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基于DSP的高频感应加热电源的仿真研究

作 者: 谢浩赞
导 师: 孟丽囡
学 校: 辽宁工业大学
专 业: 电力电子与电力传动
关键词: 感应加热 频率跟踪 功率调节 小感性准谐振 数字锁相环
分类号: TM924.01
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
下 载: 27次
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内容摘要


感应加热技术是利用交变磁场在加热工件内部产生涡流对金属器件加热的一种热处理技术。感应加热电源作为感应加热设备的主要电能转换装置,其输出功率随着生产的需要越来越大,其频率调节也越来越智能化。感应加热电源一方面要求其功率器件的损耗尽量小,另一方面要求其功率和频率具有快速调节的能力。本文分别针对频率跟踪技术和功率调节技术这两方面做了大量研究。高频感应加热电源的逆变器工作频率需要实时跟踪负载固有谐振频率。本文首先分析了感应加热电源负载的等效电路,计算了不同谐振电路中的负载固有谐振频率。然后基于电压型串联谐振逆变器,分析了感应加热电源在容性、感性和阻性不同工作状态下的逆变器运行情况,确定了小感性准谐振工作状态作为感应加热电源的可实现的理想工作状态。在小感性准谐振工作状态下,逆变器的频率需要实时跟踪负载谐振固有频率,工程中采用锁相环来实现这一功能,本文利用MATLAB/simulink搭建了定时锁相技术和定角锁相技术的模型,对两种锁相控制技术进行了分析比较,确定了以定角锁相控制技术实现电源逆变器频率对负载固有谐振频率的追踪。传统的模拟锁相环跟踪性能差,锁相范围小,电路精度低,不能实现逆变器死区时间的实时调节。数字处理芯片不仅具有处理速度快,数据精度高的优点,而且其内部集成了多个PWM波形生成模块,能够同时产生多路PWM信号。本文利用数字信号处理芯片搭建基于PI调节的数字锁相环(PI-DPLL)模块使逆变器能够更快地追踪负载谐振频率,实现逆变器死区时间的在线调整。同时对基于Buck斩波的双闭环功率调节方式进行了研究,通过调节Buck电路的导通占空比调节逆变器输入电压,进而调节电源的输出功率。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-11
  1.1 感应加热技术概述  8
  1.2 感应加热电源的发展概况  8-10
  1.3 本文研究的主要内容  10-11
2 感应加热电源主电路分析  11-23
  2.1 负载分析  11-12
  2.2 负载谐振电路的分析  12-14
    2.2.1 串联谐振电路  12-13
    2.2.2 并联谐振电路  13-14
  2.3 感应加热电源逆变器拓扑结构的分析  14-16
    2.3.1 串联谐振逆变器  15-16
    2.3.2 并联谐振逆变器  16
  2.4 电源型谐振逆变器的工作状态分析  16-20
    2.4.1 感性工作状态分析  17-18
    2.4.2 容性工作状态分析  18-19
    2.4.3 阻性工作状态分析  19-20
  2.5 死区时间的计算  20-22
  2.6 本章小结  22-23
3 感应加热电源锁相控制技术的研究  23-35
  3.1 锁相环数学模型  23-26
  3.2 电压型串联谐振逆变器中的锁相控制技术  26-33
    3.2.1 定时锁相控制技术  26-28
    3.2.2 定角控制技术  28
    3.2.3 两种锁相控制技术的对比  28-31
    3.2.4 最优锁相角度的选取  31-33
  3.3 本章小结  33-35
4 基于 DSP 仿真模型  35-46
  4.1 DSP 芯片简介  35-38
    4.1.1 TMS320F2808DSP 芯片  35
    4.1.2 A/D 转换器  35-37
    4.1.3 ePWM 模块  37
    4.1.4 eCAP 模块  37-38
  4.2 基于 DSP 的感应加热电源框图  38-39
  4.3 基于 PI 调节的 DPLL  39-43
    4.3.1 DPLL 技术  40-41
    4.3.2 PI-DPLL 技术  41-43
  4.4 DPLL 模型的建立  43-45
    4.4.1 电压型谐振逆变器的仿真模型  43-44
    4.4.2 PI-DPLL 模型的建立  44-45
  4.5 本章小结  45-46
5 基于直流斩波的功率调节  46-52
  5.1 Buck 变换器简化模型分析  46-47
  5.2 基于 Buck 变换器的功率闭环控制系统  47-50
    5.2.1 Buck 变换器闭环控制模型  47-48
    5.2.2 电压单闭环控制  48-49
    5.2.3 功率闭环控制  49
    5.2.4 电流电压双闭环功率控制系统  49-50
  5.3 调功系统模型的搭建  50-51
  5.4 本章小结  51-52
6 仿真结果分析  52-57
  6.1 PI-DPLL 模块仿真结果分析  52-53
  6.2 感应加热逆变器模型仿真结果分析  53-54
  6.3 仿真方案可靠性分析  54-55
  6.4 Buck 电路输出电压分析  55-56
  6.5 本章小结  56-57
7 总结  57-58
参考文献  58-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电热 > 一般性问题 > 原理
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