100kW感應(yīng)加熱電源的初步設(shè)計(jì)

1、 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：100kw感應(yīng)加熱電源的初步設(shè)計(jì)院（系）： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間：2013-12-30至2014-1-10.- ii -課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 設(shè)計(jì)題目100kw感應(yīng)加熱電源初步設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能先將交流電變成直流電，再將直流電變成400hz以上的交流電，驅(qū)動(dòng)電磁線圈。產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)，在被加熱的金屬工件內(nèi)產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損

2、耗，產(chǎn)生熱量而加熱工件。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證。（采用晶閘管中頻感應(yīng)或igbt高頻感應(yīng)方式均可）2、整流電路設(shè)計(jì)。3、逆變電路設(shè)計(jì)。4、確定中頻或高頻變壓器變比及容量5、通過(guò)計(jì)算選擇器件的具體型號(hào)。6、控制電路設(shè)計(jì)。7、保護(hù)電路設(shè)計(jì)。8、繪制相關(guān)電路圖。9、模擬實(shí)驗(yàn)或matlab仿真。10、完成4000字左右說(shuō)明書(shū)。技術(shù)參數(shù)1、輸入電壓三相380v。2、輸入交流電頻率4565hz。3、具有過(guò)流保護(hù)。4、輸出最大功率100kw。5、負(fù)載功率因數(shù)0.8。進(jìn)度計(jì)劃第1天：集中學(xué)習(xí)；第2天：收集資料；第3天：方案論證；第4天：主電路設(shè)計(jì)；第5天：選擇器件；第6天：確定變壓器變比及容量；第

3、7天：確定平波電抗器；第8天：觸發(fā)電路設(shè)計(jì)；第9天：總結(jié)并撰寫說(shuō)明書(shū)；第10天：答辯指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要本文主要是利用交直流變換和渦流加熱設(shè)計(jì)的一種感應(yīng)加熱電源，這個(gè)電源輸入阻抗高,驅(qū)動(dòng)功率小,通態(tài)損耗低等一系列優(yōu)點(diǎn),以及以商品化的單模塊容量大,價(jià)格相對(duì)便宜,因而更適用于低頻率的電源。本課題主要在于逆變電路和整流電路的設(shè)計(jì)。用三相半控整流電路對(duì)三相工頻交流電進(jìn)行整流并用濾波電容進(jìn)行濾波，然后用以igbt作為功率開(kāi)關(guān)器件的單相電壓型逆變器作為本系統(tǒng)的逆變電路，并通過(guò)s

4、pwm實(shí)現(xiàn)了對(duì)逆變器和整流器的控制。最后設(shè)計(jì)了保護(hù)電路,保護(hù)整流器和逆變器，使電路更加可靠穩(wěn)定。之后計(jì)算了系統(tǒng)的參數(shù)以及進(jìn)行了器件的選擇，并對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)的仿真分析,驗(yàn)證其可行性。關(guān)鍵詞：感應(yīng)加熱；igbt；逆變電路；整流電路；脈沖寬度調(diào)制目 錄 第1章 緒論21.1 感應(yīng)加熱電源概況21.1.1 感應(yīng)加熱概述21.1.2 感應(yīng)加熱電源概況+21.1.3 感應(yīng)加熱電源工作特性31.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容3第2章 感應(yīng)加熱電源電路設(shè)計(jì)42.1 感應(yīng)加熱電源總體設(shè)計(jì)方案42.2 感應(yīng)加熱電源的工作原理42.3 感應(yīng)加熱電源具體電路設(shè)計(jì)52.3.1. 整流電路的設(shè)計(jì)52.3.2. 整流觸發(fā)控制電路的設(shè)計(jì)

5、62.3.3. 逆變電路設(shè)計(jì)62.3.4. 逆變電路的調(diào)制方式82.3.5. 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)82.3.6. 保護(hù)電路設(shè)計(jì)9第3章 參數(shù)的計(jì)算與器件選擇11 3.1整流濾波電路參數(shù)計(jì)算與器件選擇11 3.2 逆變電路參數(shù)計(jì)算與器件選擇12第4章 感應(yīng)加熱電源仿真13第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)16參考文獻(xiàn)17第1章 緒論感應(yīng)加熱電源概況感應(yīng)加熱概述感應(yīng)加熱技術(shù)是20世紀(jì)初才開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)部門的，在我國(guó)是伴隨著汽車工業(yè)和拖拉機(jī)工業(yè)的誕生而起步的，近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，在工業(yè)的加工上應(yīng)用廣泛。感應(yīng)加熱原理是交變電流產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，從而利用交變磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生渦流達(dá)到加熱的效果。裝置由兩部分組成，一部分是提供能量的

6、交流電源，也稱變頻電源；另一部分是完成電磁感應(yīng)能量轉(zhuǎn)化的感應(yīng)線圈，稱感應(yīng)爐。與傳統(tǒng)的加熱方式相比，感應(yīng)加熱具有加熱速度快、鐵屑損耗少、啟動(dòng)快、節(jié)能、生產(chǎn)效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此近年來(lái)在工業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。目前，感應(yīng)加熱主要用途是金屬加熱前的預(yù)熱、熱處理、焊接和融化等。感應(yīng)加熱電源概況感應(yīng)加熱電源是隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)發(fā)展成熟的。是感應(yīng)加熱的中心環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在，雖然感應(yīng)加熱電源主要設(shè)備比較復(fù)雜，一次需要投入的成本相對(duì)比較高，感應(yīng)部件（感應(yīng)圈）互換性和適應(yīng)性較差，不宜于在一些形狀復(fù)雜的工件上應(yīng)用等。但是它的優(yōu)點(diǎn)多于缺點(diǎn),綜合性能良好,所以其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，已經(jīng)深入到國(guó)民經(jīng)

7、濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如冶金、機(jī)械制造、輕工、石化、電子等。感應(yīng)加熱電源工作特性 本設(shè)計(jì)所要求的電源應(yīng)該能夠滿足感應(yīng)加熱器工作在最佳狀態(tài)下，感應(yīng)加熱器的工作特性決定了其電源應(yīng)該具有以下特性：1、該電源應(yīng)該提供一個(gè)在大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的電流，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載線圈產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)。2、由于本電源要應(yīng)用于感應(yīng)加熱裝置，所以，電源的頻率要在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。3、電源的負(fù)載為感應(yīng)加熱器，即負(fù)載呈感性。因此，應(yīng)具有過(guò)電流保護(hù)電路以抑制開(kāi)、關(guān)電源等電流變化較大的場(chǎng)合所產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓對(duì)功率器件的沖擊。本文設(shè)計(jì)內(nèi)容 本文設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面： 1、整流電路的設(shè)計(jì)。 2、整流觸發(fā)控制電路的設(shè)計(jì)。 3、逆變電路的設(shè)計(jì)。 4、逆

8、變電路調(diào)制方式的設(shè)計(jì)。 5、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。 6、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。 感應(yīng)加熱電源的技術(shù)參數(shù)：1、 輸入三相電壓380v。2、 輸入交流電頻率4565hz。3、 輸出最大功率100kw。4、 負(fù)載功率因數(shù)0.8。第2章 感應(yīng)加熱電源電路設(shè)計(jì)感應(yīng)加熱電源總體設(shè)計(jì)方案如圖2.1 所示，感應(yīng)加熱電源主要由主電路、控制電路和驅(qū)動(dòng)電路三部分組成。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主電路采用的是交直交結(jié)構(gòu)，包括輸入整流器、直流濾波器、逆變器、交流濾波器及隔離變壓器等組成部分。系統(tǒng)控制部分的硬件電路總體上采用了：控制板和驅(qū)動(dòng)板兩個(gè)大的模塊。控制板有三大功能：（1）負(fù)責(zé)接收設(shè)定的控制指令和數(shù)據(jù)；（2）生成并向驅(qū)動(dòng)板上的驅(qū)動(dòng)芯片提供sp

9、wm 信號(hào)；（3）接收并且處理系統(tǒng)的反饋信號(hào)。驅(qū)動(dòng)板的主要功能是：（1）接收控制電路發(fā)送過(guò)來(lái)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并將其直接放大處理送給逆變器的功率開(kāi)關(guān)管；（2）檢測(cè)并向控制芯片反饋經(jīng)過(guò)預(yù)處理的故障信號(hào)。感應(yīng)加熱電源原理框圖：三相工頻交流電整流濾波電路全橋逆變電路隔離濾波輸出感應(yīng) 加熱器驅(qū)動(dòng)電 路 圖2.1 感應(yīng)加熱電源原理框感應(yīng)加熱電源的工作原理從圖2.1中我們可以看出感應(yīng)加熱電源工作的過(guò)程為：首先將電網(wǎng)輸入的380v 工頻交流電加到三相橋式半波整流電路上，然后通過(guò)三相整流電路整流后輸出的電壓經(jīng)電解電容濾波成為平穩(wěn)的直流電壓，再通過(guò)采用spwm進(jìn)行控制的逆變電路將平穩(wěn)直流轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制輸出的交流，輸出s

10、pwm 波幅值恒定，寬度按正弦規(guī)律變化，該交流基波頻率為所需要的電流輸出頻率。逆變器輸出的脈寬調(diào)制波經(jīng)lc 低通濾波電路濾去高頻分量，得到純正的正弦波交流電，再經(jīng)變壓器隔離變壓得到設(shè)計(jì)所要求的電流和頻率均可調(diào)的交流電供給感應(yīng)加熱器的交流線圈。本設(shè)計(jì)的核心和難點(diǎn)工作在于逆變器和dsp 控制電路的設(shè)計(jì)。逆變器部分主要包括逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇及其功率開(kāi)關(guān)器件參數(shù)的設(shè)計(jì)和選擇；控制部分則包括逆變驅(qū)動(dòng)電路、控制電路等硬件電路的設(shè)計(jì)和spwm 信號(hào)波的產(chǎn)生和保護(hù)電路等部分的設(shè)計(jì)。感應(yīng)加熱電源具體電路設(shè)計(jì) 整流電路方案有單相、三相，當(dāng)整流負(fù)載容量較大，直流電壓脈動(dòng)較小、易濾波時(shí)，應(yīng)采用三相整流電路，其交流

11、側(cè)由三相電源提供。三相可控整流電路中，最基本的是三相半波可控整流電路，應(yīng)用最廣泛的是三相橋式可控整流電路、雙反星形可控整流電路以及十二脈波可控整流電路等。從經(jīng)濟(jì)和適用角度分析，本設(shè)計(jì)采用三相半控整流電路。逆變電路有電壓型逆變電路和電流型逆變電路兩種。兩種電路具有一下特點(diǎn)：電壓型逆變器短路保護(hù)較為困難。電流型逆變器的短路保護(hù)則比較容易。電壓型逆變器工作時(shí)，開(kāi)關(guān)管承受反壓較大。電流型逆變器工作時(shí)，開(kāi)關(guān)管受的反壓很小，其大小僅僅是開(kāi)關(guān)管反并聯(lián)二極管的導(dǎo)通壓降，非常小。電壓型逆變器的起動(dòng)較為簡(jiǎn)單。電流型逆變器起動(dòng)較為困難。電壓型逆變器由于電壓高，電流小，對(duì)槽路布局要求較低。電流型逆變器則由于電壓低，電

12、流大而對(duì)槽路布線要求很高。電壓型逆變器工作更為可靠。電流型逆變器工作可靠性較差。綜合比較兩種電路的優(yōu)缺點(diǎn)，電壓型逆變電路以其在換流時(shí)自然過(guò)零關(guān)斷、關(guān)斷時(shí)間短、起動(dòng)較容易、適用于頻繁起動(dòng)工作的場(chǎng)所的特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用在感應(yīng)加熱、電焊機(jī)等場(chǎng)合。因此本設(shè)計(jì)采用電壓型逆變電路結(jié)構(gòu)。單相逆變電路主要采用橋式接法。主要有：?jiǎn)蜗喟霕蚝蛦蜗嗳珮蚰孀冸娐反藢?shí)驗(yàn)采用單相全橋逆變電路。2.3.1. 整流電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用三相橋式晶閘管半控整流電路。它具有如下優(yōu)點(diǎn)：在啟動(dòng)過(guò)程中，調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角，可以控制整流輸出直流電壓由低到高逐漸變化，這樣可以防止浪涌電流損毀整流器，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)；當(dāng)電源出現(xiàn)故障時(shí)，可以封鎖晶閘管

13、的觸發(fā)信號(hào)，從而切斷直流側(cè)濾波電容的充電回路，關(guān)閉直流環(huán)節(jié)，以防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。三相可控整流電路如圖2.2所示。輸入整流部分由三相晶閘管整流橋組成，在感應(yīng)加熱電源開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，限制沖擊電流不超過(guò)電源滿載時(shí)的額定電流。軟啟動(dòng)結(jié)束后，可控硅/整流橋的導(dǎo)通角最大，此時(shí)相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)的整流橋。整流后通過(guò)電解電容cd濾波得到平穩(wěn)的直流送到逆變器。高頻濾波電容ch 用于提供高頻 圖2.2 輸入整流濾波電路無(wú)功電流的通路。電抗器ld 主要起限流作用，限制流過(guò)整流橋電力二極管的電流尖峰，改善網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)。2.3.2. 整流觸發(fā)控制電路的設(shè)計(jì)可控硅變流技術(shù)在電子電力系統(tǒng)中已經(jīng)應(yīng)

14、用得極其廣泛,而可控硅觸發(fā)系統(tǒng)則是變流裝置中不可缺少的電路單元。集成電路kj系列觸發(fā)器具有移相性能好,控制角與控制電壓成比例,移相范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、溫漂小、輸出功率大及可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。集成電路kj系列觸發(fā)器利用在起動(dòng)瞬間三相干擾觸發(fā)脈沖同時(shí)存在的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出抗干擾電路，消除了在按下起動(dòng)按鈕的瞬間出現(xiàn)的干擾觸發(fā)脈沖。利用電容的濾波作用，在變換電路的輸入端加接濾波電容，消除了在移相至某區(qū)域出現(xiàn)的低幅值超前干擾觸發(fā)脈沖；利用電容的充電效應(yīng)，使得每次起動(dòng)時(shí)，移相電壓都由一較低值漸增至給定值，實(shí)現(xiàn)了限流起動(dòng)的要求。2.3.3. 逆變電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用單相電壓型全橋逆變電路，其電路具有以下特點(diǎn)：

15、（1）直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源，直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗；（2）由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)，而交流側(cè)輸出電流波形和相位因?yàn)樨?fù)載阻抗的情況不同而不同；（3）當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需提供無(wú)功功率,直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用,為了給交流側(cè)向直流才反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管,又稱為續(xù)流二極管。電壓型逆變電路如圖2.3所示。電壓型逆變電路負(fù)載分析：電容與負(fù)載串聯(lián)構(gòu)成了電壓型逆變器的負(fù)載電路。如圖3.3所示。由圖可知，負(fù)載阻抗為： (2-1) 圖2.3 電壓型逆變電路 圖2.3電壓型負(fù)載電路 負(fù)

16、載阻抗的模為: (2-2)當(dāng)imz(jw)=0時(shí)，即,電路發(fā)生諧振，設(shè)諧振角頻率為。所以 則= （2-3）由于=，故諧振頻率為： (2-4）品質(zhì)因數(shù)： （2-5）則電感和電容上的電壓分別為： （2-6） （2-7）可見(jiàn)，電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)外部電源電壓全部加在電阻上，電感上的電壓和電容上的電壓大小相等，方向相反，且大小等于外部電壓的q 倍，因此我們也常常把串聯(lián)諧振稱為電壓型諧振，q 為諧振電路的品質(zhì)因數(shù)。2.3.4. 逆變電路的調(diào)制方式當(dāng)今逆變電源控制應(yīng)用最為廣泛的就是spwm正弦脈沖寬度調(diào)制法。它是調(diào)制波為正弦波，載波為三角波或鋸齒波的一種脈沖寬度調(diào)制法，由于三角波或鋸齒波的上下寬度是線性變化

17、的波形，因此它與調(diào)制波相交時(shí)，就可以得到一組幅值相等，而寬度正比于調(diào)制波的函數(shù)值的矩形脈沖序列用來(lái)等效調(diào)制波，用開(kāi)關(guān)量取代模擬量，并通過(guò)對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)管的通斷控制，把直流電變成交流電。spwm調(diào)制的工作原理：沖量等效原理，大小、波形不相同的窄脈沖變量作用于慣性系統(tǒng)時(shí)，只要它們的沖量即變量對(duì)時(shí)間的積分相等，其作用效果基本相同。正弦波脈沖寬度調(diào)制波形，就是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。根據(jù)采樣控制理論，脈沖頻率越高，spwm波形越接近正弦波。逆變器輸出電壓為spwm波形時(shí)，其低次諧波得到很好地抑制和消除，高次諧波又能容易濾去，從而可得到畸變率極低的正弦波輸出電壓。根據(jù)脈寬調(diào)制的特點(diǎn)，

18、逆變器主電路的開(kāi)關(guān)器件在其輸出電壓半周內(nèi)要開(kāi)關(guān)n 次，而器件本身的開(kāi)關(guān)能力與主電路的結(jié)構(gòu)及其換流能力有關(guān)，所以，應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)時(shí)必然受到一定條件的制約，主要有下列兩點(diǎn)：開(kāi)關(guān)頻率。電力電子器件的開(kāi)關(guān)頻率受到其固有開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗的限制。為了使逆變器輸出盡量接近正弦波，應(yīng)該盡可能增大載波比，但開(kāi)關(guān)器件本身允許的開(kāi)關(guān)頻率又限制了載波比不能太大。最小間歇時(shí)間與調(diào)制度。為保證主電路開(kāi)關(guān)器件的安全工作，必須使所調(diào)制的脈沖波有個(gè)最小脈寬與最小間隙的限制，以保證脈沖寬度大于開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間與關(guān)斷時(shí)間。2.3.5. 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的作用是將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求,轉(zhuǎn)化為加在電力電

19、子器件控制端和公共端之間,可以使其斷開(kāi)和開(kāi)通的信號(hào)。而在逆變電路中，容易損壞的部件是組成逆變橋的igbt,因此其驅(qū)動(dòng)與保護(hù)是逆變器能否可靠工作的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。對(duì)igbt 驅(qū)動(dòng)電路的基本要求如下：(1) 提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?，使igbt 可靠的開(kāi)通和關(guān)斷。(2) igbt的開(kāi)關(guān)時(shí)間應(yīng)綜合考慮?？焖匍_(kāi)通和關(guān)斷有利于提高工作頻率，減小開(kāi)關(guān)損耗。(3) igbt開(kāi)通后，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)提供足夠的電壓、電流幅值，使igbt在正常工作及過(guò)載情況下不致退出飽和而損壞。(4) 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣。(5) 驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力及對(duì)igbt的保護(hù)功能。igbt多采

20、用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器,如m57962l。圖2.4給出了m57962l型igbt驅(qū)動(dòng)器的原理和接線圖。這些混合集成驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部都具有退飽和檢測(cè)和保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過(guò)電流時(shí)能快速響應(yīng)但慢速關(guān)斷igbt,并向外電路給出故障信號(hào)。m57962l輸出的正驅(qū)動(dòng)電壓均為+15v左右，負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓為-10v。對(duì)于大功率igbt器件來(lái)講，一般采用由專業(yè)廠家或生產(chǎn)該器件的廠家提供的專用驅(qū)動(dòng)模塊。 圖2.4驅(qū)動(dòng)電路2.3.6. 保護(hù)電路設(shè)計(jì)保護(hù)電路包括過(guò)電流保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)。此設(shè)計(jì)主要采用過(guò)電流保護(hù)。（1）引起過(guò)流的原因電力電子電路運(yùn)行不正常或者發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過(guò)電流。過(guò)電流分過(guò)載和短路兩種情況。（2）整流電路過(guò)

21、電流保護(hù)用在可控硅整流裝置中的過(guò)電流保護(hù)方式很多，如快速熔斷器保護(hù)、快速電流繼電器保護(hù)、自動(dòng)空氣斷路器保護(hù)和電子回路保護(hù)等。整流電路過(guò)流保護(hù)如圖2.5所示。 圖2.5 整流電路過(guò)流保護(hù)電路 當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)設(shè)定值或發(fā)生短路時(shí)，需對(duì)電源本身提供保護(hù)，系統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)在系統(tǒng)的安全性方面占有重要的地位。如圖2.6的過(guò)電流保護(hù)。圖2.6 逆變電路過(guò)電流保護(hù)第3章 參數(shù)的計(jì)算與器件選擇3.1整流濾波電路參數(shù)計(jì)算與器件選擇（1）三相半控整流電路，其整流輸出的直流電壓為：= (3-1) 式中：整流濾波輸出電壓平均值； 整流電路輸入線電壓。則 = 1.35=1.35380v=513v (3-2)本電源的最大輸出功

22、率為=100kw，考慮到濾波器的損耗以及功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗，設(shè)逆變器的變換效率為90%，則整流電路最大輸出直流功率為： = =100/0.90111.1kw (3-3) 則整流電路的最大輸出直流電流為： =111.1/513216.6a (3-4) （2）整流二極管參數(shù)計(jì)算在三相整流電路中，每個(gè)橋臂的二極管所承受的正反向電壓的最大值為三相交流電網(wǎng)線電壓的峰值，在實(shí)際應(yīng)用中還需要考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)以及各類浪涌電壓的影響，因此需要留有一定的安全裕量，一般取為此峰值電壓的23 倍，則整流二極管的額定電壓為：=v (3-5) 流過(guò)二極管的電流有效值為： 125.1a (3-6) 按照有效值相等的原

23、則來(lái)選取二極管的額定電流，并留有一定的裕量，一般1.52 倍, 則整流二極管的額定電流為：= =a (3-7) 所以選取耐壓值為1300v，額定電流為150a型號(hào)為ry255的整流二極管。（3）濾波電容的參數(shù)計(jì)算濾波電容器主要起濾波和穩(wěn)定電壓的作用。由于采用了三相橋式整流電路，應(yīng)按下式設(shè)計(jì)濾波電容的值：= (3-8) t1為整流輸入電壓的頻率，=50hz，直流電源的負(fù)載電阻： =2.4 (3-9) 因此： = (3-10) 電容耐壓值為： =1.51.35380=769.5v (3-11) 由于耐壓要求較高，所以選擇6個(gè)1000電容，耐壓為400v，分成相同的兩組串聯(lián)。3.2 逆變電路參數(shù)計(jì)算

24、與器件選擇 igbt 所承受的正向電壓值就是前面整流電路的輸出電壓，實(shí)際應(yīng)用時(shí)留有一定的安全裕量，一般取為23 倍。因此igbt 的額定電壓為： =513=（10261539） (3-12) 逆變電路輸出電流有效值最大為： =300.6a (3-13) 由于igbt 在一個(gè)周期內(nèi)橋臂的開(kāi)關(guān)管只導(dǎo)通不到一半的時(shí)間，同時(shí)考慮到1.52 倍的安全裕量，則流過(guò)igbt 的電流有效值為： =2425.2a (3-14) 由以上計(jì)算可知，應(yīng)選1000v-400a型號(hào)為kk300-10的igbt四只。第4章 感應(yīng)加熱電源仿真通過(guò)上面的理論上的設(shè)計(jì),我們可以勾畫出一個(gè)感應(yīng)電源的完整形態(tài),然后再組成一個(gè)感應(yīng)加熱

25、電源,最后用仿真來(lái)驗(yàn)證其設(shè)計(jì)的可行性。如圖4.1為感應(yīng)加熱電源的仿真實(shí)驗(yàn)圖，用matlab來(lái)驗(yàn)證其可行性。 圖4.1主電路的仿真圖仿真結(jié)果如下圖所示。圖4.1逆變輸電壓波形由圖4.2可以看出，仿真后的輸出波形與理論分析及計(jì)算結(jié)果相一致，符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。本章設(shè)定了感應(yīng)加熱電源的負(fù)載為一定值，對(duì)此負(fù)載進(jìn)行仿真分析。圖4.3為系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)下的輸出波形，系統(tǒng)保持工作在諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了頻率的自動(dòng)跟蹤，確保了電源的穩(wěn)定運(yùn)行，符合前面的設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。 圖4.2濾波輸出電感電流和負(fù)載電壓波形 圖4.3系統(tǒng)輸出仿真波形第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)本次設(shè)計(jì)是為加熱裝置設(shè)計(jì)一個(gè)適合的感應(yīng)加熱電源,

26、通過(guò)本次設(shè)計(jì)知道了光是課本上的知識(shí)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不過(guò),畢竟現(xiàn)在的知識(shí)更新太過(guò)于快速,本次設(shè)計(jì)涉及到的知識(shí)根本不知道,有的必須在網(wǎng)路上才能找到,我認(rèn)識(shí)到自己的知識(shí)還有很多的不足,還需要在學(xué)好書(shū)本知識(shí)的同時(shí)通過(guò)各種渠道來(lái)獲得知識(shí)。以下是我從本次設(shè)計(jì)當(dāng)中所學(xué)到的知識(shí)：（1）新型功率器件igbt的重要作用：它具有工作頻率高、耐電流沖擊范圍較寬、可承受電流密度大、驅(qū)動(dòng)容易、驅(qū)動(dòng)電路功率消耗小、工作損耗小等優(yōu)點(diǎn)，是一種教理想的開(kāi)關(guān)器件，但對(duì)igbt的過(guò)流保護(hù)必須采取確實(shí)可行的措施。（2）電壓型逆變電路的性質(zhì)：具有在換流是自然過(guò)零關(guān)斷、關(guān)斷時(shí)間短、起動(dòng)較容易、適用于頻繁起動(dòng)工作的場(chǎng)所等特點(diǎn)。（3）采用一種帶有輸出

27、電壓有效值控制方案，對(duì)輸出電壓的幅值、頻率、波形進(jìn)行精確控制、使得波形品質(zhì)好，電源容易實(shí)現(xiàn)與各種負(fù)載的匹配。參考文獻(xiàn)1 王兆安主編.電力電子技術(shù).第四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,20032 郝萬(wàn)新主編.電力電子技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社, 20023 孟志強(qiáng)主編.電力電子技術(shù).晶閘管中頻感應(yīng)逆變電源的附加振蕩啟動(dòng)方法, 2003.64 呂宏主編.電力電子技術(shù).感應(yīng)加熱電源的pwm-pfm控制方法, 2003.15 姚建豪，陳祥云，周春堂.感應(yīng)加熱電源的設(shè)計(jì)及應(yīng)用.石油儀器.2004。6 陳懷琛，吳大正，高西全編著.matlab工程應(yīng)用叢書(shū)（第3版）.電子工業(yè)出版社.北京.2006.37 楊子青，趙江.

28、75kw中頻感應(yīng)加熱電源的研制.河北工業(yè)科技，2003。8王新華.數(shù)字化中頻感應(yīng)加熱電源的研究與設(shè)計(jì).河北工業(yè)大學(xué)，2008.11.01。9歐感加熱電源工藝技術(shù) 引用日期2013-09-9。10初中原.基于igbt的150kw大功率感應(yīng)加熱電源的研究.江南大學(xué).2008.03.01。11邵丙衡.電力電子技術(shù).北京：中國(guó)鐵道出版社，1997 。12王志良.電力電子新器件及其應(yīng)用技術(shù).北京：國(guó)防工業(yè)出版社1995 。13郭世明、黃念慈主編.電力電子技術(shù).西南交通大學(xué)出版社 。14，李序、趙永健.電力電子器件及其應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社1996。15莫正康編.晶閘管變流技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社。內(nèi)部資

29、料僅供參考9jwkffwvg#tym*jg&6a*cz7h$dq8kqqfhvzfedswsyxty#&qa9wkxfyeq!djs#xuyup2knxprwxma&ue9aqgn8xp$r#͑gxgjqv$ue9wewz#qcue%&qypeh5pdx2zvkum>xrm6x4ngpp$vstt#&ksv*3tngk8!z89amywpazadnu#kn&muwfa5uxy7jnd6ywrrwwcvr9cpbk!zn%mz849gxgjqv$ue9wewz#qcue%&qypeh5pdx2zvkum>xrm6x4ngpp$vstt#&ksv*3tngk8!z89amywpaz

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