用于铝型材阳极氧化高频开关电源研制

摘要

随着绿色能源和环保理念的普及，越来越多的人开始意识到节约能源的重要性。同时伴随着电力电子技术的不断进步，技术实现手段的日益完善，新型的大功率高频开关电源代替传统的可控硅整流器电源也逐渐成为一个新的发展趋势。
　　在铝型材阳极氧化行业，现多使用可控硅整流电源作为氧化电源。这种可控硅整流氧化电源由于大容量工频变压器的使用，同时在实际使用中还需要配合专用的滤波柜，使得设备体积庞大，安装空间大而且整机效率低下。本文针对铝型材阳极氧化电源低电压、大电流和大功率密度的特点，有针对性的设计了一种新型的频率为20KHZ的移相全桥软开关氧化电源。
　　在设计过程中比较了多种软开关电路拓扑结构后选择了移相全桥型拓扑结构，并详细分析了该拓扑结构下零电压的实现过程，并分析了滞后臂功率开关管零电压难以实现的原因。在控制电路选择方面结合了电压型控制和峰值电流模式控制的优点，并以移相控制专用PWM芯片UC3879为基础，设计了内环峰值电流外环平均电压的双环控制系统。在高频变压器的设计方面，选择了采用环形磁芯制作而成的散热效果良好的开放式变压器。最终，为了检验理论分析和参数选取的正确性，通过不断的改进和参数调整，试制了单模块容量为44KW，总容量为220KW的样机一台。通过对样机的实际数据测量，样机软开关波形良好。五台单机并联运行时，各单机模块间的均流效果良好，并且能够满足铝型材阳极氧化工艺对于恒压、恒流的控制要求。在实际应用环境中的测试数据表明，新型高频软开关电源节能效果明显，较传统可控硅整流器氧化电源可节能15％左右，有效降低了铝型材阳极氧化工艺的用电量，为企业节省了生产成本。新型高频软开关氧化电源的整机效率在90％左右，输出电压波形稳定，完全满足设计要求。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 氧化电源发展历程和相关技术现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 主回路总体设计

2．1 输入整流滤波电路

2．2 逆变电路设计

2．2．1 单端正激型DC／DC变换器

2．2．2 半桥型DC／DC变换器

2．2．3 全桥型DC／DC变换器

2．3 高频变压器设计

2．4 输出整流滤波电路

2．5 软开关移相全桥工作过程详细分析

2．6 本章小结

第三章 2KA／22V模块主回路参数选取

3．1 三相整流桥及滤波器参数计算

3．2 IGBT及隔直电容的选择

3．3 高频变压器设计

3．3．1 匝数比设计

3．3．2 绕组匝数设计

3．3．3 结构设计

3．4 输出整流及RC吸收

3．5 谐振换流元件参数设计

3．5．1 激磁电流峰值的选取与激磁电感的设计

3．5．2 谐振电容的参数选择

3．5．3 死区时间设计

3．6 本章小结

第四章 控制电路简介

4．1 IGBT驱动信号选择

4．1．1 移相控制模式

4．1．2 有限双极性控制

4．2 闭环控制模式的选择

4．2．1 电压型控制器与电流型控制器

4．2．2 峰值电流与平均电流控制模式

4．3 双闭环恒流恒压控制模式

4．3．1 双闭环控制模式的提出

4．3．2 双闭环控制的特征

4．4 多模块并联技术

4．4．1 常用并联均流技术简介

4．4．2 基于PLC及触摸屏的并联均流系统设计

4．5 本章小结

第五章 实验结果与分析

5．1 实验波形

5．2 能效对比分析

5．2．1 新型高频氧化电源单模块样机能效计算

5．2．2 可控硅整流器能效计算

5．3 实测数据对比

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢