用于感应加热电源的高功率因数整流器的研究

摘要

感应加热电源由于具有效率高，控制简单，加热速度快等优点，广泛的应用在工业领域中。传统的感应加热电源整流部分一般采用二极管不控整流或者晶闸管可控整流。这些方式的电源输入端功率因数低，谐波污染严重。本文的目的就是研究改善感应加热电源的输入功率因数降低谐波干扰的方法。
　　本文对感应加热电源的主电路结构和控制方式分析比较，研究了改善整流电路功率因数的一般方法，并以电流型的PWM整流器与串联型谐振逆变器相结合的感应加热拓扑结构作为主要研究对象。分析了三相电流性PWM整流器的数学模型，得到了网侧功率因数控制的条件。在感应加热电源中，由于负载变化的特殊性，要求控制电路进行频率跟踪（数字锁相），同时，三相PWM整流技术既要进行网侧锁相又要进行控制脉冲的分配。因此，在分析DSP可用资源后，提出了DSP完成整流数字锁相和基本控制+FPGA完成三相电流型PWM整流控制脉冲分配和逆变侧锁相的控制方案。在MATLAB中建立了系统的仿真模型，通过仿真分析，证明了该方法的有效性和可行性。
　　搭建基于FPGA和DSP相结合的感应加热电源整体硬件控制平台，完成了控制系统的软硬件设计。设计并搭建了串联谐振型感应加热电源的主电路。完成了系统的实验。实验结果证明了方案的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 感应加热电源的发展概况和趋势

1．1．1 感应加热电源的发展概况

1．1．2 感应加热电源研究热点和发展趋势

1．2 本文的主要内容

2 感应加热电源方案

2．1 感应加热电源的功率控制方式

2．1．1 逆变侧调功

2．1．2 直流侧调功

2．2 频率跟踪技术

2．2．1 锁相环原理

2．2．2 数字锁相环

2．3 研究方案的选择

2．4 本章小结

3 三相电流PWM整流器

3．1 三相电流型PWM整流器的数学模型

3．1．1 三相电流型PWM整流器的一般模型

3．1．2 三相电流型PWM整流器的dq模型

3．2 三相CSR特性分析

3．3 三相CSR的SPWM调制信号的产生和分配

3．3．1 三值逻辑PWM的信号发生

3．3．2 三相CSR调制信号的预处理

3．4 三相电流型PWM整流控制

3．4．1 三相电流型PWM整流控制策略

3．4．2 三相电流型PWM整流器功率因数控制

3．5 基于电容电压定向的dq坐标下控制技术

3．6 电网锁相环的设计

3．7 本章小结

4 仿真及其结果分析

4．1 三相CSR仿真及其结果分析

4．1．1 三相CSR仿真模型建立

4．1．2 三相CSR仿真结果及其分析

4．2 谐振逆变器的仿真

4．2．1 锁相环的仿真模型

4．2．2 锁相环的仿真结果

4．3 本章小结

5 实验平台的设计

5．1 软件的设计

5．1．1．DSP软件的设计

5．1．2 FPGA实现的逻辑转换处理

5．1．3 基于FPGA的全数字锁相环的设计

5．2 硬件电路的设计

5．2．1 采样电路的设计

5．2．2 调理电路的设计

5．2．3 保护电路的设计

5．2．4 频率跟踪采样电路

5．2．5 驱动电路

5．3 主电路设计

5．3．1 主要参数的设计

5．3．2 主电路参数

5．4 本章小结

6 实验结果及其分析

6．1 三相CSR实验

6．2 数字锁相环稳态波形

6．3 谐振逆变器的脉冲信号

6．4 本章小结

7 全文总结与展望

致谢

参考文献

在校学习期间所发表论文