可控硅感应加热中频电源频率跟踪的相关控制技术研究

摘要

为了解决并联型可控硅感应加热中频电源频率跟踪和换相控制可靠性差、功率因素低、启动成功率不高等问题，对频率跟踪等相关控制技术进行了研究。文中分析了电流型单相逆变器负载电路的数学模型、负载频率特性和稳态特性，讨论了运行中开关器件动态参数特性、负载等效参数动态特性、功率因数等对频率跟踪控制性能的影响，基于对现有跟踪控制方式的对比研究，提出了一种基于ARM和FPGA的跟踪控制方法。在课题研究中，具体完成了以下工作：
　　首先，在逆变器换相过程中，基于触发引前时间、换流时间、功率因数、负载谐振频率、工作电压和电流等参数间的数学描述，研究了基于触发引前时间跟踪控制的换相控制方法，基于电压过零点相位补偿策略，确定了准确的换相触发时间。
　　基于频率跟踪性能与容性工作状态关系的研究，提出了采用模拟、数字滤波和计数技术实现高精度的频率跟踪，并可提高功率因数。
　　基于上述频率控制跟踪方法，提出了一种基于负载固有谐振频率的预充电启动控制策略。该启动控制策略可识别负载电路谐振频率，准确获得逆变器的启动频率；在预充电回路二次充放电的同时，如果使逆变器在该启动频率下进行工作，可确保启动初期负载电路能快速地积累足够能量，保证逆变器准确换相，确保系统快速达到稳定运行状态。
　　最后，设计了基于ARM和FPGA的软硬件控制平台，搭建了试验平台，对逆变器可控硅触发控制信号、可控硅驱动信号质量等进行了测试，通过整机联调试验验证了频率跟踪控制策略的优良性能。
　　研究结果表明，本文提出的频率跟踪控制策略可在有效保证并联型可控硅中频电源正常工作的前提下，进一步提高系统的稳定性、可靠性，并使负载功率因数提高，同时简化了系统结构，操作更灵活，易于扩展升级。

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目录

1 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究工作

2 并联型中频电源负载特性分析

2.1 负载电路及特性

2.2 并联逆变电路稳态特性分析

3 并联型可控硅中频电源频率控制方案总体设计

3.1 频率控制的需求分析

3.2 影响频率控制的因数

3.3 频率控制方案及可行性分析

4 可控硅感应加热电源的频率控制设计及实现

4.1 逆变器换相控制策略

4.2 基于电压过零点的负载频率跟踪方法

4.3 逆变器启动时的频率控制方法

5 试验及分析

5.1 试验系统

5.2 试验结果

5.3 结果分析

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录