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基于准谐振技术的感应加热技术研究与应用

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 感应加热技术在国内外的发展现状

1.2.1 感应加热技术在国内的发展与现状

1.2.2 感应加热技术在国外的发展与现状

1.2.3 感应加热技术的未来发展趋势

1.3 课置的主要研究内容

第二章 电磁感应加热原理

2.1 电磁感应加热基本理论

2.1.1 电磁感应原理

2.1.2 趋肤效应与趋肤深度

2.2 感应加热系统输出电路的负载等效

2.3 谐振理论

2.3.1 串联谐振电路

2.3.2 并联谐振电路

2.4 几种感应加热谐振逆变电路的分析比较

2.4.1 两种全桥谐振逆变电路分析

2.4.2 半桥谐振逆变电路

2.4.3 谐振逆变器比较

2.4.4 准谐振电磁感应加热系统主电路拓扑

2.5 本章小结

第三章 准谐振变换器工作模态分析

3.1 工作模态定义

3.2 准谐振变换器的工作模态分析

3.2.1 模态A:开关管导通,电源向谐振电感注入能量(t0~t1)

3.2.2 模态B:开关管关断、电感Lx、电阻Rx和电容C进入谐振状态(t1~t5)

3.2.3 模态C:电感Lx放电、放电结束后主电路进入导通状态(t5~t6)

3.3 本章小结

第四章 感应加热系统硬件设计

4.1 AC-DC-AC(交流-直流-交流)回路设计

4.1.1 整流滤波电路设计

4.1.2 谐振电路设计

4.1.3 功率开关管IGBT选型

4.2 控制脉冲PWM产生电路设计

4.2.1 微控制器的选择

4.2.2 微控制器Atmega16的最小系统设计

4.2.3 控制脉冲PWM的产生

4.3 功率开关管IGBT的驱动电路设计

4.3.1 IGBT驱动电路在设计过程中需要满足的要求

4.3.2 HCPL-316J芯片简介

4.3.3 IGBT驱动电路设计

4.4 本章小结

第五章 仿真分析

5.1 稳定工作状态下的仿真分析

5.1.1 空载仿真分析

5.1.2 带负载情况下的稳态仿真

5.2 非稳定工作状态下的仿真与讨论

5.2.1 输入电压突变时的仿真分析

5.2.2 负载突变时的动态仿真

5.3 本章小结

第六章 样机测试与结果分析

6.1 系统软、硬件调试

6.1.1 硬件电路调试

6.1.2 软件部分调试

6.2 系统样机装置的波形测试与性能测试

6.2.1 空载和负载条件下电路的波形测试

6.2.2 样机性能测试

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

硕士期间科研成果

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摘要

感应加热作为新兴学科,在近30年来得到了真正应用,顾名思义,感应加热是利用电磁感应的原理使被加热的对象内部产生涡流,然后利用涡流做功来达到加热的目的。由于感应加热具有加热效率高、速度快、可控性好并且容易实现机械化、自动化的优点,已在加热、铸造、焊接、热锻和表面热处理等行业得到广泛的应用。
  本文首先介绍了感应加热技术在国内外的发展现状和未来发展趋势,紧接着介绍了电磁感应加热技术的基本原理和实现方式。详细分析了串、并联谐振逆变电路的优缺点,并对各种逆变器进行比较,在此基础上本课题根据设计要求提出了采用准谐振技术的主电路拓扑、建立了主电路在带载时的负载等效电路,然后将主电路的工作过程进行了模态划分,对每个模态进行了详细分析并给出相应数学表达式和时域波形图。基于感应加热的理论和负载等效电路的模态分析,本文提出了感应加热系统总体设计方案,包括主电路设计、控制PWM产生电路设计以及开关管IGBT驱动电路设计。根据所设计感应加热系统原理图利用SABER软件进行了稳定工作状态下和不稳定工作状态下的仿真,验证了系统的可行性。
  最后,在仿真分析结果可行的情况下,根据所设计系统各模块电路原理图制作各模块实际电路板,并分别进行调试。调试完成后将各模块组装成实物样机,对样机进行测试,将测试结果与仿真数据相比较。结果表明,本课题所设计感应加热系统符合设计目标、达到了预期性能,具有结构简单、设计合理、功率输出稳定、性价比和可靠性高等特点,同时,由于本课题采用了IGBT零电压(ZVS)开关技术,有效减小了开关损耗,提高了系统效率,实现了高效率和低功耗。

著录项

  • 作者

    戴立业;

  • 作者单位

    厦门大学;

  • 授予单位 厦门大学;
  • 学科 机械工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 陈文芗;
  • 年度 2016
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TM154.21;
  • 关键词

    感应加热; 电路设计; 模态分析; 准谐振技术;

  • 入库时间 2022-08-17 10:23:58

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