三相合成IGBT数字化倍频感应加热电源研究

论文摘要

本文以三相合成数字化倍频感应加热电源为研究对象,介绍了感应加热电源的基本知识和国内外感应加热电源的发展历程。针对焊接、热处理等领域对高频化和大功率化的要求,本文以180KHz/300KW为高频感应加热电源技术指标,设计了一种新型的主电路拓扑结构系统,采用三个单相合成三相的二极管不控整流不加滤波直接加倍频式逆变电路,通过控制逆变器实现单位功率因数。综合脉冲密度调制（PDM）与移相调制（PSPWM）,设计了分时-PDM&PSPWM新型控制策略,改变驱动信号的脉冲密度和移相角实现功率调节,并分析了其电路的工作原理,同时采用IGBT并联分时控制的思想,达到增加输出频率的目的。基于器件串并联扩容技术会带来电压电流分配不均的问题,为提高电源的功率,采用变压器初级并联次级串联的功率合成的思想。对主电路各元器件进行了精确计算与设计,并详细分析了以TMS320F2812DSP和高速芯片CPLD为核心的控制与保护电路,同时,搭建了180KHz/300kW的感应加热电源样机,编写了基于分时-PDM&PSPWM控制策略,应用DSP实现数字化功率控制及采样、保护等功能,CPLD实现数字锁相及分频控制,这种控制方式能实时、自动地跟踪负载谐振频率。在理论分析的基础上,通过PSPICE仿真软件对单相逆变器主电路等效结构和控制方法进行仿真分析,并给出了部分仿真波形。实验结果表明,该新型的电路拓扑及新型控制策略的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 感应加热的原理介绍
• 1.2 感应加热电源的发展现状和发展趋势
• 1.2.1 感应加热技术的发展现状
• 1.2.2 感应加热电源的发展趋势
• 1.3 本课题研究的意义和主要内容
• 1.3.1 本课题研究的意义
• 1.3.2 本课题研究的主要内容
• 第二章 感应加热电源总体方案选择
• 2.1 感应加热电源总体拓扑结构选择
• 2.2 感应加热电源逆变拓扑结构的选择
• 2.3 串联谐振逆变器的负载分析
• 2.4 串联谐振感应加热电源调功方式选择
• 2.4.1 逆变侧调功方式的分析
• 2.4.2 调功方式的确定
• 2.5 电源频率提高的方案确定
• 2.6 电源功率合成方案的选择与确定
• 2.6.1 器件级串并联的功率合成
• 2.6.2 变压器的功率合成
• 2.7 本章小结
• 第三章 三相合成感应加热电源主电路分析与设计
• 3.1 三相合成感应加热电源主电路及工作原理介绍
• 3.1.1 分时-PDM&PSPWM 控制电源主电路结构
• 3.1.2 分时-PDM&PSPWM 控制电源工作原理分析
• 3.2 输出功率与移相角和脉冲密度的关系
• 3.2.1 输出功率与移相角的关系分析
• 3.2.2 输出功率与脉冲密度的关系分析
• 3.3 PDM＆PSPWM 的控制原理与实现
• 3.4 参数选择与设计
• 3.4.1 输入条件
• 3.4.2 电源输入部分及整流桥参数设计
• 3.4.3 逆变器及驱动电路参数设计
• 3.4.4 负载部分参数计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于DSP 和CPLD 的PDM&PSPWM 感应加热电源设计
• 4.1 基于DSP 和CPLD 的感应加热电源硬件设计
• 4.1.1 控制系统结构分析
• 4.1.2 F2812 DSP 控制器简介
• 4.1.3 EPM1270T144C CPLD 及VHDL 语言简介
• 4.2 基于DSP 的系统调功软件设计
• 4.2.1 系统软件总流程图
• 4.2.2 基于DSP 的调功系统设计
• 4.3 基于DSP&CPLD 的硬件电路设计
• 4.3.1 基于DSP 的调功系统硬件设计
• 4.3.2 基于CPLD 的频率跟踪硬件设计
• 4.4 其他辅助电路设计
• 4.4.1 死区电路
• 4.4.2 他激转自激电路
• 4.4.3 辅助电源设计
• 4.4.4 信号检测电路
• 4.4.5 保护电路的设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 仿真与实验结果
• 5.1 仿真结果
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 实验所用仪器
• 5.2.2 实验波形
• 第六章 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录一 主要硬件电路图
• 附录二 部分源程序
• 附录三 作者在攻读硕士学位期间发表的论文