基于PS-PWM控制策略的三电平感应加热电源研究

摘要

本文以感应加热电源为研究对象，简要介绍了感应加热电源的基本原理及其发展趋势。对传统感应加热电源的拓扑结构进行了分析，并比较了感应加热电源的各种调功方式。多电平变换器是近年来，电力电子技术领域中高压大功率应用场合的一个研究和应用热点。本文对多电平变换器在电路拓扑，PWM控制方法和软开关技术等方面的研究现状进行了综述。 基于传统两电平感应加热逆变电源因单只功率开关器件电压及电流定额受限，输出功率不能满足大中型工件热处理需要这一目的，本文设计了适用于负载串联谐振的三电平感应加热逆变电源，利用功率开关器件的串联分压有效地增大了输出电压，从而提高了逆变电源的输出功率或在相同输出功率下减小了输出电流。文中给出了三电平逆变电源的拓扑结构，与其他几种控制方式比较后，采用PS-PWM(移相-脉宽调制)方法作为输出功率控制策略，该方式在有效控制和调节输出功率的同时，也改善了输出电压波形的质量。 针对基于PS-PWM控制的三电平感应加热电源，对其进行了数学建模与分析。根据建模的分析结论，利用PSPICE对25kHz、540Vdc的感应加热逆变电源的实际工况进行了仿真，验证了PS-PWM控制策略的有效性和可行性。为进一步论证文中提出的三电平感应加热电源的拓扑结构合理性与控制策略正确性，本文设计了一台10kw/5kHz的PS-PWM控制的感应加热电源试验样机，其控制核心采用TI公司的TMS320LF2407 DSP控制芯片，并分别对电源进行了硬件设计和软件编程。实验结果表明，该PS-PWM移相调功控制的感应加热电源增大了电源的输出功率，并能有效控制和调节输出功率，减小了输出电压与电流波形的谐波分量。文章给出了整机的结构设计，逆变控制框图，驱动电路的设计和保护电路的设计。同时给出了主电路的仿真和实验波形。最后对本课题所做内容进行了一个简单的总结。

目录

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声明

第一章绪论

1.1感应加热的发展史及其发展趋势

1.1.1感应加热电源的历史及现状

1.1.2感应加热电源的发展方向

1.2感应加热的基本原理

1.3选题意义和主要工作

1.3.1选题意义

1.3.2课题的主要任务

第二章传统感应加热电源技术的比较分析

2.1整流部分

2.2电压型逆变器与电流型逆变器的比较分析

2.3谐振槽路

2.3.1并联谐振

2.3.2串联谐振

2.4小结

第三章多电平逆变器的拓扑结构及其功率控制策略

3.1多电平逆变器的技术背景和特点

3.2多电平变换技术的研究和应用

3.2.1多电平变换器的拓扑结构

3.2.2多电平变换器PWM控制策略

3.2.3多电平变换器应用现状

3.3多电平变换器研究的热点和难点

3.3.1多电平变换器的基本构成单元和统一电路拓扑结构及其建模问题

3.3.2多电平变换器PWM方法的研究

3.3.3多电平变换器软开关技术的研究

3.4小结

第四章基于三电平PS-PWM控制策略的调功原理分析

4.1拓扑结构及原理分析

4.1.1拓扑结构

4.1.2基于PS-PWM调功的原理分析

4.2 PS-PWM调功原理

4.2.1负载特性分析

4.2.2功率调节分析

4.3小结

第五章三电平变换器的数学建模与仿真分析

5.1基于开关函数三电平变换器数学模型

5.2 PS-PWM控制的感应加热电源数学分析

5.3三电平串联谐振式感应加热电源仿真研究

5.4小结

第六章基于DSP的三电平感应加热电源的技术实现

6.1感应加热电源控制系统的硬件设计

6.1.1系统总体结构设计

6.1.2电源参数计算与器件选型

6.1.3控制与驱动电路的设计

6.1.4检测与保护电路的设计

6.2三电平感应加热电源系统的软件设计

6.2.1 PS-PWM功率控制程序设计

6.2.2中断保护程序设计

6.3试验结果及分析

6.3.1实验所用仪器

6.3.2实验结果及分析

6.4小结

结论

致谢

参考文献

附录