一种新感应加热电源的设计.doc

摘要
目前,我国感应加热电源的功率调节多是通过直流侧调节实现,一种是利
用晶闸管相控整流电路实现,此种电源在深度控制下功率因数很低,并且电网
电流谐波较大使得整机效率不高;另一种是利用直流斩波电路实现,此类电源
由于Buck电路中的功率器件工作在硬开关状态下,开关损耗大,效率不够高。
现有的移相PWM调功方式也存在功率调节范围窄的缺点。为了弥补上述的缺
点,本文设计了一种新型的串联谐振主电路拓扑结构,采用逆变侧功率调节方
式。整流部分采用不控整流,逆变侧为桥式结构,分为超前臂与滞后臂,超前
臂并联缓冲电容,滞后臂不并联电容,超前臂为活动臂进行PWM调节,滞后臂
为固定臂不进行PWM调节,输出功率的变化通过调节超前臂的脉宽来实现。
本文首先介绍了感应加热电源的特点、基本原理、发展历史和发展趋势、
国内外的研究现状,分析了电力电子器件的发展和影响感应加热电源发展的主
要因素。对感应加热电源中的电流型逆变器和电压型逆变器作了比较分析,归
纳了串联谐振逆变器的几种常用的调功方法,并对这几种控制方法的优缺点进
行了比较,在此基础上确定了本文的设计方案。设计了以功率IGBT为开关器件的串联谐振逆变器的主电路,提出了实现开关器件软开关的解决方法,详细的讨论了电源的输出功率、负载频率及驱动脉宽三者之间的关系,并对超前臂关断电流进行了分析。针对电压型感应加热电源频率跟踪的要求,阐述了一种新型的控制方式,叙述了一种由电压源供电的串联感应加热负载的PWM&PFM混合控制方法,这种方法具有功率调节范围宽、频率变化小的优点,适合于各种功率的感应加热场合。
在分析锁相环数学模型的基础上,分析了整个系统的稳定性。验证了设计的正确性、合理有效性,并确定了主电路各部分的参数,同时给出了高频匹配变压
器、感应线圈等感性部件的计算设计方法和制作工艺。对整个控制电路的思想
进行了简要的叙述,制作了样机并测试了电源在加热不同负载时的工作波形,
最后给出了整机调试的实验结果波形及其分析。针对感应加热电源中的启动问题,设计了软件扫频实现从它激到自激的转化:针对传统感应加热电源使用的模拟锁相环的缺点,利用QUartUsll软件中的模块74LS297设计了数字锁相环,弥补了模拟锁相环的缺陷,实现了频率跟踪。
本课题研究的感应加热电源的主回路及控制系统,电路结构简单,不仅节
省能源而且不易受到干扰,。控制方式简单,容易实现软开关
并且功率调节范围很宽。
关键词感应加热;串联谐振;混合控制;数字锁相环;功率调节

ABSTRACT
At present, the induction heating power supply regulation and more regulation by the realization of DC, is a benefit
With Thyristor Controlled Rectifier circuit, such power under the control of the depth of low power factor, and power grids
Make a larger whole harmonic current efficiency; the other is the use of DC chopper to achieve such power
Buck circuit as a result of the power device in the hard switching mode, the switching losses, and efficiency is not high enough. Existing phase-shifting PWM Power Regulator also exists a narrow range of power conditioning ings. In order pensate for the lack of Point, the paper design of a new main circuit of the series-resonant topology, the use of power conditioning inverter side side Type. Some non-controlled rectifier rectifier, inverter side for the bridge structure, is divided into super-forearm and arm lagging behind, ahead of Buffer capacit