基于移相控制的感应加热电源的研究

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1、作品名称：基于移相控制的感应加热电源的研究所属学院：电气工程学院II摘要本文采用频率跟踪和移相调功控制技术,设计了一台输出功率为20KW,开关频率为100KHZ的串联感应加热电源实验装置；并使逆变电路工作在感性状态。本文建立了系统的负载的等效模型，通过分析感应加热电源的谐振槽路和拓扑结构，选择了更适合于高频感应加热电源的串联型逆变器；其次，分析了移相控制策略在内的多种调功方式，针对电压型感应加热电源频率跟踪的要求,重点阐述了移相控制策略。同时,文中对感应加热电源的发展现状、基本工作原理进行了阐述。在理论分析的基础上,完成了实

2、验装置的设计,包括主电路、控制电路、驱动电路、采样和保护电路等,采用CD4046和UC3875作为控制器核心控制电源工作。利用MATLAB的分支产品SIMUINK建立了感应加热电源的仿真模型并得到谐振频率下的仿真结果。论文给出了仿真结果,说明该实验装置工作性能稳定,输出波形满足要求,达到了实验研究的目的。关键词　感应加热；移相控制；串联谐振逆变器；频率跟踪II目录摘要I第1章绪论11.1感应加热的基础知识11.1.1感应加热技术的发展简史11.1.2感应加热的特点和应用11.1.3感应加热的原理21.2感应加热现状和发展动态

3、31.2.1国内外感应加热技术的发展现状31.2.2高频感应加热电源的发展动态51.3选题的意义、目的和任务51.3.1选题的意义51.3.2选题的目的51.3.3课题的主要研究任务61.4本章小结6第2章感应加热的系统方案设计72.1感应加热电源的拓扑结构72.2逆变环节82.2.1负载等效电路82.2.2并联谐振负载分析92.2.2并联电流型逆变拓扑分析112.2.3串联谐振负载分析132.2.4串联电压型逆变拓扑分析152.2.5负载拓扑优缺点对比和选择162.3本章小结17第3章串联谐振逆变器的调功方式18II3.1

4、直流母线调压调功方法（PAM）183.2逆变调功方法203.2.1脉冲密度调制（PDM）法203.2.2脉冲频率调制(PFM)法213.2.3脉冲密度调制(PWM)法213.2.3.1感性移相PWM223.2.3.2容性移相PWM243.3本章小结254.1系统框图274.2感应加热电源主电路274.2.1设计指标284.2.2三相不控整流滤波电路参数及器件选择284.2.3逆变电路参数设计及器件选择294.2.4负载参数设计和器件选择324.2.4.1负载谐振参数设计324.2.4.2匹配变压器的设计344.3控制电路设计

5、384.3.1移相控制电路的设计384.3.1.1移相控制芯片UC3875介绍384.3.1.2UC3875移相控制电路404.3.1.3UC3875的参数设计414.3.2功率调节电路424.3.3频率跟踪电路434.3.3.1集成锁相环芯片CD4046介绍434.3.3.2频率跟踪控制电路454.3.3.3CD4046外部电路设计的设计46III4.4驱动电路474.4.1MOSFET驱动电路的要求474.4.2驱动电路的选择474.5保护电路484.5.1过流保护电路484.5.2过压保护电路514.5.3过热保护电路

6、524.5.4后步驱动封锁逻辑电路534.6采样电路534.6.1电压采样电路534.6.2电流采样电路544.7辅助直流电源544.8本章小结56第5章软件仿真575.1SIMULINK仿真软件介绍575.2系统的主电路仿真575.3开环仿真585.3.1移相控制模块585.3.2开环仿真605.4加频率跟踪的开环仿真625.5加功率环的闭环仿真635.5.1功率调节模块635.5.2功率闭环仿真645.6本章小结65结论66参考文献67IV第1章绪论1.1感应加热的基础知识1.1.1感应加热技术的发展简史感应加热设备的发

7、展要追溯到19世纪初期，随着人们对电磁感应现象认识的加深，人们知道处于交变磁场中的导体会发热，但是很长时期，人们对这种发热现象采取避免的措施，直到19世纪末期人们才开始利用这种现象进行有目的的加热，熔炼等，才有了现在感应加热的概念。Foucault，Heavisid以Thomoson等人对涡流理论的研究分析，加速了感应加热应用于工业领域的过程。从1890年第1台有心感应熔炼炉之后，感应加热技术一直在不断发展，在初期以工频感应炉、中频发电机组为主要产品，随着1966年晶闸管中频感应加热装置的出现，感应加热的发展和电力电子器件的

8、发展紧密联系，每一次电力电子器件的技术变革都带动感应加热领域的革新[1]。1.1.2感应加热的特点和应用自感应加热技术出现以来，感应加热技术已随着电力电子器件发展而发生数次变革。在此期间，感应加热装置和理论都有了巨大发展，感应加热技术的应用范围也随之变广，应用领域越来越大。分析原因，无异于