完整版感应加热逆变电源设计毕业设计.docx

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完整版感应加热逆变电源设计毕业设计

感应加热逆变电源设计

摘要

感应加热可用于金属熔炼、透热、热处理和焊接等过程，已成为冶金、国防、机械加工等部门及船舶、飞机、汽车等制造业不可缺少的技术。

此外感应加热正不断的进入人们的家庭生活中，例如电磁炉等都是依靠感应加热原理工作的。

感应加热电源的发展趋势是高频化、大容量化、智能化和绿色化。

目前的高频感应加热电源频率在几百千赫左右技术比较成熟。

本文以串联半桥感应加热电源为研究对象，首先在介绍感应加热的原理基础上，阐述了感应加热电源的特点、国内外发展状况及应其发展趋势。

其次介绍了串联全桥逆变电路与串联半桥逆变电路的优缺点,半桥串联谐振逆变器具有结构简单，控制容易，有良好的经济效益等特点，故此，分析了串联半桥逆变桥的工作原理。

再次，在设计了一个串联半桥逆变电路的基础上，对各个器件的具体电路参数进行计算，并合理选择元器件。

最后，在一台半桥串联谐振电源上，通过改变整流滤波后的电压，测试了桥臂电压波形，并对波形进行简要分析，得出感应加热电源应尽量避免空载等实验结论。

关键词：

感应加热；串联谐振；半桥串联谐振逆变器；IGBT；

ADesignOfInductionHeatingPowerInverter

Abstract

Inductionbeusedformetalsmelting,diathermy,indispensabletechnologyinmetallurgy,defense,machiningandotherdepartmentsandships,airplanes,carsandsoon.Besidesinductioncooker,etc.arerelyingontheprincipleofinduction.Thecurrentthispaper,theseriesthebasisofintroductionofinductionserieswithaseriesof,onthebasisofaseriesofthespecificcircuitparameterswerecalculatedforeachdevice,andareasonablechoiceofcomponents.Finally,ina4△U　（2-16）

式中Ud---输入直流电压幅值（V）

△U---电容两端电压变化值,这里允许其电压波动10%,

则△U=10%×（Ud2）=10%×5372≈27V

UL---电感感应附加电压

UL=20%×（Ud2）=20%×5372≈54V

ton---功率开关管导通时间（S）。

所以，把已知数据代入可求得

UP＝5372+27+54≈351V

Cd1＝Cd2＝18.52×25×10-6（4×27）＝4.29μF

为了其工作安全，要留有一定的安全裕量，所以UP取540V，Cd1、Cd2取5μF。

3.7计算感应加热线圈的电感及主电路谐振电容

感应加热线圈的电感L3=μ×N2×Sl

取感应加热线圈匝数N=3,面积S=π（52）2cm2，磁路长度l=3cm在这里,感应加热线圈即使在加热工件放入后，也并没有形成磁回路，所以取μ为真空相对磁导率。

得出L=μ×N2×Sl=2.22×10-6H（2-17）

与之对应的原边电感为L1=N12L3，

L1=4.5×10-3H

由此可得出谐振电容C=1（4π2f2L）=0.014×10-6F

3.8本章小结

经过本章的计算，基本确定了主电路的参数，变压器的参数；并以此可以选定各个元器件的型号。

在计算过程中，加深了对主电路的认识和对所学知识的理解。

同时，也认识到自己所学知识的掌握的深度还不够，没有能对主电路做更深一步的分析。

第四章实验结果及波形分析

4.1实验结果

在本次设计过程中，我们采用一补偿电容实测值C=0.193μF,励磁电感实测值L=0.39mH的半桥串联谐振感应加热电源，通过调节可控晶闸管改变整流滤波后的电压，一共测试了五组波形。

分别如图4.1，图4.2，图4.3，图4.4，图4.5。

图4.1中A表示逆变之后桥臂电压波形，方波，峰值为100V，f=12.50KHz。

B表示输出电流波形，正弦波，峰值为47A。

从图可以看出电压和电流波形同相位，表明电路工作在谐振状态或准谐振状态。

图4.1桥臂电压和电流波形（100V）

图4.2桥臂电压和电流波形（200V）

图4.2中A表示逆变之后桥臂电压波形，方波，峰值为200V，f=12.89KHz。

B表示输出电流波形，正弦波，峰值为91A。

比较图4.1和4.2可以看出，当桥臂电压变化时，频率也发生了变化，这说明电路元件的性能发生了改变。

电压和电流仍是同相位，表明电路工作在谐振状态或准谐振状态。

图4.3中A仍表示逆变之后桥臂电压波形，方波，峰值为100V，f=12.64KHz。

B表示变压器副边电压，峰值为16V。

从图可以看出，桥臂电压相位超前副边电压相位90°。

图4.3桥臂电压和副边电压波形（100V）

图4.4中A仍表示逆变之后桥臂电压波形，方波，峰值为200V，f=12.92KHz。

B也表示变压器副边电压，峰值为31V。

从图可以看出，桥臂电压相位超前副边电压相位90°。

图4.4桥臂电压和副边电压波形（200V）

图4.5中A仍表示逆变之后桥臂电压波形，方波，峰值为50V，f=12.68KHz，B表示原边电感电压，峰值为180V。

由图可以验证在原边电感电压与桥臂电压之间存在品质因数Q=18050=3.6,且可以看出原边电压滞后于桥臂电压90°。

图4.5原边电感电压与桥臂电压波形

4.2实验结论和小结

根据实验结果，可以看出所采用的感应加热电源可以达到预期的工作要求。

（1）在空载状态下，由于感应线圈的电感很小，导致电路的频率很高，加上在空载状态，负载的等效电阻小，因而回路的电流很大，基于这个原因，感应加热电源应尽量避免在空载状态。

（2）在正常工作状态下，回路的频率降低，可以很好加热工件。

（3）加热完成后，工件的温度升高，失磁，因而感应加热线圈处电感降低，频率又升高;加上等效电阻降低，导致电流升高。

所以在加热完成后应及时断电。

经过实验，加深了对感应加热电源的认识，充实了毕业设计的实践内容。

结论

本文主要是对感应加热逆变电源主电路进行设计，并在样机上进行波形测试并分析，得出以下结论。

1.本设计对串联半桥逆变电路与串联全桥逆变电路进行分析，得出了串联半桥逆变电路具有结构简单、控制容易；开关管上的输入电压低，减小了开关管的电压应力；设备节省空间，有良好的经济效益等优点

2.主电路的主要部分为输入整流器、逆变器和感应电圈等组成。

3.按照设计给出的基本要求和参数（额定输出功率P=30KW，最高工作频率=20KHz，三相380V输入），通过理论计算，对电路各个部分的电流、电压和功率参数进行了详细计算。

4.在上述计算基础上，根据原器件使用参数和条件的定义，进行了型号选择。

对于元器件如二极管、IGBT的选择上，会有很多型号符合计算要求，要考虑安全系数、网压波动和电压尖峰等额外因素，选出合理方案。

5.对样机测试波形分析，得出了：

在空载状态下，由于感应线圈的电感很小，回路的电流很大，应尽量避免空载；在正常工作状态下，回路的频率降低，可以很好加热工件；加热完成后，工件的温度升高，失磁，因而感应加热线圈处电感降低，频率又升高;加上等效电阻降低，导致电流升高。

所以在加热完成后应及时断电。

总的说来，在做这个设计的过程中，我得到了很大的锻炼。

从电路的设计、分析、调试，到对问题的解决方法上，都有较大的提高。

本次设计提供了一种小功率串联谐振感应加热电源的主电路的设计方法，希望有些思想对类似的工程设计工作有所贡献。

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致谢

首先我要感谢我的指导老师朱锦洪老师。

在设计期间，老师在我的学习和生活各方面都提供了极大的帮助，他的言传身教使我受益匪浅。

老师渊博的专业知识、严谨的治学作风、精辟的分析能力、认真负责的工作态度、和蔼大度的大家风范、诲人不倦的育人作风、毫无保留的奉献精神给我留下了深刻的印象，必将深深影响我今后的学习和工作，使我终生受益。

其次，在我论文写作过程中，得到了艾银行、陈庆宏、段东旭等同学的积极合作和大力支持，在此表示衷心的感谢。