同，还是局限在几个邻域。如果生产生活中能广泛应用，它将为国家的环境保护和能源

16、的可持续利用发展带来巨大的经济和社会效益。第二章 电磁加热技术在我国的发展 2.1 电磁加热技术的介绍电磁感应加热技术原理，是利用高频交变电流通过线圈产生交变磁场，当交变磁场内有被加热的金属材料是，会在金属材料内部产生涡流，涡流使金属内部铁质体原子相互摩擦，碰撞，使金属本身发热，热效率可高达 90%95%。如果在被加热体的表面做保温措施，其热能转换效果更理想。电磁传感加热在国内近年发展，通过对市场调查，在以下领域都有所应用，家用小功率电器，商用电磁热水器，电磁炉，塑料橡胶，建材，冶金，医药化工，干燥蓬松叶片等领域。虽然发展形式一片大好，但是真正有能力生产性能稳定、客户长期认可的电磁加热设备厂家

17、聊聊无几，大部分技术都是仿制或者沿用家用农业工程学院毕业设计说明书7电磁技术，故障率高，设备不稳定返修率居高不下，对市场良性发展阻碍很大。影响产品不良的主因，集中在以下一些方面：1、关键器件依赖进口较多。2、因应用环境差、器件耐久性、负载变化大而经常会损坏控制电路而出现可靠性不高。3、市场上有自主研发技术的电磁机芯厂家很有限，技术受制于人，工作频率及线圈规格都受制于人。另外，很多电磁产品研发出样机很短时间试用就推向市场，引起故障率高。4、成套设备售价较高。相对传统的电热管加热设备来讲，设备成本提高显著。相对一次投入价格也明显高于传统设备，而没有广泛被私营业主接受。5、器件质量好坏不一。6、正规

18、的企业有完善的生产步骤，小企业常用无焊接培训的工人手工焊接，出场检测标准、检验工艺缺失或不足，没有老化试验，紧紧简单测试通过即可。在我国，电磁感应加热技术近年来的进展无论是设备制造加工还是核心技术创新均有长足进步，原来大量依赖进口的设备和主要器件逐步被国产品取代，打破了核心技术一直由国外垄断的状况。目前正逢电磁加热的发展的最佳时机，有政府的支持和推动。电磁感应加热技术完全可以大展拳脚。现在的电磁感应加热技术可以与当前的纳米技术相结合，用在医疗上，已经有治疗关节、骨骼方面的设备。随着我国工业技术的发展和市场对电磁技术的更深入的研究，它必将会对我们的生产、生活很多方面产生深远而积极的影响。它将为国

19、家乃至全世界范围内的环境保护和能源的可持续利用发展带来巨大的经济效益和社会效益。电磁感应加热技术近年来在国内的发展可谓迅猛，国内可替代的产品越来越多。但应该注意快速发展衍生出来的周边问题：正视我们与国际同行业农业工程学院毕业设计说明书8技术的优劣，应该多动参与，各领域的技术集中交流，拉近与国外的技术差距；不断完善感应加热领域技术规范，我国这方面的标准较少，而且不全，大多数企业都要借鉴国外的标准。注意了这些问题，将更有助于电磁感应加热技术真正的，更好的发展。2.2 电磁加热技术的基本原理电磁感应加热就是利用电磁感应物理现象对金属物件进行加热。主要是是利用电磁感应在导体内部产生的涡流发热来达到加热

20、工件的电加热，它是依靠感应器通过电磁感应把电能传递给被加热的金属，电能在金属内部转变为热能，达到加热金属的目的。感应加热简单的说，就是当线圈中通过交替变化的电流的时候线圈周围会产生磁场，当有导体放入这个交替变化的磁场中的时候，由于法拉第电磁感应定律，在导体的表面会产生感应电流，电流不规则的碰撞金属物体，从而产生热量。电磁感应、集肤效应和热量传输是电磁感应加热的三个基本的要素。感应加热原理与变压器类似可以简单表示为如下所示：图 2-1 电磁加热等效电路图当匝数为 N1 的感应线圈上通以交变的电流 I1 时，线圈内部会产生相同频率的交变磁通，交变磁通又会在金属工件上产生感应电压 E，因此在导体表面

21、就会产生感应电流（涡流）I2。根据麦克斯维电磁方程式，感应电动势的大小为：农业工程学院毕业设计说明书9 (2-1)2dENdt 感应电势 E 在工件中产生感应电流 I2，I2 与感应电动势 E 成正比。感应电流I2 使工件加热，其频率与感应线圈通过一电流频率相同，I2 使工件内部开始加热，根据焦耳楞次定律得，其焦耳热为： (2-2)22QCI Rt0.24I Rt由上式可以看出，发出热量的大小与电流的平方成正比，在负载一定的情况下，感应电流 I 越大，产生的热量越大。而感应电流的大小，与感应线圈中磁通的变化有关，磁通量的变化是因为发热励磁线圈中有高频交变的电流，因而可以通过增大励磁线圈中的电流

22、，使得感应电流增大。另外，一定条件下提高感应线圈中电流的工作频率也可以提高负载锅具中的感应电流，从而使负载发热效果更好，加热速度更快。感应涡流的大小同时也与金属工件的形状、截面大小、工件材料的导电率、导磁率及透入深度等因素有关。农业工程学院毕业设计说明书10第三章 电磁加热电路的设计与分析电磁加热模型类似于电磁炉加热电路，接下来我就以电磁炉电热电路为例具以分析电磁加热电路。两者的原理是一样的，都是利用 LC 振荡电路让线圈发热，继而加热负载。因 LC 振荡电路通过 IGBT 的高频开关而振荡，从而在 L 线盘形成高频变化的电流，变化的电流又使得 L 线盘上方形成变化的磁场。因此，LC振荡电路是

23、电能转换为电磁能的实现部分，也是电磁炉的名称由来。3.1 主回路所有电磁炉的主回路都基本相同，区别仅在于是否单独设置快速恢复二极管、IGBT 管的数量。这里为便于理解分为原始型的主回路、经典型的主回路、双IGBT 的主回路。（1）原始型主回路(见图 3-1)农业工程学院毕业设计说明书11图 3-1 原始型主回路的电路图图 3-2 IGBT 的 G 极驱动脉冲图 3-1 是原始型主回路的电路图，线盘 L1 接于 OUT1、OUT2 两个输出口之间，与高频谐振电容 C3 并联，组成并联 LC 振荡电路。D11 是快速恢复二极管，IGBT 的 G 极输入 18V 的驱动脉冲。IGBT 受 G 极驱动

24、脉冲的控制而高频开关动作，驱动 L1、C3 进行 LC 振荡，产生 1540KHz 的高频脉冲，在线盘 L1 上形成高频变化的电流，变化的电流流经线盘 L1 而产生变化的电磁波。下面根据图 32 中 IGBT 的 G 极驱动脉冲的变化分析电磁加热电路工作过程。t1t2时间：IGBT 的 G 极脉冲为高电平，IGBT 饱和导通，电流 i1从 300V 电源流过线盘 L1，电能转换为磁能存储在线盘上。由于线盘 L1 属于电感性器件，它的感抗特性不允许电流突变，所以在 t1t2时间，i1线性上升，在 t2时间脉冲结束，IGBT 截止。t2t3时间：因 IGBT 的 G 极为低电平而截止，同样由于感抗

25、作用，i1不能立农业工程学院毕业设计说明书12即变为 0，于是，线盘 L1 上的电流向电容 C3充电，产生充电电流 i2，到 t3时间，C3电荷充满，i2电流变为 0，这时 L1 的磁场能全部转换为 C3的电场能量，在 C3两端出现左负右正、幅度达到峰值的电压，在 IGBT 的 CE 极间出现的电压实际为逆程脉冲峰压+电源电压。t3t4时间：电容 C3开始通过线盘 L1 放电形成负向的电流 i3，在电流 i3最大时 C3电容两端的电压消失，这时电容中的电能又全部转为 L1 中的磁场，因感抗作用，i3不能立即变为 0，于是，L1两端产生电动势反向（左正右负） ，由于快速恢复二极管 D11的存在，

26、C3不能继续反向充电，而是经过 C2、D11回流，形成电流 i4。t 4t5时间：在 t4时间，第二个驱动脉冲开始到来，但这时 IGBT 的 E 极为正压，C 极为负压，处于反偏状态，所以，IGBT 不能导通，i4减小到 0，L1 中的磁能放完，即到 t5时 IGBT 才开始经二次导通，产生电流 is。产生 is以后，又重复 i1i4过程，因此在 L1 上就产生了和驱动脉冲相同的交流电流。其中 t3t4时间的 i3是逆程峰压通过 L1放电的电流，t4t5阶段的 i4是 L1两端电动势反向时，因 D11的存在不能继续反向充电，而经 C2、D11 回流形成的阻尼电流，因此 IGBT 的导通电流实际

27、上是 i1。（2）经典主电路(见图 3-3)图 33 经典型的主电路农业工程学院毕业设计说明书13图 33 是经典型的主回路。这个电路与图 3-1 比较，快速恢复二极管内置于IGBT 内。受驱动脉冲的作用，IGBT 工作在高频开关（导通/截止）状态，激励线盘 L1和高频谐振电容 C15进行 LC 并联振荡。在 IGBT 导通期间，使+300V 经线盘 LIGBT 的 c 极、e 极地构成回路，线盘经的电流，将电能转换为磁能；在 IGBT 截止期间，线盘存储的能量向 C15充电，当 C15电荷充满后，C15则反向对盘放电，从而形成 LC 振荡，在线盘上方形成磁场，穿过铁质锅底，形成涡流，锅底自身

28、发热对蓬松叶片进行加热。待机状态下，IGBT 因截止其 C 极等于 300V 直流供电电源。开机加热状态下，在 IGBT 导通期间其 C 极电压接近地电位，在 IGBT 截止期间，受 LC 振荡脉冲的影响，IGBT 的 C 极电压前阶段时间为负压，后阶段时间出现峰值电压，最高可达 1150V 左右。(3) 双 IGBT 的 LC 振荡电路(见图 3-4)图 3-4 双 IGBT 的主电路图 34 是双 IGBT 的主回路，顾名思义是设置有两个 IGBT，共同驱动线盘L2 及并联的电容 C15，进行 LC 振荡，目的是增大电路的输出功率，因此，这种电路多见于功率较大的电磁加热电路。3.2 同步振

29、荡电路因振荡电路工作与否，直接取决于同步电路的工作状态。振荡电路用于产生驱动脉冲，也就是俗称的加热脉冲，因此，可以将振荡电路理解为加热脉冲的产农业工程学院毕业设计说明书14生地。振荡电路所产生驱动脉冲的宽度决定电磁炉的加热功率，因此，振荡电路也是电磁加热功率控制的核心，同时还是检锅信号必经之地。同步电路，就是产生同步信号的电路，这个同步信号相对 IGBT 的 C 极脉冲而言的，就是 IGBT 极电压最低的检测信号，也是最佳的 IGBT 开通时机。同步电路准确的监视主回路的工作状态，监视结果用于控制振荡电路的工作，以禁止振荡电路在主回路的 IGBT 有反峰脉冲期间工作，导致 IGBT 受高电压大

30、电流双重作用而击穿。多数电磁加热电路的同步信号作为主回路的脉冲反馈信号，是检载负荷信号的条件之一。3.2.1 串联同步振荡电路图 3-5 是串联式同步振荡电路，U2A 负责同步控制。C11是振荡电容，与U2A 同步输出端脚串联。R31是振荡电阻，D16是振荡二极管。此电路的输入信号是线盘 L1两端的谐振波形，输出的信号是 VOUT振荡锯齿波,电路图见(图 3-5)。图 3-5 串联同步振荡电路线盘 L1左端电压经 R23与 R26分压形成 V-，线盘右端电压经 R24+R27与R28+R29分压形成 V+。通电待机状态下，因 IGBT 截止，线盘两端电压均为 300V供电值，V-和 V+的电压

31、值分别为静态值 3.98V 和 4.1V，U2A 比较器属于正向输农业工程学院毕业设计说明书15入而截止，其脚输出高电平。同步电路准确监视主回路工作状态。当 IGBT1的 C 极电压下降到接近于 0V时，线盘 L1中的电流减小。在 LC 高频振荡的一个周期里，开始的时间内，设为 t1t2 内，由于高频振荡电容 C3 两端的电压是左负右正，所以 V+大于 V-，U2A 截止，其 2 脚 VOUT 输出 5V 高电平。3.2.2 并联同步振荡电路并联式同步振荡电路的特点是：振荡电容一端接地，另一端接同步出端。以IC2A（LM339）为中心组成同步电路，以 IC2B（LM339）为中心组成振荡电路，

32、C5 是振荡电容，电路图见图 3-6。图 3-6 并联同步振荡电路农业工程学院毕业设计说明书16同步电路的工作 线盘 L1左端的电压经上拉电阻 R78、下拉电阻 R51分压产生 V7；线盘右端电压经上拉电阻 R74+R75、下拉电阻 R52分压产生 V6。当电磁炉通电后，因 IGBT 尚未导通，V7、V6的静态电压分别是 0.75V、0.65V，比较器IC2A 属于正向输入而截止，输出端 V1脚为 5V 高电平。振荡电路的工作当 G 点有 PWM 电压时，当 V4V5时，IC2B 为反向输入而导通，V2输出 0V 低电平，V5等于 D12与 D13的顺向压降；而当 V4V5期间，IC2B 为正

33、向输入而截止，V2转为输出+5V 通过 R56、R54向 C5充电。当 C5充电至使 V4V5，V2再次转为输出 0V 低电平，V5再次降至 D12与 D13的顺向压降，而 V4则由 C5经 R54、R29放电。当 V4放电至V5时，重复前面步骤，周而复始形成振荡，V4上端形成锯齿波，与 V5的 PWM 电压比较，在 V2端形成脉冲（其脉宽与 PWM 电压成正比例） ，作为驱动脉冲。用户设定的功率高，输入的 PWM 电压高、V2处于 5V 输出时间越长，电磁炉的加热功率越大，反之相反。3.3 IGBT 驱动脉宽调整及激励电路的工作原理IGBT 驱动脉冲调整及激励电路，又称 IGBT 驱动电路，

34、或 IGBT 激励电路，是加热和检测负载的重要电路之一，负责对驱动脉冲和试探脉冲的电压放大。同步振荡电路形成的驱动脉冲幅度一般在 45V，此电压不能直接控制 IGBT 的饱和导通和截止，所以，必须通过 IGBT 激励电路将此信号放大到 18V 及以上才行。驱动脉冲调整及 IGBT 激励电路肯定位于主板上。根据 IGBT 激励电路的方式分为：集成电路方式和分立件方式两种。分立件式 IGBT 激励电路的器件，包括直插式小型 PNP 型和 NPN 型串联的上下对管、小阻值大功率的隔离电阻、稳压值 18V 的保护二极管。这些器件相邻、相接，介于 IGBT 散热板与 LM339 比较器之间。集成电路式

35、IGBT 激励电路的器件，主板上唯一的、单列脚、8316 系列直插式集成电路，肯定是 IGBT 驱动集成电路，这个集成电路附近的电阻是输农业工程学院毕业设计说明书17出和输入电阻，其中两个阻值较小体积较大的电阻是输出电阻。接下来介绍两种形式的 IGBT 驱动脉冲调整电路。3.3.1 上下对管加电压比较器组成的电路如图 37 所示，U2D 电压比较器负责驱动脉冲调整，通过比较“+” 、“”极输入端的电压高低，在输出端形成驱动脉冲。Q3、Q4 组成的互补推挽放大器，及负责驱动脉冲的电压放大。图 3-7 上下对管+电压比较器式 IGBT 激励电路农业工程学院毕业设计说明书18图 3-8 IGBT 激

36、励电路的工作原理图 3-7 是 IGBT 激励电路工作的波形图。VINI 是同步振荡电路产生的同步锯齿波形，VIN2 是 CPU 输出的 PWM 脉宽调制信号经整流滤波的直流电压。U2D对 VIN1、VIN2 进行电压比较，在 t2t3 时间内，VIN2VIN1，U2D 正向输入而截止，VOUT 输出高电平；在 t3t5 时间内，VINIVIN2，U2D 反相输入而导通，VOUT 输出低电平。周而复始，VOUT 形成约 4V 的驱动脉冲，经 Q3、Q4 放大后，将幅度提高 16V 后，送 IGBT 的 G 极，控制 IGBT 饱和导通和截止轮流进行，从而激励主回路工作，电磁加热电路开始加热。从

37、图 3-8 中可以看出，VIN2 电压越高，VOUT 形成的驱动脉冲宽度越宽，IGBT 的 G 极脉冲越高，IGBT 导通时间越长，电磁加热电路的输出功率越大，反之相反。ZD1 用过压保护，使 IGBT 的 G 极驱动脉冲幅度不超过 16V，以避免 IGBT因 G 极电压过高而击穿。R5是隔离电阻，阻值相对小、功率相对大（为 4.7，功率为 1W） ，用于过流保护。当 IGBT 的 G 极电流过大时，会将 R5 烧断，切断 IGBT 的 G 极回路，防止 IGBT 因过流而损坏。R42 是上下对管的基极上拉电阻，C16 是振荡电容。R6 是 IGBT 的 G 极下拉农业工程学院毕业设计说明书1

38、9电阻。注意：这种 IGBT 激励电路故障率很高。Q3、Q4 击穿或漏电、16V 供电电压低，均会造成 IGBT 击穿。R5 开路或阻值变大会试探脉冲走向，引起报警无负载或报警内部电路故障。3.3.2 复合对管加电压比较器组成的电路下图为此次设计用的电磁加热电路的 IGBT 驱动脉冲调整及激励电路。IC2D电压比较器负责驱动脉冲调整。Q8-Q10、Q3 组成的 IGBT 激励电路。Q9、Q10组成一个复合式三极管，作为对管的上管，目的是提高工作电流，见图 3-9。图 3-9 复合对管+电压比较器式 IGBT 激励电路振荡电路输出的 V8 驱动脉冲幅度约 4.1V，送电压比较器 IC2D 的脚。

39、22V 电压经、R13分压形成 V9（约 3.17V）送 IC2D 的脚作基准电压。11R在 V8=0V 期间，低于脚的基准电压 3.17V，IC2D 比较器为正相输入而截止，V10 输出高电平，Q8 和 Q3 导通，Q9 和 Q10 截止，IGBT 的 G 极为0V，IGBT 截止。在 V8 为 4.1V 高电平期间，V8V9，IC2D 反向输入而导通，V10 输出 0V低电平，Q8 和 Q3 截止，Q9 和 Q10 导通，+22V 通过 R71、Q10 加到 IGBT 的 G极，IGBT 饱和导通。注意事项：Q3、Q10、Q9 激励管击穿或漏电会造成 IGBT 损坏。反过来，农业工程学院毕

40、业设计说明书20IGBT 全击穿的瞬间其 C 极高压又会通过 G 极将 Q3、Q10、Q9 击穿，将 22V 电压拉低，而 22V 电压低，又会导致激励电路输出的驱动脉冲不足，再次击穿IGBT，因此，遇有 IGBT 击穿时，一定要检查激励管是否损坏，同时查明上述器件损坏是否有深层次的原因，如同步电路、VCE 检测电路是否正常。技巧：R18 阻值变大，或 Q3、Q8 放大倍数不足，会造成激励电路输出的脉冲幅度低，虽然能保证 IGBT 导通/截止轮流变换，但不能保证 IGBT 处于饱和导通状态，导致导通 IGBT 自身能量消耗大而快速升温，引起电路加热一段时间后，停机报警 IGBT 过热。3.4

41、PWM 脉宽控制电路PWM 是Pulse-Width Modulation 的缩写，译为脉宽调制。直流斩波电路实际上采用的就是 PWM 技术。这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。改变脉冲的占空比就是对脉冲宽度进行调制，只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，因此脉冲既是等幅的，也是等宽的，仅仅是对脉冲的占空比进行控制，这是 PWM控制中最为简单的一种情况。PWM 控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是 PWM 型逆变电路。可以说PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才发展得比

42、较成熟，从而确定了它在电力电子技术中的重要地位。近看来，PWM 技术在整流电路中也开始应用，并显示了突出的优越性。PWM 是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而控制要求的一种电压调整方法。在 PWM 驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，PWM 又被称为“开关驱动装置” 。如控制电机转速时，在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少，只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控

43、制。其原理：用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波 N 等分，看成 N 个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不农业工程学院毕业设计说明书21等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。如果把上述的脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，得到的脉冲序列就是 PWM 波形。可以看出，各脉冲的幅值相等，而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的，对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到 PWM 波形。像这种脉冲的宽度按正弦规

44、律变化而和正弦波等效的 PWM 波形，也称 SPWM（Sinusoidal PWM）波形。要改变等效输出的正弦波幅值，只需按同一比例改变各脉冲宽度即可。3.4.1 电阻加电容组成的 PWM 脉宽控制电路图 3-10 电阻+电容组成的 PWM 脉宽控制电路图 3-10 是电阻+电容构成的 PWM 脉宽调制电路。CPU 输出的 PWM 脉宽调制的脉冲，经 R50、C3和 C9进行一级积分，形成不稳定直流电压 VB。VB 再经R40和 R25二极积分，变为平滑的 VC 直流电压，送 LM339 比较器的脚作为驱动脉冲宽度电压，电脚的振荡锯齿波比较后，在脚形成脉宽与脚直流电压农业工程学院毕业设计说明书

45、22成正比例的驱动脉冲，作为电磁电路的加热脉冲。当设定的功率高时，CPU 输出的 PWM 脉宽大，C3充电时间长、放电时间短，形成的 VB 和 VC 直流电压高使 LM339脚电压值大，高于脚的振荡振齿波幅度的时间长，内比较器截止时间长，脚输出的驱动脉冲宽，电磁炉的输出功率14大。反之相反。R32、R44 是 PWM 脉宽调整电路的上拉电阻，决定 PWM 的基础直流电压值，也就是脉冲驱动调整器 LM339 的脚 PWM 基础电压值，决定电磁电路的基础输出功率。3.4.2 三极管式 PWM 脉宽控制电路图 3-11 是电磁电路的 PWM 的脉宽控制电路，这个电路还有检测负载的信号的传输作用。图

46、3-11 三极管式 PWM 脉宽控制电路CPU 接收开机指令，先由 PWM 端输出试探脉冲进行检锅具，在检测有锅具时，才令 PWM 端改为 PWM 脉宽调制信号，由 R6、C33、R16积分后，送 Q7 的B 极。PWM 脉冲越宽，对 C33充电的时间越长，C33两端的电压越高，Q7 导通越大，C20的电压也跟着升高，使 IGBT 驱动脉冲调整电路形成的驱动脉冲的宽度越高，每个加热周期 IGBT 的导通时间越高，电磁加热电路的加热功率越大。根据上述原则，CPU 通过控制 PWM 脉宽的宽窄就可实现电磁加热电路输出功率的调节。CPU 输出的 PWM 脉宽值，既受控于用户设置的输出功率，又受控于电

47、网电压值、滚筒直径等因素。PWM 脉宽调制电路故障率较低，如出现问题，会引起不加热不报警或间歇加热且物料温度缓慢上升、加热慢、加热功率过大且不可调、报警内部电路故障等。农业工程学院毕业设计说明书233.5 IGBT 的 VCE 检测电路IGBT 的 VCE 检测电路，简称 VCE 电路，又称反压保护电路。这里的 VCE指 IGBT 的 CE 极之间的电压，因加热时这个电压可达到 1000V 以上，因此，又称为高压检测电路或高压保护电路。VCE 检测电路主要用于检测 IGBT 的 C 极电压值及脉冲数量。多数电磁加热电路只用于 IGBT 过压保护，少数电磁加热电路还作为判断有无负载的依据之一，见

48、图 3-12。图 3-12 三极管式 VCE 检测电路如图 312 所示是本设计的电磁加热电路的 VCE 检测电路。IGBT 的 C 极上的脉冲电压通过 R76+R77、R53分压送至 Q6 基极，在 E 极获得其取样信息，送CPU，被 CPU 分析后，自动作出各种动作指令。CPU 通过分析每个检锅周期里的 VCE 脉冲数量，配合 VAC 电网电压检测、电流检测电路反馈信息，判断是否放置了适合的负载。根据 VCE 取样电压值，自动调整 PWM 脉宽，抵制 VCE 脉冲幅度不高于规定值 10001300V（一般低于 IGBT 耐压值 100200V，如耐压值为 1200V 的IGBT 抑制值为

49、1100V，再如耐压值为 1500V 的 IGBT 抑制值为 1300V） 。当测得 VCE 脉冲高于抑制值+50100V（如耐压值为 1200V 的 IGBT 为1150V、耐压值为 1500V 的 IGBT 为 1400V） ，CPU 立即发出停止加热指令。农业工程学院毕业设计说明书243.6 VAC 电网电压检测电路的工作V 是指电压，AC 是交流电，VAC 就是交流电压。电磁炉中的 VAC 是指电压检测电路，又称电源检测电路，用 POWER 表示，或 VOL（全称 VOLTAGE） 、V-AD（电压数/模转换） 、SYSV（系统电压） 、Line ov （线路输出电压）表示。VAC 电

50、路的检测结果用于检测电网电压，其检测结果送 CPU，被 CPU 分析后判断电网电压值，并据此作为自动调整功率、报警电网电压异常的依据。3.6.1 二极管+电阻+电容组成的 VAC 检测电路如图 3-13 所示电磁加热电路的 VAC 检测电路。其中图 3-13 中的 AC220V 电压，经 D1 和 D2 整流形成约 210V 左右的不稳定直流电压，再经 R79、R55分压、C32平滑滤波后，送 CPU 的 脚 VAC 端。CPU 时刻监测该电压的变化，自动作出 7各种动作指令。图 3-13 电磁加热电路的 VAC 电压检测电路当 CPU 的脚电压低于 1.7V 时，判断电网电压低于 160V，

51、禁止或停止加热，并报警电网电压过低故障代码。当 CPU 的脚电压高于 2.7V 时，判断电网电压高于 260V，禁止或停止加热，并报警电网电压过高故障代码。当 CPU 的脚电压在 1.72.7V 时，判断电网电压在允许范围，CPU 配合电流检测电路、IGBT 的 VCE 检测电路反馈信息，判别是否已放入适合的负载。在认为有合适负载时，CPU 再配合电流检测电路的反馈信息及电网电压过零检测信息，按正比例关系调控 PWM 的脉宽，以令电磁加热电路的输出功率与当前的农业工程学院毕业设计说明书25负载直径、电网电压匹配。CPU 的 VAC 端与电网电压值成正比例，当电网电压为 220V 时，CPU 的

52、VAC 端电压约为 2V。根据电磁加热电路的要求的工作范围为 160260V 推理，CPU 的 VAC 电压在 1.72.7V，就可以说明 VAC 检测电路正常。3.6.2 三极管式 VAC 检测电路其中图 3-14 是电磁加热电路的电网电压检测电路，220V 50Hz 电源，经D301、D300 全波整流形成 100Hz 脉冲动直流电压，经 R309、R8分压取样，Q7 放大后，再经 EC4 滤波，形成相应值的直流电压，送 CPU 的 23 管脚 POWER 电源端，被 CPU 分析进行相应动作。图 3-14 电磁加热电路的 VAC 检测电路判断电网电压是否在允许范围内（一般为 150250

53、V） ，如认为电网电压高于 250V 或低于 150V，CPU 将会发出电压保护的指令，停止加热并报警电网电压过高或过低故障代码。待电网电压恢复正常后，电磁加热电路自动恢复加热工作。工作时，CPU 时刻检测 23 管脚电压的变化，根据检测到电压及电流信息，自动调整 PWM 做功率恒定处理。注意：R309易开路或阻值变大，引起报警电网电压过低，或不加热、加热慢现象。Q7 击穿或开路，会引起报警电网电压过高或报警电网电压过低，加热慢等现象。农业工程学院毕业设计说明书263.7 CUR 电流检测电路的工作原理CUE 是 Current 的缩写，译为电流，电磁加热电路中标注有 CUR 的是电流检测电路

54、，又称电流反馈电路。电流检测电路用于检测的主回路电流信息，并将检测结果反馈给 CPU，既作为检测负载的依据之一，又作为加热时功率自动恒定的依据之一（因为电磁加热电路整机要正常工作，CPU 必须判断电流检测端电压正常） 。电流检测电路按电流的取样方式分类有两种：电流互感器式、康铜丝式。电流互感器式电流检测电路，包括互感器及整流二极管、基础电流调整电位器、电解电容、小瓷片消干扰电容等。电流互感器式电流检测电路：电磁加热电路的电流检测电路，由 CT 及次级器件组成，负责检测主回路的输入电流，检测的结果均送 CPU 的脚，被 CPU 分析后，按软件设置的程序做出各种动作指令（见图 3-15）：图 3-

55、15 互感器式电流检测电路A、配合 VAC 电网电压检测、IGBT 的 VCE 检测电路反馈的信息，判断农业工程学院毕业设计说明书27是否已放入合适的负载，作出相应的动作。B、配合 VAC 检测电路反馈信息及方波电路监测频率信息，调控 PWM的脉宽，使输出的功率保持稳定。3.8 检锅与加热开关电路因电磁加热电路的输出功率高达 60 千瓦左右，由于省电和安全方面的考虑，所有电磁加热电路在加热开关方面的软件程序相同，即 CPU 判断有合适锅后放置时，才执行加热程序，开始输出加热开启信号。在检测无锅时关闭加热。因此，加热开关电路和检测负载的电路是分不开的。1、试探脉冲及检锅 试探脉冲 试探脉冲，俗称

56、检锅脉冲或检锅信号、检锅秒脉冲，是一种脉宽很窄的间歇脉冲，由 CPU 的 PWM 端口，或 IGBTEN 端口，PAN、S/L 端口输出 检锅 检锅就是检测电磁加热电路上是否有负载，就是把加热的滚筒视为电磁加热电路的负载，是电磁加热电路的一部分。电磁加热电路的检锅，是由 CPU 输出的试探脉冲，通过振荡电路、IGBT 激励电路，触发 LC 给 CPU，CPU 通过分析主回路的电流值及脉冲数量判断有无负载的放置。电磁加热电路的检锅按所按检测的内容分类：脉冲法、电流法、脉冲+电流法。a. 脉冲法检锅 它是通过检测 LC 振荡电路的脉冲数量判断有无负载放置。当电磁加热电路上没有放置负载时，若主回路无

57、负载，主回路进行的 LC 振荡的损耗很少，在短时间内可认为自由振荡。若放置有负载，负载大量消耗主回路的磁能，主回路 LC 振荡则呈现为阻尼式（幅度逐渐下降直到消失） 。根据此特性，CPU 以 250s 为时间段进行脉冲计数，自由振荡则整个计数时间段内都是脉冲其数量多；而阻尼振荡则只 23 个脉冲数。因此，一定时间内，根据主回路的脉冲数量就可以正确判断是否放置合适锅具负载。b. 电流法检锅 它是通过检测主回路的电流值判断有无负载放置。加热工作时，CPU 通过电流检测电路时刻检测主回路的电流，当电流大幅度下降时，做无负载判断。农业工程学院毕业设计说明书28c. 脉冲+电流法检锅 这种方法被电磁加热

58、电路广泛应用，就是同时检测主回路的脉冲数量和电流值，当单位时间内脉冲数量少且电流值升高至一定值时，判断有负载放置；当认为主回路的单位时间无脉冲，或单位时间内脉冲数量多（9个以上） 、电流值过小，任意一种情况存在，判断无载放置。2、加热开关加热开关信号由 CPU 的专用端口输出，为高/低电平形式。此信号通过加热开关电路允许或禁止 IGBT 工作，实现加热启动和关闭的操作。虽然电磁加热电路的加热开关电路形式众多，但工作原则相同，即是允许 IGBT 在加热模式工作，而通电待机模式则禁止 IGBT 工作，以防止 IGBT 在待机模式和检锅模式因+5V电源异常情况被烧坏。3、 检锅与加热开关的关系CPU

59、 检测到有合适锅具放置时，才令加热开关端输出加热开启指令，电磁炉开始加热。反之，检测无锅时，则令加热开关转为输出加热关闭指令。3.9 浪涌检测电路的工作浪涌检测电路，分为电流浪涌检测电路、电压浪涌检测电路。因浪级检测电路的目的是电网电压出现浪涌或电磁炉的工作电流出现浪涌时强迫电磁加热电路停止加热，因此，浪涌检测电路又称为浪涌保护电路。电流浪涌检测、电压浪涌检测电路，均属于电磁加热电路的附加功能电路，有的既设置有电流浪涌检测电路，又设置电压浪涌检测电路，有的仅设置电压浪涌检测电路，也有的仅设置有电磁炉浪涌检测电路。由于浪涌电流属于交变形式，在检测过程中不稳定。电路在使用过程中，如果电网电压不稳定

60、，会在 IGBT 的+300V 供电电路形成高压脉冲，冲击电磁加热电路，造成 IGBT 击穿。故常采用电压浪涌检测电路的形式来防止电网浪涌高压对电磁加热电路的损坏。电压浪涌检测电路常采用如图 3-17 所示的电路。农业工程学院毕业设计说明书29图 3-17 电磁加热电路的浪涌电压检测电路图 3-17 是 IC2C LM339 电压比较器为核心组成电磁加热电路的浪涌电压检测电路。当电网电压正常时，DB 桥式整流器输出的 100Hz 脉动直流电压，经R62+R72、R57分压，在 A 点形成的电压不足使 D28 导通，这样，IC2C 的 10 脚电压由 R21、R20对+5V 分压值决定，约为 2