中北大學畢業設計開題報告學生姓名：學號：學院、系： 信息與通信工程學院電氣工程系專業：電氣工程及其自動化設計題目： 小功率感應加熱電源的設計指導教師： 2011年03月21日畢業設計開題報告結合畢業設計情況，根據所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：文獻綜述1.1概述感應加熱技術目前對金屬材料加熱效率最高、速度最快，且低耗環保。它已經廣泛應用于各行各業對金屬材料的熱加工、熱處理、熱裝配及焊接、熔煉等工藝中。它不但可以對工件整體加熱，還能對工件局部的針對性加熱；可實現工件的深層透熱，也可只對其表面、表層集中加熱；不但可對金屬材料直接加熱，也可對非金屬材料進行間接式加熱［1］。等等。因此，感應加熱技術必將在各行各業中應用越來越廣泛。用感應電流使工件局部加熱的表面熱處理工藝。這種熱處理工藝常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有時也用于整體淬火和回火。20世紀30年代初，美國、蘇聯先后開始應用感應加熱方法對零件進行表面淬火 ［2］。隨著工業的發展，感應加熱熱處理技術不斷改進，應用范圍也不斷擴大。感應加熱是目前人類所知的最快的加熱方式，傳統的加熱方式是熱傳導，即由一個熱的物體將自身的熱能量傳遞給另一個物體，而感應加熱則是通過交變電流在電感線圈中產生電流漩渦，也就是渦流，使處于線圈中的導磁性物體內的電子空穴運動從而產生熱量⑶。感應加熱是傳統加熱方式的一次偉大的革命。感應加熱裝置由兩部分組成，一部分是提供能量的交流電源，也稱變頻電源，變頻電源有低頻、工頻、中頻、超音頻和高頻之分；另一部分是完成電磁感應能量轉換的感應線圈及機械結構，稱感應爐［4］。早期的感應加熱電源有工頻固態（50或60Hz）電源、中頻有發電機旋轉和固態電源、高頻電子管電源。第二次世界大戰前后的感應加熱設備基本本上是上述的初級發展水平。1.2感應加熱電源研究的背景和意義感應加熱電源在金屬熔煉、鑄造、鍛造、透熱、淬火、彎管、燒結、表面熱焊以及品體生長等行業得到了廣泛的應用⑸。隨著電力電子學的迅速發展，感應加熱電源也經歷了幾代發展過程。在本世紀初玻璃管汞弧整流器的發明標志著電力電子學的起源，而50年代末硅品閘管的出現則標志著以固態半導體器件為核心的現代電力電子學的開始⑹。在50年代前，感應加熱電源主要有;工頻感應熔煉爐、電磁倍頻器、中頻發電機組和電子管振蕩器式高頻電源。50年代末硅品閘管的出現引起了感應加熱電源技術以致整個電力電子學的一場革命，感應加熱電源及其應用得到了飛速發展。至今在中頻(150H:~10kH:)范圍內，品閘管中頻感應加熱裝置已完全取代了傳統的中頻發電機組和電磁倍頻器。國外裝置的最大容量已達數十兆瓦，國內也已形成200~8000Hz，100~3000kw系列產品，可以配備5t以下的熔煉爐及更大容量的保溫爐，也適用于各種金屬透熱，表面淬火等熱處理工藝。但國產中頻目前都采用并聯諧振型逆變器結構。因此，在研究和開發更大容量的并聯逆變中頻電源的同時，研制結構簡單，易于頻繁起動的串聯逆變中頻電源是國內中頻感應加熱裝置領域有待需要解決的問題，尤其是在熔煉、鑄造應用中，串聯逆變電源易實現全工況下恒功率輸出(有利于降低電能噸耗)及一機多負載功率分配控制，更值得推廣應用。1.3感應加熱電源的發展趨勢感應加熱技術從誕生至今，經過近百年的發展，取得了令人矚目的成果，尤其是六十年代以后，固態電力電子器件的出現與發展，使感應加熱技術和現代化生產的許多方面密切相關，發揮了很大的的作用，因此世界各國都十分關注感應加熱技術的發展，并投入了相當的經濟支持和技術力量⑺。目前傳統的感應加熱電源與固態感應加熱電源取長補短，互補共存。制約感應加熱發展的主要是感應加熱電源，而電源受制于高頻或大功率的開關器件。電力電子功率器件的發展，才真正促進了感應加熱電源的發展8］。1957年美國研制出世界上第一只普通的阻斷型可控硅，我們現在稱為品閘管(SCR)，經過60至70年代工藝完善和產品開發，70年代后期已形成從低電壓小電流到高壓大電流的系列產品，從而使固態感應加熱電源產生了革命，走向實用化的階段。與此同時，世界各國研制了大量的派生器件。如逆導品閘管(RCT)，門極輔助關斷品閘管(GATT),光控品閘管(LTSCR)、及80年代發展的可關斷品閘管(GTO)等。感應加熱電源技術的發展與功率半導體器件的發展密切相關，隨著功率器件的容量化、高頻化，帶動感應加熱電源的大容量化和高頻化⑼。高頻化目前，感應加熱電源在中頻頻段主要采用品閘管，超音頻頻段主要采用IGBT，而高頻頻段，由于SIT存在高導通損耗等缺陷，國際上主要發展MOSFET電源。感應加熱電源雖采用諧振逆變器，有利于功率器件實現軟開關，但是，感應加熱電源通常功率較大，對功率器件、無源器件、電纜、布線、接地、屏蔽等均有許多特殊要求。因此，實現感應加熱電源高頻化仍有許多應用基礎技術需進一步探討，特別是，新型高頻大功率器件的問世將進一步推動高頻感應加熱電源的發展。大容量化從電路的角度來考慮感應加熱電源的大容量化，可將大容量化技術分為兩大類:一類是器件的串、并聯，另一類是多橋或多臺電源的串、并聯no】。在器件的串、并聯方式中，必須認真處理串聯器件的均壓間題和并聯器件的均流問題，由于器件制造工藝和參數的離散性，限制了器件的串、并聯數目，且串、并聯數越多，裝置的可靠性越差。多臺電源的串、并聯技術是在器件串、并聯技術基礎上進一步大容量化的有效手段，借助于可靠的電源串、并聯技術，在單機容量適當的情況下，可簡單地通過串、并聯運行方式得到大容量裝置，每臺單機只是裝置的一個單元(或一個模塊)。負載匹配感應加熱電源多應用于工業現場，其運行工況比較復雜，它與鋼鐵、冶金和金屬熱處理行業具有十分密切的聯系，它的負載對象各式各樣，而電源逆變器與負載是一有機的整體，負載直接影響到電源的運行效率和可靠性UH。對焊接、表面熱處理等負載，一般采用匹配變壓器連接電源和負載感應器，高頻、超音頻電源用的匹配變壓器從磁性材料到繞組結構正在得到進一步的優化改進，同時，從電路拓撲上可以三無源元件代替二無源元件，以取消變壓器實現高效、低成本匹配。成套裝置及智能化控制隨著對感應熱處理生產線自動化控制程度及電源高可靠性要求的提高，必須加強加熱工藝成套裝置的開發，感應加熱系統正向智能化控制方向發展，具有計算機智能接口、遠程控制和故障自動診斷等控制性能的感應加熱電源系統正成為下一代發展目標Mo1.4感應加熱電源的優點及應用感應加熱裝置是利用電磁感應原理把電能轉化為熱能的設備［13］。它與傳統的加熱設備相比具有諸多優點：加熱溫度高，而且是非接觸式加熱；加熱效率高，節能［14］。加熱速度快，被加熱物的表面載化少［15］。溫度容易撞淤，產品質量穩定;可以局部加熱；容易實現自動控制;作業環境好;能加熱形狀復雜的工件［16］。工件容易加熱均勻，產品質量好。由于其具有以上諸多優點，因此在工業中有著廣泛的應用US。它主要在機械制造工業、冶金及國防等領域用于淬火、透熱、熔煉、釬焊以及燒結等18］。此外，隨著感應加熱理論和感應加熱裝置的不斷發展，其應用領域也隨之擴大，應用范圍越來越廣，如微波爐、電磁爐等已進人人們的日常生活。參考文獻.?［1］ 衰俊國，于非，吳兆麟.移相式高頻感應加熱裝置的研究［J］.電力電子技術，1999,33(6)：56-59［2］ 李忠文，安生揮.實用電機控制電路［M］北京，化學工業出版社，2003.16(3):12-14［3］ 王健.感應加熱用IGBT超音頻電源［J］，熱工技術，，2001,34(4)：68-70［4］ 饒益花，朱榮輝，趙立宏.全固態高頻感應加熱電源的研究［J］南華大學學報(理上版)，2003,12(3):60-64［5］ 李亞斌，李和明，彭詠龍串聯諧振逆變器的最優ZVS控制［J］電力電子技術,2006,40(3):14-16［6］ 董淑惠，李亞斌，田豐.時間分割式IGBT高頻感應加熱電源的研究［J］電力科學與工程,2007,1-3［7］ 潘天明.現代感應加熱裝置［M］北京:冶金工業出版社，1996:1-6［8］ 林渭勛.半導體感應加熱電源［J］,基礎自動化，(4)，1997:1-5［9］ Kuang-YowLian,Chen-YaoHung,Chian-SongChiuandPeterLiu,InductionMotorControlWithFrictionCompensation:AnApproachofVirthal-Desired-VariableSynthesis,IEEETRANSACTIONSONPOWERELECTRONICS，Vol.20，No.5，September2005［10］ M.P.Kazmierkowskietc.ImprovedDirectTorqueandFluxVectorControlofPWMInverted-fedInductionMotorDrives［J］.IEEETransactionsOnIndustryElectronics,1995,Vol.42,No.2:344-350.［11］ 潘天明，張殿敏等.100kW音頻感應加熱電源［J］電力電子技術，1996,113(4):10-13［12］ 章亦葵,李津福.200kHZ/75KWSIT高頻感應加熱電源的研制［J］工業加熱,1996，129(1):20-23［13］ 潘天明，姜士林等.lOkW/400kHZ晶體管式高頻電源［M］工業加熱，1994，120(4)：56-59［14］ 沈旭、吳兆麟等.20KW/300KHZ高頻感應加熱［J］電力電子技術，2001,23(9)：25-30［15］ 林渭勛.可控硅中頻電源［M］北京:機械工業出版社，1983，45(2):17-38［16］ 金玉蘭，齊鉑金，張偉.IGBT逆變電源串聯準諧振頻率自動跟蹤技術［J］電焊機，2004,34(12):32-34［17］ 劉紅艷.中頻感應加熱負載分析［J］數字化期刊，1995，12(5):1-3［18］ MhandA.Ouhrouche,C.Volat,SimulationofADirectField-OrientedControllerforanInductionMotorUsingMATLAB/SIMULINKSoftwarePackage,ProceedingoftheIASTEDInternationalConferenceModellingandSimulaition,May15-17,2000-Pittsburgh,Pennsylvania,USA畢業論文開題報告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：2.1本課題要研究或解決的問題1、 學習單片機、電力電子及感應加熱技術；2、 研究感應加熱電源的工作原理，設計加熱電源主電路，并設計使用單片機實現電源控制電路，使電源運行更加穩定可靠，并能對過壓、過流、缺相、控制電源欠壓等故障進行保護并報警。2.2擬采用的研究手段（途徑）1、系統主要包括三相全控整流橋、濾波電路、逆變電路、逆變控制電路、單片機等。基本結構如下圖2.1所示。高頻電壓圖2.12、工作原理主電路由三相橋式全控整流電路提供可調直流電壓，經大電抗濾波后供給單相逆變橋作振蕩電源，負載電路采用純并聯結構。此設計采用了快速V-MOS場效應管、高速鎖相環MM74HC4046及單片機等組成的頻率為1MHz、輸出功率較小的新一代感應加熱逆變電源。該電源通過采用高速鎖相環實現了頻率的自動跟蹤，通過單片機對整流部分的最佳控制，在保證設備穩定可靠的條件下，實現了最大的功率調節。指導教師意見：小功率感應加熱電源設計主要研究感應加熱電源的工作原理，設計加熱電源主