中频感应加热电源的设计及原理

0096编号：毕业设计论文课题：中频感应加热电源的设计院（系）：机电与交通工程系专业：电气工程及其自动化学生姓名：吴科虎学号：020120221指导教师单位：电气工程教研室姓名：何少佳职称：高级实验师题目类型：理论研究实验研究工程设计√工程技术研究软件开发2006年06月03日桂林电子工业学院毕业设计说明书摘要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、焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了20KW中频感应加热电源。本设计中感应加热电源采用IGBT作为开关器件，可工作在10Hz～10kHz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。由于HCPL-316J具有快的开关速度（500ns），光隔离，故障状态反馈，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。对原理样机的调试结果表明，所完成的设计实现了设计任务规定的基本功能。此外，为了满足不同器件对功率需要的要求，设计了功率可调。这部分超出了设计任务书规定的任务。关键词：感应加热电源；串联谐振；逆变电路；IGBT桂林电子工业学院毕业设计说明书AbstractTheIntermediateFrequencyInductionHeatinghasbeenwidelyappliedinmelting,casting,bend,hotforging,welding,SurfaceHeatTreatmentduetoitsadvantagesofhighheatingefficiency、highspeed、easilycontrolled、easilybeingmechanizedandautomated.Theschemehasmadeaplanofdesignsbasedonthetaskofdesign,designedcorrespondinghardwarecircuitanddeveloped20kWintermediatefrequencyinductionheatingpowersystem.ThethesisdiscussestheChoiceofconverterschemeindetail.SeriesResonanceInverterhasanothernameisVoltageInverter.ItsOutputVoltageapproachessquarewaveandloadcurrentapproachessine-wave.InversionmustfollowthePrinciplesofbreakbeforemakeandthereisenoughdead-timebetweenturn-offandturnoninordertoavoidingdirectthroughinupperandlowerbridges.ThethesisdiscussedtheChoiceofconverterschemeindetailaswellasintroducedthecontrolcircuitofthispowersourceanditsdesignprinciple.Develop20kWintermediatefrequencyinductionheatingpowersystemwithswitchelementIGBT.MakearesearchonConverterCircuit,controlcircuit,drivercircuitetc.TheCMOSchipthatisappliedinthedesignismainlyPWMControllerSG3525AandopticalcouplerDriveCircuitHCPL-316J.ThecontrolledfeatureofPWMControllerSG3525Aisfullyutilizedintheprocessofdesign,whichhaswideadjustableoperatingfrequencyanddeadtime,inputundervoltagelockfunctionandtwinchanneloutputcurrent.TheopticalcouplerDriveCircuitHCPL-316JischosenasthedrivenofIGBTduetoitsfunctions,suchasfastswitchspeed(500ns),opticalisolation,thefeedbackoffaultsituation,wideoperatingvoltage(15V～30V),automaticresetandautomaticclosedownetc.Keywords：Inductionheatingpowersupply;seriesresonance；inversecircuit；IGBT桂林电子工业学院毕业设计说明书目录引言.....................................................................11绪论..................................................................21.1感应加热的工作原理....................................................21.2感应加热电源技术发展现状与趋势........................................32感应加热电源实现方案研究..........................................52.1串并联谐振电路的比较..................................................52.2串联谐振电源工作原理..................................................72.3电路的功率调节原理....................................................82.4本课题设计思路及主要设计内容..........................................83感应加热电源电路的主回路设计......................................93.1主电路的主要设计元器件参数............................................93.2感应加热电源电路的主回路结构..........................................93.2.1主回路的等效模型...................................................103.2.2整流部分电路分析...................................................133.2.3逆变部分电路分析...................................................153.3系统主回路的元器件参数设定...........................................163.3.1整流二极管和滤波电路元件选择.......................................163.3.2IGBT和续流二极管的选择.............................................173.3.3槽路电容和电感的参数设定...........................................184控制电路的设计.....................................................194.1控制芯片SG3525A......................................................194.1.1内部逻辑电路结构分析...............................................204.1.2芯片管脚及其功能介绍...............................................214.2电流互感器...........................................................235驱动电路的设计.....................................................245.1绝缘栅双极型晶体管（IGBT）对驱动电路的要求...........................24桂林电子工业学院毕业设计说明书5.1.1门极电压对开关特性的影响及选择.....................................245.1.2门极串联电阻GR对开关特性的影响及选择..............................255.2IGBT过压的原因及抑制................................................255.3IGBT的过流保护......................................................265.3.1设计短路保护电路的几点要求.........................................275.4集成光电隔离驱动模块HCPL-316J.......................................275.4.1器件特性...........................................................275.4.2芯片管脚及其功能介绍...............................................285.4.3内部逻辑电路结构分析...............................................285.4.4器件功能分析.......................................................295.4.5驱动电路的试验和注意问题...........................................306辅助直流稳压电源...................................................316.1三端固定稳压器.......................................................316.2本次设计用的的电源...................................................326.2.118伏，15伏稳压电压电源............................................326.2.2±12伏，±5伏双路稳压电源.........................................326.2.3元器件选择及参数计算