中频感应加热电源的微机控制系统设计开题报告

1、毕业设计(论文)开题报告题 目: 中频感应加热电源的微机系统控制设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 2017 年 02 月 18 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印

2、）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2006年11月20日”或“2006-11-30”。毕业设计（论文）开题报告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写20004000字左右的文献综述：文 献 综 述1.1 感应加热电源的作用及应用感应加热早期主要用于有色金属熔炼的热处理工艺.其加热效率高、速度快、可控性好及易于实现自动化等优点,广泛应用于金属熔炼、透热、热处理和焊接等工业生产过程中

3、,成为冶金、国防、机械加工等部门及铸、锻和船舶、飞机、汽车制造业等不可缺少的技术手段。 感应加热的广泛应用,究其原因,主要是因为它本身相对于别的加热方式所具有的一些独特性： (1)加热速度快,可节能。感应加热是从金属内部,透入深度层开始加热,大大节省了热传导时间。其它加热是从外到内,导热时间长。据实验,加热同一坯料到一定温度,感应加热只需火焰炉加热时间的1/10。 (2)加热温度高,是非接触式的电磁感应加热。 (3)可进行局部加热,容易控制加热部位。被加热产品质量稳定,加热工件的质量再现性与重复性好,各种参数容易控制。 (4)控制温度的精度高,可保证温差在±0.5%1%范围内。 (5

4、)感应加热的热效率高,一般可达50%70%,而火焰炉的热效率一般只有30%左右。 (6)容易实现自动化控制。 (7)作业环境好,环保,几乎无热、噪音、粉尘等污染。作业占地少,生产效率高。 (8)能加热形状复杂的工件,加热或熔炼都能间歇工作。 (9)熔炼中溶液有电磁搅拌作用。可以均匀地调整金属液成分,溶液温度均匀,不会出现局部高温。金属烧损少,这一点对熔炼稀有金属更为重要。1.2.感应加热电源的发展阶段（1）在50年代前，感应加热电源主要有：工频感应熔炼炉，电磁倍频器，中频发电机组和电子管振荡器式高频电源。50年代末可控硅的出现则标志着固态半导体器件为核心的现代电力电子学的开始。硅晶闸管的出现推

5、动了感应加热电源及应用的飞速发展。至今，在中频(500Hz-10kHz)范围内，晶闸管中频感应加热装置已完全取代了传统的中频发电机组和电磁倍频器。在高频范围内，由于晶闸管本身开关特性等参数的限制，给研制该频段的电源带来了很大的技术难度，它必须通过改变电路拓扑结构才有可能实现。（2）70年代末到80年代初，现代半导体微机集成加工技术与功率半导体技术的结合，为开发新型功率半导体器件提供了条件，相继出现了一大批全控型电力电子半导体器件，极大地推动了电力电子学发展，为固态超音频，高频电源的研制提供了坚实的基础。(3)1983年IGBT的问世进一步推动了感应加热电源的发展。IGBT综合了MOS和双极晶体

6、管的优点，具有通态压降低，开关速度快，易驱动等优点，自1988年解决了擎住问题后，大功率高速IGBT已成为众多加热电源的首选器件，频率高达100kHz，功率高达Mw级电源已可实现。(4)在超高频(100kHz以上)频段，长期以来由电子管振荡式变换器产生。80年代兴起由大功率半导体开关器件为元件的逆变式高频感应加热电源。1.3.国外感应加热现状工频（50Hz或60Hz）感应加热电源。这种电源比较实用大型工件的整体透热、大容量炉的熔炼和保温。在频率要求较低的感应加热场合，普通采用工频感应炉。国外的工频感应加热装置单台可达数百兆瓦 ，用于数10吨的大型工件透热或数百吨的钢水保温。虽然固态功率器件构成

7、的电源有取代工频感应加热电源的趋势，但短期内，在电源的容量、价格和可靠性方面难以与构造简单的工频感应电源竞争。中频电源（50Hz或60Hz以上10KHz）。晶闸管感应加热电源已完全取代了传统的中频发电机组和电磁倍频器。国外的装置单台容量已达数十兆瓦。超音频电源（10K100KHz）。早期采用晶闸管-时间分割电路和倍频电路构成超音频电源。80年代开始，随着新型器件（GTO、GTR、MCT、IJBT、BSIT、 SITH和IGBT）的相继问世由这些器件构成的简单逆变桥电路得到了很大的发展，占据了感应加热电源主导地位。其中IGBT更是一支独秀，受到了开发者的重视。90年代初期，日本就采用IGBT研制

8、出了1200KW/50KHz的电流型感应加热电源。我国98年进口日本的3200KW/80KHz感应加热线在上海运行，是国际上最先进的电源之一。一些发达国家如美国，英国，法国，瑞士等都研制出了超音频感应加热电源，已达数千千瓦。高频电源（100KHZ以上）。目前正处在传统的电子管振荡器向固态电源的过度阶段。领先的国家有日本，西班牙，德国，比利时，美国等，采用的器件有SIT和MOSFET，感应加热电源水平可达到1MW/15-600KHZ。我国与国外先进国家在感应加热方面进行比较，存在较大的差距。1.4.国内感应加热电源技术发展与现状我国感应加热技术的应用，起源于上世纪50年代，主要用于机床、纺机、汽

9、车、拖拉机等制造业。感应加热集中在工件表面淬火方面，熔炼和透热方面用的较少。感应加热电源真正大量应用于工业生产则是20世纪80年代后。近20多年间感应加热电源和感应加热领域发生了令人注目的变化：此阶段从德国、美国、英国、法国、日本、意大利、西班牙、比利时和俄罗斯等工业发达国家引进了数百套感应加热成套装置(含电源)。20世纪90年代，国外的一些感应电炉公司直接到中国来办厂，如美国的英达感应加热公司，彼乐公司等，和国内的同行业厂家同台竞争。目前，感应加热领域技术先进性标志主要表现在下面几点：（1）高频电源，采用半导体功率器件，一般说输出功率越大，频率越高，技术越先进。（2）感应熔炼中频炉电源功率越

10、大，整流的脉波数越多，如18、24脉波，配置的炉体容量越大，技术越先进。（3）真空感应炉，一般说吨位越大技术越先进。（4）特种感应加热，一般说，被加热金属温度越高或温度控制的精度误差越小，其技术含量越高。（5）感应加热的双供电电源（一拖二）和多供电电源（一拖多），功率越大，拖的炉子越多，技术含量越高。（6）多电源，多区段及铝锭精确的梯度加热控制技术。（7）感应加热、熔炼、淬火过程的计算机软件对其系统的检测、控制、管理的简单化、傻瓜化、智能化、网络化、故障自诊断，触摸屏技术的采用，是现代先进技术的表示。1.5.感应加热电源的发展趋势感应加热电源技术的发展与功率半导体的发展密切相关，随着功率器件的

11、大容量化、高频化带动感应加热电源的大容量化和高频化。(1)高频化   目前，感应加热电源在中频频段主要采用晶闸管，超音频频段主要采用IGBT，而高频频段，由于SIT存在高导通损耗等缺陷，主要发展MOSFET电源。感应加热电源谐振逆变器中采用的功率器件利于实现软开关，但是，感应加热电源通常功率较大，对功率器件、无源器件、电缆、布线、接地、屏蔽等均有许多特殊要求，尤其是高频电源。 (2)大容量化   从电路的角度来考虑感应加热电源的大容量化，可将大容量化技术分为二大类：一类是器件的串、并联，另一类是多台电源的串、并联。在器件的串、并联方式中，必须认真处理串联器件的均压问题和并联

12、器件的均流问题，由于器件制造工艺和参数的离散性，限制了器件的串、并联数目，且串、并联数越多，装置的可靠性越差。多台电源的串、并联技术是在器件串、并联技术基础上进一步大容量化的有效手段，借助于可靠的电源串、并联技术，在单机容量适当的情况下，可简单地通过串、并联运行方式得到大容量装置，每台单机只是装置的一个单元或一个模块。(3)负载匹配  感应加热电源多应用于工业现场，其运行工况比较复杂，它与钢铁、冶金和金属热处理行业具有十分密切的联系，它的负载对象各式各样，而电源逆变器与负载是一有机的整体，负载直接影响到电源的运行效率和可靠性。对焊接、表面热处理等负载，一般采用匹配变压器连接电源和负载

13、感应器，对高频、超音频电源用的匹配变压器要求漏抗很小，如何实现匹配变压器的高能输入效率，从磁性材料选择到绕组结构的设计已成为重要课题。 (4)智能化控制 随着感应热处理生产线自动化控制程度及电源可靠性要求的提高，感应加热电源正向智能化控制方向发展。具有计算机智能接口、远程控制、故障自动诊断等控制性能的感应加热电源正成为下一代发展目标。 (5)高功率因数、低谐波电源  由于感应加热电源用电源一般功率都很大，目前对它的功率因数、谐波污染指标还没有严格要求，但随着对整个电网无功及谐波污染要求的提高，具有高功率因数（采用大功率三相功率因数校正技术）、低谐波污染电源必将成为今后发展趋势。1.6

14、 参考文献：1叶斌编著电力电子应用技术及装置北京：中国铁道出版社，199982全亚杰感应加热电源的发展历程与动向电焊机，2001，31(11)：363俞勇祥电力电子技术的应用新技术新工艺，2000(10)：11124M.P.Kazmierkowski etc.Improved Direct Torque and Flux Vector Control of PWM Inverted-fed Induction Motor DrivesJ.IEEE Transactions On Industry Electronics,1995,Vol.42,No.2:344-350.5柏建普，高美霞，高志成

15、微机控制的晶闸管中频电源工业加热，2003(1)：59-606章亦葵，姜土林200kHz75kW SIT高频感应加热电源的研制工业加热，1996(1)：20247吴兆麟高频感应加热装置的负载匹配方法.电力电子技术，1999，33(4)：29328张津津，罗映红，周启虎通信开关电源的EMIEMC设计现代电子技术，2007， 30(13)： 7l-739KhanI，AfriconAutomatic frequency control of an induction furnace 1999. IEEE10张仲超基于新型移相控制的感应加热电源的研究电力电子技术，2001，35(1)：3511潘天明,

16、张殿敏等.100kW音频感应加热电源J电力电子技术，1996，113(4):10-1312李津福.200kHZ/75KW SIT高频感应加热电源的研制J工业加热,1996，129(1):20-23 13 潘天明,姜士林等.lOkW/400kHZ 晶体管式高频电源M工业加热，1994，120(4)：56-5914 沈旭、吴兆麟等.20KW/300KHZ高频感应加热J电力电子技术，2001,23（9）：25-3015Espi，J.MControl circuit design of the L-LC resonant inverter for induction heating Power Ele

17、ctronics Specialists Conference,2000.PESC 00.2000 IEEE 31st Annual毕业设计（论文）开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1本课题要研究或解决的问题1、学习单片机、电力电子及感应加热技术；2、研究感应加热电源的工作原理，设计加热电源主电路，并设计使用单片机实现电源控制电路，使电源运行更加稳定可靠，并能对过压、过流、缺相、控制电源欠压等故障进行保护并报警。2.2拟采用的研究手段（途径）1、系统主要包括三相全控整流桥、滤波电路、逆变电路、逆变控制电路、单片机等。基本结构如下图2.1所示。 逆变电路三相全控整流桥负载滤波电路 单片机逆变控制电路脉冲功放同步信号主电路由全控整流电路提流电路提供可调直流电压比较器比较器脉冲信号电流采样值电流限定值功率给定直流电源起振检测电压采样值故障检测电压限定值高频电压图2.12、工作原理主电路由三相桥式全控整流电路提