高频感应电炉控制电路设计

摘要：中高频电炉是利用电磁感应原理加热和溶化金属的。提出一种优化系统控制电路的方案，　基于Alter　a　FPGA　可编程器件，　利用　Verilog　HDL　语言实现对可控硅的整流脉冲、逆变脉冲以及工作振荡频率的跟踪和系统保护控制的模块化，　将其集成到片上，　形成片上控制系统，　从而提高整个控制系统的可靠性、稳定性和抗干扰性。

关键词：可编程片上系统 可控硅 现场可编程门阵列 硬件描述语言

1、引言

中高频感应炉是利用电磁感应原理加热和溶化金属的，这种方式是一种较理想的加热工艺，　已经广泛应用于金属熔炼、焊接、表面淬火等加工和热处理过程。中高频电炉的负载是由感应圈和被加热的金属工件组成，为了降低无功功率，需要用串联或并联电容的方式来补偿无功功率，使整个电路中形成中高频的LC振荡。维持这样较恒定的频率振荡，金属内部将形成涡流而发热，从而达到加热和熔化金属的目的。传统的控制电路主要采用分离元件的模数混合电路，控制精度低，容易产生噪声问题。

2、中频感应电炉的控制电路工作原理

3、设计方案的提出

传统的中高频电炉采用分散式模块设计，而大量采用分离原件，如556，计数器来实现整流脉冲的控制，CD4046来实现频率跟踪，　保护电路则主要使用大量集成运算放大器LM　324。这种设计造成整个控制电路繁琐，难于调整，易出现问题。本文提出基于Altera　FPGA技术，控制电路实现数字化的片上系统。从原理上来看，控制电路的核心　主要是整流脉冲输出和逆变频率的跟踪，如果在FPGA上实现，必须解决这两个模块的设计。首先，整流脉冲输出　是个时序问题，通过硬件描述语言可以实现。其次，逆变　频率的跟踪可以利用全数字锁相环来实现。最后，这些设计模块可以集成到一片FPGA上。从原理上讲，我们提出的方案是可性的。发脉冲加至共阴极组的一个元件，　则另一触发脉冲加至共阳极组中的前一个元件。因此，用双窄脉冲触发，在一个周期中对每一只可控硅触发两次，两次脉冲中间的间隔为　60。共阳极可控硅依次导通，他们的触发脉冲间隔依次有120的相位差；同理，共阴极可控硅的触发脉冲也依次相差120。相位移相触发就是通过改变晶闸管每周期导通的起始点即触发延迟角的大小，达到改变输出电压、功率的目的。通过改变控制角的大小，可以改变整　流桥输出直流平均电压的大小。数字移相触发是把算出的控制角折算成对应的延时t　=　T/360（T为晶闸管交流电源周期），t乘计数时钟频率则得计数脉冲数。