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单逆变桥同步双频感应加热电源的研究

作　者: 何婷
导　师: 周伟松
学　校: 清华大学
专　业: 电气工程
关键词: 感应加热电源齿轮淬火频率跟踪同步双频感应加热
分类号: TM924.01
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

感应加热是利用电磁感应原理在金属工件上产生感应涡流热效应对其加热的技术，相比于传统电阻炉、火焰炉等直接加热技术，具有加热均匀、热效率高、加热速度快、节能环保、安全可靠等明显优势。这项先进的技术被广泛地应用于冶金、机械加工、国防等多个部门中，对于提高能源利用率、促进可持续发展有着十分重要的意义。齿轮是现代机械中应用最广泛的元件，同步双频感应加热在齿轮等表面复杂工件的加热淬火应用上有着突出的优势。本文首先介绍了感应加热电源的应用背景和感应加热的基本原理，并总结了感应加热电源的发展历史、现状和未来。由两种单一频率的感应加热电源的结构和工作原理，对比分析双频感应加热电源的特点和优势，最终确定本文研究的同步双频加热电源的方案。在第一章最后给出了本文选题的意义和研究内容及研究难点。接着对单逆变桥同步双频感应电源的主电路结构进行了概括说明，详细分析了整流部分、逆变部分的工作原理及方案的选择，通过复合谐振电路的各元件的参数进行了简化计算，分析了复合谐振电路的特点。然后，基于理论分析的结果，在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立理想仿真模型，通过仿真波形的分析验证电路拓扑结构和参数的正确性。在此基础上，加入频率跟踪反馈电路，监测负载电路电流和电压相位，根据电流电压相位差实时改变信号源的输入频率，从而调整负载谐振电路的工作频率，使负载电路能够快速响应，稳定工作在中频和高频谐振点上。再者，利用北京卅普科技有限公司现有的试验器材搭建开环试验样机，本文在第四章中详细地说明了各试验用元器件参数的测试方法及结果，并根据电路要求选择了谐振电路的元器件，并阐述了驱动信号电路板的搭建。回顾试验过程，分析了试验结果，该结果与理论及仿真分析结果基本吻合。最后，对本课题的单逆变桥同步双频感应加热电源的理论分析、仿真研究和实验验证进行了总结，针对理论设计和样机搭建中存在的问题及可改进的地方进行了说明，提出了相应的改善建议。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-20
  1.1 感应加热技术  8-12
    1.1.1 感应加热技术的应用  8-9
    1.1.2 感应加热的原理  9-11
    1.1.3 感应加热电源的发展历史、现状和未来  11-12
  1.2 感应加热装置  12-18
    1.2.1 感应加热装置概述  12-13
    1.2.2 单频感应加热装置  13-15
    1.2.3 双频感应加热电源  15-18
  1.3 论文选题意义和主要工作  18-20
    1.3.1 论文选题意义  18
    1.3.2 论文的主要工作  18-20
第2章方案设计与理论计算分析  20-33
  2.1 主电路拓扑结构  20
  2.2 整流部分  20-24
    2.2.1 整流电路  20-23
    2.2.2 滤波电路  23-24
  2.3 逆变部分  24-27
  2.4 负载谐振部分  27-31
    2.4.1 谐振角频率计算  27-30
    2.4.2 电路谐振的特点  30-31
  2.5 本章小结  31-33
第3章单逆变桥同步双频感应电源仿真分析  33-51
  3.1 同步双频感应加热电源的仿真软件选择  33-34
  3.2 开环电路的仿真分析  34-40
    3.2.1 主电路的仿真图  34-35
    3.2.2 驱动电路图  35-36
    3.2.3 仿真结果  36-40
  3.3 频率跟踪电路  40-50
    3.3.1 频率跟踪反馈电路的设计  41-46
    3.3.2 频率跟踪电路仿真结果  46-50
  3.4 本章小结  50-51
第4章单逆变桥同步双频感应加热电源的硬件试验  51-71
  4.1 试验设备 MPS 高频感应加热电源介绍  51-53
  4.2 试验各元件的参数测试及选择  53-62
    4.2.1 空心变压器和感应线圈  53-60
    4.2.2 电容 C1、C2的选择  60-61
    4.2.3 电感 L1的选择  61-62
  4.3 驱动电路的搭建  62-64
  4.4 试验结果  64-69
  4.5 本章小结  69-71
第5章结论与建议  71-73
  5.1 结论  71
  5.2 问题和建议  71-73
参考文献  73-75
致谢  75-77
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  77

单逆变桥同步双频感应加热电源的研究

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