电力电子课程设计中频加热电源设计

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1、电力电子技术课程设计中频加热电源主电路设计学院信息科学与工程学院姓名学号班级指导教师完成时间2015.1.202828摘要感应加热电源具有加热效率高，速度快，可控性好，易于实现高温和局部加热，易于实现机械化和自动化等优点，目前已在金属熔炼，淬火，工件透热，焊接，铸造表面热处理等行业得到广泛应用。本设计中主要研究了中频感应加热电源及其相关技术的发展现状和趋势，设计了1.0KHz∕100KW可控硅中频感应加热电源的整流电路及控制电路。整流电路采用三相桥式全控整流电路，电路结构简单。控制电路采用双闭环反馈控制系统，改善信号迟滞的缺点。利用晶闸管把50Hz的工频变成中频电源

2、的装置。即由三相全控整流电路把工频电流整流成直流，经过电抗器滤波后，经单相逆变桥将直流变为单相中频交流，以驱动负载。关键字：感应加热电源；串联谐振；逆变电路；IGBT；整流电路28目录引言：51加热电源简介51.1感应加热电源的特点及应用51.2感应加热电源的发展阶段61.3感应加热电源的发展的主要因素72感应加热电源82.1基本工作原理82.2基本结构93整流电路的设计113．1整流电路的分类113．2整流电路的选择113.3三相桥式全控整流电路123.4整流电路的参数设计134逆变电路144.1逆变器基本分类：144.2逆变器的工作原理155控制电路的设计175

3、.1控制电路的结构及原理175.2控制电路的作用195.3控制策略195.41.0KHz∕100KW感应加热电源控制电路结构215.5过电流和过电压的保护电路215.6驱动电路的设计...........................................................................................226设计结果分析277设计心得27参考文献……………………………………………………………………………………………………………2828引言随着功率器件的发展，感应加热电源的频率也逐步提高，经历了中频、超音频、

4、高频几个阶段。在感应加热电源的应用中，淬火、焊管、焊接等工艺都要求高频率高功率的电源。功率MOSFET虽然可以实现高频工作，但其电压、电流容量等级低，大功率电源需采用串、并联技术，影响了电源运行的可靠性。绝缘栅双极晶体管(IGBT)比较容易实现电源高功率化，但在高频情况下，其开关损耗，尤其是IGBT关断时存在的尾部电流，会限制工作频率的进一步提高。本文论述的中频感应加热电源采用功率自关断功率器件IGBT，负载频率是开关管工作频率的二倍，间接拓宽了IGBT的使用频率；功率管工作于零电流开关状态，彻底消除了尾部电流引起的关断损耗，理论上可实现零开关损耗；同时采用死区控制

5、策略后，可实现负载阻抗调节。以往一般采用晶闸管来实现逆变电路，但是晶闸管关断期反压太低，参数匹配麻烦，输出频率仍然偏低；而采用IGBT后，并让电路工作在电流断续状态下，这些问题都得到很好地解决。为满足中小工件加热的需要，研制了一种新型线效的中频感应加热电源。该电源具有输出电压低圈匝数少、不需要中频变压器降压、结构简单、效率高。1.加热电源简介上世纪初，在欧洲几个发达国家，感应加热技术开始投入应用，由于技术限制，仅仅用在小功率，小容量中频感应熔炼炉上，随着感应加热理论的不断完善，感应加热技术的不断发展，目前，感应加热技术已被广泛应用在机械制造，冶金，国防，航空航天，汽

6、车制造及教学科研等诸多领域。主要用于有色金属的熔炼铸造，热处理，焊接，烧结等方面。1.1感应加热电源的特点及应用感应加热电源是根据电磁感应原理，利用工件中涡流产生的热量对工件进行加热。由于感应加热电源具有加热效率高，速度快，可控性好，易于实现高温和局部加热，易于实现机械化和自动化等优点，目前已在金属熔炼，淬火，工件透热，焊接，铸造表面热处理等行业得到广泛应用。在铸造方面正在迅速发展双联熔炼工艺，利用中频炉保温改性；在铸造方面，利用感应加热实现快速透热热锻，在淬火方面致力于发展大功率全固态高频电源。281.2感应加热电源的发展阶段在五十年代前，感应加热电源主要有：感应

7、熔炼炉，电磁倍频器，中频发电机组和电子管振荡器式高频电源。可控硅的出现标志着现代电力电子学的开始。在中频范围内，晶闸管中频加热装置已完全取代了传统的中频发电机组和电磁倍频器。七十年代么到八十年代初，相继出现了一大批全控型电力电子半导体器件，极大的推动了电力电子学的发展。1983年IGBT的问世进一步推动了感应加热电源的发展。IGBT具有通态压降低，开关速度快，易驱动等优点。大功率高速IGBT已成为众多加热电源的首选器件。今后，感应加热电源技术的发展趋势主要有以下几个方面:第一:功率半导体器件的大容量化、高频化将带动感应加热电源的大容量化和高频化;第二:髓着感应热