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基于感应加热电源的真空炉闭环控制系统研究

作 者: 张焱
导 师: 王旭东
学 校: 哈尔滨理工大学
专 业: 电力电子与电力传动
关键词: 真空炉 感应加热 数字锁相环 移相PWM调功 DSP
分类号: TM924.01
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 10次
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内容摘要


感应加热是一种节能、环保、高效的新型加热方式,随着感应加热技术的提高,其在工业领域的应用越来越多,尤其在汽车制造业中,更是得到了广泛的应用。为了实现在真空环境下对新型电动汽车用电机外壳铸造过程的监视与控制,本文设计了基于感应加热电源的真空炉闭环控制系统。本文首先阐述了感应加热的特点和用途,介绍了感应加热电源技术的发展现状及趋势,说明了感应加热的基本原理。对比分析了串联与并联谐振式感应加热电源,确定了以串联谐振式感应加热电源为基础进行系统设计。对比介绍了感应加热电源几种常用的调功方式,选择移相PWM方式为本设计所采用的调功方式,并进行了详细的分析,利用MATLAB/SIMULINK仿真对移相PWM调功方式进行了仿真分析和验证。本文以先进的大功率绝缘栅双极晶体管IGBT为逆变器的功率开关器件,选用TI公司的DSP芯片TMS320F2812为主控芯片,对系统进行了硬件及软件的设计。利用数字锁相环实现了频率的快速自动跟踪控制。通过移相PWM方式与频率锁相复合控制,可生成移相角连续可调的驱动脉冲,以实现对浇铸过程中温度的闭环控制。通过CAN总线实现上位机与DSP的实时通信,运用LabVIEW软件编制了上位机动态显示监控系统的程序,完成了对浇铸过程的远程控制,并可将温度曲线显示记录。整个系统直观性强,监控性好,控制精度和整机效率都很高,已运用于实际生产当中并取得了很好的效果。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章 绪论  10-15
  1.1 感应加热的特点与用途  10-11
  1.2 感应加热电源的发展现状与趋势  11-13
    1.2.1 感应加热电源发展现状  11-12
    1.2.2 感应加热电源发展趋势  12-13
  1.3 本课题来源及研究内容  13-15
    1.3.1 课题来源  13-14
    1.3.2 本文研究内容  14-15
第2章 真空炉感应加热电源理论分析  15-28
  2.1 感应加热电源的理论基础  15-17
  2.2 感应加热电源主电路结构  17
  2.3 感应加热负载槽路及其特性分析  17-20
  2.4 串联、并联逆变电路比较分析  20-23
    2.4.1 串联谐振逆变器  21
    2.4.2 并联谐振逆变器  21
    2.4.3 串联、并联谐振式逆变器比较分析  21-23
  2.5 感应加热电源调功方式分析  23-27
    2.5.1 直流侧调功  23-24
    2.5.2 逆变侧调功  24-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章 感应电源电路参数设计及MATLAB仿真  28-39
  3.1 感应电源主电路参数  28-32
    3.1.1 三相不控整流部分参数计算  28-30
    3.1.2 逆变部分参数  30-31
    3.1.3 负载侧参数  31-32
  3.2 感应加热电源仿真及分析  32-38
    3.2.1 系统的仿真模型  32-34
    3.2.2 仿真结果及分析  34-38
  3.3 本章小结  38-39
第4章 系统的硬件设计  39-48
  4.1 概述  39-41
  4.2 DSP控制系统的硬件设计  41-42
    4.2.1 TMS320F2812芯片简介  41
    4.2.2 DSP外围电路设计  41-42
  4.3 IGBT驱动电路设计  42-43
  4.4 输入采集电路设计  43-46
    4.4.1 负载电压采样电路  43-44
    4.4.2 负载电流采样电路  44
    4.4.3 频率采集电路  44-45
    4.4.4 温度采集电路  45-46
  4.5 浇铸过程控制电路  46-47
  4.6 CAN通信接口  47
  4.7 本章小结  47-48
第5章 系统软件设计及系统实现  48-62
  5.1 总体设计方案  48-49
    5.1.1 软件开发环境  48
    5.1.2 主程序设计  48-49
  5.2 基于DSP的数字锁相环设计  49-53
  5.3 温度、功率控制  53-56
    5.3.1 PID控制原理  53-54
    5.3.2 温度、功率的闭环控制  54
    5.3.3 加热模式  54-55
    5.3.4 调温、加热软件设计  55-56
  5.4 上位机界面的设计  56-58
    5.4.1 虚拟仪器、LabVIEW介绍  56-57
    5.4.2 界面设计  57
    5.4.3 视频窗口设计  57-58
  5.5 系统调试与现场运行  58-61
  5.6 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-66
攻读学位期间发表的学术论文  66-67
致谢  67

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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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