提高自由感应加热效率的软控制技术

摘要

电磁感应加热设备广泛应用于工业、生活等领域。在电磁感应加热设备实际运行过程中，人为改变被加热的负载或者负载的电参数受到温度、湿度等环境因数的影响，甚至元器件老化，会改变负载电路的固有频率。如果感应加热设备不能适应负载电路固有频率的变化，将会明显降低设备的加热效率。
　　本文研究一种针对以上问题的软控制技术，采用STM32单片机和负载检测反馈电路，监测和控制感应加热设备，达到保证加热效率不随负载变化而发生改变的目的。
　　软控制技术包含硬件电路和控制程序两方面。首先通过对感应加热设备的逆变电路工作过程进行分析和计算，提出负载和频率检测方案。其次，为了实时监测和控制感应加热设备，设计了STM32系统板，它是控制程序运行的载体。最后，设计负载检测反馈电路、直流稳压电源等辅助电路。在软件设计方面，首先进行功能分析，然后以模块化思想编写控制程序，包括初始化程序、负载检测程序、傅立叶变换程序、移除负载监控及重放负载处理程序、按键扫描程序、温度监控程序、显示及定时程序等，最后将模块化程序连接成完整的控制程序。
　　硬件电路和控制软件的测试分为外围电路和系统测试。在市电220V/50HZ输入时，测试直流稳压电源，获得直流电压18V、12V、5V的输出波形。在输入条件为3.3V的矩形波时，测试IGBT驱动电路，获得18V输出矩形波。在12V/50HZ输入条件时，测试负载检测及反馈电路，获得检测波形和反馈波形。系统测试在市电220V/50HZ的条件下进行，首先对感应加热设备有无负载的不同情况下，测试负载检测功能，包括产生IGBT驱动、系统板对外电路的信号采集和存储、程序处理数据获取波形个数的测试。其次，在有负载的条件下测试傅里叶变换程序，在以盛满2L水的430锅具为负载的情况下，测试正常加热功能，并计算加热效率。最后，在移走负载的操作下测试程序对负载的监控功能，在移走负载后又重放负载的操作下，测试程序自动检测锅具并正常加热的功能。通过测试，验证了软控制技术的可行性和正确性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 感应加热技术的发展

1.3 自由感应加热技术简介

1.4 论文主要内容

第二章 电磁炉相关知识

2.1 电磁感应加热原理

2.2 电磁炉的工作原理

2.3 逆变电路分析

2.4 傅里叶变换原理

2.5 本章小结

第三章 硬件电路分析与设计

3.1 逆变电路参数计算

3.2 负载检测及反馈电路

3.3 IGBT驱动电路

3.4 STM32芯片外围电路

3.5 直流稳压电源

3.6 本章小结

第四章 程序分析与设计

4.1 STM32系统板介绍

4.2 电磁炉控制程序功能分析

4.3 电磁炉控制系统程序结构

4.4 本章小结

第五章 测试及分析

5.1 外围电路测试

5.2 系统测试分析

5.3 本章小结

第六章 全文总结

致谢

参考文献