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塑机螺杆电磁加热器研究与开发

作　者: 谢杨彪
导　师: 赵晓栋; 胡佳文
学　校: 浙江海洋学院
专　业: 农业推广
关键词: 螺杆挤出机 电磁加热 IGBT Atmega16
分类号: TM924.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


现阶段的螺杆挤出机普遍采用电热圈加热的加热方式，它通过接触传导方式把热量传递到料筒，但只有紧靠在料筒内侧表面的热量才能得以应用，而外侧的热量大部分散失到空气中造成热传导损失，并导致环境温度上升。另外电阻丝加热还有一个缺点就是功率密度低，很难适用于高温场合，为此，本课题采用电磁加热技术来实现螺杆挤出机料筒加热，具有加热效率高、速度快、可控性好等特点。本课题根据电磁加热的原理，设计开发了适用于螺杆挤出机的10KW电磁加热控制系统，完成了系统的硬件和软件设计。其中硬件电路设计包括多路直流电源、主激励电路、全桥驱动电路、逆变电路、LC谐振电路等设计。各电路之间存在以下联系：首先380V三相交流电通过整流滤波后输出直流电压，电压通过降压后供开关电源工作，并由变压器输出多路电，多路电压通过整流后输出多路直流电，其中一部分供激励电路并利用其产生的PWM信号驱动光耦，光耦连接着IGBT组成的逆变电路最终通过负载LC谐振输出正弦信号使导体产生涡流给料筒加热。IGBT作为逆变电路中的开关元件可以工作在15kHz～25kHz频段，它由不可控三相全桥式整流电路和单向半桥电压型逆变电路作为主电路。采用脉冲频率调制PFM进行恒功率控制。在控制系统设计中采用了自带看门狗和低电压保护的Atmega16主控芯片，实现对系统工作电流、电网电压、负载温度的管理和监控，同时充分考虑IGBT死区、驱动隔离及相应的保护。针对螺杆挤出机的料筒结构和电磁感应加热系统存在的自身缺陷，在本次设计中，为了提高系统本身的安全性和稳定性，采用的控制方式为巡回式加热方式。在系统软件的设计上，考虑到代码自身的复杂性，采用模块化的方式进行设计，并且对软件实现的各个功能区域进行模块化划分。为方便用户使用，通过液晶进行中文显示。最后通过实验得出了波形，以及通过与传统加热方式的各参数对比验证了本研究的可行性。

全文目录


摘要  8-9
Abstract  9-13
第一章 绪论  13-18
  1.1 本课题的背景及研究意义  13-14
    1.1.1 本课题的背景  13
    1.1.2 课题的研究意义  13-14
  1.2 电磁感应加热的发展状况  14-16
    1.2.1 国外感应加热技术现状  14-15
    1.2.2 国内感应加热技术现状  15-16
  1.3 电磁感应加热的应用前景  16-17
  1.4 本课题的主要研究内容和工作  17-18
第二章 电磁感应加热的原理  18-23
  2.1 电磁感应加热的基本原理  18-20
  2.2 集肤效应及透入深度  20-21
  2.3 邻近效应  21
  2.4 感应加热功率及功率的效率  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章 电磁感应加热器的设计  23-42
  3.1 感应加热的系统框图  23-24
  3.2 多路直流电源的设计  24-29
    3.2.1 三相整流电流  24
    3.2.2 EMI 滤波电路  24-25
    3.2.3 UC3842 简介  25-26
    3.2.4 变压器的选择和计算  26-28
    3.2.5 多路直流电源  28-29
  3.3 激励电路的设计  29-33
    3.3.1 SG3525 简介及其工作原理  29-32
    3.3.2 激励光耦驱动  32-33
  3.4 逆变电路的设计  33-37
    3.4.1 IGBT 的特性  33-34
    3.4.2 IGBT 驱动电路设计  34-35
    3.4.3 IGBT 的保护电路  35-37
  3.5 电磁感应加热电源谐振电路的分析  37-40
    3.5.1 串联谐振  37-39
    3.5.2 并联谐振  39-40
  3.6 负载谐振电路  40-41
  3.7 本章小结  41-42
第四章 电磁感应加热器控制系统的设计  42-55
  4.1 单片机的选择  42-44
    4.1.1 单片机的概述  42
    4.1.2 Atmega16 最小系统  42-44
  4.2 感应加热器保护电路设计  44-48
    4.2.1 电流保护  44-45
    4.2.2 电压保护  45-46
    4.2.3 温度保护  46-48
  4.3 键盘显示电路  48-49
  4.4 软件的设计  49-51
  4.5 PID 调节  51-54
  4.6 本章小结  54-55
第五章 验证性实验  55-59
第六章 总结论  59-60
参考文献  60-64
附录  64-68
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  68-69
致谢  69

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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 > 感应电炉
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