中頻感應(yīng)加熱電源的微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目:中頻感應(yīng)加熱電源的微機(jī)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)院系名稱(chēng)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：教師職稱(chēng)：2017年02月18日開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求1開(kāi)題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯 委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。 此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師 指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師 簽署意見(jiàn)及所在專(zhuān)業(yè)審查后生效。2開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè) 計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印 在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)。3“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書(shū)寫(xiě)（或打印） 在本開(kāi)題報(bào)告第

2、一欄目?jī)?nèi)， 學(xué)生寫(xiě)文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于 15 篇（不包括辭典、手冊(cè)）。4有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408 94數(shù)據(jù)元和交換格式、 信息交換、 日期和時(shí)間表示法 規(guī)定的要求， 一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)。 如“ 2006年 11月 20 日”或“2006-11-30 ”。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告1. 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)20004000字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述1.1 感應(yīng)加熱電源的作用及應(yīng)用感應(yīng)加熱早期主要用于有色金屬熔煉的熱處理工藝 .其加熱效率高、速度快、可控 性好及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于金屬熔煉、透熱、熱處理和焊接等

3、工業(yè)生產(chǎn) 過(guò)程中,成為冶金、國(guó)防、機(jī)械加工等部門(mén)及鑄、鍛和船舶、飛機(jī)、汽車(chē)制造業(yè)等不可 缺少的技術(shù)手段。感應(yīng)加熱的廣泛應(yīng)用，究其原因，主要是因?yàn)樗旧硐鄬?duì)于別的加熱方式所具有的 一些獨(dú)特性：(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(kāi)始加熱，大大節(jié)省了 熱傳導(dǎo)時(shí)間。其它加熱是從外到內(nèi)，導(dǎo)熱時(shí)間長(zhǎng)。據(jù)實(shí)驗(yàn)，加熱同一坯料到一定溫度，感 應(yīng)加熱只需火焰爐加熱時(shí)間的1/10 O(2) 加熱溫度高，是非接觸式的電磁感應(yīng)加熱。(3) 可進(jìn)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。 控制溫度的精度咼,可保證溫差在± 0.

4、5%1%范圍內(nèi)。感應(yīng)加熱的熱效率高,一般可達(dá)50%70%而火焰爐的熱效率一般只有30流右。(6) 容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。(7) 作業(yè)環(huán)境好，環(huán)保,幾乎無(wú)熱、噪音、粉塵等污染。作業(yè)占地少，生產(chǎn)效率高。(8) 能加熱形狀復(fù)雜的工件，加熱或熔煉都能間歇工作。(9) 熔煉中溶液有電磁攪拌作用?？梢跃鶆虻卣{(diào)整金屬液成分，溶液溫度均勻，不會(huì)出現(xiàn)局部高溫。金屬燒損少，這一點(diǎn)對(duì)熔煉稀有金屬更為重要。1.2. 感應(yīng)加熱電源的發(fā)展階段(1) 在50年代前，感應(yīng)加熱電源主要有：工頻感應(yīng)熔煉爐，電磁倍頻器，中頻發(fā)電 機(jī)組和電子管振蕩器式高頻電源。50年代末可控硅的出現(xiàn)則標(biāo)志著固態(tài)半導(dǎo)體器件為核 心的現(xiàn)代電力電子學(xué)的開(kāi)始

5、。硅晶閘管的出現(xiàn)推動(dòng)了感應(yīng)加熱電源及應(yīng)用的飛速發(fā)展。至今，在中頻（500Hz-10kHz）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(jī)組和電磁倍頻器。在高頻范圍內(nèi)，由于晶閘管本身開(kāi)關(guān)特性等參數(shù)的限制，給 研制該頻段的電源帶來(lái)了很大的技術(shù)難度，它必須通過(guò)改變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)才有可能實(shí) 現(xiàn)。（2）70年代末到80年代初，現(xiàn)代半導(dǎo)體微機(jī)集成加工技術(shù)與功率半導(dǎo)體技術(shù)的結(jié)合， 為開(kāi)發(fā)新型功率半導(dǎo)體器件提供了條件，相繼出現(xiàn)了一大批全控型電力電子半導(dǎo)體器 件，極大地推動(dòng)了電力電子學(xué)發(fā)展，為固態(tài)超音頻，高頻電源的研制提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（3）1983年IGBT勺問(wèn)世進(jìn)一步推動(dòng)了感應(yīng)加熱電源的發(fā)展。I

6、GBT綜合了 MO和雙極晶 體管的優(yōu)點(diǎn)，具有通態(tài)壓降低，開(kāi)關(guān)速度快，易驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，自1988年解決了擎住問(wèn)題后，大功率高速I(mǎi)GBT已成為眾多加熱電源的首選器件，頻率高達(dá) 100kHz,功率高達(dá)MV級(jí) 電源已可實(shí)現(xiàn)。 在超高頻（100kHz以上）頻段，長(zhǎng)期以來(lái)由電子管振蕩式變換器產(chǎn)生。80年代興起 由大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件為元件的逆變式高頻感應(yīng)加熱電源。1.3. 國(guó)外感應(yīng)加熱現(xiàn)狀工頻（50Hz或60Hz）感應(yīng)加熱電源。這種電源比較實(shí)用大型工件的整體透熱、大容 量爐的熔煉和保溫。在頻率要求較低的感應(yīng)加熱場(chǎng)合，普通采用工頻感應(yīng)爐。國(guó)外的工 頻感應(yīng)加熱裝置單臺(tái)可達(dá)數(shù)百兆瓦，用于數(shù)10噸的大型工件透熱或數(shù)

7、百噸的鋼水保溫。雖然固態(tài)功率器件構(gòu)成的電源有取代工頻感應(yīng)加熱電源的趨勢(shì)，但短期內(nèi)，在電源的容 量、價(jià)格和可靠性方面難以與構(gòu)造簡(jiǎn)單的工頻感應(yīng)電源競(jìng)爭(zhēng)。中頻電源（50Hz或60Hz以上10KH0。晶閘管感應(yīng)加熱電源已完全取代了傳統(tǒng)的中 頻發(fā)電機(jī)組和電磁倍頻器。國(guó)外的裝置單臺(tái)容量已達(dá)數(shù)十兆瓦。超音頻電源（10K100KH0。早期采用晶閘管-時(shí)間分割電路和倍頻電路構(gòu)成超 音頻電源。80年代開(kāi)始，隨著新型器件（GTO GTR MCT IJBT、BSIT、SITH和IGBT）的相繼 問(wèn)世由這些器件構(gòu)成的簡(jiǎn)單逆變橋電路得到了很大的發(fā)展，占據(jù)了感應(yīng)加熱電源主導(dǎo)地位。其中IGBT更是一支獨(dú)秀，受到了開(kāi)發(fā)者的重視

8、。90年代初期，日本就采用IGBT研制 出了 1200KW/50KH的電流型感應(yīng)加熱電源。我國(guó)98年進(jìn)口日本的3200KW/80KH感應(yīng)加熱 線在上海運(yùn)行，是國(guó)際上最先進(jìn)的電源之一。一些發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)，英國(guó)，法國(guó)，瑞士 等都研制出了超音頻感應(yīng)加熱電源，已達(dá)數(shù)千千瓦。高頻電源（100KHZ以上）。目前正處在傳統(tǒng)的電子管振蕩器向固態(tài)電源的過(guò)度階段。 領(lǐng)先的國(guó)家有日本，西班牙，德國(guó)，比利時(shí)，美國(guó)等，采用的器件有SIT和MOSFET感應(yīng)加熱電源水平可達(dá)到1MW/15-600KHZ我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家在感應(yīng)加熱方面進(jìn)行比較， 存在較大的差距。14國(guó)內(nèi)感應(yīng)加熱電源技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀我國(guó)感應(yīng)加熱技術(shù)的應(yīng)用，起源于

9、上世紀(jì) 50年代，主要用于機(jī)床、紡機(jī)、汽車(chē)、拖 拉機(jī)等制造業(yè)。感應(yīng)加熱集中在工件表面淬火方面，熔煉和透熱方面用的較少。感應(yīng)加熱電源真正大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)則是 20世紀(jì)80年代后。近20多年間感應(yīng)加熱 電源和感應(yīng)加熱領(lǐng)域發(fā)生了令人注目的變化： 此階段從德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本、 意大利、西班牙、比利時(shí)和俄羅斯等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)了數(shù)百套感應(yīng)加熱成套裝置 （含 電源）。20世紀(jì)90年代，國(guó)外的一些感應(yīng)電爐公司直接到中國(guó)來(lái)辦廠，如美國(guó)的英達(dá)感應(yīng)加 熱公司，彼樂(lè)公司等，和國(guó)內(nèi)的同行業(yè)廠家同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)。目前，感應(yīng)加熱領(lǐng)域技術(shù)先進(jìn)性標(biāo)志主要表現(xiàn)在下面幾點(diǎn)：（1）高頻電源，采用半導(dǎo)體功率器件，一般說(shuō)輸出功率越

10、大，頻率越高，技術(shù)越 先進(jìn)。（2） 感應(yīng)熔煉中頻爐電源功率越大，整流的脈波數(shù)越多，如18、24脈波，配置的 爐體容量越大，技術(shù)越先進(jìn)。（3）真空感應(yīng)爐，一般說(shuō)噸位越大技術(shù)越先進(jìn)。（4）特種感應(yīng)加熱，一般說(shuō)，被加熱金屬溫度越高或溫度控制的精度誤差越小， 其技術(shù)含量越咼。（5） 感應(yīng)加熱的雙供電電源（一拖二）和多供電電源（一拖多），功率越大，拖的 爐子越多，技術(shù)含量越高。（6）多電源，多區(qū)段及鋁錠精確的梯度加熱控制技術(shù)。（7）感應(yīng)加熱、熔煉、淬火過(guò)程的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)其系統(tǒng)的檢測(cè)、控制、管理的簡(jiǎn) 單化、傻瓜化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、故障自診斷，觸摸屏技術(shù)的采用，是現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的 表示。1.5.感應(yīng)加熱電源的

11、發(fā)展趨勢(shì)感應(yīng)加熱電源技術(shù)的發(fā)展與功率半導(dǎo)體的發(fā)展密切相關(guān)，隨著功率器件的大容量化、高頻化帶動(dòng)感應(yīng)加熱電源的大容量化和高頻化。(1) 高頻化目前，感應(yīng)加熱電源在中頻頻段主要采用晶閘管，超音頻頻段主要采用IGBT,而高頻頻段，由于SIT存在高導(dǎo)通損耗等缺陷，主要發(fā)展 MOSFE電源。感應(yīng)加熱電源諧振逆 變器中采用的功率器件利于實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，但是，感應(yīng)加熱電源通常功率較大，對(duì)功率器 件、無(wú)源器件、電纜、布線、接地、屏蔽等均有許多特殊要求，尤其是高頻電源。(2) 大容量化從電路的角度來(lái)考慮感應(yīng)加熱電源的大容量化，可將大容量化技術(shù)分為二大類(lèi)：一 類(lèi)是器件的串、并聯(lián)，另一類(lèi)是多臺(tái)電源的串、并聯(lián)。在器件的串、

12、并聯(lián)方式中，必須 認(rèn)真處理串聯(lián)器件的均壓?jiǎn)栴}和并聯(lián)器件的均流問(wèn)題，由于器件制造工藝和參數(shù)的離散性，限制了器件的串、并聯(lián)數(shù)目，且串、并聯(lián)數(shù)越多，裝置的可靠性越差。多臺(tái)電源的 串、并聯(lián)技術(shù)是在器件串、并聯(lián)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步大容量化的有效手段，借助于可靠的 電源串、并聯(lián)技術(shù)，在單機(jī)容量適當(dāng)?shù)那闆r下，可簡(jiǎn)單地通過(guò)串、并聯(lián)運(yùn)行方式得到大 容量裝置，每臺(tái)單機(jī)只是裝置的一個(gè)單元或一個(gè)模塊。(3) 負(fù)載匹配感應(yīng)加熱電源多應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，其運(yùn)行工況比較復(fù)雜，它與鋼鐵、冶金和金屬熱 處理行業(yè)具有十分密切的聯(lián)系，它的負(fù)載對(duì)象各式各樣，而電源逆變器與負(fù)載是一有機(jī) 的整體，負(fù)載直接影響到電源的運(yùn)行效率和可靠性。對(duì)焊接、表

13、面熱處理等負(fù)載，一般 采用匹配變壓器連接電源和負(fù)載感應(yīng)器，對(duì)高頻、超音頻電源用的匹配變壓器要求漏抗 很小，如何實(shí)現(xiàn)匹配變壓器的高能輸入效率，從磁性材料選擇到繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已成為 重要課題。(4) 智能化控制隨著感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線自動(dòng)化控制程度及電源可靠性要求的提高，感應(yīng)加熱電源正向智能化控制方向發(fā)展。具有計(jì)算機(jī)智能接口、遠(yuǎn)程控制、故障自動(dòng)診斷等控制性能的 感應(yīng)加熱電源正成為下一代發(fā)展目標(biāo)。(5) 高功率因數(shù)、低諧波電源由于感應(yīng)加熱電源用電源一般功率都很大，目前對(duì)它的功率因數(shù)、諧波污染指標(biāo)還 沒(méi)有嚴(yán)格要求，但隨著對(duì)整個(gè)電網(wǎng)無(wú)功及諧波污染要求的提高，具有高功率因數(shù)(采用 大功率三相功率因數(shù)校正技術(shù))

14、、低諧波污染電源必將成為今后發(fā)展趨勢(shì)。1.6參考文獻(xiàn)：1 葉斌編著電力電子應(yīng)用技術(shù)及裝置北京：中國(guó)鐵道出版社，1999. 82 全亞杰感應(yīng)加熱電源的發(fā)展歷程與動(dòng)向電焊機(jī)，2001, 31(11) : 363 俞勇祥.電力電子技術(shù)的應(yīng)用.新技術(shù)新工藝，2000(10) : 11124 M.P.Kazmierkowski etc.lmproved Direct Torque and Flux Vector Control of PWMIn verted-fedIn duct ionMotor DrivesJ .I EEETran sacti ons On In dustryElectro nics

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17、ig n of the L-LC res onant inv erter for in duct ion heat ing Power Electro nics Specialists Conferen ce,2000.PESC 00.2000 IEEE 31stAnnual2 .本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：2.1本課題要研究或解決的問(wèn)題1、學(xué)習(xí)單片機(jī)、電力電子及感應(yīng)加熱技術(shù)；2、研究感應(yīng)加熱電源的工作原理，設(shè)計(jì)加熱電源主電路，并設(shè)計(jì)使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電源 控制電路，使電源運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，并能對(duì)過(guò)壓、過(guò)流、缺相、控制電源欠壓等故 障進(jìn)行保護(hù)并報(bào)警。2.2擬采用的研究手段（途徑）1、系統(tǒng)主要包括三相全控整流橋、濾波電路、逆變電路、逆變控制電路、單片機(jī)等。 基本結(jié)構(gòu)如下圖2.1所示。高頻電壓圖2.12、工作原