高频IGBT并联谐振感应加热电源若干问题的研究

论文摘要

目前,尽管有关感应加热电源的研究文献为数不少,但是理论研究居多,对于很多工程实际问题涉入不深。尤其是高频感应加热电源,国内产品还不够成熟,与国外产品相比有很大差距。本文主要结合一个实际工程研究项目,针对并联谐振感应加热电源的一些工程实际问题进行了较为深入地研究。本文针对采用晶闸管三相全控整流调压调功、IGBT作为逆变桥功率开关元件的并联谐振感应加热电源,计算了整流侧和逆变侧的主要参数,详细分析了电源系统的工作特性。在此基础上,重点研究了逆变桥最佳重叠时间及其产生、并联谐振逆变器半压启动等问题,探讨和设计了一种针对并联谐振负载开路过压保护的方案和电路。并采用MATLAB/Simulink对感应加热电源各种工况进行了详细仿真,优化了设计参数,验证了设计方案的可行性。此外,对基于DSP-TMS320F2812的并联谐振数字化控制系统进行了设计,实现了频率跟踪（锁相环）、整流桥数字触发、最佳重叠时间控制、相序及缺相判断、闭环调功以及数字化启动等功能。并结合DSP控制板,搭建了DSP外围电路,对本文所提出的控制方案进行了模拟试验验证,试验结果证明了理论分析的正确性和控制方案的可行性,所作研究工作具有一定的工程应用参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外现状
• 1.3 本课题的目的和任务
• 1.3.1 课题目的
• 1.3.2 课题主要任务
• 2 感应加热电源方案分析
• 2.1 感应加热原理
• 2.2 串、并联谐振逆变器拓扑对比分析
• 2.2.1 串联谐振逆变器
• 2.2.2 并联谐振逆变器
• 2.2.3 串、并联谐振逆变器对偶比较
• 2.3 并联谐振槽路分析
• 2.4 并联型逆变器及其谐振特性分析
• 2.5 最佳重叠时间方案
• 2.6 感应加热电源调功方式的选择
• 2.7 感应加热电源的主电路拓扑
• 3 参数设计及系统仿真
• 3.1 并联谐振感应加热电源控制系统结构
• 3.2 参数设计
• 3.2.1 系统指标
• 3.2.2 整流桥晶闸管的参数设计
• 3.2.3 主接触器、熔断器选择
• 3.2.4 逆变桥IGBT的参数设计
• 3.2.5 负载参数设计
• 3.3 系统仿真建模
• 3.3.1 整流调功控制系统的建模
• 3.3.2 锁相环原理及其仿真建模
• 3.3.3 逆变器启动系统建模
• 3.3.4 重叠时间控制系统建模
• 3.3.5 闭环系统建模
• 3.4 仿真结果分析
• 3.4.1 锁相环工作仿真结果分析
• 3.4.2 重叠时间仿真结果分析
• 3.4.3 启动过程仿真结果分析
• 3.4.4 系统输出仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 感应加热电源控制系统的软、硬件设计
• 4.1 TMS320F2812 DSP简介
• 4.2 软件设计
• 4.2.1 功率调节程序设计
• 4.2.2 三相全控整流触发脉冲的产生
• 4.2.3 逆变器启动的实现
• 4.2.4 数字锁相环的实现
• 4.2.5 主程序流程图
• 4.2.6 过压、过流保护中断程序
• 4.3 硬件设计
• 4.3.1 过压保护电路的设计
• 4.3.2 电流电压采样电路
• 4.3.3 负载电压信号相位补偿电路
• 4.3.4 过压保护检测电路
• 4.3.5 三相同步信号检测电路
• 5 实验结果
• 5.1 三相全控整流触发脉冲实验波形
• 5.2 重叠时间实验波形
• 5.3 频率跟踪实验波形
• 5.4 过压保护实验波形
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献