袁畅宇
湖南湘钢金属材料科技有限公司 湖南湘潭 411101
摘要：中频炉是可将工频50HZ交流电转化为中频电源的设施，将三相工频交流电转变为直流电，之后将直流电转变为中频电，供给由电容、感应线圈组成的并联谐振设备，运行中产生中频交变电流，在感应圈中形成高密度磁力线，将感应圈中的金属材料切割，在金属材料中形成一定涡流。中频炉在工业上应用较为广泛，可用于有色金属熔炼及加热。本文分析了中频炉温控系统设计方案，探析了中频炉温控系统硬件组成。
关键词：中频炉；温控系统；研究
引言
工业企业生产中需要加热装置的参与。钢铁冶炼企业，大多采用煤炭加热方法。煤炭加热将引发大气污染、加热效率不够高。在电力行业迅速发展、电网建设规模逐渐扩大的同时，电力资源已成为生产、生活必需能源。与传统锅炉相比，电磁感应炉具有安装方便、加热速度快、工作效率高等优点。目前，中频炉是工业生产中常用加热装置，其应用了电磁感应原理[1]。通过调节电源频率可实现调节磁场交变频率,调控温度的目的[2]。
1 中频炉温控系统设计方案
1.1中频炉温控系统设计理念
用途、功能、成本、性能、能耗等因素将影响中频炉温控系统的设计[3]。通常情况下，中频炉温控系统需满足以下要求：温度可依据实际需求调节；可实时显示中频炉温度；操作简单；成本较低；控制精度较高。中频炉温控系统涉及温度采集模块、炉子功率调节模块等。
1.2方案对比及选择
1.2.1输入输出
为实现人机信息交流目标，需配置输入输出设备，其质量将直接影响中频炉温控系统操作难易程度。
方案A：采用VB制作上位机可视化软件界面，基于串口通讯实现单片机与PC之间数据交换，利用PC设置单片机输出温度，利用PC显示单片机采集到的温度数据。
方案B：输入部分选用3*4矩阵键盘，输出部分选用1602字符型液晶。其具有操作简单、成本较低的特点。
对比以上两种方案可发现，与方案B相比方案A成本较高，因而我们可选用方案B。
1.2.2温度采样
方案A：由热电偶、热电偶冷端补偿电路、信号放大电路等共同构成温度采集转换电路。
方案B：由热电偶、MAX6675共同构成温度采集转换电路。热电偶输出热电势与测量端温度、冷端温度有关。以往的中频炉温控系统中，可采用冷端冰点法或电桥补偿法等冷端补偿法但是这些方法调试难度较高。热电偶具有非线性特点，以往大多选用微处理器表格法、线性电路等方式降低热电偶非线性引发的测量误差，导致编程、电路调试难度较高。选用MAX6675可修正内部元器件参数，进而达到修正热电偶非线性的目标。MAX6675内部集成的冷端补偿电路、非线性校正电路等对保证热电偶正常运行具有重要意义。
对比以上两种方案可发现，方案A的电路结构较为复杂，使用不够便捷，可靠性不够高。方案B可靠性、精度更高，因而选用方案B。
1.2.3控制器
方案A：选用PLC，PLC具有抗干扰能力强、控制系统电路简单等特点，但是其价格比较高。
方案B：51系列单片机价格较低、控制系统电路较为复杂。
对比以上两种方案可发现，方案B成本较低、控制系统电路较为复杂，方案B可满足中频炉温控系统要求，因此可选用方案B。
2 中频炉温控系统硬件
2.1中频炉电源
2.1.1整流部分
为保证三相220V50Hz相位相差为120度的交流电通过三相桥式不可控整流，形成幅值稳定的直流电。需选择HFA30PA60C二极管，此类二极管Vrrm是600V，IF(A)是15A。
空载过程中，最大输出电压值是。在负载逐渐增加的同时，输出电压平均值逐渐降低，输出电压最低平均值是。由此可见，Ud取值区间是2.34U2~2.45U2。
二极管可承受的最大反向电压是。流经二极管的平均电流为，将中频炉功率设定为10kV，经科学计算可发现，，因而，可选用HFA30PA60C。
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2.2.1热电偶
选用型号是XC-K-14的热电偶，热电偶线芯为实心。使用此热电偶，零下73~1090℃都可测量。
2.2.2芯片MAX6675
芯片MAX6675选用的是美国进口芯片，其具有冷端补偿、线性校正、热电偶断线检测功℃能，其对温度的分辨能达到0.25℃，冷端补偿可达到-20~80℃，其工作电压是3.0~5.5V。在工业生产温度测控工作中，由于K型电热偶线性度比较好、价格比较低、测量范围比较广，因而其应有较为广泛。然而，K型电热偶应用中需要冷端补偿配合、电路复杂程度较高、调节难度较大。由美国公司引进的K型电热偶串行模数转换器MAX6675，可实现模拟信号转换、冷端补偿功能。
MAX6675可修正内部元气件参数，进而达到修正热电偶非线性的目标。此外，MAX6675内部具有冷端补偿电路、非线性校正电路等，其对提升K型热电偶使用效果具有重要意义。
在MAX6675CS引脚由高电平转变为低电平情况下，MAX6675信号转换功能不能实现，且在时钟SCK的影响下向外输出已成功转化的数据信息。在MAX6675CS引脚由低电平转变为高电平情况下，MAX6675重新进行转换。在MAX6675CS引脚由高电平转变为低电平情况下，首个字节D15出现在引脚SO。为保证整个数据完整性，需经过16个时钟周期，在SCK下降沿读取数据信息。MAX6675输出数据是16位，D15一直不能使用，D14~D3一一对应热电偶模拟输入电压的数字转化数量，进而形成12位温度数字。
2.3键盘及显示部分电路
中频炉温控系统中选用的是3*4矩阵键盘，其中设置有12个按键，分别为0~9数字键及*号设置键、#号确认键。用户可利用矩阵键盘输入温度值。
中频炉温控系统中选用1602字符型液晶作为显示部分，其对节约CPU资源有一定作用。
2.4可控硅驱动
可控硅驱动电路是由光电耦合器、晶闸管构成的。通过调节桥臂导通频率方式调控电源频率，进而达到调控中频炉温度的目的。
3 结语
总而言之，中频炉已成为工业生产中常用加热设备，其应用了电磁感应原理。我们需积极应用并完善中频炉温控系统，以达到有效控制中频炉温度、提升企业生产效率的目的。
参考文献：
[1]周建林.中频炉除尘系统的设计与运用分析[J].中国设备工程,2018(13):173-174.
[2]陆青青.中频炉的应用及维护[J].设备管理与维修,2018,000(018):64-65.
[3]王蕊.基于MCGS组态软件的加热炉温控系统[J].电工技术,2020(02):22-24.