面向主动热成像的大功率脉冲式感应加热电源研制

发布时间：2020-09-18 12:21

　　 针对常规水冷铜管式感应加热电源存在加热效率低、均匀性差且电源启动缓慢等问题,本文采用了一种带U型磁轭探头的激励电源,并对电源拓扑结构、驱动电路及频率跟踪控制等关键技术进行了研究。首先,阐述了脉冲涡流热成像的检测机理,在此基础上,结合脉冲涡流热成像对激励源的功率密度、启动时间、加热均匀性等特殊要求,提出了一种大功率脉冲式感应加热电源系统方案。采用一种带U型磁轭的激励线圈结构作为负载探头,并利用COMSOL 5.2进行探头和试样的电磁热耦合仿真分析;采用理论分析对电源各个模块进行详细的介绍和计算,利用Pspice对串联谐振电路的工作状态以及缓冲电路对尖峰电压吸收效果进行仿真研究;设计了基于KA962F的驱动电路并仿真分析寄生参数对驱动电路的影响。其次,针对传统全数字锁相环频率跟踪技术存在稳定性差和抗干扰能力弱以及不能人为设置频率跟踪策略等问题,提出了一种基于FPGA的改进型全数字定角频率跟踪技术,在此基础上对改进型定角频率跟踪技术进行详细的理论分析;建立了控制系统的目标函数,并仿真分析了品质因数、启动频率和频率步进值等不同参数对控制系统性能的影响。最后,在上述理论分析和仿真研究的基础上,研制了一台20kHz/10kW的脉冲式感应加热电源样机,对电源性能进行了测试,并将其应用于脉冲涡流热成像实验。实验结果表明:电源驱动电路性能稳定,同时改进型定角频率跟踪技术能在5 ms内快速的实现频率跟踪,并且能检测出深度为0.5 mm长度为5mm微小金属裂纹。
【学位单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN86

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本文编号：2821639