基于運(yùn)放退飽和的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：為了實現(xiàn)電阻爐的快速升溫及溫度控制，采用運(yùn)放退飽和的方法，當(dāng)電阻爐溫度未達(dá)到設(shè)定值時，運(yùn)放飽和輸出，所控制的驅(qū)動電路輸出脈沖的占空比最大，IGBT近似全導(dǎo)通，電爐加熱功率最大，溫度快速上升；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時，運(yùn)放開始退飽和，輸出電壓逐漸減小，從而減小驅(qū)動電路輸出脈沖的占空比，IGBT導(dǎo)通時間變短，電爐加熱功率減小，實現(xiàn)溫度控制。通過Multisim軟件仿真及硬件電路測試，驗證了本設(shè)計的可行性。該溫度控制系統(tǒng)具有升溫速度快、易于操作、滯后性較低的優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：電阻爐；溫度控制；運(yùn)放；退飽和；IGBT

0 引言
電阻爐在熱處理工藝中被廣泛應(yīng)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(yīng)性好，是目前過程控制中應(yīng)用廣泛的一種控制方法，但對于滯后大的過程，如溫度控制，PID穩(wěn)定時間較長。本文中提出的通過運(yùn)放退飽和來調(diào)節(jié)驅(qū)動脈沖的占空比，從而控制IGBT關(guān)斷與導(dǎo)通時間，實現(xiàn)對電爐溫度的控制和調(diào)節(jié)的方法，簡單實用，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(shè)計的系統(tǒng)框圖如圖1所示，由IGBT輸出作為電阻絲電源，IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷時間由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(tǒng)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(shè)計思路是當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，運(yùn)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(dǎo)通，電路具有最大輸出功率，電阻爐快速升溫。當(dāng)溫度接近設(shè)定溫度時，運(yùn)放開始退飽和，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(dǎo)通時間變短，從而電爐功率減小。