中频感应加热器设计研究.doc

目录 1 绪论 9 1.1 感应加热器的发展 9 1.2感应加热的工作原理 10 1.3 感应加热电源技术发展现状与趋势 22 1.4感应加热电源的工作原理 24 2 感应加热电源及其实现方案研究 25 2.1 串并联谐振电路的比较 25 2.2 串联谐振电源工作原理 26 2.3 电路的功率调节原理 28 2.4 本课题设计思路及主要设计内容 28 3 感应加热电源电路的主回路设计 30 3.1 主电路的主要设计技术参数 30 3.2 感应加热电源电路的主回路结构 30 主电路结构框图如图3.1所示： 30 3.2.1主回路的等效模型 32 3.2.2 整流部分电路分析 35 3.2.3逆变部分电路分析 37 3.3 系统主回路的元器件参数设定 39 3.3.1整流二极管和滤波电路元件选择 39 3.3.2 IGBT和续流二极管的选择 40 3.3.3槽路电容和电感的参数设定 41 4 控制电路的设计 43 4.1 控制芯片SG3525A 44 4.1.1内部逻辑电路结构分析 44 4.1.2芯片管脚及其功能介绍 46 4.2 电流互感器 48 5 驱动电路的设计 50 5.1 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）对驱动电路的要求 50 5.1.1 门极电压对开关特性的影响及选择 50 5.1.2门极串联电阻对开关特性的影响及选择 50 5.2 IGBT过压的原因及抑制 51 5.3 IGBT的过流保护 53 5.3.1设计短路保护电路的几点要求 53 5.4 集成光电隔离驱动模块HCPL-316J 53 5.4.1器件特性 54 5.4.2芯片管脚及其功能介绍 54 5.4.3 内部逻辑电路结构分析 55 5.4.4器件功能分析 56 5.4.5驱动电路需要注意的问题 58 6 辅助直流稳压电源 59 6.1 三端固定稳压器 59 6.2 本次设计用的的电源 60 6.2.1 18伏, 15伏稳压电压电源 60 6.2.2 ±12伏，±5伏双路稳压电源 60 6.2.3 元器件选择及参数计算 61 7 硬件调试 64 8 结论 66 致 谢 67 参考文献 68 中频感应加热器的设计研究 设计总说明: 中频感应加热以其加热效率高、速度快，可控性好及易于实现机械化、自动化等优点，已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。 1831年法拉第发现了电磁感应现象，并建立了电磁感应定律，奠定了感应加热的理论基础。而感应加热就是将材料放在高频磁场内(例如放到通有高频电流的线圈内部)，则磁力线切割材料，在材料中产生感应电动势，从而产生涡流。涡流也是高频电流。由于材料具有电阻，结果使材料发热，利用感应涡流的热效应进行加热。中频感应加热则是采用加热线圈通高频电流产生的磁力线集中在被加热物上、由电磁的感应作用，产生涡旋电流，将被加热物加热。 感应加热与其它的加热方式，如燃气加热，电阻炉加热等不同，它把电能直接送工件内部变成热能，将工件加热。而其他的加热方式是先加热工件表面，然后把热再传导加热内部。 因此在感应加热中存在着三个效应——集肤效应、近邻效应和圆环效应。 集肤效应：当交变电流通过导体时，沿导体截面上的电流分布式部均匀的，最大电流密度出现在导体的表面层，这种电流集聚的现象称为集肤效应。 近邻效应——当两根通有交流电的导体靠得很近时，在互相影响下，两导体中的电流要重新分布。当两根导体流的电流是反方向时，最大电流密度出现在导体内侧；当两根导体流的电流是同方向时，最大电流密度出现在导体外侧，这种现象称为近邻效应。 圆环效应：若将交流电通过圆环形线圈时，最大电流密度出现在线圈导体的内侧，这种现象称为圆环效应。 感应加热则是综合利用这三种效应。在感应线圈中置以金属工件，感应线圈两端加上交流电压，产生交流电流，在工件中产生感应电流。此两电流方向相反，情况与两根平行母线流过方向相反的电流相似。当电流和感应电流相互靠拢时，线圈和工件表现出邻近效应，结果，电流集聚在线圈的内侧表面，电流聚集在工件的外表面。这时线圈本身表现为圆环效应，而工件本身表现为集肤效应。 本设计基于感应加热的原理，研制了20KW中频感应加热器。 本设计中感应加热器采用IGBT作为开关器件，可工作在10 Hz～10 kHz频段。它由整流器、滤波器、和逆变器组成。整流器采用不可控三相全桥式整流电路。滤波器采用两个电解电容和一个电感组成Ⅱ型滤波器滤波和无源功率因数校正。逆变器主要由PWM控制器SG3525A控制四个IGBT的开通和关断，实现DC-AC的转换。 设计中采用的芯片主要是PWM控制器SG3525A和光耦合驱动电路HCPL-316J。 设计过程中程充分利用了SG3525A的控制性能，具有宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能