小功率感应加热电源设计开题报告

中北大学毕业设计开题报告学生姓名：学号：学院、系：信息与通信工程学院电气工程系专业：电气工程及其自动化设计题目:小功率感应加热电源的设计指导教师：2011年03月21日毕业设计开题报告1.结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述1.1概述感应加热技术目前对金属材料加热效率最高、速度最快，且低耗环保。它已经广泛应用于各行各业对金属材料的热加工、热处理、热装配及焊接、熔炼等工艺中。它不但可以对工件整体加热，还能对工件局部的针对性加热；可实现工件的深层透热，也可只对其表面、表层集中加热；不但可对金属材料直接加热，也可对非金属材料进行间接式加热。等等。因此，感应加热技术必将在各行各业中应用越来越广泛。用感应电流使工件局部加热的表面热处理工艺。这种热处理工艺常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有时也用于整体淬火和回火。20世纪30年代初，美国、苏联先后开始应用感应加热方法对零件进行表面淬火2。随着工业的发展，感应加热热处理技术不断改进，应用范围也不断扩大。感应加热是目前人类所知的最快的加热方式，传统的加热方式是热传导，即由一个热的物体将自身的热能量传递给另一个物体，而感应加热则是通过交变电流在电感线圈中产生电流漩涡，也就是涡流，使处于线圈中的导磁性物体内的电子空穴运动从而产生热量。感应加热是传统加热方式的一次伟大的革命。感应加热装置由两部分组成，一部分是提供能量的交流电源，也称变频电源，变频电源有低频、工频、中频、超音频和高频之分；另一部分是完成电磁感应能量转换的感应线圈及机械结构，称感应炉。早期的感应加热电源有工频固态（50或60Hz）电源、中频有发电机旋转和固态电源、高频电子管电源。第二次世界大战前后的感应加热设备基本本上是上述的初级发展水平。1.2感应加热电源研究的背景和意义感应加热电源在金属熔炼、铸造、锻造、透热、淬火、弯管、烧结、表面热焊以及晶体生长等行业得到了广泛的应用5。随着电力电子学的迅速发展，感应加热电源也经历了几代发展过程。在本世纪初玻璃管汞弧整流器的发明标志着电力电子学的起源，而50年代末硅晶闸管的出现则标志着以固态半导体器件为核心的现代电力电子学的开始。在50年代前，感应加热电源主要有；工频感应熔炼炉、电磁倍频器、中频发电机组和电子管振荡器式高频电源。50年代末硅晶闸管的出现引起了感应加热电源技术以致整个电力电子学的一场革命，感应加热电源及其应用得到了飞速发展。至今在中频(150H:10kH:)范围内，晶闸管中频感应加热装置已完全取代了传统的中频发电机组和电磁倍频器。国外装置的最大容量已达数十兆瓦，国内也已形成2008000Hz1003000kw系列产品，可以配备5t以下的熔炼炉及更大容量的保温炉，也适用于各种金属透热，表面淬火等热处理工艺。但国产中频目前都采用并联谐振型逆变器结构。因此，在研究和开发更大容量的并联逆变中频电源的同时，研制结构简单，易于频繁起动的串联逆变中频电源是国内中频感应加热装置领域有待需要解决的问题，尤其是在熔炼、铸造应用中，串联逆变电源易实现全工况下恒功率输出(有利于降低电能吨耗)及一机多负载功率分配控制，更值得推广应用。1.3感应加热电源的发展趋势感应加热技术从诞生至今，经过近百年的发展，取得了令人瞩目的成果，尤其是六十年代以后，固态电力电子器件的出现与发展，使感应加热技术和现代化生产的许多方面密切相关，发挥了很大的的作用，因此世界各国都十分关注感应加热技术的发展，并投入了相当的经济支持和技术力量。目前传统的感应加热电源与固态感应加热电源取长补短，互补共存。制约感应加热发展的主要是感应加热电源，而电源受制于高频或大功率的开关器件。电力电子功率器件的发展，才真正促进了感应加热电源的发展。1957年美国研制出世界上第一只普通的阻断型可控硅，我们现在称为晶闸管(SCR)，经过60至70年代工艺完善和产品开发，70年代后期已形成从低电压小电流到高压大电流的系列产品，从而使固态感应加热电源产生了革命，走向实用化的阶段。与此同时，世界各国研制了大量的派生器件。如逆导晶闸管(RCT)，门极辅助关断晶闸管(GATT)，光控晶闸管(LTSCR)、及80年代发展的可关断晶闸管(GTO)等。感应加热电源技术的发展与功率半导体器件的发展密切相关，随着功率器件的容量化、高频化，带动感应加热电源的大容量化和高频化9。(I) 高频化目前，感应加热电源在中频频段主要采用晶闸管，超音频频段主要采用IGBT,而高频频段，由于SIT存在高导通损耗等缺陷，国际上主要发展MOSFE电源。感应加热电源虽采用谐振逆变器，有利于功率器件实现软开关，但是，感应加热电源通常功率较大，对功率器件、无源器件、电缆、布线、接地、屏蔽等均有许多特殊要求。因此，实现感应加热电源咼频化仍有许多应用基础技术需进一步探讨，特别是，新型咼频大功率器件的问世将进一步推动高频感应加热电源的发展。大容量化从电路的角度来考虑感应加热电源的大容量化，可将大容量化技术分为两大类：一类是器件的串、并联，另一类是多桥或多台电源的串、并联10。在器件的串、并联方式中，必须认真处理串联器件的均压间题和并联器件的均流问题，由于器件制造工艺和参数的离散性，限制了器件的串、并联数目，且串、并联数越多，装置的可靠性越差。多台电源的串、并联技术是在器件串、并联技术基础上进一步大容量化的有效手段，借助于可靠的电源串、并联技术，在单机容量适当的情况下，可简单地通过串、并联运行方式得到大容量装置，每台单机只是装置的一个单元(或一个模块)。负载匹配感应加热电源多应用于工业现场，其运行工况比较复杂，它与钢铁、冶金和金属热处理行业具有十分密切的联系，它的负载对象各式各样，而电源逆变器与负载是一有机的整体，负载直接影响到电源的运行效率和可靠性11。对焊接、表面热处理等负载，一般采用匹配变压器连接电源和负载感应器，高频、超音频电源用的匹配变压器从磁性材料到绕组结构正在得到进一步的优化改进，同时，从电路拓扑上可以三无源元件代替二无源元件，以取消变压器实现高效、低成本匹配。成套装置及智能化控制随着对感应热处理生产线自动化控制程度及电源高可靠性要求的提高，必须加强加热工艺成套装置的开发，感应加热系统正向智能化控制方向发展，具有计算机智能接口、远程控制和故障自动诊断等控制性能的感应加热电源系统正成为下一代发展目标12。1.4感应加热电源的优点及应用感应加热装置是利用电磁感应原理把电能转化为热能的设备13。它与传统的加热设备相比具有诸多优点：加热温度高，而且是非接触式加热；加热效率高，节能14。加热速度快，被加热物的表面载化少15。温度容易撞淤，产品质量稳定；可以局部加热；容易实现自动控制；作业环境好；能加热形状复杂的工件16。工件容易加热均匀，产品质量好。由于其具有以上诸多优点，因此在工业中有着广泛的应用17。它主要在机械制造工业、冶金及国防等领域用于淬火、透热、熔炼、钎焊以及烧结等18。此外，随着感应加热理论和感应加热装置的不断发展，其应用领域也随之扩大，应用范围越来越广，如微波炉、电磁炉等已进人人们的日常生活。参考文献：1衰俊国，于非，吴兆麟.移相式高频感应加热装置的研究J.电力电子技术，1999,33:56-592李忠文，安生挥.实用电机控制电路M北京，化学工业出版社，2003.16(3):12-143王健.感应加热用IGBT超音频电源J，热工技术，,2001,34(4)：68-704饶益花，朱荣辉，赵立宏.全固态高频感应加热电源的研究J南华大学学报(理上版)，2003,12(3):60-64李亚斌，李和明，彭咏龙.串联谐振逆变器的最优ZVS控制J电力电子技术,2006，40(3):14-166董淑惠，李亚斌，田丰.时间分割式IGBT高频感应加热电源的研究J电力科学与工程,2007,1-37潘天明.现代感应加热装置M北京：冶金工业出版社,1996:1-68林渭勋.半导体感应加热电源J,基础自动化,(4)，1997:1-59Kuang-YowLian,Chen-YaoHung,Chian-SongChiuandPeterLiu,InductionMotorControlWithFrictionCompensation:AnApproachofVirthal-Desired-VariableSynthesis,IEEETRANSACTIOKCSJPOWEELECTRONICSVol.20，No.5，September200510M.P.KazmierkowskietcmprovedDirectTorqueandFluxVectorControlofPWMInverted-fedInductionMotorDrivesJ.IEEETransactionsOnIndustryElectronics,1995,Vol.42,No.2:344-350.11潘天明，张殿敏等.100kW音频感应加热电源J电力电子技术，1996,113:10-1312章亦葵，李津福.200kHZ/75KWSIT高频感应加热电源的研制J工业加热,1996，129(1):20-2313潘天明，姜士林等OkW/400kHZ晶体管式高频电源M工业加热，1994，120(4):56-5914沈旭、吴兆麟等.20KW/300KHZ高频感应加热J电力电子技术，2001,23(9):25-3015林渭勋.可控硅中频电源M北京：机械工业出版社,1983，45(2):17-3816金玉兰，齐铂金，张伟.IGBT逆变电源串联准谐振频率自动跟踪技术J电焊机，2004,34(12):32-3417刘红艳.中频感应加热负载分析J数字化期刊,1995，12(5):1-318MhancA.Ouhrouche,C.Volat,SimulationofADirectField-OrientedControllerforanInductionMotorUsingMATLAB/SIMULINSoftwarePackage,ProceedingoftheIASTEDInternationalConferenceModellingandSimulaition,May15-17,2000-Pittsburgh,Pennsylvania,USA毕业论文开题报告2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）2.1本课题要研究或解决的问题1、学习单片机、电力电子及感应加热技术；2、研究感应加热电源的工作原理，设计加热电源主电路，并设计使用单片机实现电源控制电路，使电源运行更加稳定可靠，并能对过压、过流、缺相、控制电源欠压等故障进行保护并报警。2.2拟采用的研究手段（途径）1、系统主要包括三相全控整流桥、滤波电路、逆变电路、逆变控制电路、单片机等。基本结构如下图2.1所示。高频电压图2.12、工作原理主电路由三相桥式全控整流电路提供可调直流电压，经大电抗滤波后供给单相逆变桥作振荡电源，负载电路采用纯并联结构。此设计采用了快速V-MOS场效应管、高速锁相环MM74HC404及单片机等组成的频率为1MHz、输出功率较小的新一代感应加热逆变电源。该电源通过采用高速锁相环实现了频率的自动跟踪，通过单片机对整流部分的最佳控制，在保证设备稳定可靠的条件下，实现了最大的功率调节。毕业设计开题报告指导教师意见：小功率感应加热电源设计主要研究感应加热电源的工作原理，设计加热电源主电路，并设计使用单片机实现电源控制电路，使电源运行更加稳定可靠，在工业自动控制领域具有实用价值。该同学所写开题报告内容比较丰富、格式规范、符合要求。在文献综述中该同学针对感应加热电源的研究背景、意义及发展现状等方面的知识查阅了大量的相关资料，研究了感应加热电源的工作原理，所提出的实现方案有自己的认识，论述合理。可解决该课题研究的实际问题，实现方案可行。该设计题目的工作量适中，难度适中。总体看来，该同学的毕业设计开题报告完成的比较好，同意该同学开题。指导教师：年月日所在系审查意见：系主任：年月日