基于PWM整流的低谐波感应加热电源研究与设计

发布时间：2020-03-21 08:19

【摘要】：针对感应加热电源产生谐波的问题,本文研究设计了一台应用于工业机械臂上的轻型感应加热电源,降低了谐波的含量。首先,结合设计的感应加热电源需要减少体积、提高效率的特点,从材料和结构等方面对感应加热电源的滤波部分和散热器做了轻量化设计。选择了可以提高功率因素,减少谐波产生的PWM整流方式,根据感应加热电源的技术指标,计算出整流的输出电压、电流和负载的等效模型。但是PWM整流仍然含有大量的开关频率附近的高次谐波,采用阻滞和疏导并用的LC型滤波方法来进一步解决谐波问题。然后在深入研究了PWM整流器的工作原理和数学模型之后,确定了一种由电压外环和电流内环组成的双闭环前馈解耦控制策略,并在SVPWM信号合成的过程中选择一种新型差值法SVPWM合成方法来提高控制精度,减少谐波的产生。在设计无源滤波时,传统L型PWM整流器用到的滤波电感相对较大,且动态性能较差,而LCL型PWM整流器因为并联电容的加入使得建模更加复杂,控制更加困难。本文采用一种拆分设计的思想,在L型滤波相对简单的模型上设计了一种附加谐振控制的LC型滤波PWM整流器,并且计算了相应的直流侧电容和交流侧滤波电容、电感的取值范围。在MATLAB软件中进行了15kW感应加热电源的仿真,在不增加电感体积的情况下,设计的LC型PWM整流器比单电感的PWM整流器谐波含量更小,附加入的谐振控制器有效的抑制了滤波器谐振频率附近的谐波放大,验证了谐波抑制方案的正确性。最后,根据一台15kW,20kHz感应加热电源的技术指标,设计了PWM整流器的系统硬件部分和软件部分,包括PWM整流器的功率主电路、驱动电路、采样电路以及主控电路。并完成了DSP的软件设计。
【图文】：

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由于磁力线的不断变化将会切割导体，从而在导体内产生一个感应电动势，又因逡逑为涡流效应的存在，导体的内部会产生无数个环流，而这些环流因为导体自身存逡逑在的阻抗特性产生焦耳热，从而使工件被加热［２８］［２９］。感应加热的原理示意如图２－逡逑１所示。逡逑逦邋逦邋．逦加热线圈逡逑—逡逑三相工频逦感应加逦＆逦＞逡逑交流电源逦热电源逦＜逦一＾逡逑被加热工件逡逑逦邋逦邋变磁力线逡逑图２－１感应加热原理示意图逡逑从图２－１中可以看出感应加热电源作为一个电力电子装置，在整个感应加热逡逑过程中起到一个电能变换的作用。虽然现如今感应加热电源的技术在不断发展，逡逑但是都离不开电磁感应原理，运用的最多的还是传统的ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ的拓扑模式逡逑５逡逑

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逦（ｂ）电容滤波电路逦（ｃ）邋ｒ型滤波电路逡逑图２－３三种平滑滤波器逡逑ｒ型滤波电路中的电容可以减少整流后直流电压的电压纹波，而且起到了吸逡逑收整流器直流侧高频电压谐波的作用，同时因为串联电感的存在，可以降低在启逡逑动瞬间的冲击电流，对整个电源装置起到一个保护的作用。本文选择由Ｌ和Ｃ组逡逑成的ｒ型滤波电路作为感应加热电源的直流滤波电路。逡逑共模电感作为一种新型滤波电感，，具有体积小、滤波效果好的优点。其结构逡逑相当于一个双向滤波器，它一方面可以滤除信号线的干扰信号，另一方面可以抑逡逑制其自身产生的电磁干扰。因为电流是同时流过两路匝数相等，完全对称的共磁逡逑芯线圈，所以其内部产生的磁场在工作状态时正好完美抵消。本文的共模电感的逡逑磁芯材料采用铁基纳米晶合金
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM924.01

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