基于智能控制的超音频感应加热电源的研制

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1、西安理工大学硕士学位论文基于智能控制的超音频感应加热电源的研制姓名：郭会军申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：王华民20010101摘要本文主要研究串联谐振式IGBT超音频感应加热电源的控制方法。首先简要的介绍了感应加热的基本原理和工作特点。经过对串联谐振、并联谐振以及其它谐振形式的感应加热电源的分析与比较，提出选用串联谐振式负载回路，以IGBT构成逆变器的整体方案。然后对常用的锁相环控制方法进行了详细的分析，并且指出其控制上存在的缺陷。通过对感应加热负载的分析，决定在保留锁相环的前提下，引入新颖的模糊神经控制技术对其加以

2、改进。通过仿真研究对采用各种控制算法的控制效果进行了分析和比较。仿真结果从理论上很好的验证了该方法的合理性。在此基础上，设计并制作出以锁相环74HC4046为主，单片机80C196KC为辅的智能型逆变器控制电路和保护电路。此外对IGBT瞬态保护问题进行了较为深入的研究。最后对控制器进行加热实验证明其性能良好。论文的最后，给出了电源各部分的实拍波形。关键词：感应加热串联谐振IGBT锁相环模糊神经单片机AbstractThispapermainlystudiesthecontrolstrategiesofultra-·audio--frequ

3、encyinductionheatingpowersupplyofseriesresonanttypeinverterusingIGBT．Firstlytheworkingprinciplesofinductionheatingandinverterarebrieflyintroduced．Aftertheparallelresonanttype，seriesresonanttypeandotherresonanttypeinvertersforinductionheatingarecomparedandanalyzed，thewhole

4、systemschemeisputforward．Thenthetheoryofphaselockedloopisanalyzedindetail，anditsdisadvantagesarealsolisted．Basedonthecarefulanalysisoftheinductionload．novelfuzzyneuroapproachiSintroducedtoimproveitsperformance．Severalkindsofcontr01schemesaresimulatedandcomparedinSimulinke

5、nvironment，whichprovestherightofthecontrolschemeThecontrollerbasedonCMOSphaselockedloop(4046)isdesigned，whichissupportedbymicroprocessor(80C196KC)．Allkindsofrequiredprotectivecircuitsarecarefullydesigned．ThetransientprotectionofIGBTiSalsobeenstudied．Simulationandexperimen

6、talresultsshowthatthecontrollerworkswellIntheendofthispaper，wave—shapephotosofeverypartareprovided．Keywords：InductionheatingseriesresonantIGBTPLLfuzzy—neuromicroprocessor第一章概述§1-1感应加热原理及现状【7】【10】1．1．1感应加热的基本工作原理感应加热是利用电磁感应的原理将电能转变成熟能。在一个金属导体外面套上一个匝数为N。的线圈，如图卜1，当交变电流I。通入感应

7、圈时，感应圈内就会产生交变磁通巾，使感应圈中的工件受到电磁感应而产生感应电势E。设工件的等效匝数为N：。0．36图卜1感应加热原理图卜2涡流的分布则感应电势P：一Ⅳ，．掣(1一1)‘出如果磁通由是交变的，设由=巾。Sinwt，则一Ⅳ2·警一Ⅳ2叩cos∞r(1-2)E的有效值为E=4，44fN20。(1—3)感应电势E在工件中产生感应电流I。，I。使工件内部(更确切地是指工件表面的电流透入深度△层)开始加热，其焦耳热为：Q=o．241；Rt(卜4)式中I：一感应电流有效值(安培)R一工件电阻(欧姆)t一时间(秒)这就是感应加热的原理。它与

8、别的的加热方式，如燃气加热、电阻炉加热等不同，它把电能直接送到工件内部转变成热能而将工件加热，其它的加热方式是先将表面加热，然后通过热传导加热内部。金属中产生的功率为：P=E1COSo=4‘4