毕业论文_中频感应加热电源的设计.doc文档【46页完整版】 ㊣ 精品文档 值得下载

动化等优点，已在熔炼铸造弯管热锻焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。

本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了中频感应加热电源。

本设计中感应加热电源采用作为开关器件，可工作在频段。

它由整流器滤波器和逆变器组成。

整流器采用不可控三相全桥式整流电路。

滤波器采用两个电解电容和个电感组成Ⅱ型滤波器滤波和无源功率因数校正。

逆变器主要由控制器控制四个的开通和关断，实现的转换。

设计中采用的芯片主要是控制器和光耦合驱动电路。

设计过程中程充分利用了的控制性能，具有宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。

由于具有快的开关速度，光隔离，故障状态反馈，可配置自动复位自动关闭等功能，所以选择其作为的驱动。

对原理样机的调试结果表明，所完成的设计实现了设计任务规定的基本功能。

此外，为了满足不同器件对功率需要的要求，设计了功率可调。

这部分超出了设计任务书规定的任务。

关键词感应加热电源串联谐振逆变电路桂林电子工业学院毕业设计说明书引言绪论感应加热的工作原理感应加热电源技术发展现状与趋势感应加热电源实现方案研究串并联谐振电路的比较串联谐振电源工作原理电路的功率调节原理本课题设计思路及主要设计内容感应加热电源电路的主回路设计主电路的主要设计元器件参数感应加热电源电路的主回路结构主回路的等效模型整流部分电路分析逆变部分电路分析系统主回路的元器件参数设定整流二极管和滤波电路元件选择和续流二极管的选择槽路电容和电感的参数设定控制电路的设计控制芯片内部逻辑电路结构分析芯片管脚及其功能介绍电流互感器驱动电路的设计绝缘栅双极型晶体管对驱动电路的要求桂林电子工业学院毕业设计说明书门极电压对开关特性的影响及选择门极串联电阻对开关特性的影响及选择过压的原因及抑制的过流保护设计短路保护电路的几点要求集成光电隔离驱动模块器件特性芯片管脚及其功能介绍内部逻辑电路结构分析器件功能分析驱动电路的试验和注意问题辅助直流稳压电源三端固定稳压器本次设计用的的电源伏，伏稳压电压电源伏伏双路稳压电源元器件选择及参数计算硬件调试结论致谢参考文献附录整体电路原理图附录二控制电路桂林电子工业学院毕业设计说明书第页共页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，尤其是关断时存在的尾部电流，会限制工作频率的进步提高。

本文论述的中频感应加热电源采用功率自关断功率器件，负载频率是开关管工作频率的二倍，间接拓宽了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策略后，可实现负载阻抗调节。

以往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。

桂林电子工业学院毕业设计说明书第页共页绪论感应加热具有加热效率高速度快可控性好及易于实现自动化等优点，广泛应用于金属熔炼透热热处理和焊接等工业生产过程中，成为冶金国防机械加工等部门及铸锻和船舶飞机汽车制造业等不可缺少的技术手段。

感应加热的工作原理感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，在利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。

如图图感应电流图示当交变电流通入感应圈时，感应圈内就会产生交变磁通，使感应圈内的工件受到电磁感应电势。

设工件的等效匝数为。

则感应电势如果磁通是交变得，设，则有效值为感应电势在工件中产生感应电流使工件内部开始加热，其焦耳热为式中感应电流有效值安，工件电阻欧，时间秒。

这就是感应加热的原理。

感应加热与其它的加热方式，如燃气加热，电阻炉加热等不同，它把电能直接送工件内部变成热能，将工件加热。

而其他的加热方式是先加热工件表面，然后把热再传导加热内部。

金属中产生的功率为感应电势和发热功率不仅与频率和磁场强弱有关，而且与工件的截面大小截面形桂林电子工业学院毕业设计说明书第页共页状等有关，还与工件本身的导电导磁特性等有关。

在感应加热设备中存在着三个效应集肤效应近邻效应和圆环效应。

集肤效应当交变电流通过导体时，沿导体截面上的电流分布式部均匀的，最大电流密度出现在导体的表面层，这种电流集聚的现象称为集肤效应。

近邻效应当两根通有交流电的导体靠得很近时，在互相影响下，两导体中的电流要重新分布。

当两根导体流的电流是反方向时，最大电流密度出现在导体内侧当两根导体流的电流是同方向时，最大电流密度出现在导体外侧，这种现象称为近邻效应。

圆环效应若将交流电通过圆环形线圈时，最大电流密度出现在线圈导体的内侧，这种现象称为圆环效应。

感应加热电源就是综合利用这三种效应的设备。

在感应线圈中置以金属工件，感应线圈两端加上交流电压，产生交流电流，在工件中产生感应电流。

此两电流方向相反，情况与两根平行母线流过方向相反的电流相似。

当电流和感应电流相互靠拢时，线圈和工件表现出邻近效应，结果，电流集聚在线圈的内侧表面，电流聚集在工件的外表面。

这时线圈本身表现为圆环效应，而工件本身表现为集肤效应。

交变磁场在导体中感应出的电流亦称为涡流。

工件中产生的涡流由于集肤效应，沿横截面由表面至中心按指数规律衰减，工程上规定，当涡流强度从表面向内层降低到其数值等于最大涡流强度的即，该处到表面的距离称为电流透入深度。

由于涡流所产生的热量与涡流的平方成正比，因此由表面至芯部热量下降速度要比涡流下降速度快的多，可以认为热量集中在厚度为的薄层中。

透入深度由下式确定式中工件电阻率•，。

真空磁导率工件磁导率，工件相对磁导率，角频率，频率。

将。

和的数值代入，即可得公式从上式可以看出，当材料电阻率相对磁导率给定后，透入深度仅与频率平方根成反比，此工件的加热厚度可以方便的通过调节频率来加以控制。

频率越高，工件的加热厚度就越薄。

这种性质在工业金属热处理方面获得了广泛的应用。

感应加热电源技术发展现状与趋势感应加热电源技术发展现状感应电源按频率范围可分为以下等级以下为低频，为中频以上为超音频和高频。

感应加热电源发展与电力电子器件的发展密切相关。

年浙大研制成功国内第台晶闸管中频电源以来，国产系列中频电源已覆桂林电子工业学院毕业设计说明书第页共页盖了中频机组的全部型号。

在超音频电源方面，日本在年就利用研制出的超音频电源，此后日本和西班牙又在年相继研制出和的超音频电源。

国内在超音频领域与国外还有定差距，但发展很快，年浙大研制出的超音频电源，北京有色金属研究总院和本溪高频电源设备厂在年联合研制出的电源。

在高频这频段可供选择的全控型器件只有静电感应晶闸管和功率场效应晶闸管，前者是日本研制的，系列高频电源，后者由欧美采用研制成功输出频率为，输出功率为的高频电源。

与国外相比，国内导体高频电源存在较大差距，铁岭高频设备厂年研制成功的高频电源，但由于很少进入国际化流通渠道，整机价格偏高，并没有投入商业运行。

现在，电力电子应用国家工程中心设计研制出了高频逆变电源。

上海宝钢冷轧生产线于年引进了日本富士公司的，高频感应加热电源，是目前世界上最为先进的逆变电源。

总体说来，国内在感应加热电源的设计开发和产品化方面虽有发展，但远不能适应我国工业发展的要求，对于应用范围越来越广泛的高频感应加热电源领域的研究尤为薄弱，处于刚刚起步阶段。

感应加热电源技术发展与趋势感应加热电源的水平与半导体功率器件的发展密切相关，因此当前功率器件在性能上的不断完善，使得感应加热电源的发展趋势呈现出以下几方面的特点。

高频率目前，感应加热电源在中频频段主要采用晶闸管，超音频频段主要采用，而高频频段，由于存在高导通损耗等缺陷，主要发展电源。

感应加热电源谐振逆变器中采用的功率器件利于实现软开关，但是，感应加热电源通常功率较大，对功率器件，无源器件，电缆，布线，接地，屏蔽等均有许多特殊要求，尤其是高频电源。

因此，实现感应加热电源高频化仍有许多应用基础技术需要进步探讨。

大容量化从电路的角度来考虑感应加热电源的大容量化，可将大容量化技术分为二大类类是器件的串并联，另类是多台电源的串并联器件的均流问题，由于器件制造工艺和参数的离散性，限制了器件的串并联数目，且串并联数越多，装置的可靠性越差。

多台电源的串并联技术是在器件串并联技术基础上进步大容量化的有效手段，借助于可靠的电源串并联技术，在单机容量适当的情况下，可简单地通过串并联运行方式得到大容量装置，每台单机只是装置的个单元或个模块。

感应加热电源逆变器主要有并联逆变器和串联逆变器，串联逆变器输出可等效为低阻抗的电压源，当二电压源并联时，相互间的幅值相位和频率不同或波动时将导致很大的环流以致逆变器桂林电子工业学院毕业设计说明书第页共页器件的电流产生严重不均，因此串联逆变器存在并机扩容困难而对并联逆变器，逆变器输入端的直流大电抗器可充当各并联器之间的电流缓冲环节，使得输入端的或环节有足够的时间来纠正直流电源的偏差，达到多机并联扩容。

负载匹配感应加热电源多用于工业现场，其运行工况比较复杂，它与钢铁冶金和金属热处理行业具有十分密切的联系，他的负载对象各式各样，而电源逆变器与负载是有机的整体，负载直接影响到电源的运行效率和可靠性。

对焊接表面热处理等负载，般采用匹配变压器连接电源和负载感应器，对高频超音频电源用