中频感应加热器的设计研究.doc

目录1 绪论 91.1 感应加热器的开展 91.2感应加热的工作原理 101.3 感应加热电源技术开展现状与趋势 221.4感应加热电源的工作原理 242 感应加热电源及其实现方案研究 252.1 串并联谐振电路的比拟 252.2 串联谐振电源工作原理 262.3 电路的功率调节原理 282.4 本课题设计思路及主要设计内容 283 感应加热电源电路的主回路设计 303.1 主电路的主要设计技术参数 303.2 感应加热电源电路的主回路结构 30主电路结构框图如图3.1所示： 303.2.1主回路的等效模型 323.2.2 整流局部电路分析 353.2.3逆变局部电路分析 373.3 系统主回路的元器件参数设定 393.3.1整流二极管和滤波电路元件选择 393.3.2 IGBT和续流二极管的选择 403.3.3槽路电容和电感的参数设定 414 控制电路的设计 434.1 控制芯片SG3525A 444.1.1内部逻辑电路结构分析 444.1.2芯片管脚及其功能介绍 464.2 电流互感器 485 驱动电路的设计 505.1 绝缘栅双极型晶体管〔IGBT〕对驱动电路的要求 505.1.1 门极电压对开关特性的影响及选择 505.1.2门极串联电阻对开关特性的影响及选择 505.2 IGBT过压的原因及抑制 515.3 IGBT的过流保护 535.3.1设计短路保护电路的几点要求 535.4 集成光电隔离驱动模块HCPL-316J 535.4.1器件特性 545.4.2芯片管脚及其功能介绍 545.4.3 内部逻辑电路结构分析 55器件功能分析 56驱动电路需要注意的问题 586 辅助直流稳压电源 596.1 三端固定稳压器 596.2 本次设计用的的电源 606.2.1 18伏, 15伏稳压电压电源 606.2.2 ±12伏，±5伏双路稳压电源 606.2.3 元器件选择及参数计算 617 硬件调试 648 结论 66致 谢 67参考文献 68中频感应加热器的设计研究设计总说明:中频感应加热以其加热效率高、速度快，可控性好及易于实现机械化、自动化等优点，已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和外表热处理等行业得到广泛的应用。

1831年法拉第发现了电磁感应现象，并建立了电磁感应定律，奠定了感应加热的理论根底而感应加热就是将材料放在高频磁场内(例如放到通有高频电流的线圈内部)，那么磁力线切割材料，在材料中产生感应电动势，从而产生涡流涡流也是高频电流由于材料具有电阻，结果使材料发热，利用感应涡流的热效应进行加热中频感应加热那么是采用加热线圈通高频电流产生的磁力线集中在被加热物上、由电磁的感应作用，产生涡旋电流，将被加热物加热感应加热与其它的加热方式，如燃气加热，电阻炉加热等不同，它把电能直接送工件内部变成热能，将工件加热而其他的加热方式是先加热工件外表，然后把热再传导加热内部因此在感应加热中存在着三个效应——集肤效应、近邻效应和圆环效应集肤效应：当交变电流通过导体时，沿导体截面上的电流分布式部均匀的，最大电流密度出现在导体的外表层，这种电流集聚的现象称为集肤效应近邻效应——当两根通有交流电的导体靠得很近时，在互相影响下，两导体中的电流要重新分布当两根导体流的电流是反方向时，最大电流密度出现在导体内侧；当两根导体流的电流是同方向时，最大电流密度出现在导体外侧，这种现象称为近邻效应圆环效应：假设将交流电通过圆环形线圈时，最大电流密度出现圈导体的内侧，这种现象称为圆环效应。

感应加热那么是综合利用这三种效应在感应线圈中置以金属工件，感应线圈两端加上交流电压，产生交流电流，在工件中产生感应电流此两电流方向相反，情况与两根平行母线流过方向相反的电流相似当电流和感应电流相互靠拢时，线圈和工件表现出邻近效应，结果，电流集聚圈的内侧外表，电流聚集在工件的外外表这时线圈本身表现为圆环效应，而工件本身表现为集肤效应本设计基于感应加热的原理，研制了20KW中频感应加热器本设计中感应加热器采用IGBT作为开关器件，可工作在10 Hz～10 kHz频段它由整流器、滤波器、和逆变器组成整流器采用不可控三相全桥式整流电路滤波器采用两个电解电容和一个电感组成Ⅱ型滤波器滤波和无源功率因数校正逆变器主要由PWM控制器SG3525A控制四个IGBT的开通和关断，实现DC-AC的转换设计中采用的芯片主要是PWM控制器SG3525A和光耦合驱动电路HCPL-316J设计过程中程充分利用了SG3525A的控制性能，具有宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流在中小容量变频电源的设计中，采用自关断器件的脉宽调制系统比非自关断器件的相控系统具有更多的优越性第一代脉宽调制器SG3525A应用于交流电机调速、UPS电源以及其他需要PWM脉冲的领域。

其外围电路可对串联谐振式逆变电源进行多功能控制，实现H桥式IGBT脉宽调制PWM信号的生成和逆变电源的保护功能，以及变频电源工作过程中谐振频率的跟踪控制SG3525脉宽调制型控制器是美国通用电气公司的产品，作为SG3524的改良型，更适合于运用MOS管作为开关器件的DC/DC变换器，它是采用双级型工艺制作的新型模拟数字混合集成电路，性能优异，所需外围器件较少它的主要特点是：输出级采用推挽输出，双通道输出，占空比0-50%可调，每一通道的驱动电流最大值可达200mA，灌拉电流峰值可达500mA可直接驱动功率MOS管，工作频率高达400KHz，具有欠压锁定、过压保护和软启动等功能该电路由基准电压源、震荡器、误差放大器、PWM比拟器与锁存器、分相器、欠压锁定输出驱动级，软启动及关断电路等组成，可正常工作的温度范围是0-700℃基准电压为5.1 V士1%，工作电压范围很宽，为8V到35V 由于HCPL-316J具有快的开关速度〔500ns〕，光隔离，故障状态反响，可配置自动复位、自动关闭等功能，所以选择其作为IGBT的驱动其内部集成集电极-发射极电压〔UGE〕欠饱和检测电路及故障状态反响电路。

HCPL316J 是一种简单的智能型驱动器芯片用户可根据需要灵活设置高电平输入、高电平输出和低电平输入、高电平输出的输入方式,自动复位或通过控制复位,故障自动关断,光耦隔离,CMOS/TTL 电平兼容,集成的退饱和电压检测，有回滞的低电压闭锁(UVLO) ,软关断IGBT 技术及隔离的故障反响信号IGBT栅极最大驱动电流可达2. 5 A ,最大驱动电流= 150 A , =1 200 V ,最大开关速度为500 ns ,较宽的工作电压范围为15～30 V本次毕业中，分析了感应加热器的工作原理，选择适宜的方案并设计了中频感应加热器的电路图，设计了整个系统的控制和驱动电路，完成了系统的整个电路的设计制作，撰写了设计说明说一份，设计电路图大号图纸假设干 关键词：感应加热电源；串联谐振；逆变电路；IGBTThe design of medium frequency induction heater IntroductionThe Intermediate Frequency Induction Heating has been widely applied in melting, casting, bend, hot forging, welding, Surface Heat Treatment due to its advantages of high heating efficiency、high speed、easily controlled、easily being mechanized and automated.1831 Faraday discovered electricity induction phenomenon, and to establish a law on electromagnetic induction, laid the induction heating theoretical basis. And induction heating is within the materials on high-frequency magnetic field (for example on the inside of a high frequency current coil), while in material, magnetic wire-cutting materials produced in induction emf, resulting in a vortex. Eddy current is also high-frequency currents. Due to materials, the results make materials with resistance, use inductive heating overheats heat. Vortex Intermediate frequency induction heating is general by heating coil produced high-frequency currents as the thing on the heated by electromagnetic induction, role, produce vortex current, will be heating content heating. Induction heating and other heating mode, such as gas heating, resistance furnace heating is different, it sent directly within the energy into heat, workpiece heating the workpiece. While other heating mode is first heating surface of workpiece, then the heat conduction heating again inside. So in induction heating exist in three effect - set skin effect, nearest-neighbor effect and circle effect. when alternating current skin effect when the conductor by conductor, the current section evenly distributed department, the maximum current density appeared in the surface layer, the current conductor gathered phenomenon known as set skin effect. Induction heating is comprehensive utilization of these 3 kinds of effects. In induction coils of metal workpieces, to buy with ac。