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基于三级调节的感应加热电源数字化研究

作　者: 高忠科
导　师: 周跃庆
学　校: 天津大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 感应加热电源三级控制 DSP 软开关
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 9次
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内容摘要

感应加热电源已在工业生产中得到了广泛的应用，它将工频三相电源经整流和逆变这两个过程转换成为单相交流输出，进而应用于感应加热。目前感应加热装置多采用模拟控制电路，模拟电路广泛存在着例如单元器件易老化、成本偏高、不易更新换代等不利因素。随着电力电子技术和智能芯片技术的不断发展进步，人们开始致力于研发基于智能芯片控制的数字化感应加热电源，采用这种数字化设计的方法具有设计灵活、修改方便和易于实现的优点。传统的电压电流双闭环控制策略尽管在一定程度上可以基本满足感应加热电源的控制需求，但是其存在着限流或限压作用，因此会导致输出功率小于额定功率的情况，为此在对原有电压电流双闭环控制策略分析的基础上，本文采用了一种三级控制策略，目的是使感应加热电源能够以恒定的额定功率进行输出。在此基础上，本文以TMS320F240DSP智能芯片为核心对感应加热电源的主要硬件部分进行了设计，同时采用C语言编制了各个控制模块的程序，进而数字化设计了感应加热电源。此外，通过PSPICE仿真分析对感应加热电源的软开关技术进行了研究，为将来高功率感应加热电源的整机数字化实现打下了坚实基础。以电磁场和温度场有限元分析为基础，建立了板型工件有限元分析模型，通过ANSYS有限元分析的大量耦合计算，仿真实际工件感应淬火过程。在计算仿真过程中考虑了温度变化对工件物理性能参数的影响，从功率和温升等多个方面对获取的耦合计算结果进行了详细分析和验证，结果表明该耦合计算方法可有效指导板型移动式感应加热过程，也在一定程度上为数字化实现感应加热电源提供了参考。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 感应加热技术的发展与现状  7-10
    1.1.1 感应加热的发展历史  7-8
    1.1.2 感应加热技术的现状分析  8-9
    1.1.3 感应加热电源的用途  9-10
    1.1.4 感应加热电源技术的发展趋势  10
  1.2 论文的选题意义和主要工作  10-13
    1.2.1 感应加热电源数字化实现的意义  11
    1.2.2 论文的主要工作  11-13
第二章感应加热电源的各部分工作原理分析  13-18
  2.1 感应加热的基本原理  13-14
  2.2 并联逆变电路分析  14-18
    2.2.1 结构分析  14
    2.2.2 并联谐振电路特性分析  14-16
    2.2.3 工作状态分析  16-18
第三章基于三级调节的功率控制电路  18-22
  3.1 感应加热中的控制  18
  3.2 电压电流双闭环控制  18-20
  3.3 电压电流双闭环加逆变角控制  20-22
第四章控制系统的软硬件设计  22-41
  4.1 TMS320F240 DSP 介绍  22-25
  4.2 外围电路设计  25-29
    4.2.1 电流采集电路  25-26
    4.2.2 电压采集电路  26-27
    4.2.3 逆变角采集电路  27
    4.2.4 保护电路  27-28
    4.2.5 其它外围电路  28-29
  4.3 软件设计  29-41
    4.3.1 DSP 编程特点与技巧  29-30
    4.3.2 数字 PI 调节算法分析及在功率控制中的应用  30-41
第五章仿真与分析  41-46
  5.1 MATLAB 中控制策略的仿真  41-43
  5.2 PSPICE 中的软开关技术的仿真  43-46
第六章 ANSYS 数值模拟研究  46-52
  6.1 ANSYS 软件简介  46-47
  6.2 感应加热电磁场、温度场数学模型  47-50
    6.2.1 电磁场有限元计算数学模型  47-48
    6.2.2 温度场有限元计算数学模型  48-50
  6.3 感应加热过程的实际工况模拟  50-52
第七章总结与展望  52-53
参考文献  53-56
发表论文和科研情况说明  56-57
致谢  57

基于三级调节的感应加热电源数字化研究

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