高效节能多供电中频感应加热电源设计研究

摘要

随着人们环保意识的提高以及铸造、冶金等工业行业对大功率感应加热设备需求，研究开发大功率、高效、环保的感应加热用电源设备成为业界所关注的热点技术课题。 本课题旨在研究新型高效节能大功率感应加热电源，与合作单位共同研究提出一机三炉感应加热电源装置。此电源装置改变了传统上的一拖一电源的限制，可以极大地提高冶金铸造行业的工作能力。电源整流部分采用12脉波不可控整流方式，使得网侧功率因数可达0.95，电网谐波污染小。逆变部分用KK管组成的半桥串联谐振电路，解决了传统并联谐振启动难等问题。利用AVR单片机作为核心控制处理器，采用数字PI调节算法进行功率调整，对负载匹配进行实时监控，实现了逆变的数字控制，改变了传统模拟电路复杂、维护难、功率控制不方便的弊端。整套一机三炉装置的控制系统，利用PC机作上位机，通过CAN总线来控制三台AVR逆变控制器，实现对现场信息的实时监控功能。 整套系统不仅能够提供大功率电能输出，而且具有功率输出任意可调、启动方便，功率因数高、谐波少，对公用电网的污染小的特点。本课题所研究的感应电源装置无论对能源环境还是工业生产实际需求都有很大的现实意义。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1中频电磁感应加热技术发展历程

1.2课题的来源及研究意义

1.3国内外研究现状

1.4本论文研究内容

1.5本论文的工作

第二章中频感应加热系统主电路研究

2.1电磁感应加热原理

2.1.1感应加热原理及应用

2.1.2中频感应炉和工频感应炉性能对比

2.2感应加热中频电源主电路

2.3整流电路分析设计

2.3.1三相全控桥整流电路工作过程

2.3.2变压器的磁势平衡关系研究

2.3.3交流侧谐波和功率因数

2.3.4 12脉波整流电路

2.4逆变电路部分分析设计

2.4.1逆变电源感应加热基本原理实现

2.4.2串联逆变负载特性

2.4.3逆变主电路设计

2.4.4可控器件选择

2.4.5快速晶闸管的保护

2.5本章小结

第三章串联逆变数字控制器设计

3.1逆变数字控制电路

3.1.1逆变模拟控制和单片机数字控制比较

3.1.2 AVR单片机简介

3.2串联感应加热对数字控制电路要求及总体结构设计研究

3.2.1串联感应加热对逆变控制电路要求

3.2.2功率调整控制策略

3.2.3基于AVR的数字控制电路总体结构

3.3数字PI调节

3.3.1数字PI调节算法

3.3.2数字PI算法的改进

3.4数字控制器硬件设计

3.4.1相关数值采集

3.4.2中频电流过零检测电路

3.4.3晶闸管脉冲驱动电路

3.5软件设计

3.5.1开机启动

3.5.2功率调整

3.5.3双窄脉冲产生程序设计

3.5.4其他功能模块

3.6本章小结

第四章整套装置控制系统

4.1 KGPS-DX高效节能环保一机三炉成套设备

4.2 PC机功能

4.2.1功率分配策略

4.2.2系统监视保护

4.3功率分配通信

4.3.1 CAN总线概述

4.3.2硬件设计

4.3.3接口软件设计

4.4本章小结

第五章总结与展望

参考文献

硕士期间发表的论文及参与科研项目

致谢