【正文】 本次論文與設(shè)計(jì)的完成對我是一個巨大的激勵，使我在學(xué)術(shù)研究方面充滿信心，更為我在今后的學(xué)習(xí)與工作中提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。結(jié)果表明，制作的感應(yīng)加熱電源雖然沒有做反饋部分，受系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，給調(diào)試帶來了很大的阻礙，所設(shè)計(jì)的電路能完成基本的測試功能。對于驅(qū)動電路，要驗(yàn)證其故障信號復(fù)位功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可以人為給定一模擬故障信號去測試。注意，在接通電源后不要急于測量，首先要觀察整個電路有無異常現(xiàn)象發(fā)生（包括有無冒煙，是否有異常氣味，是否有異聲，芯片是否發(fā)燙，電源是否有短路或開路等現(xiàn)象）。在進(jìn)行調(diào)試之前，應(yīng)明確調(diào)試目標(biāo)，知道調(diào)試步驟、調(diào)測方法和所用儀器等。（4）濾波電容由式Ro CL≥(3～5)T/2可暫定Ro CL =5/2T,則CL=5T/2Ro,式中，Ro為CL右邊的等效電阻，應(yīng)取最小值，T為市電交流電源的周期，T=20ms，取 =1A，因此幾個電源的Ro分別為，Ro1min=V11/Iomax=10V/1A=11Ω，所以取C1=5T/2Ro1min=5201000/(211)≈4545μF,同理有，Ro2min=20V/1A=22Ω，C4=5201000/(222)≈2273μF，Ro4min=18V/1A=18Ω，C10=5201000/(218)≈2778μF可見，濾波電容容量較大，應(yīng)選電解電容。 元器件選擇及參數(shù)計(jì)算（1）三端穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器的輸出電壓 Vo應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相同。12V輸出的直流穩(wěn)壓電源一樣，也是由變壓器、二極管整流橋、濾波器和集成穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成。、最好采用漏電流小的鉭電容， ，如采用電解電容，則電容量要比圖中數(shù)值增加10倍。方案2：采用雙電源，即電源負(fù)載驅(qū)動電路等強(qiáng)電部分用一個電源，模擬電路、數(shù)字電路等弱電部分用一個電源。用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路檢測FAULT信號，如果有故障，則封鎖PWM輸出。為了防止同一橋臂的上、下管同時導(dǎo)通而引起IGBT 直通燒毀，在硬件電路上采用了一端為控制信號另一端接地的方式。IGBT正向?qū)〞r的柵源電壓為；反向截止時的為。,所以。這一過程稱為軟關(guān)斷,它能有效降低硬關(guān)斷所引起的對功率管的損害。11正向及反向輸入信號端,經(jīng)過內(nèi)部光耦隔離放大后輸出端 內(nèi)部邏輯電路結(jié)構(gòu)分析　　　該芯片片內(nèi)分為驅(qū)動隔離和保護(hù)隔離兩部分主要功能模塊?！　　　　　　　　　　　　　　。?）不應(yīng)影響IGBT的開關(guān)特性。對于負(fù)載變化引起的過載，通過閉環(huán)控制，是可以調(diào)節(jié)的。若阻抗很小，會使電流波動，IGBT開通時的集電極電流初始值將增大，在滿足的前提下，希望選取盡可能大的阻值，選取R=10Ω。+UGE增大時，IGBT通態(tài)壓降和開通損耗均下降，但負(fù)載短路時的IC增大，IGBT能承受短路電流的時間減少，對其安全不利，因此在有短路過程的設(shè)備中UGE應(yīng)選得小些，一般選12～15V。而門極電阻減小，則又使增大，可能引發(fā)IGBT誤導(dǎo)通，同時RG上的損耗也有所增加。正偏置電壓UGE增加，通態(tài)電壓UCE下降，開通能耗EON也下降，只有當(dāng)UGE大到一定值時，UCE才能達(dá)到較低的飽和值。阻容吸收電路俗稱緩沖電路，電路是由電容和電阻串聯(lián)而成，利用電容來吸收尖峰狀態(tài)的過電壓能量，利用與電容串聯(lián)的電阻來消耗產(chǎn)生過電壓的能量。為了提高電力電子裝置的可靠性，除了在選擇器件時，需有一定的電壓和電流裕量外，還需要采用一定的保護(hù)措施。它分為兩種恒時間原則及恒功率因數(shù)原則。三相全控整流器 橋?yàn)V波電抗逆變電路負(fù)載電路電流反饋電壓反饋UgaUfIf－＋＋I(xiàn)gP I調(diào)節(jié)－＋P I調(diào)節(jié)圖12 圖中Ug為給定電壓，Uf為負(fù)載反饋電壓，If為負(fù)載反饋電流，Ig為負(fù)載電流給定，α為三相全控整流橋的導(dǎo)通角。而中頻電壓在生產(chǎn)過程中會發(fā)生波動，且溫度控制具有一定的滯后性，所以，在控制鍛件溫度的控制系統(tǒng)中，一般采用溫度和電壓雙閉環(huán)的方法。擾動模擬三相電網(wǎng)電壓的波動；擾動模擬由于負(fù)載性質(zhì)變時所引起的阻抗變化，當(dāng)直流電壓為定值時，負(fù)載阻抗變化將引起輸出電壓的變化。 控制策略直到目前為止，工業(yè)中常用的中頻電源仍以并聯(lián)諧振逆變電路為主，功率調(diào)節(jié)方式都是采用單獨(dú)調(diào)節(jié)可控整流器輸出電壓的方法。（2）上述各參量因各種故障而超出其設(shè)定的極限值時，控制電路應(yīng)將調(diào)節(jié)器封鎖，使整流電路轉(zhuǎn)入逆變工作狀態(tài)。移相調(diào)功時電路仍工作在諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電壓基波分量與負(fù)載電流同相。 f0 f1 fQ1Q3Q1Q4Q2Q4tt圖7等效阻抗的頻率特性 圖8 移相控制開關(guān)動作當(dāng)提高工作頻率時阻抗也隨之增大，電流減小，功率因數(shù)也減小，因此輸出功率隨之減小。死區(qū)形成電路在串聯(lián)諧振型中是必不可少的，有的集成驅(qū)動模塊中含有該單元，在設(shè)計(jì)時就可以省略；有的雖然含有一定的延遲環(huán)節(jié)，但時間太短，需要另加延遲。 逆變觸發(fā)電路調(diào)頻電路電壓檢測電路給定電壓比較放大電路啟動控制同步信號電源變壓器整流觸發(fā)電路電流檢測電路移制電路濾波逆變負(fù) 載三相全控整流三組工電 源＋整流濾波給定電壓－＋－整流濾波比 較 電路圖6 感應(yīng)加熱電源控制電路整流控制電路的任務(wù)是根據(jù)各種輸入信號(給定，反饋，故障等)綜合情況發(fā)出寬度合適的脈沖，以便輸出合適的直流電壓。周期為20ms，所以每個波動的時間為20/64ms，根據(jù)公式(36)可以得到： （36）式中，取I=，t=4ms，=600V ,得到：C=可以選取3000μF/400V的電容4個串聯(lián)，這樣實(shí)際的容量為750μF，耐壓為1600V。在CB段內(nèi)，CA和BA導(dǎo)通，Ud=Ucb。負(fù)荷電壓Ud=Uac。當(dāng)=0時，對于共陰極組的晶閘管依次觸發(fā)陰極電位最高的晶閘管，對于陰極組的晶閘管組依次觸發(fā)陰極電位最低的晶閘管，使晶閘管導(dǎo)通?，F(xiàn)在裝有4個整流二極管的橋式整流器能夠很便宜買到，而且變壓器的使用效率也高，所以幾乎都為橋式整流電路。整流電路的實(shí)質(zhì)就是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。 B A 圖1 感應(yīng)加熱基本原理由電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電動勢為： 　　　　　 （21）設(shè)磁通對時間t按正弦規(guī)律變化，即＝則＝－ ＝ ＝　　 （22）其中感應(yīng)電動勢的幅值為：＝＝2為了要使金屬工件加熱到一定的溫度，必須要求金屬工件內(nèi)有足夠大的渦流，亦即要求金屬工件內(nèi)有較大的電動勢，從式（22）可知，要增大有如下兩種途徑：（1）增大線圈A中的電流。如何設(shè)計(jì)制造大功率超高頻、高性能的感應(yīng)加熱電源，是電力電子科技工作者的重要課題。（4）隨著感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線自動化程度及對電源高可靠性要求提高，感應(yīng)加熱電源正向智能化控制方向發(fā)展。當(dāng)兩電壓源并聯(lián)時，相互間的幅值，相位和頻率不同或波動時將導(dǎo)致很大的環(huán)流，以致逆變器件的電流產(chǎn)生嚴(yán)重不均。（2）單片機(jī)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和集成芯片技術(shù)的發(fā)展使得對感應(yīng)加熱電源的復(fù)雜控制成為可能，體積和重量明顯減小，功率因素提高了，功率控制調(diào)節(jié)方便、準(zhǔn)確。在高頻范圍內(nèi)，由于晶閘管本身開關(guān)特性等參數(shù)的限制，給研制該頻段的電源帶來了很大的技術(shù)難度，它必須通過改變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)才有可能實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)改造工程不但涉及到保溫爐的設(shè)計(jì)制造，雙聯(lián)熔煉工藝的最佳化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還涉及到大功率中頻感應(yīng)加熱電源等。12伏，177。本文設(shè)計(jì)的電源電路可用于大型機(jī)械熱加工設(shè)備的感應(yīng)加熱電源。我國鑄件用量大，而鑄造行業(yè)仍以沖天爐熔煉為主，溫度及成分波動大，廢品率高。50年代末可控硅的出現(xiàn)則標(biāo)志著固態(tài)半導(dǎo)體器件為核心的現(xiàn)代電力電子學(xué)的開始。80年代興起由大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件為元件的逆變式高頻感應(yīng)加熱電源。在器件的串并聯(lián)方式中，必須處理好串聯(lián)器件的均壓問題和并聯(lián)器件均流問題，由于器件制造工藝和參數(shù)的離散性，限制了器件的串并聯(lián)數(shù)目，且裝置的可靠性和串并聯(lián)數(shù)目成反比。（3）感應(yīng)加熱電源多應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，其運(yùn)行工況比較復(fù)雜，它與鋼鐵，冶金和金屬熱處理行業(yè)具有十分密切的聯(lián)系，它的負(fù)載對象各式各樣，而電源逆變器與負(fù)載是一有機(jī)的整體，負(fù)載直接影響到電源的運(yùn)行效率和可靠性。因此，感應(yīng)加熱電源是某些高新技術(shù)研發(fā)中心不可缺少的裝備。基本工作原理如圖1所示，圖中A為感應(yīng)線圈（也稱負(fù)載線圈），B為被加熱的金屬工件。 基本結(jié)構(gòu)隨著電力電子學(xué)及功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，感應(yīng)加熱電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)過不斷的完善，已形成一種固定的AC/DC/AC變換形式，基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。全波整流：一是變壓器與半流整流電路相同，但用四個二極管組成橋式電路，將次級線圈的正、負(fù)半周都用起來；二是變壓器的次級繞組圈數(shù)加倍，中間抽頭，實(shí)際上由兩個次級線圈構(gòu)成。三相橋式整流電路圖如圖3所示。在AC段內(nèi)，a相電壓仍然最高，晶閘管AB繼續(xù)導(dǎo)通，電流從a相繞組流出，經(jīng)過AB負(fù)荷和CB。負(fù)荷電壓Ud=Ubc。（3）的選??；的耐壓和耐流與整流二極管是相同等級的。因此，與其他自動裝置一樣，中頻電源必須具備相應(yīng)的控制功能，才能有可靠的工作和產(chǎn)品質(zhì)量的保證。整流橋的控制一般用典型的全可控整流(在不要求移相調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓時)或可控整流(需要調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓時)，具體用哪一種取決于控制策略。功率調(diào)節(jié)方式有三種：（1）改變功率因數(shù)z通過改變工作頻率來改變功率因數(shù)。但是當(dāng)所需功率很小時，會讓系統(tǒng)工作在嚴(yán)重失諧的狀態(tài)，無功損耗大。高頻感應(yīng)熱處理逆變電源采用并聯(lián)諧振式全橋DC/AC逆變電路，以晶閘管為主開關(guān)器件，由電流調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)組成雙閉環(huán)進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，用頻率跟蹤電路控制逆變器的工作頻率，使逆變器始終工作于諧振狀態(tài)，逆變器輸出功率因數(shù)接近于1，而且能始終工作在準(zhǔn)零電流開關(guān)狀態(tài)、整機(jī)工作效率較高。但是，與其他自動裝置相比較，中頻電源對各項(xiàng)調(diào)節(jié)品質(zhì)指標(biāo)的要求(動態(tài)的和靜態(tài)的)相對要低一些。逆變觸發(fā)電路脈沖形成電路UsaUdUnfd1UdU0UtU1 可控整流給定電壓d2電壓調(diào)節(jié) 器Tc負(fù)載電路電壓反饋電路整流控制角調(diào)節(jié)器濾波電路逆變變路圖10 中頻電源控制原理閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理圖如10所示。中頻輸出功率與工件溫度之間存在如下關(guān)系： （41）式中： ——電源總效率； C——鍛件的比熱容； ——鍛件加熱時間； G——鍛件質(zhì)量；——環(huán)境溫度。比例調(diào)節(jié)P反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用以減少偏差，較大的比例系數(shù)可以使系統(tǒng)很快到達(dá)設(shè)定位，但是也增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性；積分調(diào)節(jié)I用于消除靜態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無差度；在感應(yīng)加熱中，熱慣性比電慣性大得多，所以一般忽略微分調(diào)節(jié)D，在實(shí)際設(shè)備中采用PI調(diào)節(jié)雙閉環(huán)控制。同時逆變器電流超前于電壓的角度不能太小，否則晶閘管承受反向電壓的時間太短，就不能可靠地關(guān)斷晶閘管，待負(fù)載電壓過零后，管子又將得到正向電壓，造成換向失敗，但引前觸發(fā)角不能太大，它會造成功率因數(shù)下降，輸出電壓值升高。（2）恒功率因數(shù)原則，其目的是爐子在加熱運(yùn)行過程中，始終保持引前觸發(fā)角平為恒定值。它的分?jǐn)鄷r間短（ 〈1