基于運放退飽和的電阻爐溫度控制系統設計

摘要：為了實(shí)現電阻爐的快速升溫及溫度控制，采用運放退飽和的方法，當電阻爐溫度未達到設定值時(shí)，運放飽和輸出，所控制的驅動(dòng)電路輸出脈沖的占空比最大，IGBT近似全導通，電爐加熱功率最大，溫度快速上升；當溫度達到設定值時(shí)，運放開(kāi)始退飽和，輸出電壓逐漸減小，從而減小驅動(dòng)電路輸出脈沖的占空比，IGBT導通時(shí)間變短，電爐加熱功率減小，實(shí)現溫度控制。通過(guò)Multisim軟件仿真及硬件電路測試，驗證了本設計的可行性。該溫度控制系統具有升溫速度快、易于操作、滯后性較低的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：電阻爐；溫度控制；運放；退飽和；IGBT

0 引言
電阻爐在熱處理工藝中被廣泛應用，研究電阻爐控制方法具有重要意義。目前，電爐溫度控制主要采用PID控制或基于PID的衍生控制方法，PID控制整定方便，適應性好，是目前過(guò)程控制中應用廣泛的一種控制方法，但對于滯后大的過(guò)程，如溫度控制，PID穩定時(shí)間較長(cháng)。本文中提出的通過(guò)運放退飽和來(lái)調節驅動(dòng)脈沖的占空比，從而控制IGBT關(guān)斷與導通時(shí)間，實(shí)現對電爐溫度的控制和調節的方法，簡(jiǎn)單實(shí)用，升溫速度快，為溫度控制提出了另一種可行性方法。

1 電路控制原理
本設計的系統框圖如圖1所示，由IGBT輸出作為電阻絲電源，IGBT的導通和關(guān)斷時(shí)間由555多諧振蕩輸出脈沖的占空比控制，555電路輸出脈沖占空比由系統框圖中反饋控制電路的輸出電壓控制。

本文主要討論反饋控制電路，電路設計思路是當溫度低于設定溫度時(shí)，運放飽和輸出，555振蕩電路輸出脈沖具有最大占空比，IGBT接近于全導通，電路具有最大輸出功率，電阻爐快速升溫。當溫度接近設定溫度時(shí)，運放開(kāi)始退飽和，輸出電壓減小，從而555振蕩電路輸出脈沖的占空比減小，IGBT導通時(shí)間變短，從而電爐功率減小。