感应加热电源的现状与感应加热电源发展趋势
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感应加热电源的现状与感应加热电源发展趋势
中频感应加热设备的电源目前主要有两种模式：并联谐振、串联谐振，这是当前许多电炉厂家与铸造企业所共知的。并联技术成熟稳定，但耗电量偏高；串联谐振技术是我公司最新研发的中频电源，并传统并联电源节能30%，但制造成本稍高，华信电炉中频设备研发能力一直走在世界行业前沿。
感应加热电源是感应加热的核心设备。感应加热电源是随着电力电子技术、微电子技术和现代控制技术发展成熟的。自从感应加热技术应用于上业生产以来，人们对感应加热电源作了大量的研究，形成了多种多样的工作方式和功率控制方式。目前，感应加热电源主要存在着电能转换效率低，装置单位体积功率密度低，EMI大等缺点。为了获得较高的电能转换效率，就要求电源装置具有较高输入、输出功率因数，并实现电力电子器件的软开关，以降低开关损耗。为了获得较大的功率密度，就要求尽可能地减小电源装置的体积。为了减小系统的EMI，就要保证电源系统的电压和电流为正弦波，无高次谐波成份，电子电子器件的开关噪音小。由于目前功率控制方式及主电路拓扑结构的限制，使得在感应加热电源中同时实现以上要求变得非常困难。因此研究一种能够同时实现以上要求的、电路拓扑结构简单、功率控制方便的新型电源变得十分紧迫。
一、国外感应加热电源的发展现状
晶闸管的问世后，静止变频器取代了原先的中频机组，成为感应加热的主要供电设备口。上世纪七十年代，国内将可控硅感应加热电源装置进行了研究、推广和应用。进入上世纪八十年代和九十年代，随着GTO、GTR、IGBT和大功率MOSFET等全控型大功率开关器件的相继诞生，感应加热电源也不断推陈出新，朝着高功率密度和高频化方向不断发展。尤其是1983年美国GE公司发明的功率器件IGBT，在解决了其挚住问题后（由寄生NPN晶体管引起），大功率高速IGBT已成为众多加热电源的首选器件，频率高达100KHZ以上，功率高达ＭＷ级电源已可实现。1994年，日本采用IGBT 研制出了1200KW，50KHZ的电流型并联逆变感应加热电源，逆变器工作于零电压开关状态，并实现了微机控制；西班牙在1993年也己报道了30KW--60KW，50--100KHZ电流型并联逆变感应加热电源；欧、美地区的其他一些国家如英国、法国、瑞士等国的系列化感应加热电源目前最大容量也达数百千瓦。
二、国内感应加热电源的发展现状
在20世纪80年代末，我国约有20万台60——200KW的高频设备，现在用品闸管中频感应加热装置已完全取代了中频发电机。从1986年起浙江大学就开始半导体高频感应加热电源的研究。在90年代初，浙江大学开始对IGBT超音频感应加热电源和MOSFET高频感应加热电源进行研制。1996年50KW/50KHz的IGBT电流型并联逆变感应加热电源通过了产品鉴定。同期，浙江大学研制出20KW/300KHZ的MOSFET高频感应加热电源，已被成功应用于小型刀具的表面热处理和飞机涡轮叶片的热应力考核试验中。今天由自主研发成功的第三代数字型IGBT感应加热装置基于高可靠性、高安全性、低故障率的用户要求，整体结构设计先进，选用全球知名品牌元器件并配置全面的智能化保护系统，成就科诺电源尖端科技水平，代表了国内的最高发展水平。总的来说，国内高频感应加热电源与国外有较大的差距，现在正朝着以IGBT和MOSFET为主要器件的全固态感应加热电源取代以晶闸管和电子管为主要器件的感应加热电源的方向发展。
一、感应加热电源未来的发展方向
感应加热电源的水平与半导体功率器件的发展密切相关，因此当前功率器件在性能上的不断完善，使得感应加热电源的发展趋势呈现出以下几方面的特点：
（１）大功率、高频率
电力半导体器件的大容量与其使用频率有着极密切的关系。早期的晶闸管和晶体管由于受到容量与频率互相制约的影响，不能同时获得大功率、高频率的效果。随着新型器件的发展，如MOSFET，
IGBT，ＭＣＴ等，未来的感应加热电源必将朝着大功率和高频率两者相统一的方向发展，在这方面仍有许多基础应用技术需要进一步探讨。
（２）低损耗、高功率因数
新型功率器件的通态电阻很小，通态压降小，所以在高频工作条件下，损耗主要表现在基极或门极驱动电路的损耗及器件的开关损耗上。随着功率器件的发展，再加上驱动电路的不断完善和优化，使得整个装置的损耗明显降低。另外，由于感应加热电源一般功率都很大，随着整个电网无功及谐波污染要求的提高，具有高功率因数的电源将是今后的发展趋势。目前谐振技术的引入，一方面降低了电源中开关器件的开通和关断损耗，同时利用锁相技术将逆变器的工作频率锁定在槽路固有的谐振频率内，使得该电源能始终运行在负载功率因数接近为１的状态。
（３）智能化、复合化
智能化指的是功率半导体集成电路本身，包括过电压、欠电压、过电流、过热等检测与保护功能。复合化指的是在一个功率模块内除了１个或多个功率器件芯片外，还包括相同数量的二极管等，在较小功率模块内也出现了保护电路与功率器件集成一体的电路（IPM）。因此，采用智能化与复合化的集成电路将使元器件数量减少，自动组装降低了成本，电路本身具有诊断与保护等功能而提高了可靠性。随着感应加热生产线自动化控制程度及对电源可靠性要求的提高，感应加热电源正朝着智能化控制方向发展，具有计算机智能接口远程控制、故障自动诊断等控制性能的感应加热电源正成为下一代发展目标。
（４）应用范围扩大化
采用感应加热方法对锻造钢坯透热，节水节电，无污染；铸造熔炼方面可以实现普通钢、特种钢、非铁金属材料的精细熔炼，同时可提高效率、无污染、金属成份可控；感应钎焊效率高，对被焊母材无损伤，适用于精度高、批量大的工件和体积大、难移动的母材局部钎焊及各类金属管材的焊接；各类零部件的表面热处理大量采用感应加热方法；钢塑材料制造、铝塑薄膜加工以及食品工业、医药工业的封口工艺也大量地采用感应加热的方式。
（５）数字化控制
电源的控制已经由模拟控制，模数混合控制，进入到全数字控制阶段。全数字控制是一个新的发展趋势，已经在许多功率变换设备中得到应用。
但是过去数字控制在感应加热中用得较少。近两年来，电源的高性能全数字控制芯片已经开发，费用也已降到比较合理的水平，欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件。
全数字控制的优点是：数字信号与混合模数信号相比可以标定更小的量，芯片价格也更低廉；对电流检测误差可以进行精确的数字校正，电压检测也更精确；可以实现快速，灵活的控制设计。
华侨大学厦门工学院毕业设计(论文)开题报告 系：电气系专业班级：11级电气1班姓名 曾俊杰 学号 1102101042 指导 教师 王国玲 职称 学历 副教授 课题名称 单管反激式直流变换器研究 毕业设计（论文）类型（划√） 工程设计 应用研究 开发研究 基础研究 其他
√ 本课题的研究目的和意义： 目的：高效反激式开关电源以其电路抗干扰、高效、稳定性好、成本低廉等许多优点，特别适合小功率的电源以及各种电源适配器，具有较高的实用性。随着电力电子技术的发展，工作在高频的开关电源己经广泛应用于电气和电子设备的各个领域。开关电源设计的目的是通过能量处理将输入能量变化为所需要的能量输出，通常的形式是产生一个符合要求的输出电压，这个输出电压的值不能受输入电压或者负载电流的影响。 意义：在开关电源设计初期，采用的都是分立元件，集成度很低，大部分电路只能在PCB 版上实现，极大的限制了小型化实现的可能。而且大量器件暴露在外，也影响了系统的稳定性。近年来，为了实现更高的效率和更小的体积，开关电源的工作频率有了很大的提高。高工作频率能够减小外围电感和电容的大小，从而减少系统的体积。 文献综述（国内外研究情况及其发展）： 随着电力电子技术的发展，开关电源的应用越来越广泛。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关稳压电源有多种类型，其中单端反激式开关电源由于具有线路简单，所需要的元器件少，能够提供多路隔离输出等优点。开关电源是通过开关管关断和导通实现电压和电流变换的装置，亦称无工频变压器的电源，利用体积很小的高频变压器来实现电压变化及电网隔离。开关电源具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点，代表着当今稳压电源的发展方向，已成为稳压电源的主导产品。 随着集成电路的发展，开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化和模块化。反激变压器的设计是一个难点，其往往导致电源设计周期延长。随着PI公司生产的以TOPSwitch为代表的新一代单片开关电源的问世，以上诸多问题都得到了很好的解决。应用TOPSwitch-HX 设计开关电源，不仅器件更少，结构更简单，发热量更少，工作更可靠，采用该系列芯片已成为一种高效的反激式开关电源设计方案。1977年国外首先研制成脉宽调制(PWM)控制器集成电路，美国Motorola公司、Silicon General公司、Unitrode公司等相继推出一系列PWM芯片。近些年来，国外研制出开关频率达1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。1994年，美国电源集成公司(Power Integrations)在世界上率先研制成功三端隔离式PWM型单片开关电源，其属于AC/DC电源变换器。之后相继推出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列产品。意-法半导体公司最近也开发出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率单片电源系列产品，并得到广泛应用。 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式： 1.复习、自学模拟电子技术、电力电子技术、自动控制理论、电路的仿真等方面有关书籍，理解掌握电路仿真软件的使用，如Pspice、Saber等。 2.重点学习Buck-Boost型功率变换器与反激式功率变换器的基本原理、功率电路与控制电路的设计方法与实现，控制电路的稳定性设计等。
高频电源技术要求 1、输入电源：三相三线制，电压380V，50Hz。 2、变换器形式：全桥串并联混合谐振。 3、谐振频率：30kHz～50kHz。 4、变换器效率：≥0.92。 5、功率因数：在额定输出电压、电流条件下大于0.9。 6、高频电源结构特性：整机一体化。高频控制柜和变压器采用上下结构方式，以便于变压器检修、吊装换油等。 7、高频电源设备必须确保密闭，防护等级IP55，必须加装大功率工业空调，确保控制柜内主辅电及控制器须与外界空气完全隔绝，防水、防尘，防盐雾。、 8、为确保功率器件（IGBT、整流桥）可靠散热，散热器必须采用热管散热器。 9、设备具有纯直流供电、间歇供电两种供电方式，间歇供电比任意可调。 10、输出直流电压调节范围：0～100%的最大输出电压值或起晕电压～100%的最大输出电压值。 11、输出直流电流调节范围：0～100%额定值。 12、控制系统：采用16位单片机控制，具有与上位机通讯、远程控制功能。 13、设备具有自动和手动两种运行方式。 14、设备具有高低压一体化断电振打接口，能自动接收来自低压振打系统的振打信号，并自动响应，实现复合式功率控制振打，明显改善振打清灰效果。 15、设火花检测控制功能灵敏可靠。闪络特性参数可根据需要设定。 16、设备设置启动、停止按钮，设置“本地/远控”转换开关，将“本地/远控”开关置于本地位置时，本地启停高频电源，将“本地/远控”开关置于远控位置时，可在上位机操作界面上启停控制高频电源。 17、设备应设置运行、报警、停机指示灯。 18、设备应设置母线电压表、一次电流表、二次电压表、二次电流表，以方便直观地监视设备的重要参数。 19、设备能向上位机传送运行的母线电压、电流、二次电压、二次电流、火花率、设备启、停状态、变压器油温、IGBT温度超限等设备故障信号。 20、设备具有重载、轻载保护功能。设备重载、轻载时，设备的二次电流、二次
感应加热电源发展前景及市场分析_感应加热电源特点 感应加热电源简介感应加热电源对金属材料加热效率最高、速度最快，且低耗环保。它已经广泛应用于各行各业对金属材料的热加工、热处理、热装配及焊接、熔炼等工艺中。感应加热电源由两部分组成，一部分是提供能量的交流电源，也称变频电源；另一部分是完成电磁感应能量转换的感应线圈，称感应器。 感应加热电源它不但可以对工件整体加热，还能对工件局部的针对性加热；可实现工件的深层透热，也可只对其表面、表层集中加热；不但可对金属材料直接加热，也可对非金属材料进行间接式加热。等等。因此，感应加热技术必将在各行各业中应用越来越广泛。 用感应电流使工件局部加热的表面热处理工艺。这种热处理工艺常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有时也用于整体淬火和回火。随着钢、铁、铜、铝及合金各各行业的需要，感应熔化设备受到了青睐，越来越多的行业运用到了感应加热设备，越来越多进入感应加热设备行业，越来越多品牌进入中国市场，20世纪30年代初，美国、苏联先后开始应用感应加热方法对零件进行表面淬火。随着工业的发展，感应加热热处理技术不断改进，应用范围也不断扩大。 感应加热是目前人类所知的最快的加热方式，传统的加热方式是热传导，即由一个热的物体将自身的热能量传递给另一个物体，而感应加热则是通过交变电流在电感线圈中产生电流漩涡，也就是涡流，使处于线圈中的导磁性物体内的电子空穴运动从而产生热量。感应加热是传统加热方式的一次伟大的革命！ 感应加热电源性能特点1、采用谐振变频技术使设备整体效率90%，高效、节能，耗电量仅为电子管感应加热设备的20%-30%。 2、采用IGBT器件逆变，频率高、体积小、重量轻。体积与重量为可控硅整流器的1/5-1/10，便于您规划、扩建、移动、维护和安装。 3、采用数字锁相技术实现频率自动跟踪，能自动适应各种感应器。 4、采用驱动模块控制，确保设备的可靠性、易维修。
毕业设计（论文）开题报告 题目直流开关电源技术 系（院）物理与电子科学系年级2009级专业电子信息科学与技术班级2班学生姓名学号 指导教师职称讲师 二〇一三年三月 开题报告填表说明
1.开题报告是毕业设计（论文）过程规范管理的重要环节，是培养学生严谨务实工作作风的重要手段，是学生进行毕业设计（论文）的工作方案，是学生进行毕业设计（论文）工作的依据。 2.学生选定毕业设计（论文）题目后，与指导教师进行成分讨论协商，对题意进行较为深入的了解，基本缺点工作过程思路，并根据课题要求查阅、收集文献资料，进行毕业实习（社会调查、现场考察、实验室试验等），在此基础上进行开题报告。 3.课题的目的意义，应说明对某一学科发展的意义以及某些理论研究所带来的经济、社会效益等。 4.文献综述是开题报告的重要组成部分，是在广泛查阅国内外有关文献资料后，对与本人所承担课题研究有关方面已取得的成就及尚存的问题进行简要综述，并提出自己对一些问题的看法。 5.研究内容，要具体写出在哪些方面开展研究，要突出重点，实事求是，所规定的内容经过努力在规定的时间内可以完成。 6.在工作开始前，学生应在指导教师帮助下确定并熟悉研究方法。 7.在研究过程中如要做社会调查、实验或在计算机上进行工作，应详细说明使用的仪器设备、耗材及使用的时间及数量。 8.课题分阶段进度计划，应按研究内容分阶段落实具体时间、地点、工作内容和阶段成果等，以便于有计划开展工作。 9.开题报告应在指导教师指导下进行填写，指导教师不能包办代替。 10.开题报告要按学生所在系规定的方式进行报告，经系主任批准后方可进行下一步的研究（或设计）工作。
高频感应加热电源工作原理【大比特导读】高频感应加热电源在工作原理方面，也与普通的加热电源有 着很大不同，本文将会通过对其工作原理的叙述，为大家解读高频感应加热电源加热快、效率高的秘密所在。 感应加热电源的研发在最近几年呈现出专业化和快速的趋势，高频感应加热电源凭借着加热速度快、加热均匀等优势，被广泛的应用在工业及生活领域。高频感应加热电源在工作原理方面，也与普通的加热电源有着很大不同，本文将会通过对其工作原理的叙述，为大家解读高频感应加热电源加热快、效率高的秘密所在。 高频感应加热电源与普通的感应加热模块一样，也是采用了导体磁束加热的模式。用交流电流流向被卷曲成环状的导体，这种导体通常情况下会采用铜管这种材料，由此产生磁束。将金属放置其中，磁束就会贯通金属体，在与磁束自缴的方向产生涡电流，也就是大家所熟悉的旋转电流，于是感应电流在涡电流的影响下产生发热，用这样的加热方式就是感应加热。由此，对金属等被加热物体在无需直接接触的状态下就能获得加热效果。 此时，窝电流将会在线圈接近的物体上集中，感应加热表现出在物体的表面上较强里边较弱的特点，用这样的原理来对被加热体的必要的地方集中加热，达到瞬间加热的效果，从而提高生产效率和工作量等。 当然了，使用高频感应加热电源进行加热的成功与否，直接取决于感应线圈设置是否合理，以及加热体的大小、形状、间距等等。感应线圈是要做到均匀加热、加热效果好，并且要有强度和准确度。感应线圈是一般用一圈或数圈的铜管来做，一般采用水冷的方式对线圈进行冷却。 结语： 高频感应加热电源的感应线圈是高效加热的关键所在，而无需直接触碰就可以快速加热 的优势，也让这个感应加热电源的家族新成员迅速获得了生产商的认可。
开题报告 一背景 直流变换器是一种将模拟量转变为数字量的半导体元件。按功能可分为:升压变换器、降压变换器和升降压变换器。在燃料电池汽车中主要采用升压变换器。变换器首先通过电力电子器件将直流电源转变成交流电(AC),一般称作逆变,然后通过变压器(升压比为1∶n)升压,最后通过整流、滤波电路产生变压后的直流电,以供负载使用. 直流转换器与一般的变换器相比，具有抗干扰能力强、可靠性高、输出功率大、品种齐全等特点，用途广泛，输入输出完全隔离，输出多路不限，极性任选。宽范围输入变换器是专为满足输入电压变化范围较大场合需要而开发的一种直流稳压电源,其输入直流电压可以在DC100V-375V宽范围内变动而保证输出电压的稳定性.此外,这种电源体积小,重量轻、保护功能完善,具有良好的电磁兼容性。本身具有过流、过热、短路保护。多档输出的变换器,它不仅提供电源而且有振铃和报警功能。该变换器分为军用、工业及商业三个品级，在诸如通信机房、舰船等蓄电池供电的场合极为适用。直流—直流变换器(DC/DC Converter)早在10年前就做成了元器件式样,在系统中损坏 时可以卸下更换。目前,它正从低技术、元器件型转向高技术、插件(Building black)型发展。系统设计师在开始方案设计阶段就要考虑系统究竟需要什么样的电源输入、输出?DC/DC变换器作为子系统的一个部件,应该更仔细地规定它的指标以及要付出多少费用。有趣的是,全球声称可供给军用DC/DC变换器的厂家超过300家,但却没有两
种产品是相同的,这给系统设计师选用该产品时造成困难。设计师们考虑的最重要的事是:对产品的性能价格比进行综合平衡,决定取舍。需求和市场决定制造厂的发展战略目前,对制造厂家而言,面临着要求降低噪声、减小尺寸以及提高功率和效率的挑战和市场竞争。现扼要介绍几家公司的做法。当今,在任何一个计算机系统中,各种电源都是以插件形式出现的。供应厂商均按用户的要求作相应改动以适应需求。DC/DC直流变换器的军品市场占很大比重,但增长缓慢。分析家们预测:到1996年,DC/DC变换器最大市场将是计算机和通信领域。 美国InterPoint公司的研究开发战略是:针对军用及宇航系统应用,提供一种更便宜、功率更大、性能更好的产品,它们比现有DC/DC 变换器有全面改进。预计今后几年的实际问题仍是产品价格。采用模块化方法可以降低成本,同时提高DC/DC变换器输出功率。一些应用系统要求功率高达2KW,如果采用200W的产品去构建系统,至少要10～12个产品,既麻烦也影响系统可靠性。该公司认为必须研制出功率比200W大2～3倍的大功率电源,而且单件成本控制在1.3～1.7倍才合适。 模块化方法,可以通过消除非重复工程成本(NRE)使系统成本降低。这种模块化的器件也是分布式供电系统的基本构件。鉴于分布式供电比集中供电系统有更多优点,而绝大多数应用系统要求在母线级上直流电压要分别供给不同逻辑电路各种电压,例如+5V、+12V、+3.3V 等等。一些厂家利用板级(on-Card)DC/DC变换器来实现,另一些供应商则把几种输出合在一起,把电源放在靠近需要供电的电路板上。
基于KA3525的高频感应加热电源的设计 【摘要】本文根据电流型PWM控制芯片KA3525的特点，并利用三星单片机S3F9454的辅助控制功能，设计了一种高频感应加热电源电路，并可实现输出功率可调。本文详细介绍了它的功率调整电路、主电路、控制电路等，并描述了它们的实现原理与方法。 【关键词】KA3525；三星单片机S3F9454；PWM；感应加热电源 0.引言 在当今工业生产中，很多地方都要用到中小功率的感应加热电源，例如对工件进行淬火、熔炼贵金属等。这类电源大多为并联谐振型电源，由电流源直接供电，通过直流侧的控制电路实现功率调节，即通过调节整流晶闸管的移相触发角来实现功率调节。这类电源在制作时需要消耗大量材料，入端功率因数低，包含比较大的平波电抗器，对电网也有较大的谐波干扰，效率低。因此，这类电源如今越来越不符合人们对具有高品质的感应加热电源的要求。本文就这一问题，设计出了一种容易实现、高品质的中小功率感应加热电源。 本文结合KA3525和三星单片机S3F9454的特点，研制出了一种基于KA3525并利用单片机辅助控制的高频感应加热电源。对高频感应加热电源的工作原理作了详细分析，并对它的功率调整电路、主电路、控制电路等作了主要阐述。 1.感应加热电源原理及总体结构 首先通过不控整流电路，将220V的交流电转换为脉动直流，再经过电容滤波得到平直的直流电压，然后通过高速V-MOS功率场效应管组成的桥式逆变电路，得到高频方波交流电压，利用变压器隔离实现阻抗匹配，将高频高压电变为低压大电流，从而对金属进行加热。 系统主要由七个部分组成： 不控整流电路：本文采用不控整流将220V的交流电变为不可调的直流电。 滤波电路：逆变谐振一般采用电容滤波，这里为减小体积，采用了电感，为防止电流冲击破坏电路，特在电路中设置了延迟环节。 桥式逆变电路：本文装置频率较高，必须采用高速V-MOS场效应管；由于单管电流容量受到限制，而场效应管具有易并联的特点，因此在满足耐压的前提下，采用多管并联方式来满足输出功率的要求。 高频变压器隔离：串联谐振一般Q值较大，谐振时，电压可达千伏以上，
目录 引言......................................................... 1本文概述 ................................................. 1.1选题背景............................................................................................................................ 1.2本课题主要特点和设计目标 ........................................................................................... 1.3课题设计思路.................................................................................................................... 2SABER软件................................................ 2.1SABER简介 ..................................................................................................................... 2.2SABER仿真流程 ............................................................................................................. 2.3本章小结............................................................................................................................ 3三相桥式全控整流器的设计.................................. 3.1工作原理............................................................................................................................ 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 ..................................................................................... 3.2保护电路............................................................................................................................ 3.2.1 过电压产生的原因.......................................................................................................... 3.2.2 过压保护 (1) 3.2.3 过电流产生的原因 (1) 3.2.4 过流保护 (1) 3.3SABER仿真 (1) 3.3.1 设计规范 (1) 3.3.2 建立模型 (1)
感应加热电源的控制与驱动电路 感应加热电源中电力电子控制电路的构成,显现出多样化组成方式,其控制方案主要是根据感应电源调功方式、加热负载特性要求等不同,控制电路的结构会有所不同。 感应加热电源的功率控制调节方式总体上可分为直流侧调功和逆变侧调功两种。直流侧调功又分为三相全控整流器调功和直流斩波器调压调功。逆变侧调功的控制电路方案根据加热工艺特性要求,可以采用的控制方式更灵活, 常用的有调频功（PFM ）、移相调功（PSM)、脉宽调制恒频调功（PWM ）、脉冲密度调制调功（PDM ）、调宽调制加调频调功（PWM+PFM ）、脉宽调制加脉冲密度调制调功（PWM+PDM ）等各种调功方式。 下面就感应加热电源控制电路的基本组成和原则作简单叙述，其具体内容将在相关章节中介绍。 (1)控制方式根据感应加热电源负载特性不同,调功方法不同,通常可采用电压反馈控制、电流反馈控制。 1)采用电压控制,其目的是保证输出直流母线电压恒定，也就是说加在感应加热绕组的端电压恒定。控制采样可以取自直流母线电压或逆变器电感绕组或谐振补偿电容上的电压。取样一般采用隔离式电压传感器(TV)，经道算、比较处理,控制品闸管的导通角或逆变器开关管PWM 驱动脉冲的相移或脉宽,达到改变直流输出到逆变器直流母线上的电压或改变逆变器输出电压的平均值(或有效值),最终因闭环负反馈的作用维持输出电压恒定。输人电压的波动,对加热电源的输出功率也就是对工件的加热温度产生较大影响,将直接影响到加热工件的产品工艺质量要求。 加热电源的输出功率为P =u 2/Z,在负载不变的条件下,功率P 与电压组或谐振补偿电容上的电压。u 的平方成正比。也就是说,加热温度与电压的平方成正比。如果电压不稳定,加热温度就不均匀,对于毛坯工件加热、淬火要求温度稳定性较高的场合,必须要有自动稳压功能,否则产品质單得不到保证。 2)采用电流控制,其目的是保证输出直流或高频输出电流恒定。控制采样可取自直流母线电流或逆变器感应加热绕组中的电流。取样一般采用隔离式电流传感器感（TA ），电流反馈信号控制的对象同电压控制，目的是达到输出电流的变化，也就是输出功率P 的变化、加热温度的 变化。这是因为P=IU u z u z u =?? ? ??=2,因此可以看出，电压U 或负载阻抗Z 的变化，会引起电流I 的变化，即功率或加热温度的变化。 3)采用功率控制，其目的是为了保证感应加热电源的恒功率输出。采样信号同时取样电压和电流信号，经乘法器处理后，经PI 调节器输出与功率给定相比较，控制晶闸管的导通角或逆变器驱动脉冲信号的宽度、相移，或采用动态阻抗匹配法控制电源侧的等效阻抗与负载相等，达到功率的恒定，保证加热温度在给定的功率下恒定，满足工件加热工艺特性和质量要求。 (2)采用直流侧调月i 调功方案的感应加热电源,其控制电路需要有锁相频率自动跟踪系统。无.论是逆变器采用脉宽调制(PwM)控制技本调功，还是采用移相(PSM)调功等,如果逆变侧不进行频率自动照際,会出现两大问题:①逆变器的开关功率器件不能很好地工作在软开关状态,开关器件承受的电压和电流应力大,除了危及器件安全外,开关损耗也增大;②因为逆变器工作频率与谐振电路的固有谐振频率不相等,逆变器回路或者说开关器件中流过较大的无功电流,而且功率因数下降,达不到最大功率输出,逆变器的效率降。频率跟踪的目的是保证逆变器的开关频
电源网讯传统的工频交流整流电路，因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压，所以使电网的电流波形变成了尖脉冲，滤波电容越大，输入电流的脉宽就越窄，峰值越高，有效值就越大。这种畸变的电流波形会导致一些问题，比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。 功率因数校正电路的目的，就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。使电源的工作特性就像一个电阻一样，而不在是容性的。 目前在功率因数校正电路中，最常用的就是由BOOST变换器构成的主电路。而按照输入电流的连续与否，又分为DCM、CRM、CCM模式。DCM模式，因为控制简单，但输入电流不连续，峰值较高，所以常用在小功率场合。C CM模式则相反，输入电流连续，电流纹波小，适合于大功率场合应用。介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式，这种模式通常采用变频率的控制方式，采集升压电感的电流过零信号，当电流过零了，才开通MO S管。这种类型的控制方式，在小功率PFC电路中非常常见。 今天我们主要谈适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。 要设计一个功率因数校正电路，首先我们要给出我们的一些设计指标，我们按照一个输出500W左右的APFC电路来举例： 已知参数： 交流电源的频率fac——50Hz 最低交流电压有效值Umin——85Vac 最高交流电压有效值Umax——265Vac 输出直流电压Udc——400VDC 输出功率Pout——600W 最差状况下满载效率η——92% 开关频率fs——65KHz 输出电压纹波峰峰值Voutp-p——10V 那么我们可以进行如下计算： 1，输出电流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A 2，最大输入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W 3，输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A 4，那么输入电流有效值峰值为Iinrmsmax*1.414=10.85A 5，高频纹波电流取输入电流峰值的20%，那么Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A 6，那么输入电感电流最大峰值为：ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A 7，那么升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH 8，输出电容最小值为：Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp-p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF，实际电路中还要考虑hold up时间，所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。实际的电路中，我用了1320uF，4只330uF的并联。 有了电感量、有了输入电流，我们就可以设计升压电感了！ PFC电路的升压电感的磁芯，我们可以有多种选择：磁粉芯、铁氧体磁芯、开了气隙的非晶/微晶合金磁芯。这几种磁芯是各有优缺点，听我一一道来。
感应加热电源的发展水平与半导体功率器件的发展密切相关，因此随着功率器件在性能上的不断完善，使得感应加热电源的发展趋势也呈现出以下几个方面的特点。 （1）大功率 电力半导体器件的大功率与其使用频率有着极密切的关系。早期的晶闸管由于受到容量与频率互相制约的影响，不能达到同时获得大功率、高频率的效果。随着新型器件的发展，如MOSFET、IGBT、MCT等，将来的感应加热电源必将朝着大功率和高频率两者相统一的方向发展，在这方面仍有许多技术需要进一步研究[22]。 （2）低损耗、高功率因数 新型功率器件的通态电阻很小，通态压降小，所以损耗首先表现在基极或者门极驱动电路的损耗上。随着功率器件的发展,再加上驱动电路的不断完善和优化，使得整个装置的损耗明显降低。另外，由于感应加热电源一般功率都很大，随着对电网无功要求的提高，具有高功率因数的电源是今后的发展趋势。目前谐振技术的引入，一方面降低了电源中开关器件的开通和关断损耗，同时利用锁相技术将逆变器的工作频率锁定在负载的固有谐振频率内，使得该电源始终运行在功率因数接近1.0的状态[23]。 （3）应用范围扩大化 采用感应加热方法对锻造钢坯透热，节水节电且无污染；在铸造熔炼方面可以实现普通钢、特种钢、非铁金属材料的精细熔炼，同时可提高效率、无污染且金属成分可控；用于焊接时效率高，对被焊母材无损伤，适用于精度高、批量大的工件和大体积母材的局部焊接及各类金属管材的焊接；各类零部件的表面热处理也大量采用感应加热方法；钢塑材料制造、铝塑薄膜加工以及食品工业、医药工业的封口工艺也大量采用感应加热方法[24]。 （4）集成化、智能化 集成化、智能化主要是针对感应加热电源的控制部分，采用智能化的集成电路将使元器件数量减少，可以降低成本，电路本身具有的诊断与保护等功能也提高了可靠性。随着感应加热生产线自动化控制程度及电源可靠性的提高，感应加热电源正朝着智能化、集成化控制方向发展，高度集成化以及全数字化感应加热电源正成为下一代发展目标。神经网络与模糊控制是当前两种主要的智能控制技术，它们既有共性又有互补性，两者的结合成为当今智能控制领域的研究热点[25]。 1
1、前言 虽然感应加热的原理发现的比较早，但人类真正广泛应用该项技术还是近三十年的事情。现在它的重要性越来越被人们所认识。 早在十九世纪科学家就发现了电磁感应现象：1831年法拉第（Michael Faraday）发现电磁感应规律；1868年福考特（Foucault）提出涡流理论；1840年焦耳-楞茨确定了电阻发热的关系式，，这些都是感应加热的理论基础。 感应加热装置由两部分组成，一部分是提供能量的交流电源，也称变频电源,变频电源有低频、工频、中频、超音频和高频之分；另一部分是完成电磁感应能量转换的感应线圈及机械结构，称感应炉。早期的感应加热电源有工频固态(50或60Hz)电源、中频有发电机旋转和固态电源、高频电子管电源。第二次世界大战前后的感应加热设备基本上是上述的初级发展水平。 制约感应加热发展的主要是感应加热电源，而电源受制于高频或大功率的开关器件。电力电子功率器件的发展，才真正促进了感应加热电源的发展。1957年美国研制出世界上第一只普通的阻断型可控硅，我们现在称为晶闸管(SCR)，经过60至70年代工艺完善和产品开发，70年代后期已形成从低电压小电流到高压大电流的系列产品，从而使固态感应加热电源产生了革命，走向实用化的阶段。与此同时，世界各国研制了大量的派生器件。如逆导晶闸管(RCT)，门极辅助关断晶闸管(GATT)，光控晶闸管(LTSCR)、及80年代发展的可关断晶闸管（GTO）等。 今天的电力半导体功率器件的发展更是琳琅满目，简单归纳一下有：①、大功率二极管：②、晶闸管（SCR）；③、双向晶闸管；④、门极关断（GTO）晶闸管（最大 8500V ，3500A）；⑤、双极结型晶体管（BTT或BPT）；⑥、电力MOSFET；⑦、静电感应晶体管（SIT），（最大1000V ，300A，50MHz）；⑧、绝缘双极型晶体管（IGBT）（最大6500V，2500A）；⑨、MOS控制晶闸管（MCT）；⑩、集成门极换向晶闸管（IGCT）。这些器件还正在不断更新和完善中，这些电力半导体器件是现代电力电子设备的核心，更是感应加热电源赖以发展的基础。它为感应加热电源设备带来前所未有的活力和广阔的发展前景。 2、感应加热应用范围和优越性 感应加热的历史，算起来也不过一百多年，在我国大规模应用是在改革开放以后，但发展前景非常看好。 1890年瑞典人发明了第一台感应炉---开槽式有心炉。1916年美国人制
一、选题背景（含国内外相关研究综述及评价）与意义： 随着直流电源技术的飞跃发展, 整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使直流电源智能化, 具有遥测、遥信、遥控的三遥功能, 基本实现了直流电源的无人值守 从80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制 智能模块电源采用电流型控制模式，集中式散热技术，实时多任务监控，具有高效、高可靠、超低辐射，维护快捷等优点，机箱结构紧凑，防腐与散热也作了多方面的加强。它的应用将会克服大功率电源的制造、运输及维修等困难。而且和传统可控硅电源相比节电20%-30%节能优势，奠定了它将是未来大功率直流电源的首选 选题的依据就是我们学过了电子技术，单片机原理，电路原理，以及了解到的电源相对于电力电子，等电子设备的重要性 直流电源的应用在生活中非常广泛。它为许多用电器直接提供能量。特别是电子产品，大多为 36V以下的低压。然而生活中电压多为 220V 交流，不能为这些用电器直接供电。数控直流电源解决了这些问题，给我们带来了极大的方便意义：现在的各种电子设备对电源的需求是越来越大，要求是越来越高，任何电子设备，都离不开电源,由此可见，高精度，高稳定度的直流电源是多么地重要，有意义。 二、选题研究的方法与主要内容： 研究的内容： 基于AT89S52单片机来设计一种数字化通用的直流稳压电源，采用12位的D/A转换器TLV5636来实现本次设计的数字化控制部分，用12位的A/D转换器MAX1241来实现电压的测量，利用液晶LCD-12864来完成对电压值得显示。系统要完成的指标是： 设计一个具有多种功能的数控直流稳压电源。 1. 输出电压：0~9.9V步进可调，调整步距0.1V； 2. 输出电流：《500mA； 3. 精度：静态误差《1%FSR,纹波《10mV; 4．显示：输出电压值由LED数码管线束； 5.电压调整：由“+”、“-”两键分别控制输出电压的步进增减； 6.输出电压可预置在0-9.9V之间任意的值；
感应加热电源常见问题解读 在感应加热电源的设备调试和日常使用过程中，工程师常常需要临时解决其出现的突发情况，这就需要工程师结合感应加热电源的设计方案和理论知识，及时进行处理。在今天的文章中，我们为大家总结了三种在平时比较常遇到的问题并进行解读，下面就让我们一起来看看这些问题都有哪些吧。 常见问题一：感应加热电源的烟气问题应该怎么处理比较稳妥? 对于感应加热电源来说，想要正确处理其烟气问题，我们可以从两个方面来入手，即通常所说的烟气净化或设置烟气捕集装置。先来看烟气净化方式，想要实现对感应加热设备的烟气净化，只有靠除尘器来实现，而除尘器选择的优劣直接影响到除尘系统的捕集效果、除尘电耗以及整个系统能否长期稳定、可靠运行、除尘器的形式繁多，各有利弊。关键在于如何扬长避短，与系统工艺及粉尘组成相适应以获得最佳效果。而设置烟气捕集装置则相对来说繁琐一些，其设置的内容主要包括回转式伞顶吸罩、低阻、大流量管道+调温电动蝶阀、 离线气管式脉冲除尘器、锅炉引风机等。这两种方法的选择，需要工程师依据实际情况进行判断。 常见问题二：感应加热电源在开机工作时有哪些问题需要特别注意一下? 通常情况下，在感应加热电源的工作过程中，有三类问题需要我们特别注意，分别是水资源短缺、电压过高和电气接地阴极电容设置。先来看水资源短缺问题，在长期使用感应加热设备的过程中，可能会出现因冷却水管水垢或阻塞电容而引起的电力电容器过热和燃烧问题，因此，我们应特别注意在水流量的排放情况，一旦发现排放不正常，则应该使用适当的措施。电气接地阴极电容也是需要特别注意的，电绝缘电容一旦发生损坏，很容易造成故障，因此需要工程师及时排查问题，及时处理故障的电容柜绝缘点。电压过高的情况也同样需
毕业论文（设计） 开题报告 论文题目：基于UC3842开关稳压电源的设计 系部名称：专业班级： 学生姓名：学号： 指导教师：教师职称： 2010年3月12日
毕业论文（设计）开题报告 一、结合毕业论文（设计）任务书的要求，根据所查阅的文献资料，撰写3000字左右的文献综述： 一、绪论 随着电子技术的发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，对电源的要求更加灵活多样。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的线性稳压电源，调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右，另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，于是它很难满足电子设备发展的要求，从而促成了高效率、体积小、重量轻的开关电源的迅速发展。 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。PWM开关电源的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压 PWM开关电源的组成模块，如下图1：
图1 二、开关稳压电源的发展 开关稳压电源的发展经历了几个重要的阶段，下面分别从国际和国内两个角度对开关电源的发展进行概述： [1] 国际发展状况 1955年美国罗耶（GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。 60年代，由于微电子技术的快速发展，高反压晶体管的出现使直流变换器可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围,并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。 70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。 [2] 国内发展情况 我国的晶体管直流变换器及开关稳压电源研制工作开始于60年代初期，到60年代中期进入实用阶段，70年代初期开始研制无工频降压变压器开关稳压电源。1974年研制成功了工作频率为10kHz、输出电压为5V的无工频降压变压器开关稳压电源。近10多年来，我国的许多研究所、工厂及高等院校已研制出多种型号的工作频率在20kHz 左右，输出功率在1000W以下的无工频降压变压器开关稳压电源，并应用于电子计算机、通信、电视等方面，取得了较好的效果。工作频率为100kHz—200kHz的高频开关稳压电源于80年代初期就已开始试制， 90年代初期就已试制成功。目前我国的开关稳压电源技术与一些先进的国家相比仍有较大的差距。此外，这些年来，我国虽然把无工频变压器开关稳压电源的工作频率从数十kHz提高到了数百kHz，把输出功率由数十瓦提高到了数百瓦甚至数千瓦，但是，由于我国半导体技术与工艺跟不上时代的发
符号（ZDK ），开始时，自 动调宽电位器顺时针开到 最大。在保护点范围内，逐 渐开大内调宽电位器并逐 渐关小自动调宽电位器，直 至， 调宽电位器最大，自动 调宽电位器小到一定程度， 以达到额定电流为度。 符号（TK ）正时针 宽度大 （总电流大）反时针宽度 小（总电流小）当电流过 大，电路保护时，关机， 将宽度电位器略微调小， 开机。配合自动调宽电位 器，自动调宽电位器逐渐 关小，宽度电位器逐渐开 大，直至最大（不超过额 定电流） 三龙臭氧电源调试 连接好的三龙臭氧电源经过细心调 试可以发挥它的最大潜能，做到长 期稳定的工作 1先认识四只电位器 频率调整电位器： 紧靠加密盒， 宽度微调电位器: 为1k_1.5k/1w 转柄电位器固定在 符号⑴，正时针频率高， 反时针频率低，总电流 为最大值时，频率为最 佳点，此时，声音最小。 如果总电流超过额定 值，用ZDK 调到额定自 值。 机壳面板上,调整电路时,首先把他 正时针开到最大值。 调宽电位器： 为10k 实芯电位器，离高压包较近。 固定在电路板上。 宽度调整电位器: 为4.7k 实芯电位器。固定在电路板 故障保护电位器：为200欧姆实芯电位 器。固定在电路板上。
将自动调宽电位器（ZDK）和挂长 勺手动电位器正时针调到最大，调宽 1器（TK）反时针调到最小。 开启电源，此时，电流表指示应远 小于电路工作正常值。细心听取，应该 有发生器工作时所固有的沙沙声或高压包的 轻微叫声。否则，应检查电路连接。检查电 路连接时应首先关掉电源。 2调整过程: A试运行。检查电路连接确实无误，在 交流输入端，一定要串联匹配的电流 交流电流表一定 要用磁电式 水路连接完好,并且水路中应有水在流动,确保 调试过程中功率管散热良好。 B正常工作电流的调整。宽度电位器 （TK 4.7k ）徐徐开大，当电流达到额定植 的一半时（2.5kw,5kw,10kw 则应该在额定 值的1 /3时）调整频率，方法是：不论正时 针或是反时针调整频率电位器，使电流增至最 大，暂时锁定频率电位器。 再徐徐开大宽度电位器（TK 4.7k ）使 电流表指针达到额定值，调节频率电位器 （f）,不论正时针或反时针，使电流值达到最 大，超过额定植用自动限宽电位器（ZDK）拉 回到额定值。如果是2.5Kw,5kw,10kw 应该 分三次调整频率，第二次应该在额定电流的2 ／3 处进行。 调整频率的目的是在寻找负载回路的谐振 符号（BH ）开始反时针放到最小 值，逐渐开大调宽电位器，使岀现 保护。正时针调大线的保护电位 器30度角，重启。 再调大宽度，再调大保护3电位 度角，再重启。直至保护点为额定 电流值的1.2倍。
洛阳理工学院 毕业设计（论文） 题目中频感应加热电源的设计 姓名王强 系（部）电气工程与自动化系 专业应用电子技术 指导教师张刚 2013 年6月1 日
中频感应加热电源的设计 摘要 感应加热电源具有加热效率高，速度快，可控性好，易于实现高温和局部加热，易于实现机械化和自动化等优点，目前已在金属熔炼、工件透热、淬火、焊接、铸造、弯管、表面热处理等行业得到了广泛的应用。 本设计研究了中频感应加热及其相关技术的发展、现状和趋势，并在较全面的论述基础上，对2.5kHz/250kW可控硅中频感应加热电源的整流电路以及控制电路进行了设计。本文设计的电源电路可用于大型机械热加工设备的感应加热电源。整流电路采用三相桥式全控整流电路，其电路结构简单，使电源易于推广；控制策略选用双闭环反馈控制系统，改善了信号迟滞的缺点，为以后研制大功率、超音频的感应加热电源打下了基础。 关键词：可控硅中频电源，感应加热，逆变，保护电路
Design Of Induction Heating Power Of MediumFrequency ABSTRACT Induction heating power is equipped with lots of advantages such as high heating efficiency, fast speed, good controllability, which is prone to make heating of high and partial temperature ，and realize mechanization and automation. At present metal melting, work piece heat penetration, quenching, welding, casting, elbow piece, surface heating processing has been widely applied. Induction heating of medium frequency and development, current situation, and tendency related technology has been studied，and have made quite comprehensive and in the profound elaboration foundation, this article has carried on the design to main circuit and the inversion control of the 2.5kHz/250kW silicon-controlled rectifier intermediate frequency induction heating power. This design is used for big facility of mechanical heating processing. Structure of rectification circuit is easy, which makes power popularized easily. Three-phase bridge rectification circuit is used in Rectification circuit. Rectification circuit uses feedback control of two closed loop, improving the disadvantages. The foundation for inventing induction heating power of big power and super audio is made. KEY WORDS:Controllable silicon medium power,Induction heating,Inverter,Protect circuit 目录