MCZ-3000型单晶炉勾形磁场装置设计

论文摘要

本文是针对单晶炉勾形磁场装置及其电源的设计而进行的。根据相关文献报道,目前横向磁场装置国内已有成品,但勾形磁场装置国内还没有成熟的产品,国内仅有一些关于勾形磁场机理和拉晶工艺报道。本文通过有限元ANSYS软件,着重分析了线圈纵横向层数(纵横向层数比值)、磁屏蔽、空气隙、以及上下两线圈的距离等结构参数对磁场强度Br的影响。在磁场装置的励磁电源设计中,主电路选用了三相五柱变压器的双反星形整流电路,并对三相五柱变压器能够代替平衡电抗器的原理进行了阐述,用MATLAB/Simulink软件对其进行仿真,确定了方案。在磁场装置控制系统设计中,本文采用TI公司的TMS320LF2812 DSP为主控芯片的开发板,实现了对晶闸管的数字脉冲触发。并且对主要的器件和主电路相关的参数设计作了详细说明,包括原理框图、计算公式、软件流程图和具体的软件设计方法。基于MATLAB/Simulink对系统的主电路参数和控制策略进行了仿真,仿真结果表明论文提出的方案和控制策略的可行性,为系统的研制提供了基础。最后,对控制系统进行了必要的实验,实验结果表明了控制信号的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的工程背景和意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 课题的主要研究内容
• 2 勾形磁场分析及设计
• 2.1 勾形磁场的结构及工作原理
• 2.1.1 磁场装置结构
• 2.1.2 工作原理
• 2.2 电磁场有限元分析理论
• 2.2.1 电磁场基本理论
• 2.2.2 有限元法
• 2.2.3 有限元软件ANSYS概述
• 2.3 勾形磁场的模拟
• 2.3.1 ANSYS求解电磁场的步骤
• 2.3.2 仿真及结果分析
• 3 电流源主电路的设计
• 3.1 主电路方案选择
• 3.1.1 整流方式的选择
• 3.1.2 本文设计方案
• 3.2 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
• 3.3 三相五柱变压器
• 3.3.1 磁路分析
• 3.3.2 三相五柱变压器代替平衡电抗器原理
• 3.3.3 三相五柱变压器仿真模型的建立
• 3.4 主电路参数设计
• 3.4.1 器件参数选择
• 3.4.2 变压器参数设计
• 4 电流源控制系统及软件设计
• 4.1 控制电路实现
• 4.1.1 控制系统框图
• 4.1.2 TMS320F2812结构与特点
• 4.1.3 采样电路
• 4.1.4 触发脉冲及驱动电路
• 4.3 控制算法
• 4.3.1 传统PI控制设计
• 4.3.2 数字PI控制器原理
• 4.4 软件设计思路
• 4.4.1 主程序设计
• 4.4.2 中断子程序
• 5 系统仿真及实验分析
• 5.1 系统仿真及分析
• 5.2 实验波形及分析
• 6 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校学习期间所发表的论文