大功率超音频感应加热电源关键技术的研究

发布时间：2017-05-21 13:03

  本文关键词：大功率超音频感应加热电源关键技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着光纤通信技术的迅速发展,对光纤材料的需求不断增大,对光纤生产中广泛应用的大功率超音频感应加热电源的性能要求也不断提高。目前国内主要采用串联谐振感应加热电源来生产光纤,而并联谐振感应加热电源以其过流保护容易、输出接线简便、负载阻抗匹配灵活的优势在光纤生产中具有很大的市场潜力。本文基于100kW/18kHz并联型感应加热电源进行大功率超音频感应加热电源关键技术的研究。本文首先对课题研究的背景与意义、光纤生产工艺进行简单介绍,然后进行感应加热电源分析,并对大功率超音频感应加热电源的调功方案进行研究,最终确定三相不控整流和BUCK斩波调功方案,由串、并联型负载特性出发分析串、并联型逆变器拓扑工作原理：其次,本文重点讨论感应加热电源的三大关键技术：扫频启振、频率跟踪和阻抗匹配,针对原有的感应加热电源启动方式,本文采用软件扫频启振,频率跟踪采用PI-SPLL锁相环实现频率实时跟踪,并进行固定重叠区和最佳输出相角控制,阻抗匹配主要是常用的电磁耦合和静电耦合,并对静电耦合中的三阶匹配电路,欠补偿和过补偿进行详细的研究。本文在充分的理论研究基础上进行电源的具体研发设计,并对设计进行主电路仿真、散热仿真,最后设计研发一台100kW/18kHz并联型感应加热电源样机来进行试验,试验结果与仿真、理论设计相符,符合电气设计要求,验证了大功率感应加热电源关键技术：扫频启振控制策略、PI-SPLL频率跟踪控制策略、阻抗匹配。基于DSP芯片TMS320F28335高速处理数字控制系统,能实现电源输出的高稳定度,在实际工况下能稳定可靠运行,对国内大功率超音频感应加热电源的研究具有重要意义。
【关键词】：感应加热 关键技术 扫频启振 频率跟踪 阻抗匹配
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM924.01;TN86
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-16
• 1.1 课题背景及意义12
• 1.2 光纤生产技术简介12-14
• 1.3 本文的主要内容14-15
• 1.4 本章总结15-16
• 2 感应加热电源分析16-26
• 2.1 感应加热简介16-19
• 2.1.1 感应加热原理16-17
• 2.1.2 感应加热器简介17-18
• 2.1.3 感应加热电源发展现状18
• 2.1.4 感应加热电源发展趋势18-19
• 2.2 调功方式19-20
• 2.2.1 调功方式简述19
• 2.2.2 电源调功方案分析19-20
• 2.3 串、并联型负载及逆变器特性分析20-25
• 2.3.1 串、并联负载特性分析20-23
• 2.3.2 串、并联逆变器拓扑特性分析23-24
• 2.3.3 串、并联型逆变器特性对比24-25
• 2.4 本章总结25-26
• 3 感应加热电源关键技术的研究26-42
• 3.1 扫频启振26-28
• 3.1.1 感应加热电源启动简介26
• 3.1.2 扫频启振26-28
• 3.2 频率跟踪28-36
• 3.2.1 逆变器工作原理28-30
• 3.2.2 PI-SPLL锁相环30-33
• 3.2.3 最佳输出相角控制策略33-36
• 3.3 负载阻抗匹配36-40
• 3.3.1 电磁耦合36-37
• 3.3.2 静电耦合37-40
• 3.4 本章总结40-42
• 4 并联型大功率超音频感应加热电源设计42-56
• 4.1 技术要求42-43
• 4.2 总体方案43-44
• 4.3 主电路设计44-51
• 4.3.1 三相整流桥及滤波电路的设计44-46
• 4.3.2 BUCK斩波及滤波电路46-47
• 4.3.3 开路保护电路设计47-48
• 4.3.4 逆变调频电路的设计48-49
• 4.3.5 高频隔离变压器的设计49-50
• 4.3.6 隔直电容的设计50
• 4.3.7 补偿电容与线圈设计50-51
• 4.4 控制流程设计51-53
• 4.4.1 斩波调功方案52-53
• 4.5 电源散热计算53-54
• 4.6 本章总结54-56
• 5 仿真及试验结果分析56-70
• 5.1 主电路仿真56-59
• 5.1.1 母线LC滤波后电压57
• 5.1.2 BUCK平波电抗电流波形57-58
• 5.1.3 逆变及输出仿真波形58-59
• 5.2 散热系统仿真59-62
• 5.2.1 整流桥模块仿真结果60
• 5.2.2 BUCK模块仿真结果60-61
• 5.2.3 逆变模块仿真结果61-62
• 5.3 试验结果分析62-67
• 5.3.1 电源扫频启振62-63
• 5.3.2 频率跟踪与阻抗匹配63-66
• 5.3.3 其他测试波形66-67
• 5.4 温升测试67-68
• 5.5 电源样机照片68-69
• 5.6 本章总结69-70
• 6 结论70-72
• 参考文献72-74
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果74-78
• 学位论文数据集78

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