次级串联谐振感应加热电源的研究

发布时间：2017-07-06 19:28

  本文关键词：次级串联谐振感应加热电源的研究

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【摘要】：感应加热电源具有污染小、效率高、加热快速、控制方便、生产安全等多方面的优点,在黑色金属热处理领域中被广泛应用。基于感应加热电源的以上优点,感应加热热处理工艺正在被引入到有色金属热处理工业生产中去,但是又由于有色金属通常磁导率低不易被感应加热,所以在电源的设计方面又会出现一些问题。本文着重以次级串联谐振感应加热电源为研究对象,通过初级串联谐振拓扑结构与次级串联谐振拓扑结构的对比分析,从理论上推导出在有色金属感应加热应用中次级串联谐振拓扑结构的优点所在,得出结论次级串联谐振拓扑结构更加适合应用于有色金属感应加热电源中。在有色金属的感应加热应用中,电源谐振网络通常具有较高品质因数Q,采用次级串联谐振拓扑结构,有效实现以下两个目标:一.有效降低谐振网络的电源电压,减小各功率器件包括谐振电容、变压器初级的工作电压;二.有效地缩小变压器体积,减小整机占地空间。另外,采用次级串联谐振拓扑结构后,为应对高频变压器磁通饱和问题,提出了一种新型脉冲密度(PDM)调功方式,并从理论分析上推论出该调功方式下变压器不会出现磁通饱和现象。文中,针对有色金属热处理的感应加热电源,采用了基于一种新型PDM调功方式的次级串联谐振拓扑结构方案,电源设计功率1k W,开关频率20~40k Hz,使用IGBT做为功率开关管。控制电路以SG3525电源控制芯片为核心,文中详细设计并分析了逆变过程、频率跟踪、功率调节、扫频启动、故障检测、开关管驱动等几个功能部分。最后,制做一台原理验证性样机,观察实验波形并参照理论进行分析,实验现象表明本课题研究关于有色金属感应加热的应用方案是可行的。
【关键词】：次级串联谐振 感应加热 有色金属 PDM SG3525
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM924.01;TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 引言10-16
• 1.1 感应加热基本原理10-12
• 1.2 感应加热技术的优点12
• 1.3 感应加热技术发展状况及发展趋势12-13
• 1.3.1 感应加热技术的发展状况12-13
• 1.3.2 感应加热技术的发展趋势13
• 1.4 课题研究背景及主要工作内容13-15
• 1.4.1 课题研究背景13-14
• 1.4.2 主要工作内容14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 2 有色金属感应加热方案选择16-33
• 2.1 有色金属感应加热中的特性分析16-22
• 2.1.1 金属材料磁化特性介绍16-17
• 2.1.2 有色金属工件感应加热分析17-22
• 2.2 谐振拓扑结构的分析22-26
• 2.2.1 谐振拓扑结构的选择22-23
• 2.2.2 串联谐振拓扑结构的计算分析23-26
• 2.3 调功方式分类26-29
• 2.3.1 晶闸管相控调压调功26-27
• 2.3.2 直流斩波调压调功27
• 2.3.3 脉冲宽度调制（PWM）调功27-28
• 2.3.4 脉冲密度调制（PDM）调功28
• 2.3.5 脉冲频率调制（PFM）调功28-29
• 2.4 PDM调功方式下电流变化趋势及Q值影响29-32
• 2.4.1 谐振电流指数规律增强振荡30-31
• 2.4.2 谐振电流指数规律衰减振荡31-32
• 2.5 有色金属感应加热方案32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 次级串联谐振技术分析33-40
• 3.1 次级谐振对主要功率器件参数影响33-37
• 3.1.1 高频变压器初级电压及体积的影响33-36
• 3.1.2 谐振电容耐压值影响36-37
• 3.2 新型PDM调功方式与变压器磁饱和37-39
• 3.2.1 新型PDM调功方式过程分析37-39
• 3.2.2 新型PDM与变压器磁通饱和问题39
• 3.3 本章小结39-40
• 4 电源主电路设计40-49
• 4.1 逆变器工作过程40-41
• 4.2 整流桥选取41-42
• 4.3 滤波电容选取42
• 4.4 充放电电路计算42-43
• 4.5 逆变器开关管选取43-44
• 4.6 隔直电容选取44-45
• 4.7 变压器参数设计45-47
• 4.7.1 磁芯型号选择45-46
• 4.7.2 初次级匝数计算46
• 4.7.3 初次级绕组线径确定46-47
• 4.8 谐振网络参数计算47
• 4.9 电流采样线圈计算47-48
• 4.10 本章小结48-49
• 5 控制电路设计49-60
• 5.1 电源控制芯片SG3525 介绍49-52
• 5.2 频率跟踪电路设计52-53
• 5.3 功率调节电路设计53-55
• 5.4 扫频启动电路设计55-56
• 5.5 故障检测电路设计56-58
• 5.6 驱动电路设计58-59
• 5.7 本章小结59-60
• 6 实验调试波形分析60-66
• 6.1 原理图绘制及PCB板制作60-61
• 6.2 实验结果波形分析61-65
• 6.2.1 功率调节电路调试波形61-62
• 6.2.2 功率器件电压波形62-64
• 6.2.3 逆变电压与电流相位关系64
• 6.2.4 频率跟踪电路同步脉冲提取64-65
• 6.3 本章小结65-66
• 7 全文总结与工作展望66-67
• 参考文献67-69
• 附录69-70
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果70-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 曹锋光,张德玲,王新兵,何云贵;射频电源中的阻抗匹配研究[J];应用激光;2005年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 张素荣;基于DSP的高频感应加热电源控制系统的研究[D];西安理工大学;2004年

2 周军伟;并联型高频感应加热电源的研究[D];浙江大学;2005年

3 高迎慧;IGBT串联谐振型逆变器高频化技术的研究[D];华北电力大学（河北）;2005年

4 韩逸冰;高频感应加热设备感应器的设计[D];郑州大学;2013年

5 路智斌;感应加热电源的PDM调功方法研究[D];华北电力大学;2014年

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本文编号：527562