论文摘要
近几年,随着各国“稀土价格战”的不断升级,国内有关部门及稀土行业对稀土的开采和电解越发重视,作为电解稀土用的电解电源又一次被提上议程。IGBT具有体积小、反应速度快、反向恢复时间短、功耗小等优点。稀土电解电源采用IGBT作为开关管,解决了以往电解稀土用的可控硅整流电源体积大、效率低等缺点。同时,采用IGBT作为开关管,提高了开关电源频率,优化了电源的输出性能。通过对移相全桥软开关（FB-ZVZCS）的拓扑结构以及大、中功率开关电源副边整流回路的研究分析和探讨比较,确定了主电路原边采用串联饱和电感和阻断电容的FB-ZVZCS拓扑结构,主电路副边采用全波整流方式。主电路原边串联饱和电感,缩短了变换器的换流时间,防止了占空比的丢失;串联阻断电容,帮助了原边电流复位,同时还具有防止高频变压器偏磁的作用。建立了稀土电解电源损耗模型,分析了稀土电解电源中IGBT开关管、高频变压器及副边整流二极管等器件的损耗情况,根据此,选择了稀土电解电源中有关主要器件的型号和参数,计算了单个模块在某一个工作点的效率,预测了稀土电解电源的效率。结果表明,此种模型计算预测的效率与实测计算的效率相差不到50W。根据器件损耗的不同,结合主电路的拓扑结构,对稀土电解电源热回路进行了设计。分析了稀土电解电源系统中产生电磁干扰的原因,并对产生电磁干扰的干扰源进行了分析和处理。从磁性器件入手,设计和优化了高频变压器和饱和电感等磁性器件,减小了磁性器件本身对电源的干扰以及磁性器件相互间的干扰。除此之外,对电源系统中的其他干扰源及易受干扰的部位采用屏蔽、吸收等方法进行处理,从而提高了电源系统的稳定性及电磁兼容性能。研制了一台输入电压380V,输出电压0～15V可调,输出电流0～15000A的稀土电解电源样机,采集和分析了超前臂和滞后臂的电压电流波形,验证了超前臂的零电压（ZVS）开通以及滞后臂的零电流（ZCS）关断,实现了稀土电解电源在全工作范围内的软开关;对稀土电解电源的整机效率进行了测试和计算,结果表明,此稀土电解电源效率可达81%以上。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义1.2 稀土电解工艺概述及其对电源的要求1.2.1 稀土工业概述1.2.2 稀土生产的工艺技术1.2.3 稀土电解对电源的要求1.3 稀土电解电源的技术要求及其方案的确定1.4 本课题研究的主要内容第2章 稀土电解电源主电路的确定2.1 FB-ZVZCS 变换器拓扑比较2.1.1 变压器原边串联饱和电感的FB-ZVZCS 变换器拓扑2.1.2 变压器副边采用辅助网络的FB-ZVZCS 变换器拓扑2.1.3 变压器副边采用钳位电路的FB-ZVZCS 变换器拓扑2.2 几种副边整流回路比较2.2.1 整流管导通损耗2.2.2 变压器尺寸2.3 稀土电解电源主电路拓扑确定2.4 稀土电解电源主电路运行机理及模态分析2.5 本章小结第3章 稀土电解电源损耗分析及热回路设计3.1 开关电源功率损耗的数学模型3.1.1 输入整流模块功率损耗的数学模型3.1.2 逆变模块功率损耗的数学模型3.1.3 高频变压器模块功率损耗的数学模型3.1.4 输出整流模块功率损耗的数学模型3.1.5 饱和电感功率损耗的数学模型3.2 稀土电解电源功率损耗计算3.3 稀土电解电源热回路设计3.3.1 热回路设计概述3.3.2 散热器设计3.4 本章小结第4章 稀土电解电源磁性元件及电磁兼容设计4.1 主要磁性元件的设计4.1.1 高频变压器设计4.1.2 饱和电感的设计4.2 稀土电解电源电磁兼容性设计4.2.1 稀土电解电源产生电磁干扰的原因4.2.2 减少稀土电解电源电磁干扰的方法4.3 本章小结第5章 实验结果与分析5.1 整机实验所用主要参数和器件5.2 仿真电路建立及结果分析5.2.1 仿真实验电路的建立5.2.2 仿真实验结果及分析5.3 模块实验结果及分析5.3.1 超前臂ZVS 的波形分析及验证5.3.2 滞后臂ZCS 的波形分析及验证5.4 模块并联均流运行的均流实验5.4.1 并联均流方式比较与选择5.4.2 并联均流实验结果分析5.5 整机效率分析5.6 本章小结结论参考文献致谢
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