中頻感應(yīng)加熱電源的微機控制系統(tǒng)設(shè)計開題

1、畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題 目: 中頻感應(yīng)加熱電源的微機系統(tǒng)控制設(shè)計 院系名稱： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 2017 年 02 月 18 日開題報告填寫要求1開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效。2開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見。3“文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印

2、）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊）。4有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 740894數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2006年11月20日”或“2006-11-30”。畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫20004000字左右的文獻綜述：文 獻 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、可控性好及易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于金屬熔煉、透熱、熱處理和焊接等工業(yè)生產(chǎn)過程中

3、,成為冶金、國防、機械加工等部門及鑄、鍛和船舶、飛機、汽車制造業(yè)等不可缺少的技術(shù)手段。 感應(yīng)加熱的廣泛應(yīng)用,究其原因,主要是因為它本身相對于別的加熱方式所具有的一些獨特性： (1)加熱速度快,可節(jié)能。感應(yīng)加熱是從金屬內(nèi)部,透入深度層開始加熱,大大節(jié)省了熱傳導(dǎo)時間。其它加熱是從外到內(nèi),導(dǎo)熱時間長。據(jù)實驗,加熱同一坯料到一定溫度,感應(yīng)加熱只需火焰爐加熱時間的1/10。 (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±0.5%1%范圍內(nèi)。 (5

4、)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)容易實現(xiàn)自動化控制。 (7)作業(yè)環(huán)境好,環(huán)保,幾乎無熱、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。可以均勻地調(diào)整金屬液成分,溶液溫度均勻,不會出現(xiàn)局部高溫。金屬燒損少,這一點對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)的開始。硅晶閘管的出現(xiàn)推

5、動了感應(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)電機組和電磁倍頻器。在高頻范圍內(nèi)，由于晶閘管本身開關(guān)特性等參數(shù)的限制，給研制該頻段的電源帶來了很大的技術(shù)難度，它必須通過改變電路拓撲結(jié)構(gòu)才有可能實現(xiàn)。（2）70年代末到80年代初，現(xiàn)代半導(dǎo)體微機集成加工技術(shù)與功率半導(dǎo)體技術(shù)的結(jié)合，為開發(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實的基礎(chǔ)。(3)1983年IGBT的問世進一步推動了感應(yīng)加熱電源的發(fā)展。IGBT綜合了MOS和雙極晶體

6、管的優(yōu)點，具有通態(tài)壓降低，開關(guān)速度快，易驅(qū)動等優(yōu)點，自1988年解決了擎住問題后，大功率高速IGBT已成為眾多加熱電源的首選器件，頻率高達100kHz，功率高達Mw級電源已可實現(xiàn)。(4)在超高頻(100kHz以上)頻段，長期以來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)體開關(guān)器件為元件的逆變式高頻感應(yīng)加熱電源。1.3.國外感應(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)加熱場合，普通采用工頻感應(yīng)爐。國外的工頻感應(yīng)加熱裝置單臺可達數(shù)百兆瓦 ，用于數(shù)10噸的大型工件透熱或數(shù)百噸的鋼水保溫。雖然固態(tài)功率器件構(gòu)成

7、的電源有取代工頻感應(yīng)加熱電源的趨勢，但短期內(nèi)，在電源的容量、價格和可靠性方面難以與構(gòu)造簡單的工頻感應(yīng)電源競爭。中頻電源（50Hz或60Hz以上10KHz）。晶閘管感應(yīng)加熱電源已完全取代了傳統(tǒng)的中頻發(fā)電機組和電磁倍頻器。國外的裝置單臺容量已達數(shù)十兆瓦。超音頻電源（10K100KHz）。早期采用晶閘管-時間分割電路和倍頻電路構(gòu)成超音頻電源。80年代開始，隨著新型器件（GTO、GTR、MCT、IJBT、BSIT、 SITH和IGBT）的相繼問世由這些器件構(gòu)成的簡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更是一支獨秀，受到了開發(fā)者的重視。90年代初期，日本就采用IGBT研制

8、出了1200KW/50KHz的電流型感應(yīng)加熱電源。我國98年進口日本的3200KW/80KHz感應(yīng)加熱線在上海運行，是國際上最先進的電源之一。一些發(fā)達國家如美國，英國，法國，瑞士等都研制出了超音頻感應(yīng)加熱電源，已達數(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)電源的過度階段。領(lǐng)先的國家有日本，西班牙，德國，比利時，美國等，采用的器件有SIT和MOSFET，感應(yīng)加熱電源水平可達到1MW/15-600KHZ。我國與國外先進國家在感應(yīng)加熱方面進行比較，存在較大的差距。1.4.國內(nèi)感應(yīng)加熱電源技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀我國感應(yīng)加熱技術(shù)的應(yīng)用，起源于上世紀(jì)50年代，主要用于機床、紡機、汽

9、車、拖拉機等制造業(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、美國、英國、法國、日本、意大利、西班牙、比利時和俄羅斯等工業(yè)發(fā)達國家引進了數(shù)百套感應(yīng)加熱成套裝置(含電源)。20世紀(jì)90年代，國外的一些感應(yīng)電爐公司直接到中國來辦廠，如美國的英達感應(yīng)加熱公司，彼樂公司等，和國內(nèi)的同行業(yè)廠家同臺競爭。目前，感應(yīng)加熱領(lǐng)域技術(shù)先進性標(biāo)志主要表現(xiàn)在下面幾點：（1）高頻電源，采用半導(dǎo)體功率器件，一般說輸出功率越大，頻率越高，技術(shù)越先進。（2）感應(yīng)熔煉中頻爐電源功率越

10、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。（3）真空感應(yīng)爐，一般說噸位越大技術(shù)越先進。（4）特種感應(yīng)加熱，一般說，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)含量越高。（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、淬火過程的計算機軟件對其系統(tǒng)的檢測、控制、管理的簡單化、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)代先進技術(shù)的表示。1.5.感應(yīng)加熱電源的發(fā)展趨勢感應(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

11、大容量化、高頻化帶動感應(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MOSFET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現(xiàn)軟開關(guān)，但是，感應(yīng)加熱電源通常功率較大，對功率器件、無源器件、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：一類是器件的串、并聯(lián)，另一類是多臺電源的串、并聯(lián)。在器件的串、并聯(lián)方式中，必須認(rèn)真處理串聯(lián)器件的均壓問題和并聯(lián)

12、器件的均流問題，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)，在單機容量適當(dāng)?shù)那闆r下，可簡單地通過串、并聯(lián)運行方式得到大容量裝置，每臺單機只是裝置的一個單元或一個模塊。(3)負載匹配  感應(yīng)加熱電源多應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，其運行工況比較復(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，它的負載對象各式各樣，而電源逆變器與負載是一有機的整體，負載直接影響到電源的運行效率和可靠性。對焊接、表面熱處理等負載，一般采用匹配變壓器連接電源和負載

13、感應(yīng)器，對高頻、超音頻電源用的匹配變壓器要求漏抗很小，如何實現(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。具有計算機智能接口、遠程控制、故障自動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，目前對它的功率因數(shù)、諧波污染指標(biāo)還沒有嚴(yán)格要求，但隨著對整個電網(wǎng)無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)）、低諧波污染電源必將成為今后發(fā)展趨勢。1.6

14、 參考文獻：1葉斌編著電力電子應(yīng)用技術(shù)及裝置北京：中國鐵道出版社，199982全亞杰感應(yīng)加熱電源的發(fā)展歷程與動向電焊機，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)：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、微機控制的晶閘管中頻電源工業(yè)加熱，2003(1)：59-606章亦葵，姜土林200kHz75kW SIT高頻感應(yīng)加熱電源的研制工業(yè)加熱，1996(1)：20247吳兆麟高頻感應(yīng)加熱裝置的負載匹配方法.電力電子技術(shù)，1999，33(4)：29328張津津，羅映紅，周啟虎通信開關(guān)電源的EMIEMC設(shè)計現(xiàn)代電子技術(shù)，2007， 30(13)： 7l-739KhanI，AfriconAutomatic frequency control of an induction furnace 1999. IEEE10張仲超基于新型移相控制的感應(yīng)加熱電源的研究電力電子技術(shù)，2001，35(1)：3511潘天明,

16、張殿敏等.100kW音頻感應(yīng)加熱電源J電力電子技術(shù)，1996，113(4):10-1312李津福.200kHZ/75KW SIT高頻感應(yīng)加熱電源的研制J工業(yè)加熱,1996，129(1):20-23 13 潘天明,姜士林等.lOkW/400kHZ 晶體管式高頻電源M工業(yè)加熱，1994，120(4)：56-5914 沈旭、吳兆麟等.20KW/300KHZ高頻感應(yīng)加熱J電力電子技術(shù)，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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告本課題要研究或解決的問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題1、學(xué)習(xí)單片機、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、過流、缺相、控制電源欠壓等故障進行保護并報警。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、單片機等。基本結(jié)構(gòu)如下圖2.1所示。 逆變電路三相全控整流橋負載濾波電路 單片機逆變控制電路脈沖功放同步信號主電路由全控整流電路提流電路提供可調(diào)直流電壓比較器比較器脈沖信號電流采樣值電流限定值功率給定直流電源起振檢測電壓采樣值故障檢測電壓限定值高頻電壓圖2.12、工作原理主電路由三相橋式全控整流電路提