工业感应加热电源及其功率调节算法研究

发布时间：2023-03-19 20:19

　　电磁感应加热是一种重要的制造工艺,它具有效率高、输出功率控制精确、性能高等优点,目前已经广泛应用于汽车、航空、家庭以及可再生能源等工业领域。目前仍然存在的主要挑战之一是感应加热目标具有复杂的几何形状暴露在磁场中时,经常出现加热不够均匀的情况。因此,为了优化加热过程,通常使用双频感应加热作为解决方案。双频感应加热方式能够通过中频和高频两种不同穿透深度的电流同时加热目标金属工件,使得不规则结构金属工件能够受热均匀。本文的主要研究目标为工业用感应加热系统,阐释了感应加热模块化结构及各个组成部分的工作原理,并对各个模块中所包含电路类型,三种不同的功率调节模型以及双频感应加热方式进行了对比分析,确立了基于整流侧调功的单逆变器同步双频感应加热结构和最优的整体模块构建方案。基于整流侧调功模型中的功率调节作用主要是通过三相PWM整流器实现。针对传统的整流器控制结构在应用过程中,暴露出了如抗干扰能力较差、容错性低等突出问题,结合鲁棒控制原理,设计了改进的H_∞控制器。为验证结果,分别对PI控制器与H_∞控制器在两种启动条件下进行仿真,通过仿真波形证实了整流侧调功模...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 感应加热技术
        1.1.1 感应加热技术简介
        1.1.2 感应加热技术的优势
        1.1.3 感应加热电源的发展现状与趋势
    1.2 双频感应加热技术
        1.2.1 交变电流的集肤效应与穿透深度
        1.2.2 双频感应加热技术背景及优势
        1.2.3 双频感应加热技术研究现状
    1.3 研究目标和内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容章节安排
第2章 感应加热电源拓扑结构与方案设计
    2.1 感应加热电源整体结构方案
        2.1.1 进线滤波电路
        2.1.2 三相桥式整流电路
        2.1.3 感应加热电源逆变器
    2.2 感应加热电源功率控制方式分析
        2.2.1 整流侧功率调节及其结构
        2.2.2 斩波电流功率调节及其结构
        2.2.3 逆变侧功率调节及其结构
    2.3 双频感应加热电源加热方式
        2.3.1 异步双频感应加热
        2.3.2 同步双频感应加热
    2.4 本章小结
第3章 整流侧功率控制模块设计与鲁棒控制算法
    3.1 感应加热等效模型分析
    3.2 传统PI双闭环控制系统
    3.3 基于H_∞的改进双闭环控制
        3.3.1 鲁棒控制原理
        3.3.2 H_∞控制及其基本模型
    3.4 仿真验证与分析
    3.5 本章小结
第4章 感应加热电源逆变侧电路设计与分析
    4.1 感应加热逆变器结构
        4.1.1 单桥串联谐振逆变电路
        4.1.2 逆变电路的状态分析
        4.1.3 双频复合谐振负载分析
    4.2 逆变侧反馈系统设计
        4.2.1 锁相环原理
        4.2.2 锁相环电路实现
        4.2.3 SPWM脉冲调制模块
    4.3 单逆变桥同步双频感应加热仿真
    4.4 本章小结
第5章 感应加热电源的实验设计
    5.1 盘式线圈平板受热件感应加热模拟
    5.2 含米级感应加热线圈的实验系统设计与制作
        5.2.1 米级盘式感应加热线圈设计制作
        5.2.2 主电路与感应线圈的设计与选型
        5.2.3 数字控制板的设计
    5.3 感应加热初步实验研究
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文



本文编号：3765901