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一种商用多头电磁炉控制器的研究

作　者: 孙喜明
导　师: 刘建伟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 多头电磁炉感应加热开关电源模糊PID控制模块化程序设计
分类号: TM925.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文所研究的课题是一种商用多头电磁炉控制器的研究,论文基于电磁感应加热原理,介绍了电磁炉的工作原理,完成了多头电磁炉控制系统的硬件和软件设计。主要实现了加热功能、定温功能、定时功能、锅具检测功能、报警检测和各种保护功能。硬件电路的设计主要包括主电路、驱动电路、开关电源电路、保护电路和显示电路等单元电路。主电路采用一种改进的半桥串联谐振变换器的结构,设计了一种既能加热铁锅,也能加热铝、铜等非铁锅的双头电磁炉。采用驱动芯片IR2110对IGBT的驱动和保护进行了深入的研究,电源电路采用Topswitch构成反激式多路输出开关电源,使电磁炉的工作电压范围变宽。针对温度滞后大的特点,提出了基于模糊PID的控制策略,综合应用模糊控制、PID控制的优点设计了模糊PID控制器,解决了传统定温方法中定温准确性不高,实时性较差的缺点,取得了很好的定温效果。对电磁炉的恒功率控制采用模糊控制和双闭环控制的方法,使系统具有较高的控制精度,保证输出功率的稳定。解决了当前电磁炉控制系统中存在的功率控制不恒定的缺陷,实现了高效率、高可靠性、高准确性的新型电磁炉控制系统。在软件设计中,采用模块化程序设计的方法,对多头电磁炉控制系统的各个功能模块进行划分和设计。单片机的应用使多头电磁炉实现了智能化,主要提供了温度自动控制、功率自动控制、锅具智能检测、各种自动保护报警以及良好的人机界面等功能。最后对整个系统进行性能测试,实验结果表明该控制系统设计合理,系统运行稳定可靠。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-12
  1.1 多头电磁炉研究的意义  8-9
  1.2 电磁炉的发展现状和趋势  9-11
    1.2.1 电磁炉的国内外发展与现状  9-10
    1.2.2 电磁炉的发展趋势  10-11
  1.3 本文的主要研究内容  11-12
第2章电磁炉感应加热原理  12-19
  2.1 概述  12
  2.2 感应加热的基本理论  12-13
    2.2.1 电磁感应  12-13
    2.2.2 集肤效应  13
  2.3 电路拓扑结构比较分析  13-15
    2.3.1 串联谐振变换器  14
    2.3.2 并联谐振变换器  14-15
  2.4 电压型逆变电路的工作原理  15-18
    2.4.1 负载和输出电路模型  15-16
    2.4.2 电压谐振变换器的工作过程分析  16-18
  2.5 本章小结  18-19
第3章多头电磁炉功能设计  19-25
  3.1 功能说明  19-20
  3.2 按键和显示说明  20-21
  3.3 功能实现原理  21-24
    3.3.1 定温控制  21-23
    3.3.2 恒功率控制  23-24
    3.3.3 锅具检测  24
  3.4 本章小结  24-25
第4章多头电磁炉硬件电路设计  25-42
  4.1 概述  25-26
  4.2 主要芯片介绍  26-27
  4.3 一种加热非铁磁质锅的拓扑电路研究  27-30
    4.3.1 负载特性  27-28
    4.3.2 第三谐波工作模式  28-29
    4.3.3 谐振变换器的拓扑结构  29-30
  4.4 硬件电路模块设计  30-39
    4.4.1 主电路  30-31
    4.4.2 电源电路  31-33
    4.4.3 驱动电路  33-36
    4.4.4 保护电路  36-39
    4.4.5 显示电路  39
  4.5 总的电磁炉原理图  39-41
  4.6 本章小结  41-42
第5章系统软件设计及结果分析  42-56
  5.1 引言  42
  5.2 程序模块化设计  42
  5.3 主程序结构  42-49
    5.3.1 初始化程序  43-44
    5.3.2 按键处理  44-46
    5.3.3 报警检测  46-47
    5.3.4 锅具检测  47-48
    5.3.5 A/D转换子程序  48-49
    5.3.6 功率控制子程序  49
  5.4 实验结果及其分析  49-55
    5.4.1 试验波形及分析  50-53
    5.4.2 电磁干扰的测试  53-55
  5.5 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-61
致谢  61

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