【正文】 ............................ 2 167。 IGBT； waveforms 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 目 錄 第一章 概 述 .......................................................................................... 1 167。 series resonance。 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(jì)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。再次，在 設(shè)計(jì)了一個(gè) 串聯(lián)半橋逆變電路的基礎(chǔ)上，對(duì) 各個(gè)器件的具體 電路參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并合理選擇元器件。 本文以串聯(lián)半橋感應(yīng)加熱電源為研究對(duì)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(diǎn)、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及 應(yīng)其發(fā)展趨勢(shì)。感應(yīng)加熱電源的發(fā)展趨勢(shì)是高頻化、大容量化、智能化和綠色化。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 感應(yīng)加熱 逆變 電源設(shè)計(jì) 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(guó)防、機(jī)械加工等部門及船舶、飛機(jī)、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(jìn)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。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。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(diǎn) , 半橋串聯(lián)諧振逆變器 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制容易，有良好的經(jīng)濟(jì)效益等特點(diǎn) ， 故此， 分析了串聯(lián)半橋逆變 橋 的工作原理。最后，在一臺(tái)半橋串聯(lián)諧振電源 上，通過改變整流濾波后的電壓，測(cè)試了 橋臂電壓 波形，并對(duì)波形進(jìn)行簡(jiǎn)要分析， 得出 感應(yīng)加熱電源應(yīng)盡量避免空載等實(shí)驗(yàn) 結(jié)論 。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 resonant halfbridge inverter。 課題研究的背景 ................................. 1 167。 感應(yīng)加熱電源的特點(diǎn) ............................ 2 167。 感應(yīng)加熱的發(fā)展趨勢(shì) ............................ 6 第二章 半橋串聯(lián)諧振逆變器的主電路 ............................................... 8 167。 半橋串聯(lián)諧振逆變電路 ......................................................... 9 167。 原始數(shù)據(jù) ...................................... 13 167。 確定整流晶閘管的參數(shù) ......................... 13 167。 確定 IGBT 管參數(shù) .............................. 14 167。 額定電流 ............................... 15 167。 計(jì)算感應(yīng)加熱線圈的電感及主電路諧振電容 ...... 16 167。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ..................................... 18 167。但是，這種發(fā)熱長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)只是作為一種損耗而被人們關(guān)注。 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。它不僅可對(duì)金屬材料直接加熱，而且也可對(duì)非金屬材料進(jìn)行間接式加熱，如單晶硅的加熱拉伸 、半導(dǎo)體的提純、有機(jī)涂層的固化、人造寶石的熔煉等。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。它可以將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l率的交流電，進(jìn)而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，處于交變磁場(chǎng)的導(dǎo)體感應(yīng)出渦流，從而使導(dǎo)體加熱。 感應(yīng)加熱電源主要由整流器、逆變器、負(fù)載及控制和保護(hù)電路組成，其電路結(jié)構(gòu)如圖 1． 1所示。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(chǎng)中的導(dǎo)體兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)導(dǎo)體為閉合回路時(shí)，導(dǎo)體中會(huì)有電流通過。 如圖 1． 2所示，當(dāng)交流電通過感應(yīng)線圈 f時(shí)，在其內(nèi)部會(huì)形成一個(gè)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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) Φ ，從而產(chǎn)生渦流使金屬工件材料發(fā)熱。 181。=1； f—— 金屬工件的電流頻率 (Hz)。 這就是感應(yīng)加熱的原理。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。 在感應(yīng)加熱設(shè)備中存在著三個(gè)效應(yīng) —— 集膚效應(yīng)、近鄰效應(yīng)和圓環(huán)效應(yīng)。 近鄰效應(yīng) —— 當(dāng)兩根通有交流電的導(dǎo)體靠得很近時(shí)，在互相影響下，兩導(dǎo)體中的電流要重新分布。 圓環(huán)效應(yīng)：若將交流電通過圓環(huán)形線圈時(shí)，最大電流密度出現(xiàn)在線圈導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)，這種現(xiàn)象稱為圓環(huán)效應(yīng)。在感應(yīng)線圈中置以金屬工件，感應(yīng)線圈兩端加上交流電壓，產(chǎn)生交流電流 1I ，在工件中產(chǎn)生感應(yīng)電流 2I 。當(dāng)電流 1I 和感應(yīng)電流 2I 相互靠攏時(shí)，線圈和工件表現(xiàn)出鄰近效應(yīng)，結(jié)果，電流 1I 集聚在線圈的內(nèi)側(cè)表面，電流 2I 聚集在工件的外表面。 交變磁場(chǎng)在導(dǎo)體中感應(yīng)出的電流亦稱為渦流。由于渦流所產(chǎn)生的熱量與渦流的平方成正比，因此由表面至芯部熱量下降速度要比渦流下降速度快的多，可以認(rèn)為熱量(85～ 90%)集中在厚度為△的薄層中。 —— 真空磁導(dǎo)率 4π 10(H/m). μ—— 工件磁導(dǎo)率 (H/m ), μ —— 工件相對(duì)磁導(dǎo)率， ω —— 角頻率 (rad/s )， f—— 頻率 (HZ)。和 π 的數(shù)值代入，即可得公式 : )(μ/ρ50300Δ mmfr= 從上式可以看出，當(dāng)材料電阻率、相對(duì)磁導(dǎo)率給定后，透入深度△僅與頻率 f 平方根成反比，此工件的加熱厚度可以方便的通過調(diào)節(jié)頻率來(lái)加以控制。這種性質(zhì)在工業(yè)金屬熱處理方面獲得了廣泛的應(yīng)用 [21。感應(yīng)加熱的應(yīng)用領(lǐng)域亦隨之?dāng)U大，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。 此外，感應(yīng)加熱電源由于采用了新型電路元件，其緩沖電路，驅(qū)動(dòng)電路河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 等也得到了空前的改善，此外，還有對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀 感應(yīng)加熱技術(shù)從誕生至今，經(jīng)過了近百年的發(fā)展，取得了令人注目的成果，尤其是六十年代以后，固態(tài)電力電子技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，使感應(yīng)加熱技術(shù)與現(xiàn)代化生產(chǎn)的許多方面密切相關(guān)，發(fā)揮了很大的生產(chǎn)力的作用。 目前 ，在 低頻感應(yīng)加熱領(lǐng)域普遍采用傳統(tǒng)的工頻感應(yīng)爐。預(yù)計(jì)短期內(nèi)，以固態(tài)器件構(gòu)成的低頻感應(yīng)加熱電源在功率、價(jià)格、可靠性方面還很難與簡(jiǎn)單可靠的工頻感應(yīng)爐競(jìng)爭(zhēng)，雖然其效率、體積和性能均大于工頻爐。在超音頻 (20kHz～ 1OOkHz)范圍內(nèi)， IGBT的應(yīng)用占主導(dǎo)地位。 1993年西班牙也報(bào)道 T30600kW/50100kHz的 IGBT電流型感應(yīng)加熱電源。在高頻 (100kHz以上 )領(lǐng)域，國(guó)外己從傳統(tǒng)的電子管電源過渡到晶體管全固態(tài)電源。歐美各國(guó)采用 MOSFET的高頻感應(yīng) 加熱電源的容量也在突飛猛進(jìn) .例如，西班牙采 MOSFET的電流型感應(yīng)加熱電源制造水平可達(dá)600kW/400kHz。 我國(guó)感應(yīng)加熱技術(shù)從 50 年代開始就被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中， 60 年代末，開始研制晶閘管中頻電源，浙江大學(xué)首先研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)晶閘管中頻電源，到目前己經(jīng)形成了一定范圍的系列化產(chǎn)品，并開拓了較為廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。但國(guó)產(chǎn)中頻電源大多采用并聯(lián)諧振逆變器結(jié)構(gòu)，因此在開發(fā)更大容量的并聯(lián)逆變中頻感應(yīng)加熱電源河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 的同時(shí)，盡快研制出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于頻繁啟動(dòng)的串聯(lián)諧振逆變中頻電源也是中頻領(lǐng)域有待解決的問題。浙江大學(xué)采用晶閘管倍頻電路研制了 50kW/50kHz 的超音頻電源，采用時(shí)間分隔電路研制了 30kHz 的晶閘管超音頻電源。另外，浙江大學(xué)在 90 年代己經(jīng)研制成功 30kW/300kHz MQSFET高頻感應(yīng)加熱電源，并己成功應(yīng)用于小型刀具的表面熱處理和飛機(jī)渦輪葉片的熱應(yīng)力考核試驗(yàn)中。 影響感應(yīng)加熱電源發(fā)展的主要因素 (1)高頻化 目前 ,感應(yīng)加熱電源在中頻段主要采用晶閘管，超音頻段主要是 IGBT，而高頻段，隨著 MOSFET 和 1GBT 性能不斷改進(jìn)， SIT 將失去存在價(jià)值。因此，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱電源高頻化仍有許多應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)需進(jìn)一步探討。在器件的串并聯(lián)方式中，必須處理好串聯(lián)器件的均壓?jiǎn)栴}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。串聯(lián)逆變器輸出可等效為一低阻抗的電壓源，當(dāng)兩電壓源并聯(lián)時(shí)，相互間的幅值，相位和頻率不同或波動(dòng)時(shí)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，因此，串聯(lián)逆變器存在并機(jī)擴(kuò)容困難；而對(duì)并聯(lián)逆變器，逆變器輸入端的直流大電抗器可充當(dāng)各并聯(lián)器之間的電流緩沖環(huán)節(jié)，使得輸入端的 AC/DC或 DC/DC環(huán)節(jié)有足夠的時(shí)問來(lái)糾正直流電流的偏差，達(dá)到多機(jī)并聯(lián)擴(kuò)容。對(duì)焊接，表而熱處理等負(fù)載，一般采用匹配變壓器連接電源和負(fù)載感應(yīng)器，對(duì)高頻，超音頻電源用的匹配變壓器要求漏抗很小，如何實(shí)現(xiàn)匹配變壓器的高能輸入效率，從磁性材料選擇到繞組的設(shè)計(jì)己成為一重要課題，另外，從電路拓?fù)渖县?fù)載結(jié)構(gòu)以三個(gè)無(wú)源元件代替原來(lái)的二個(gè)無(wú)源元件，以代替匹配變壓器實(shí)現(xiàn)高效，低成本隔離匹配。具有計(jì)算機(jī)智能接口，遠(yuǎn)程控制，故障