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、易于實現(xiàn)機(jī)械化、自動化、無空氣污染等優(yōu)點，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)計靈活，整個控制系統(tǒng)簡單、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象。通過對串聯(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。 對于PFM數(shù)字化感應(yīng)加熱電源，本文對其主電路進(jìn)行了設(shè)計和所用元器件進(jìn)行了參數(shù)選擇，同時提出了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，同時在QuartusⅡ軟件平臺下對基于FPGA的控制電路進(jìn)行了仿真分析和驗證，表明設(shè)計的PFM數(shù)字化控制系統(tǒng)具有控制精度高、可靠性高、死區(qū)時間可調(diào)等優(yōu)點。并通過實驗進(jìn)一步驗證了設(shè)計的PFM數(shù)字化控制系統(tǒng)的優(yōu)越性和可行性。 對采用改進(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)簡單、成本低、控制方式簡

4、單。本文對其主電路進(jìn)行了設(shè)計和所用元器件進(jìn)行了參數(shù)選擇。 文中在對改進(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PFM數(shù)字化感應(yīng)加熱電源設(shè)計中模擬PI調(diào)節(jié)電路存在的缺點，本設(shè)計中利用DSP實現(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)來實現(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)計靈活、死區(qū)時間可調(diào)。本文利用FPGA實現(xiàn)移相調(diào)功算法，并在QuartusⅡ軟件平臺下對基于FPGA的數(shù)字鎖相環(huán)和移相調(diào)功電路進(jìn)行了仿真分析和驗證。并通過實驗進(jìn)一步驗證了設(shè)計的改進(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)動電路和電源故障