【文章內(nèi)容簡介】 11 管 D2形成 LRC2D2L回路續(xù)流 ，如圖 25(b)所示； (3)當開關管 S2導通時，整流側(cè)電源和諧振電容 C2分兩路同時給負載反方向供電，一路為 S2C1RLS2回路，另一路為 C2RLS2C2回路，如圖 2— 5(c)所示： (4)當開關管 S2關斷時，由于負載電感的作用，通過二極管 Dl形成LD1C1RL回路續(xù)流，如圖 2． 5(d)所示； 后一個周期繼續(xù)重復這一過程。 河南科技大學畢業(yè)設計論文 12 第三章 主電路參數(shù)計算與選取 主電路圖如下： 圖 半橋串聯(lián)諧振逆變電路 輸入電壓：交流 3380V， 輸入電壓頻率： 50赫茲 ， 額定輸出功率： P=30KW， 最高工作頻率 =20KHz， Ld為濾波電感， Cd Cd2為橋臂電容， L為負載電感， C為諧振補償電容。 變 壓器的設計 輸入三相工頻電壓經(jīng)整流后最大電壓 : Uo=380 2 =537V (21) 變壓器原邊電壓 : U1=537 Q (22) [5] Q為品質(zhì)因數(shù)，工程上常把串聯(lián)諧振時的電容或電感上的電壓與總電壓之比叫品質(zhì)因數(shù)，對于感應加熱電源一般取 3， 得出 U1= 537 3= 1611V 副邊電壓 : U2取安全電壓 36V, 河南科技大學畢業(yè)設計論文 13 則匝數(shù)比 : K=N1/N2=U1/U2=1611/36=≈ 45 (23) 又對于感應加熱電源變壓器的副邊匝數(shù)一般為 1匝，即 N2 = 1, 則 N1=N2 K = 45 (24) 又輸出功率 P2 = 30KW,可得副邊電流 : I2=P2/U2=30 103W/36V≈ (25) 由此得出原邊電流 : I1 = I2/K = (26) 取變壓器的效率 η 為 1， 變壓器一次、二次的總功率： Pt = P1+P2 = P1+ P1/η =60KW (27)[6] P1為原邊輸入功率， P2為副邊的輸出功率。 導線的截面積由電流密度 j 和電流有效值 I 決定，原、副邊導線的 截 面積分別為： j—— 電流平均密度，根據(jù)工作頻率 f，考慮到集膚效應，根據(jù)變壓器的散熱條件，允許的工作溫升，選擇適當?shù)膶Ь€電流密度 j,對于自然冷卻的高頻變壓器，最好不超過 3A/mm2 ,若有風冷可選擇 j＝ ～ 6A/mm2 。本次設計中 f=1KHz,允許 溫升不超過 100℃，采取風冷，所以取 j＝ 6A/mm2 。 [9] 原邊導線 截面積 F1=I1/j=副邊導線截面積 F2=I2/j= 確定整流晶閘管的參數(shù) 整流后電流 : I=P/Uo=30KW/537V= (211) 取電流安全系數(shù) Kiz=,則整流晶閘管的額定電流 : Ied=Kiz I/3= ≈ (212) 確定額定電壓 Ued 取安全系數(shù) Kuz=，則 : Ued=Kuz U0= 537= (213) 查下表可選擇 KP20. 河南科技大學畢業(yè)設計論文 14 LC 濾波器的設計 在本設計中濾波器我們選用的是一個濾波電感。沒有選用電容，而是在橋臂上加兩個電容 Cd Cd2在電路中。在實際電路中，濾波電感很難做準確的計算，一般根據(jù)經(jīng)驗值選用，本論文設計的 30KW感應加熱電源，可選用電感 Ld=。 確定 IGBT 管參數(shù) IGBT是一種新的復合功率器件、它集雙極型功率晶體管和功率 MO SFET 的優(yōu)點于一體 ,具有電壓型控制 ,輸入阻抗大、驅(qū)動功率小 ,控制電路簡單 ,開關損耗小 ,通斷速度快 ,工作頻率較高 ,元件容量大等優(yōu)點。在逆變電路中 IGBT的作用是通過它的周期性開和關作用，把直流電壓變換成方波電壓，它是逆變電源中的關鍵核心元件。由于它比較脆弱，對它的設計、選擇直接關系到整個電源的安全、可靠。所以，計算參數(shù)時留有的富裕量較大 [8]。 表 可控晶閘管主要額定值 [7] 河南科技大學畢業(yè)設計論文 15 額定電壓 輸入電網(wǎng)電壓整流濾波后，考慮網(wǎng)壓波動 10%，直流輸出電壓最大值： Uo = 2 U а =380 2 =650V （ 214） 式中 Uo為 IGBT承受的穩(wěn)態(tài)最大電壓； U為電網(wǎng)電壓有效值 380V； 數(shù)； а為安全系數(shù)，取 。 關斷時的峰值電壓 Uceps = (Uo +150) а = (650 +150V) = 式中 Uceps為 IGBT關斷時的峰值電壓； а為安全系數(shù)，取 ； 系數(shù)； 150為電感引起的尖峰電壓。 額定電流 每只 IGBT管上的平均電流 I = I1 I1是變壓器一次側(cè)電流，在上面我們已得出 I1 =，即 I = 額定電流 Ie是 IGBT手冊給出的在結溫 25℃條件下的額定值。 Ics=I = = 式中 Ics 為 IGBT額定電流計算值； I為每只 IGBT管上的平均電流； Ie安全系數(shù)。 綜上所述，所選 IGBT管額定電壓 1200V，額定電流 75A?？梢赃x用日本富士電機第四代 S系列中 2MB175S120型。 表 富士電機 P系列 IGBT參數(shù)表 河南科技大學畢業(yè)設計論文 16 半橋高頻電容的參數(shù)計算及選擇 半橋轉(zhuǎn)換電路上的兩個高頻電容是對稱的 ,其耐壓峰值 UP和電容量的計算可用下式 : UP=Ud/2+△ U+UL （ 215） C=I1ton/4△ U （ 216） 式中 Ud輸入直 流電壓幅值 (V) △ U 電容兩端電壓變化值 ,這里允許其電壓波動 10%, 則 △ U=10%（ Ud/2） =10% 537/2≈ 27V UL電感感應附加電壓 UL=20%（ Ud /2） =20% 537/2≈ 54V ton功率開關管導通時間 (S)。 所以，把已知數(shù)據(jù)代入可求得 UP＝ 537/2+27+54≈ 351V Cd1＝ Cd2＝ 25 106/(4 27)＝ F 為了其工作安全，要留有一定的安全裕量，所以 UP取 540V， Cd Cd2取5μ F。 計算感應加熱線圈的電感及主電路諧振電容 感應加熱線圈的電感 L3=μ N2 S/l 取 感應加熱線圈匝數(shù) N=3,面積 S=π (5/2)2cm2 ，磁路長度 l=3cm 在這里 ,感應加熱線圈即使在加熱工件放入后，也并沒有形成磁回路，所以取 μ為真空相對磁導率。 得出 L=μ N2 S/l= 106 H （ 217） 與之對應的原邊電感為 L1=N12L3， L1= 103H 由此可得出 諧振電容 C = 1/(4π 2f2L) = 106F 河南科技大學畢業(yè)設計論文 17 本章小結 經(jīng)過本章的計算，基本確定了主電路的參數(shù)，變壓器的參數(shù)；并以此可以選定各個元器件的型號。在計算過程中，加深了對主電路的認識和對所學知識的理解。同時，也認識到自己所學知識的掌握的深度還不夠，沒有能對主電路做更深一步的分析。 河南科技大學畢業(yè)設計論文 18 第四章 實驗結果及波形分析 實驗結果 在本次設計過程中，我們采用一補償電容實測值 C = F,勵磁電感實測值 L = 的半橋串聯(lián)諧振感應加熱電源，通過調(diào)節(jié)可控晶閘管改變整流濾波 后的電壓，一共測試了五組波形。分別如圖 ，圖 ，圖 ，圖 ，圖 。 圖 A 表示逆變之后橋臂電壓波形，方波，峰值為 100V， f=。B 表示輸出電流波形，正弦波，峰值為 47A。從圖可以看出電壓和電流波形同相位，表明電路工作在諧振狀態(tài)或準諧振狀態(tài)。 圖 橋臂電壓和電流波形（ 100V） 圖 橋臂電壓和電流波形（ 200V） 河南科技大學畢業(yè)設計論文 19 圖 A 表示逆變之后橋臂電壓波形，方波，峰值為 200V， f=。B 表示輸出電流波形，正弦波，峰值為 91A。比較圖 和 可以看出，當橋臂電壓變化時，頻率也發(fā)生了變化，這說明電路元件的性能發(fā)生了改變。電壓和電流仍是同相位，表明電路工作在諧振狀態(tài)或準諧振狀態(tài)。 圖 中 A 仍表示逆變之后橋臂電壓波形，方波，峰值為 100V，f=。 B 表示變壓器副邊電壓，峰值為 16V。從圖可以看出，橋臂電壓相位超前副邊電壓相位 90176。 圖 橋臂電壓和副邊電壓波形（ 100V） 圖 中 A 仍表示逆變之后橋臂電壓波形，方波，峰值為 200V，f=。 B 也表示變壓器副邊電壓，峰值為 31V。從圖可以看出，橋臂電壓相位超前副邊電壓相位 90176。 圖 橋臂電壓和副邊電壓波形（ 200V） 圖 中 A 仍表示逆變之后橋臂電壓波形，方波，峰值為 50V，河南科技大學畢業(yè)設計論文 20 f=， B 表示原邊電感電壓，峰值為 180V。由圖可以驗證在原邊電感電壓與橋臂電壓之間存在品質(zhì)因數(shù) Q=180/50=,且可以看出原邊電壓滯后于橋臂電壓 90176。 圖 原邊電感電壓與橋臂電壓波形 實驗結論和小結 根據(jù)實驗結果，可以看出所采用的感應加熱電源可以達到預期的工作要求。 （ 1）在空載狀態(tài)下，由于感應線圈的電感很小，導致電 路的頻率很高，加上在空載狀態(tài)，負載的等效電阻小，因而回路的電流很大，基于這個原因，感應加熱電源應盡量避免在空載狀態(tài)。 （ 2）在正常工作狀態(tài)下，回路的頻率降低，可以很好加熱工件。 （ 3）加熱完成后，工件的溫度升高，失磁，因而感應加熱線圈處電感降低，頻率又升高 。加上等效電阻降低，導致電流升高。所以在加熱完成后應及時斷電。 經(jīng)過實驗，加深了對感應加熱電源的認識，充實了畢業(yè)設計的實踐內(nèi)容。 河南科技大學畢業(yè)設計論文 21 結 論 本文主要是對感應加熱逆變電源主電路進行設計，并在樣機上進行波形測試 并分析，得出以下結論。 路與串聯(lián)全橋逆變電路進行分析，得出了串聯(lián)半橋逆變電路具有 結構簡單、控制容易 ；開 關管上的輸入電壓低，減小了開關管的電壓應力 ；設備節(jié)省空間， 有良好的經(jīng)濟效益 等優(yōu)點 、逆變器和感應電圈等 組成。 3. 按照設計給出的基本要求和參數(shù)（ 額定輸出功率 P=30KW， 最高工作頻率 =20KHz，三相 380V 輸入），通過理論計算，對電路各個部分的電流、電壓和功率參數(shù)進行了詳細計算。 4. 在上述計算基礎上，根據(jù)原器件使用參數(shù)和條件的定義，進行了型號選擇。對于元器件如二極管、 IGBT 的選擇上，會有很 多型號符合計算要求，要考慮安全系數(shù)、網(wǎng)壓波動和電壓尖峰等額外因素，選出合理方案。 ，得出了： 在空載狀態(tài)下，由于感應線圈的電感很小，回路的電流很大，應盡量避免空載；在正常工作狀態(tài)下，回路的頻率降低，可以很好加熱工件；加熱完成后，工件的溫度升高，失磁，因而感應加熱線圈處電感降低，頻率又升高 。加上等效電阻降低，導致電流升高。所以在加熱完成后應及時斷電。 總的說來，在做這個設計的過程中，我得到了很大的鍛煉。從電路的設計、分析、調(diào)試，到對問題的解決方法上，都有較大的提高。本次設計提供了一種小功率 串聯(lián)諧振感應加熱電源的主電路的設計方法，希望有些思想對類似的工程設計工作有所貢獻。 河南科技大學畢業(yè)設計論文 22 參考文獻 [1] 呂宏 . 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