基于双处理器的IGBT超音频感应加热电源的研究

发布时间：2017-04-02 02:07

  本文关键词：基于双处理器的IGBT超音频感应加热电源的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：感应加热电源因其加热时间迅速,效率较高,加热温度高,控制易实现自动化等特点广泛应用于金属热处理、表面淬火等领域。现代电力电子器件和电力电子技术的不断创新和发展,使得感应加热电源越来越趋向于功率大容量化、频率高频化,控制电路也由模拟器件电路向全数字化控制电路的形式转变。感应加热技术就是利用电磁感应原理,给需要加热的线圈通入一定频率的交流电,使在其周围产生交变磁场,感应出交流电压,对工件进行快速加热。本课题主要以传统的250KW的并联谐振型超音频感应加热电源为研究对象,对其进行数字化的改造。采用IGBT为主功率器件,阐述了基于DSP与FPGA双处理器的超音频感应加热电源的设计。本文对感应加热电源系统的各个重要组成部分的原理进行了详细的介绍,并通过对比,选择合理的控制模式。本文通过DSP实现了双闭环控制,完成了电流环到电压环的切换,并采用改进式的PI算法,使控制更加的精确。利用FPGA芯片逻辑运算的特点,产生系统所需要的驱动信号。设计合理的采样电路和保护电路,确保信号的正确性和实时性,保证系统的安全稳定运行。本系统配置了显示单元,通过串行口的通讯,利用人机界面对系统的运行参数及故障信息进行实时监控,并可通过上位机设置电源参数,实现智能化控制。本文总体框架如下:首先对感应加热电源的原理进行简单介绍,并对国内外技术的发展做了对比,同时基于本课题的改进提出了要求。其次,通过对整个系统的剖析,确定了控制策略和模式,提出整体方案。接下来提出该系统的具体实现方案。对DSP及FPGA的芯片特性以及外围电路均做了详细的介绍;设计了DSP和FPGA实现其功能的程序;重点介绍锁相环的原理及实现;提出本系统最优的启动方案;本章节最后对系统的采集电路和保护电路进行设计。最后,对整个系统的各功能模块进行现场试验,验证所提出的控制方案的可行性和系统的安全稳定性。
【关键词】：超音频感应加热电源 锁相环 双闭环控制 改进式PI算法 DSP和FPGA
【学位授予单位】：北京工业大学
【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
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的背景和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.2.1 感应加热电源技术的原理9-11
• 1.2.2 感应加热电源技术的现状11-12
• 1.2.3 感应加热电源技术的发展趋势12-13
• 1.3 论文结构及安排13-17
• 1.3.1 论文的研究思路和方法13-15
• 1.3.2 本文的结构安排15-17
• 第2章 超音频感应加热电源的系统组成17-31
• 2.1 超音频感应加热电源的原理17-18
• 2.2 整流电路18-20
• 2.3 滤波电路20
• 2.4 逆变电路及其拓扑结构20-28
• 2.4.1 逆变电路的基本原理[11]20-22
• 2.4.2 逆变器的拓扑结构22-28
• 2.5 负载部分28-29
• 2.6 本章小结29-31
• 第3章 超音频感应加热电源控制策略31-41
• 3.1 超音频感应加热电源的架构31-33
• 3.2 超音频感应加热电源的控制策略33-35
• 3.2.1 调功方式33-34
• 3.2.2 控制策略34-35
• 3.3 控制算法35-39
• 3.3.1 PID控制原理35-36
• 3.3.2 经典数字PID控制算法]36-37
• 3.3.3 改进式PID控制算法37-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 超音频感应加热电源系统的实现41-75
• 4.1 DSP硬件电路的设计41-46
• 4.1.1 DSP简介41-43
• 4.1.2 XC2267外围功能电路的设计43-46
• 4.2 DSP软件功能实现46-51
• 4.2.1 Q码标定46-47
• 4.2.2 双闭环控制的实现47-49
• 4.2.3 PID算法的实现49-51
• 4.3 FPGA模块设计51-60
• 4.3.1 FPGA芯片简介51
• 4.3.2 FPGA的设计方法51-53
• 4.3.3 FPGA的外围功能电路的设计53-57
• 4.3.4 三相桥式全控整流电路的实现57-60
• 4.4 锁相环的设计60-64
• 4.4.1 CD4046原理60-62
• 4.4.2 锁相环的实现62-64
• 4.5 启动电路的设计64-66
• 4.6 采样电路的设计66-68
• 4.7 保护电路的设计68-69
• 4.7.1 过压过流保护68-69
• 4.7.2 缺相保护69
• 4.8 人机界面系统的设计69-74
• 4.9 本章小结74-75
• 第5章 实验结果及分析75-87
• 5.1 物理实验波形75-85
• 5.2 本章小结85-87
• 结论87-89
• 参考文献89-93
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文93-95
• 致谢95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 曾素琼;;锁相环CD4046的应用设计及研究[J];电子质量;2012年01期

2 徐应年;赵阳;康勇;;数字恒频移相调功串联谐振逆变电源的研制[J];高电压技术;2008年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 赵辉;数字式感应加热电源控制系统的研究与设计[D];西安工业大学;2010年

  本文关键词：基于双处理器的IGBT超音频感应加热电源的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：281680