微波干燥i说明书.docx

微波干燥i说明书.docx

《微波干燥i说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微波干燥i说明书.docx（55页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

微波干燥i说明书

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

Smallrotaryelectromagneticdryerstudydesignofcircuit

abstract

Smalldrumdryerisakindofcapableofhandlingalargeamountofmaterialdryingdryer,withreliableoperation,largeelasticityofoperation,strongadaptability,largecapacity,widelyusedinmetallurgy,buildingmaterials,lightindustry,municipaldepartments,drumdryercanalsobeusedtodrygrain,canbeusedforpowderandgranulardry,flaky,blockmaterial.Accordingtotheheatingmodewasdrymaterial,thedrumdryercanbedividedintofivetypes,namely,directheatingtypedryer,indirectheatingtypedryer,heatingcompositetypedryer,steamcalcinedryer,spraygranulationdryer.

Duetoelectromagneticheatingtechnologyinrecentyears,efficientandpollution-freecharacteristics,hasattractedmoreandmorepeople'sattention,sothedesignadoptedanewtypeofelectromagneticheatingmanner.Onthehistoryofthedryerandtheworkingprincipleofelectromagneticheatingmode,putsforwardbasicsolutionofelectromagneticheatingcircuit,analyzestheworkingprocessoftheelectromagneticheatingcircuit,description.

KEYWORDS:

dringmachine,electromagneticheating,dryerdrum,IGBT

目录

第一章绪论4

§1.1干燥机的发展及简介4

§1.2滚筒式电磁干燥机5

第二章电磁加热技术在我国的发展7

§2.1电磁加热技术的介绍7

§2.2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11

§3.1主回路11

§3.2同步振荡电路14

§3.2.1串联同步振荡电路15

§3.2.2并联同步振荡电路16

§3.3IGBT驱动脉宽调整及激励电路的工作原理17

§3.3.1上下对管加电压比较器组成的电路18

§3.3.2复合对管加电压比较器组成的电路20

§3.4PWM脉宽控制电路21

§3.4.1电阻加电容组成的PWM脉宽控制电路

22

§3.4.2三极管式PWM脉宽控制电路23

§3.5IGBT的VCE检测电路24

§3.6VAC电网电压检测电路的工作25

§3.6.1二极管+电阻+电容组成的VAC检测电路26

§3.6.2三极管式VAC检测电路27

§3.7CUR电流检测电路的工作原理27

§3.8检锅与加热开关电路29

§3.9浪涌检测电路的工作30

§3.10温度检测电路的工作31

§3.10.1锅底温度检测电路32

§3.10.2IGBT温度检测电路33

§3.11风扇/蜂鸣器驱动电路34

第四章电磁加热电路的参数选择36

§4.1本设计系统的工作过程36

§4.2滤波电容和滤波电感（扼流圈）电路的设计36

§4.3主电路参数选择40

§4.4传动功率计算43

第五章电磁加热电路的软件设计45

§5.1电磁加热电路内置CPU的设置45

§5.2主程序设计46

第六章电路仿真48

§6.1经典主电路的仿真48

§6.2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

干燥是许多农产物料及食物长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。

每一种干燥机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，传统的加热方法暴露出诸多的不足，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聊聊无几，大部分技术都是仿制或者沿用家用电磁技术，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：

（2-1）

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）

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，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。

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）

图3-1原始型主回路的电路图

图3-2IGBT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极驱动脉冲的控制而高频开关动作，驱动L1、C3进行LC振荡，产生15~40KHz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3－2中IGBT的G极驱动脉冲的变化分析电磁加热电路工作过程。

t1~t2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t1~t2时间，i1线性上升，在t2时间脉冲结束，IGBT截止。

t2~t3时间：

因IGBT的G极为低电平而截止，同样由于感抗作用，i1不能立即变为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。

t3~t4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，C3不能继续反向充电，而是经过C2、D11回流，形成电流i4。

t4~t5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i1~i4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t3~t4时间的i3是逆程峰压通过L1放电的电流，t4~t5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的导通电流实际上是i1。

（2）经典主电路（见图3-3）

图3－3经典型的主电路

图3－3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L→IGBT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3－4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②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+的电压值分别为静态值3.98V和4.1V，U2A比较器属于正向输入而截止，其②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t1~t2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，C5是振荡电容，电路图见图3-6。

图3-6并联同步振荡电路

①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。

②振荡电路的工作当G点有PWM电压时，当V4＞V5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V4＜V5期间，IC2B为正向输入而截止，V2转为输出+5V通过R56、R54向C5充电。

当C5充电至使V4＞V5，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。

§3.3IGBT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，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4－5V，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，