中頻感應(yīng)加熱電源設(shè)計開題報告

畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告課題名稱中頻感應(yīng)加熱電源設(shè)計系部電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)電子信息工程（汽車電子信息工程）班級學(xué)號姓名指導(dǎo)教師2015年3月22日一、課題研究的意義感應(yīng)加熱電源在金屬熔煉、鑄造、透熱、淬火、彎管、燒結(jié)、表面熱焊以及晶體生長等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。在中頻（0.5T0kHz）范圍內(nèi)，晶閘管中頻感應(yīng)加熱裝置已完全取代了傳統(tǒng)的中頻發(fā)電機組和電磁倍頻器，國外裝置的最大容量已達數(shù)十兆瓦，國內(nèi)也形成200-8000Hz,100-3000kw系列產(chǎn)品，可以配備5t以下的熔煉爐及更大容量的保溫爐,也適用于各種金屬透熱、表面淬火等熱處理工藝。但國內(nèi)中頻目前都采用并聯(lián)諧振型逆變器結(jié)構(gòu)，因此在研究和開發(fā)更大容量的并聯(lián)諧振型逆變中頻電源的同時，研制結(jié)構(gòu)簡單、易于頻繁起動的并聯(lián)逆變中頻電源是國內(nèi)中頻感應(yīng)加熱裝置領(lǐng)域有待需要解決的問題，尤其是在熔煉、鑄造應(yīng)用中，并聯(lián)逆變電源易實現(xiàn)全工況下恒功率輸出及一機多負載功率分配控制，更值得推廣應(yīng)用。二、中頻感應(yīng)加熱原理及應(yīng)用1、集膚效應(yīng)當交流電流通過導(dǎo)線時,在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生交變的磁場，處在交變磁場中的整塊導(dǎo)體的內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于這種感應(yīng)電流在整塊導(dǎo)體內(nèi)部自成閉合回路，形似水的旋渦，稱做渦流。在直流電路內(nèi)，均勻?qū)Ь€的橫截面上的電流密度是均勻的，而當交流電通過導(dǎo)線時，由于交變磁場的作用，在導(dǎo)線截面上各處電流分布不均勻,中心處電流密度小，而越靠近表面電流密度越大，這種電流分布不均勻的現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)（也稱趨膚效應(yīng)）。交流電的頻率越高，則集膚深度越深，同時其交流阻抗也變大，因此在相同數(shù)值的電流作用下，負載所獲得的能量也越高，而電流及線路損耗相應(yīng)地也會變小，從而提高了加熱效率，同時還可起到節(jié)約電能的目的。變頻加熱電源正是基于這一原理，利用變頻技術(shù)，可將運行頻率提高到工頻的數(shù)倍，加熱效果會明顯提咼。2、感應(yīng)加熱1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)規(guī)律、1868年福考特提出渦流理論、1840年焦耳-楞茨確定了電阻發(fā)熱的關(guān)系式Q=I2Rt,構(gòu)成感應(yīng)加熱之理論基礎(chǔ)。交變的電流產(chǎn)生交變的磁場，再利用交變磁場來產(chǎn)生渦流達到加熱的效果。感應(yīng)加熱的加熱效率高、速度快、可控性好，易于實現(xiàn)高溫和局部加熱。隨著電力電子技術(shù)的不斷成熟，感應(yīng)加熱技術(shù)得到了迅速發(fā)展。在金屬加工上，感應(yīng)加熱熱處理用感應(yīng)電流使工件局部加熱的表面熱處理工藝。這種熱處理工藝常用于表面淬火、局部退火或回火，有時也用于整體淬火和回火。將工件放入感應(yīng)器（線圈）內(nèi)，當感應(yīng)器中通入一定頻率的交變電流時，周圍即產(chǎn)生交變磁場，交變磁場的電磁感應(yīng)作用使工件內(nèi)產(chǎn)生封閉的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在工件截面上的分布很不均勻，工件表層電流密度很高，向內(nèi)逐漸減小，工件表層高密度電流的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使表層的溫度升高，即實現(xiàn)表面加熱。電流頻率越高，工件表層與內(nèi)部的電流密度差則越大，加熱層越薄。在加熱層溫度超過鋼的臨界點溫度后迅速冷卻，即可實現(xiàn)表面淬火。3、感應(yīng)加熱的作用感應(yīng)加熱早期主要用于有色金屬熔煉和熱處理工藝。由于它本身相對于別的加熱方式，具有以下獨特優(yōu)點：1）加熱速度快，可節(jié)能。感應(yīng)加熱是從金屬內(nèi)部，透入深度層開始加熱，大大節(jié)省了熱傳導(dǎo)時間。2）加熱溫度高，是非接觸式的電磁感應(yīng)加熱。3）可進行局部加熱，容易控制加熱部位。被加熱產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，加熱工件的質(zhì)量再現(xiàn)性與重復(fù)性好，各種參數(shù)容易控制。4）控制溫度的精度高，可保證溫差在土0.5%?1%范圍內(nèi)。5）感應(yīng)加熱的熱效率高，一般可達50%-70%，而火焰爐的熱效率一般只有30%左右。6）可控性好及易于實現(xiàn)自動化；7）作業(yè)環(huán)境好，環(huán)保，幾乎無熱、噪聲、粉塵等污染。4、感應(yīng)加熱的應(yīng)用現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于冶金（金屬熔煉、透熱、熱處理和焊接等）、機械制造（黑色和有色金屬的鑄造和精密制造金屬的熔煉；機器零件的淬火，特別是表面淬火以及淬火后的回火、退火、正火等熱處理的加熱等）輕工、石油化工（化學(xué)反應(yīng)釜等容器的加熱；輸油管道縫焊接，現(xiàn)場退火；輸油管路的加熱和保溫；鉆鋌、鉆桿的熱處理）電子、金屬材料等等工業(yè)生產(chǎn)過程中，成為冶金、國防、機械加工、石化等部門及鑄、鍛和船舶、飛機、汽車制造業(yè)等不可缺少的技術(shù)手段。三、本課題要研究或解決的問題以及其結(jié)構(gòu)和原理1、本課題要研究或解決的問題1.1學(xué)習單片機、電力電子及感應(yīng)加熱技術(shù)1.2研究感應(yīng)加熱電源的工作原理，設(shè)計加熱電源主電路，并設(shè)計使用單片機實現(xiàn)電源控制電路，使電源運行更加穩(wěn)定可靠，并能對過壓、過濾、缺相、控制電源欠壓等故障進行保護并報警。1.3感應(yīng)加熱電源的控制電路設(shè)計以及整流電路的設(shè)計2、本課題系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理2.1系統(tǒng)主要包括三相全控整流橋、濾波電路、逆變控制電路、單片機等，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。

2.2工作原理主電路由三相橋式全控整流電路提供可調(diào)直流電壓，經(jīng)大電流濾波后供給單相逆變橋作振蕩電源，負載電路采用純并聯(lián)結(jié)構(gòu)。此設(shè)計采用了快速V-MOS場效應(yīng)管、高速鎖相環(huán)及單片機等組成的頻率為1MHz輸出功率較小的新一代感應(yīng)加熱逆變電路。該電源通過采用高速鎖相環(huán)實現(xiàn)了頻率的自動跟蹤，通過單片機對整流部分的最佳控制，在保證設(shè)備穩(wěn)定可靠的條件下，實現(xiàn)了最大的功率調(diào)節(jié)。四、畢業(yè)設(shè)計的研究方法和技術(shù)路線1、查閱有關(guān)書籍，借助于網(wǎng)上數(shù)字圖書館收集資料，對課題進行研究分析，形成系統(tǒng)的外部資料，