【正文】 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 1 感應(yīng)加熱 逆變 電源設(shè)計 摘要 感應(yīng)加熱可用于金屬熔煉、透熱、熱處理和焊接等過程，已成為冶金、國防、機械加工等部門及船舶、飛機、汽車等制造業(yè)不可缺少的技術(shù)。此外感應(yīng)加熱正不斷的進入人們的家庭生活中，例如電磁爐等都是依靠感應(yīng)加熱原理工作的。感應(yīng)加熱電源的發(fā)展趨勢是高頻化、大容量化、智能化和綠色化。目前的高頻感應(yīng)加熱電源頻率在幾百千赫左右技術(shù)比較成熟。 本文以串聯(lián)半橋感應(yīng)加熱電源為研究對象，首先在介紹感應(yīng)加熱的原理基礎(chǔ)上，闡述了感應(yīng)加熱電源的特點、國內(nèi)外發(fā)展狀況及 應(yīng)其發(fā)展趨勢。其次介紹了串聯(lián)全橋逆變電路與串聯(lián)半橋逆 變電路的優(yōu)缺點 , 半橋串聯(lián)諧振逆變器 具有結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，有良好的經(jīng)濟效益等特點 ， 故此， 分析了串聯(lián)半橋逆變 橋 的工作原理。再次，在 設(shè)計了一個 串聯(lián)半橋逆變電路的基礎(chǔ)上，對 各個器件的具體 電路參數(shù)進行計算，并合理選擇元器件。最后，在一臺半橋串聯(lián)諧振電源 上，通過改變整流濾波后的電壓，測試了 橋臂電壓 波形，并對波形進行簡要分析， 得出 感應(yīng)加熱電源應(yīng)盡量避免空載等實驗 結(jié)論 。 關(guān)鍵詞 ：感應(yīng)加熱；串聯(lián)諧振；半橋串聯(lián)諧振逆變器； IGBT； 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 2 A Design Of Induction Heating Power Inverter Abstract Induction heating can be used for metal smelting, diathermy, heat reatment and welding process, the manufacturing sector has bee an indispensable technology in metallurgy, defense, machining and other departments and ships, airplanes, cars and so on. Besides induction heating is constantly entering people39。s family life, such as induction cooker, etc. are relying on the principle of induction heating work. Induction heating power supply is the development trend of highfrequency, highcapacity, intelligent and green. The current highfrequency induction heating power of about a few hundred kilohertz frequency technology is relatively mature. In this paper, the series halfbridge induction heating power supply for the study, first principles on the basis of introduction of induction heating, induction heating power supply elaborated characteristics, domestic development and should its development trend. Secondly, it introduces the advantages and disadvantages of fullbridge inverter circuit in series with a series of halfbridge inverter circuit, halfbridge resonant inverter series has a simple structure, easy to control, good economic returns, etc. Therefore, the inverse analysis of the halfbridge series variable working principle of the bridge. Again, on the basis of a series of halfbridge inverter circuit designed on the specific circuit parameters were calculated for each device, and a reasonable choice of ponents. Finally, in a halfbridge series resonant power supply voltage by changing the rectifier filter after testing the leg voltage waveform, and the waveform is a brief analysis, the induction heating power should avoid noload and other experimental results. Keywords: induction heating。 series resonance。 series resonant halfbridge inverter。 IGBT； waveforms 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 3 目 錄 第一章 概 述 .......................................................................................... 1 167。 課題研究的背景 ................................. 1 167。 感應(yīng)加熱的基本原理 ............................ 2 167。 感應(yīng)加熱電源的特點 ............................ 2 167。 國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀 .............................. 5 167。 感應(yīng)加熱的發(fā)展趨勢 ............................ 6 第二章 半橋串聯(lián)諧振逆變器的主電路 ............................................... 8 167。 全橋串聯(lián)諧振逆變電路 ........................................................ 8 167。 半橋串聯(lián)諧振逆變電路 ......................................................... 9 167。 半橋串聯(lián)逆變器工作原理 ................................................... 10 第三章 主電路參數(shù)計算與選取 ............................ 12 167。 原始數(shù)據(jù) ...................................... 13 167。 變壓器的設(shè)計 .................................. 13 167。 確定整流晶閘管的參數(shù) ......................... 13 167。 LC 濾波器的設(shè)計 ............................... 14 167。 確定 IGBT 管參數(shù) .............................. 14 167。 額定電壓 ............................... 15 167。 額定電流 ............................... 15 167。 半橋高頻電容的參數(shù)計算及選擇 ................. 16 167。 計算感應(yīng)加熱線圈的電感及主電路諧振電容 ...... 16 167。 本章小結(jié) ............17 第四章 實驗結(jié)果及波形分析 ................................................................................................................. 18 167。 實驗結(jié)果 ..................................... 18 167。 實驗結(jié)論和小結(jié) ............................... 20 結(jié) 論 ....................................................................................................... 21 參考文獻 ................................................................................................. 22 致 謝 ....................................................................................................... 24 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 1 第一章 概 述 課題研究的背景 早在十九世紀初，人們就發(fā) 現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象：處于交變磁場的導(dǎo)體內(nèi)會產(chǎn)生電流，從而引起導(dǎo)體發(fā)熱。但是，這種發(fā)熱長時間以來只是作為一種損耗而被人們關(guān)注。十九世紀末，人們才開始試圖利用這種發(fā)熱，于是用于產(chǎn)生這種發(fā)熱的設(shè)備 —— 感應(yīng)加熱設(shè)備誕生了。 感應(yīng)加熱主要用于金屬熔煉、焊接、燒結(jié)、鋼管焊縫、熱裝配、金屬熱處理等領(lǐng)域。由于感應(yīng)加熱具有加熱速度較快、溫度容易控制、加熱效率高、無需預(yù)熱、污染小、占地面積小、設(shè)備制造方便等諸多優(yōu)點，因此廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)和生活當中。它不僅可對金屬材料直接加熱，而且也可對非金屬材料進行間接式加熱，如單晶硅的加熱拉伸 、半導(dǎo)體的提純、有機涂層的固化、人造寶石的熔煉等。另外，在航空工業(yè)等需要精密焊接處理的領(lǐng)域中，感應(yīng)加熱在對某些材料或零件進行特殊處理方面所起到的作用也是不可替代的。如今，感應(yīng)加熱也開始滲透到了人們的日常生活中，如電磁爐等以感應(yīng)加熱原理制造的電器，為人們的日常生活提供了極大地方便。 感應(yīng)加熱電源是感應(yīng)加熱工藝實現(xiàn)的主要設(shè)備。它可以將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l率的交流電，進而產(chǎn)生交變磁場，處于交變磁場的導(dǎo)體感應(yīng)出渦流，從而使導(dǎo)體加熱。隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，感應(yīng)加熱裝置的面貌也日新月異，伴隨著 MOSFET、 IGBT等 電力電子器件的相繼出現(xiàn)，掀起了感應(yīng)加熱裝置的革命，固態(tài)感應(yīng)加熱裝置已逐步取代電子管式感應(yīng)加熱裝置，在很多方面得到較廣泛的應(yīng)用。 感應(yīng)加熱電源主要由整流器、逆變器、負載及控制和保護電路組成，其電路結(jié)構(gòu)如圖 1． 1所示。整流器一般為三相不控整流或三相可控整流，它的作用是將三相工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電；然后經(jīng)過濾波器濾除雜波后送到逆變器，逆變器將其轉(zhuǎn)換為負載所需頻率的交流電，以加熱工件；整流控制電路和逆變控制電路分別為整流器和逆變器上的開關(guān)器件提供所需的脈沖信號。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 2 圖 感應(yīng)加熱電源基本結(jié)構(gòu)框圖 [11 感應(yīng)加熱的基本原理 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，處于交變磁場中的導(dǎo)體兩端會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，當導(dǎo)體為閉合回路時，導(dǎo)體中會有電流通過。感應(yīng)加熱的基本原理是根據(jù)電磁感應(yīng)定律，利用被加熱金屬工件中感生的渦電流對金屬工件進行加熱 。 如圖 1． 2所示，當交流電通過感應(yīng)線圈 f時，在其內(nèi)部會形成一個與 f同頻率的交變磁通西，處于線圈內(nèi)的金屬工件兩端會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 Φ ，從而產(chǎn)生渦流使金屬工件材料發(fā)熱。假定纏繞在會屬工件上的線圈匝數(shù)為 N，則根據(jù)麥克斯韋爾 (MAXWELL)電磁方程式，可得出感應(yīng)電動勢 e為： dtdNe Φ2= 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 3 式中 p—— 金屬工件的電阻率 (Ω ／ cm)。 181?！?金屬工件的相對磁導(dǎo)率，對于非磁性材料來說， 181。=1； f—— 金屬工件的電流頻率 (Hz)。 如果磁通是交變得，設(shè) tm ωsinΦΦ = ，則 有效值為： MfNE 2= 感應(yīng)電勢 E 在工件中產(chǎn)生感應(yīng)電流 使工件內(nèi)部開始加熱，其焦耳熱為： RtIQ ? 式中： 2I —— 感應(yīng)電流有效值（安 ）， R—— 工件電阻 （ 歐 ）， t—— 時間（秒） 。 這就是感應(yīng)加熱的原理。感應(yīng)加熱與其它的加熱方式，如燃氣加熱，電阻爐加熱等不同，它把電能直接送工件內(nèi)部變成熱能，將工件加熱。而其他的加熱方式是先加熱工件表面，然后把熱再傳導(dǎo)加熱內(nèi)部。 金屬中產(chǎn)生的功率為： Φc o o s 2 MfNEIP == 感應(yīng)電勢和發(fā)熱功率不僅與頻率和磁場強弱有關(guān)，而且與工件的截面大小、截面形狀等有關(guān)，還與工件本身的導(dǎo)電、導(dǎo)磁特性等有關(guān)。 在感應(yīng)加熱設(shè)備中存在著三個效應(yīng) —— 集膚效應(yīng)、近鄰效應(yīng)和圓環(huán)效應(yīng)。 集膚效應(yīng)：當交變電流通過導(dǎo)體時