感應(yīng)加熱電源的數(shù)字化控制研究.pdf

1、由于感應(yīng)加熱技術(shù)具有加熱溫度高、效率高、速度快、加熱溫度容易控制、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、無(wú)空氣污染等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在感應(yīng)加熱已廣泛應(yīng)用于金屬熔煉、透熱、熱處理和焊接等工業(yè)過(guò)程。但是目前工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的感應(yīng)加熱電源多采用模擬電路控制，控制精度不高，靈活性較差，系統(tǒng)可靠性低。而數(shù)字式電路控制精確，軟件設(shè)計(jì)靈活，整個(gè)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠，因此研究感應(yīng)加熱電源的數(shù)字化控制具有十分重要的意義。 本文在對(duì)感應(yīng)加熱電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，

2、確定以串聯(lián)諧振型逆變器為研究對(duì)象。通過(guò)對(duì)串聯(lián)諧振逆變器常用功率調(diào)節(jié)方式的分析，確定以常用的脈沖頻率調(diào)制(PFM)和改進(jìn)的移相調(diào)功方式分別設(shè)計(jì)的PFM數(shù)字化感應(yīng)加熱電源和移相調(diào)功的數(shù)字化感應(yīng)加熱電源為本文的研制方案。 對(duì)于PFM數(shù)字化感應(yīng)加熱電源，本文對(duì)其主電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和所用元器件進(jìn)行了參數(shù)選擇，同時(shí)提出了PFM的數(shù)字化控制算法，確定以FPGA和AVR單片機(jī)為核心構(gòu)成負(fù)載電流和負(fù)載電壓與電流之間的相位限制的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。文中分

3、別對(duì)控制系統(tǒng)中的電流調(diào)節(jié)器、基于FPGA的主控制電路和基于AVR單片機(jī)的控制電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，同時(shí)在QuartusⅡ軟件平臺(tái)下對(duì)基于FPGA的控制電路進(jìn)行了仿真分析和驗(yàn)證，表明設(shè)計(jì)的PFM數(shù)字化控制系統(tǒng)具有控制精度高、可靠性高、死區(qū)時(shí)間可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的PFM數(shù)字化控制系統(tǒng)的優(yōu)越性和可行性。 對(duì)采用改進(jìn)移相調(diào)功方式的數(shù)字化感應(yīng)加熱電源，本文提出了一種新型的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，新型主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、控制方式簡(jiǎn)

4、單。本文對(duì)其主電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和所用元器件進(jìn)行了參數(shù)選擇。 文中在對(duì)改進(jìn)的移相調(diào)功方式詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提出了移相調(diào)功的數(shù)字化控制算法，確定以FPGA、DSP和AVR單片機(jī)為核心構(gòu)成負(fù)載電流和負(fù)載頻率相位的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。針對(duì)PFM數(shù)字化感應(yīng)加熱電源設(shè)計(jì)中模擬PI調(diào)節(jié)電路存在的缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中利用DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字PI調(diào)節(jié)算法，從而使系統(tǒng)可靠性和控制精度提高。由于感應(yīng)加熱過(guò)程中負(fù)載參數(shù)的變化引起負(fù)載諧振頻率變化，為了保證感應(yīng)加熱電源工作

5、在弱感性準(zhǔn)諧振狀態(tài)，文中利用FPGA形成的數(shù)字鎖相環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖頻鎖相控制，該數(shù)字鎖相環(huán)電路控制精度高、軟件設(shè)計(jì)靈活、死區(qū)時(shí)間可調(diào)。本文利用FPGA實(shí)現(xiàn)移相調(diào)功算法，并在QuartusⅡ軟件平臺(tái)下對(duì)基于FPGA的數(shù)字鎖相環(huán)和移相調(diào)功電路進(jìn)行了仿真分析和驗(yàn)證。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的改進(jìn)移相調(diào)功方式數(shù)字化控制系統(tǒng)的優(yōu)越性和可行性。最后本文對(duì)PFM數(shù)字化感應(yīng)加熱電源和改進(jìn)移相調(diào)功方式的數(shù)字化感應(yīng)加熱電源中功率器件IGBT的驅(qū)動(dòng)電路和電源故障