50kW/20kHz超音频感应加热电源

论文摘要

随着市场对金属透热、淬火加工的质量要求越来越高,为进一步提高感应加热工艺,我们在总结现有感应加热设备和工艺实现的基础上,对照目前国内外感应加热电源发展现状,提出一种新的设计思路,开发研制了50kW／20kHz超音频感应加热电源。本文首先介绍了感应加热电源的用途和分类,阐述了国内外感应加热电源的发展现状；其次对并联谐振逆变器和串联谐振逆变器进行了比较,并着重介绍了串联谐振逆变器的工作原理,并对该设备采用的拓扑结构、工作原理及特点进行了较为全面的阐述；对该设备的性能指标,IGBT的器件结构、工作原理和主要参数特点进行了分析,以及在应用中对IGBT保护和IGBT驱动器M57962L的性能进行了分析并给出了M57962L的典型应用电路,详细阐述了高频变压器的铁芯选取、线圈的绕制以及实际制作中应注意事项,在此基础之上,设计和计算50k／20kHz感应加热电源主电路参数,选取了主电路的器件,设备为风冷装置,采用了并联风道的设计原理,有效提高了IGBT的冷却效果；分析了TMS320F2407DSP的特点、性能和优势,设计TMS320F2407DSP整流数字控制器的控制电路的硬件设计原理和控制版图,分析了锁相环(PLL) CD4046器件的工作原理、典型线路,设计出逆变电路的控制系统；并就感应加热电源的发展趋势提出了自己的观点。最后通过对实际电源各项技术指标进行了检测和实验分析,本电源符合技术指标要求,现已投入生产应用,得到了用户的认可。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 感应加热电源的发展
• 1.2 感应加热电源的分类
• 1.3 串联谐振逆变器和并联谐振逆变器的比较
• 1.4 课题的背景和意义
• 1.4.1 国际市场现状及发展预测
• 1.4.2 国内市场现状及发展预测
• 1.4.3 课题的主要目的
• 1.5 本文的主要研究工作
• 2 IGBT串联谐振感应加热的基本工作原理
• 2.1 串联谐振的原理
• 2.2 串联谐振逆变器的工作原理
• 2.3 串联谐振逆变器的控制电路
• 3 50KW/20KHz感应加热电源的主电路设计
• 3.1 主电路方案的选择
• 3.2 绝缘栅双极性晶体管（IGBT）
• 3.2.1 结构与工作原理
• 3.2.2 主要特性参数
• 3.2.3 栅极驱动
• 3.3 M57962L驱动器
• 3.4 缓冲电路
• 3.5 逆变变压器的设计
• 3.5.1 逆变变压器的设计原则
• 3.5.2 电磁理论基础
• 3.5.3 集肤效应
• 3.5.4 铁芯材料的选择
• 3.5.5 变压器铁芯的绕制
• 3.6 50KW/20KHz感应加热电源主电路参数计算
• 3.7 功率单元结构设计
• 4 50KW/20KHz感应加热电源的控制电路设计
• 4.1 整流控制电路设计
• 4.1.1 控制电路的硬件设计原理
• 4.1.2 整流控制板板图
• 4.1.3 接线端子描述
• 4.1.4 故障代码含义及可能原因
• 4.2 逆变控制电路设计
• 4.2.1 逆变控制原理及设计
• 4.2.2 CD4046锁相环的原理
• 5 实验结果
• 5.1 实验对象
• 5.2 实验结果
• 5.3 结论
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 6.2.1 高频化、大功率化
• 6.2.2 拓扑结构的多样化
• 6.2.3 控制系统的全数字化
• 致谢
• 参考文献