移相式串联谐振感应电源的研究

摘要

感应加热通过电磁感应将电能转化为热能，是一种新型的加热方式。感应加热电源是各种感应加热设备的核心。本文对基于单片机的20HZ/5KW移相式串联谐振超音频感应加热电源进行了研究和设计。主要完成了如下工作:
　　 (1)介绍了感应加热电源的AC-DC-AC拓扑结构及电路主要的调功方式。分模态阐述了串联型负载电路在感性、容性和谐振模式下的工作过程。
　　 (2)按照设定的技术指标，确定了主回路的各部分参数，包括整流器、滤波器、逆变器和负载部分。
　　 (3)设计了基于AVR单片机ATmega64的电源控制系统。主要包括频率跟踪模块和调功模块。集成锁相环CD4046与单片机构成数字锁相环，通过软件控制逆变桥基准臂的触发信号，实现对负载谐振频率的跟踪。由PID算法控制逆变桥移相臂的触发信号，完成功率闭环控制。同时设计了控制系统的外围硬件电路。
　　 (4)在MATLAB/simulink下完成了建模仿真，并对实验结果进行了分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 感应加热的原理

1．1．1 感应加热的基本原理

1．1．2 感应加热的四种效应

1．1．3 感应加热的透热深度

1．2 感应加热的优点与发展

1．2．1 感应加热的优点

1．2．2 感应加热电源的发展趋势

1．3 本文研究的主要内容

第二章 感应加热电源主电路结构及调功方式分析

2．1 感应加热电源主电路结构

2．1．1 常用电源负载结构分析

2．1．2 串联型负载的谐振工作特性

2．2 感应加热电源调功方式分析

2．2．1 直流侧调功方法分析

2．2．2 逆变侧调功方法分析

2．3 全桥式串联谐振逆变器工作原理分析

2．3．1 全桥式串联谐振逆变器工作原理

2．3．2 感性工作模式

2．3．3 容性工作模式

2．3．4 谐振工作模式

2．3．5 感性模式移相PWM调功原理分析

2．4 本章小结

第三章 感应加热电源主回路设计

3．1 整流器部分

3．2 滤波器部分

3．2．1 滤波电容

3．2．2 滤波电感

3．3 逆变部分

3．4 负载谐振槽路的设计

3．4．1 负载补偿电容设计

3．4．2 负载电感及电阻参数设计

3．5 本章小结

第四章 感应加热电源的控制系统设计

4．1 AVR单片机ATmega64介绍

4．2 频率跟踪模块

4．2．1 锁相环的基本原理

4．2．2 集成锁相环芯片CD4046介绍

4．2．3 数字锁相环的设计

4．2．4 数字锁相环软件实现

4．3 功率控制模块

4．3．1 PID控制原理

4．3．2 功率控制的软件实现

4．4 控制系统电路硬件设计

4．4．1 CD4046的外围电路

4．4．2 它激转自激启动电路

4．4．3 负载电流和电压的采集电路

4．4．4 MOSFET的隔离驱动电路

4．4．5 过流保护电路

4．5 本章小结

第五章 仿真实验结果与分析

5．1 感应加热电源建模

5．2 仿真结果及分析

5．2．1 移相PWM调功仿真实验结果

5．2．2 电源启动仿真实验结果

5．2．3 负载频率跟踪仿真实验结果

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢