串联谐振感应加热电源的研究
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摘要
感应加热作为一种加热手段,相比传统的加热方式,有着许多的优点。随着工业技术的发展,感应加热技术被越来越多的应用到各种工业加热场合,而感应加热电源作为加热设备的主要部件,起到非常重要的作用。同时,电力电子技术的发展,也促进了感应加热技术的不断革新。
首先,本文对感应加热电源的结构做了原理性研究,再通过比较几种拓扑的形式,选择了串联谐振型逆变器。经过理论和仿真分析,确定电源适合工作在偏感性状态。分析了串联谐振型感应加热电源的负载特性和调功方式,确定了采用相控整流调功控制方式。分析了串联谐振逆变器的感性、容性工作模态和ZVS的换流,通过分析表明各个参数之间的关系。最后,在分析和计算公式的基础上进行了电源的参数设计和仿真,仿真证明了分析的正确性,成功完成ZVS换流。研究了锁相环的工作原理,对锁相环的性能进行了分析。对低频单片集成锁相环CD4046做了简单介绍。研究了短路过流保护电路,提出“间歇电流”保护电路的方法。
Induction heating, as a heating method, has many advantages compared with traditional heating. The technology of induction heating has been used in many applications nowadays. And the development of the power semiconductors accelerates the technical renovation of induction heating.
Mainly analyses the theory of induction heating power supply. After comparison of some inverter's topologies, this paper selects the series inverter. The active state of series resonant interver are analyzed through theoretical and simulational analysis and the conclusion that induction quasi-resonant state is the better functional mode is drawn. The phase control rectifier as the power control mode had been determined in the article through the analysis of series resonant induction heating power supply's characteristics of load and power regulation.The switching processes of series resonant inverter is researched. The zero-voltage-switching (ZVS) strategy to minimize the power loss is presented. The phase-locked loops theory and the basic structure of the phase-locked loops has been analyzed. Base on the analysis, a circuit is designed which solve the problem that the short circuit.
首先,本文对感应加热电源的结构做了原理性研究,再通过比较几种拓扑的形式,选择了串联谐振型逆变器。经过理论和仿真分析,确定电源适合工作在偏感性状态。分析了串联谐振型感应加热电源的负载特性和调功方式,确定了采用相控整流调功控制方式。分析了串联谐振逆变器的感性、容性工作模态和ZVS的换流,通过分析表明各个参数之间的关系。最后,在分析和计算公式的基础上进行了电源的参数设计和仿真,仿真证明了分析的正确性,成功完成ZVS换流。研究了锁相环的工作原理,对锁相环的性能进行了分析。对低频单片集成锁相环CD4046做了简单介绍。研究了短路过流保护电路,提出“间歇电流”保护电路的方法。
Induction heating, as a heating method, has many advantages compared with traditional heating. The technology of induction heating has been used in many applications nowadays. And the development of the power semiconductors accelerates the technical renovation of induction heating.
Mainly analyses the theory of induction heating power supply. After comparison of some inverter's topologies, this paper selects the series inverter. The active state of series resonant interver are analyzed through theoretical and simulational analysis and the conclusion that induction quasi-resonant state is the better functional mode is drawn. The phase control rectifier as the power control mode had been determined in the article through the analysis of series resonant induction heating power supply's characteristics of load and power regulation.The switching processes of series resonant inverter is researched. The zero-voltage-switching (ZVS) strategy to minimize the power loss is presented. The phase-locked loops theory and the basic structure of the phase-locked loops has been analyzed. Base on the analysis, a circuit is designed which solve the problem that the short circuit.
引文
[1]潘天明,现代感应加热装置,冶金工业出版社,1996年12月
[2]吴兆麟林刚兰奎,串联逆变式高频感音加热电源,电力电子技术,1994年第1期
[3]沈旭吴兆麟马俊李广勇,20KW/300KHZ高频感应加热电源,电力电子技术,1996年第2期
[4]马娟,周伟松,赵前哲,50kW_200kHz串联谐振感应加热电源的研究,电力电子技术,2008年8月
[5]朱晓荣,彭咏龙,石新春,李和明,200kW_400kHz固态高频感应加热电源,电力电子技术,2006年6月
[6]杨军,周伟松,王培清,周景春,IGBT超音频感应加热电源相位跟踪的研究,电力电子技术,2004年8月
[7]韩越,串联逆变感应加热电源的短路保护方案,机电工程,2003年第20卷第2期
[8]李亚斌,彭咏龙,李和明,串联谐振逆变器的最优ZVS控制,电力电子技术,2006年6月
[9]戚宗刚,串联感应加热电源技术的研究,浙江大学硕士学位论文,2004年3月
[10]林渭勋,现代电力电子技术,机械工业出版社,2006年
[11]王兆安,黄俊,电力电子技术,机械工业出版社,2005年
[12]张占松、蔡宣三,开关电源的原理及设计,电子工业出版社,1998年
[13]阮新波、严仰光,脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术,科学出版社,1999年
[14]Sanjaya Maniktala著,王志强郑俊杰等译,开关电源设计与优化,2006年12月
[15]丁道宏,电力电子技术,航空工业出版社,1992年6月
[16]林渭勋,现代电力电子电路,浙江大学出版社,2002年7月
[17]张亦葵 姜土林等,200KHZ、75KW SIT高频感应加热电源的研制
[18]张明勋,电力电子设备设计和应用手册,机械工业出版社,1990年6月
[19]黄国靖,我国热处理设备发展的基本方向,工业加热,1996年第5期
[20]孙立萌,基于DSP的超音频感应加热电源数字化控制的研究,西安理工大学硕士学位论文,2005年
[21]周庆红,高频感应加热逆变电源扩容技术的研究,西安理工大学硕士学位论文,2005年
[22]孔令枝,全固态高频多管并联逆变电源的研究,西安理工大学硕士学位论文,2004年
[23]时矗,移相调功式IGBT超音频感应加热电源的研究,西南交通大学硕士学位论文,2004年5月
[24]高迎慧,IGBT串联谐振型逆变器高频化技术的研究,华北电力大学硕士学位论文,2004年12月
[25]李亚斌,固态高频感应加热电源控制技术的研究,申请华北电力大学博士学位论文,2007年12月
[26]倪徐良,50kHz IGBT串联谐振感应加热电源研制,西安理工大学硕士学位论文,2008年3月
[27]许海文,固态超音频电源并联逆变控制技术的研究,华北电力大学硕士学位论文,2002年12月
[28]GerhardL.Fiseher, Hans Christian Doht, An Inverter System for Inductive Tube Welding utilizing Resonance Transformation
[29]E.J.Dede, etc, New Investigations on Short circuit Behavior of Current-fed Inverters for Induction Tube welding
[30]Vadim Chudnovsky, Boris Axelrod, ArichL.shenkman, An approximate Analysis of a Starting Process of a Current Source Parallel Inverter with a High-Q Induction Heating Load, IEEE-Transactions on Power Electronics, Vol.12, No.2, March1999.
[31]B.Davson, P.Jain, A Comparison of Load Commuted Inverter System Induction Heating and Melting Applications, IEEE-Transactions on Power Electronics, Vol.6,1991.
[32]Sibylle Dieckerhoff, Michael J.Ryan, Rik W.De Doncker, Design of an IGBT-Based LCL-Resonant Inverter for High-Frequency Induction-Heating, IEEE-PESC,99.
[33]P.Casella, Pham Huu Phut, A.Berthon, High Frequency Current Inverter with Parallel Resonant Load for Induction Heating, EPE1987.
[34]H.Dort, G.Birk, G.L.Fischer, Control Mode for Inverter swith ResonanceTransformation in Induction Heating Applications, Proc.Power Conversion, June 1994.
[35]A.Okuno, H.Kawano, J.Sun, M.Kurokawa, M.Nakaoka, Feasible Development of Soft-Switched SIT Inverter with Load-Adaptive Frequency-Tracking ControlScheme for Induction Heating IEEE-Transactions on Industry Applications 1998.
[2]吴兆麟林刚兰奎,串联逆变式高频感音加热电源,电力电子技术,1994年第1期
[3]沈旭吴兆麟马俊李广勇,20KW/300KHZ高频感应加热电源,电力电子技术,1996年第2期
[4]马娟,周伟松,赵前哲,50kW_200kHz串联谐振感应加热电源的研究,电力电子技术,2008年8月
[5]朱晓荣,彭咏龙,石新春,李和明,200kW_400kHz固态高频感应加热电源,电力电子技术,2006年6月
[6]杨军,周伟松,王培清,周景春,IGBT超音频感应加热电源相位跟踪的研究,电力电子技术,2004年8月
[7]韩越,串联逆变感应加热电源的短路保护方案,机电工程,2003年第20卷第2期
[8]李亚斌,彭咏龙,李和明,串联谐振逆变器的最优ZVS控制,电力电子技术,2006年6月
[9]戚宗刚,串联感应加热电源技术的研究,浙江大学硕士学位论文,2004年3月
[10]林渭勋,现代电力电子技术,机械工业出版社,2006年
[11]王兆安,黄俊,电力电子技术,机械工业出版社,2005年
[12]张占松、蔡宣三,开关电源的原理及设计,电子工业出版社,1998年
[13]阮新波、严仰光,脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术,科学出版社,1999年
[14]Sanjaya Maniktala著,王志强郑俊杰等译,开关电源设计与优化,2006年12月
[15]丁道宏,电力电子技术,航空工业出版社,1992年6月
[16]林渭勋,现代电力电子电路,浙江大学出版社,2002年7月
[17]张亦葵 姜土林等,200KHZ、75KW SIT高频感应加热电源的研制
[18]张明勋,电力电子设备设计和应用手册,机械工业出版社,1990年6月
[19]黄国靖,我国热处理设备发展的基本方向,工业加热,1996年第5期
[20]孙立萌,基于DSP的超音频感应加热电源数字化控制的研究,西安理工大学硕士学位论文,2005年
[21]周庆红,高频感应加热逆变电源扩容技术的研究,西安理工大学硕士学位论文,2005年
[22]孔令枝,全固态高频多管并联逆变电源的研究,西安理工大学硕士学位论文,2004年
[23]时矗,移相调功式IGBT超音频感应加热电源的研究,西南交通大学硕士学位论文,2004年5月
[24]高迎慧,IGBT串联谐振型逆变器高频化技术的研究,华北电力大学硕士学位论文,2004年12月
[25]李亚斌,固态高频感应加热电源控制技术的研究,申请华北电力大学博士学位论文,2007年12月
[26]倪徐良,50kHz IGBT串联谐振感应加热电源研制,西安理工大学硕士学位论文,2008年3月
[27]许海文,固态超音频电源并联逆变控制技术的研究,华北电力大学硕士学位论文,2002年12月
[28]GerhardL.Fiseher, Hans Christian Doht, An Inverter System for Inductive Tube Welding utilizing Resonance Transformation
[29]E.J.Dede, etc, New Investigations on Short circuit Behavior of Current-fed Inverters for Induction Tube welding
[30]Vadim Chudnovsky, Boris Axelrod, ArichL.shenkman, An approximate Analysis of a Starting Process of a Current Source Parallel Inverter with a High-Q Induction Heating Load, IEEE-Transactions on Power Electronics, Vol.12, No.2, March1999.
[31]B.Davson, P.Jain, A Comparison of Load Commuted Inverter System Induction Heating and Melting Applications, IEEE-Transactions on Power Electronics, Vol.6,1991.
[32]Sibylle Dieckerhoff, Michael J.Ryan, Rik W.De Doncker, Design of an IGBT-Based LCL-Resonant Inverter for High-Frequency Induction-Heating, IEEE-PESC,99.
[33]P.Casella, Pham Huu Phut, A.Berthon, High Frequency Current Inverter with Parallel Resonant Load for Induction Heating, EPE1987.
[34]H.Dort, G.Birk, G.L.Fischer, Control Mode for Inverter swith ResonanceTransformation in Induction Heating Applications, Proc.Power Conversion, June 1994.
[35]A.Okuno, H.Kawano, J.Sun, M.Kurokawa, M.Nakaoka, Feasible Development of Soft-Switched SIT Inverter with Load-Adaptive Frequency-Tracking ControlScheme for Induction Heating IEEE-Transactions on Industry Applications 1998.