电力电子课程设计-晶闸管并联谐振感应加热中频电源主电路的设计

摘要随着科学技术的发展以及提高我国国防能力的需要，对军事设施的技术改造已被列为军事技术改造中的重点。

中频电源指输出频率为400Hz的电源，它可以为动力系统及导航与武备系统供电。

传统的400Hz中频电源体积大，输出波形不稳定。

本文所设计的400Hz中频电源通过整流电路、逆变电路、积分电路、放大电路和检波电路及控制其最后的输出电压，实现了电压的稳定输出，具有体积小、功率大和波形无失真等优点，有着广泛的用途和良好的发展前景。

关键词：中频电源，PWM调制，输出变压器电力电子装置及系统课程设计任务书一、课程设计的目的通过电力电子装置及系统的课程设计达到以下几个目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。

2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。

4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。

5、提高学生课程设计报告撰写水平。

二、课程设计的要求1. 题目题目：中频电源电路设计主要技术数据●输入电压：三相360V～400V，50Hz±5%●输出电压：单相，220V±2%，400Hz±0.5%●输出功率：4kW●输出电流：22A●功率因数：0.8二、课程设计的要求1. 题目题目：中频电源电路设计主要技术数据●输入电压：三相360V～400V，50Hz±5%●输出电压：单相，220V±2%，400Hz±0.5%●输出功率：4kW●输出电流：22A●功率因数：0.8●效率：85%设计内容：●主电路设计和参数选择●控制系统及辅助电源电路设计●电路仿真分析和仿真结果要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。

严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。

设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引用说明，否则也不能得优）。

晶闸管中频感应加热电源晶闸管中频电源又称为可控硅中频电源，是0.4~10KHz频段主要的感应加热电源，也是大部分钢材感应加热快速热处理采用的电源。

晶闸管中频电源从电源从电路结构上划分有两种类型，即并联逆变中频电源和串联逆变中频电源。

这两种中频电源国内已大量生产并广泛应用。

晶闸管并联逆变中频感应加热电源晶闸管并联逆变中频电源具有负载适应能力强、工作稳定可靠、过电流保护特性好、电源功率大等优点，是应用最广泛的中频电源。

（1）电源电路的基本结构晶闸管并联逆变中频电源电路的基本结构。

三相桥式全控整流电路由VR1~VR6组成，整流后的直流电经电感线圈滤波器L d滤波后，输入到由晶闸管VR7~VR10组成的逆变电路中。

整流电路采用相控方式控制晶闸管导通角a，实现对输出电压U d的调节。

负载电路由补偿电容C h与电感负载L H并联组成。

（2）逆变电路的工作原理逆变电路是将直流电I d通过VR7~VR10晶闸管的开关作用，将其变换为频率为f的中频电流供给负载电路。

在介绍逆变原理之前先了解一下交流电的周期T与频率f的关系。

逆变就是将直流电变换为周期为T的具有正弦波形的交流电，中频频段电流的f为0.4~10KHz，其T值相应为4*10-2~10-4s。

以下介绍晶闸管逆变电路的工作原理。

假设0<t<T/2期间，VR7、VR9导通，、VR10导通；、VR9关断。

此时，逆变电路输出电流为I d、电流频率f=1/T的交流电。

这就是晶闸管逆变电路的简单工作原理。

有关详细内容请参阅专业的电子电力技术文献（以下各类逆变电路均相同，不重复注明）（3）晶闸管并联逆变中频感应加热电源的的应用这类中频感应加热电源由于负载适应性强，但是启动操作不便，比较适用于钢材连续热处理生产线电源。

另外，其容量大、工作稳定可靠，则适用于无缝钢管感应加热调质处理生产线电源。

总之，晶闸管并联逆变中频感应加热电源可以作为钢材连续感应加热快速热处理的主要电源。

《电力电子设计技术报告》题目：晶闸管并联谐振感应加热中频电源主电路的设计目录1．课程设计目的 (1)2．课程设计题目描述和要求 (1)2.1. 课程设计题目描述 (1)2.2.课程设计题目要求及技术指标 (2)3.课程设计报告内容 (3)3.1 设计方案的选定与说明 (3)3.2论述方案的各部分工作原理及计算 (4)3.3设计方案图表及其电路图 (6)4．总结 (9)5．参考书目 (10)引言晶闸管交流功率控制器是国际电工委员会（IEC）命名的“半导体交流功率控制器”（Semiconductor AC Power Controller）的一种，它以晶闸管（可控硅SCR或双向可控硅TRIAC）为开关元件，是一种可以快速、精确地控制合闸时间的无触点开关，是自动控制温度系统高精度及高动态指标必不可少的功率终端控制设备。

晶闸管交流调功器是在一个固定周期或变动周期里，以控制导通的交流电周波数来控制输出功率的大小。

晶闸管在正弦波过零时导通，在过零时关断，输出为完整的正弦波。

晶闸管交流调功器主要用于各种电阻炉、电加热器、扩散炉、恒温槽、烘箱、熔炉等电热设备的温度自动、手动控制。

一．晶闸管并联谐振感应加热中频电源主电路的设计要求主要技术数据：（1）输入交流电源：线电压有效值UL =380V、电网波动范围AV=0.95～1.1、频率f=50Hz（2）中频电源：额定输出功率PH =100kw、最大输出功率PHm=110kw、频率f=1000Hz、负载基波位移角φ1=300。

二．整流电路的设计1.整流电路的选择很明显，单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小、功率因数高和变压器利用率高等特点。

然而值得注意的是，在大电感负载情况下，当控制角α接近π/2时，输出电压的平均值接近于零，负载上的电压太小，且理想的大电感负载是不存在的，故实际电流波形不可能是一条直线，而且在α=π/2之前电流就会出现断续。

电感量越小，电流开始断续的α值就越小。

电力电子 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握电力电子器件的基本原理、分类及其在电路中的应用；2. 使学生了解电力电子变换器的工作原理，掌握常见电力电子变换器的电路拓扑及控制方法；3. 引导学生理解电力电子技术在能源转换、电力系统中的应用及发展趋势。

技能目标：1. 培养学生能够运用所学知识分析、设计和搭建简单的电力电子电路；2. 提高学生运用电力电子器件和变换器解决实际问题的能力；3. 培养学生运用电力电子技术进行能源转换和电力系统优化的技能。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术产生兴趣，激发学生学习积极性；2. 培养学生具备团队协作、沟通交流的能力，增强合作意识；3. 使学生认识到电力电子技术在节能减排、可持续发展中的重要性，树立环保意识。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在让学生在掌握电力电子基础知识的基础上，提高实际应用能力，培养学生解决实际问题的综合素质。

通过本课程的学习，学生能够具备以下具体学习成果：1. 能够列举并解释常见电力电子器件的原理和特点；2. 能够绘制并分析常见电力电子变换器的电路图；3. 能够运用电力电子技术进行实际案例分析，提出优化方案；4. 能够关注电力电子技术的发展趋势，认识到其在节能环保领域的作用。

二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，结合教材，科学系统地组织以下内容：1. 电力电子器件：-PN结、晶体管、晶闸管等基本原理和特性；-电力MOSFET、IGBT等现代电力电子器件的结构和特点。

2. 电力电子变换器：-AC-DC、DC-AC、DC-DC等变换器的工作原理及分类；-常见电力电子变换器电路拓扑及其控制方法。

3. 电力电子技术应用：-电力电子技术在电力系统、新能源发电、电动汽车等领域的应用案例；-电力电子器件和变换器在节能、环保等方面的作用。

教学大纲安排如下：第一周：电力电子器件的基本原理和特性；第二周：现代电力电子器件的结构和特点；第三周：AC-DC、DC-AC变换器工作原理及电路拓扑；第四周：DC-DC变换器及控制方法；第五周：电力电子技术应用及案例分析；第六周：电力电子技术在节能环保领域的贡献及发展趋势。

电力电子技术的课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握电力电子器件的基本工作原理，如二极管、晶体管、晶闸管等；2. 了解电力电子电路的基本类型，如整流电路、斩波电路、逆变电路等；3. 学会分析简单电力电子电路的性能、特点及应用场合；4. 掌握电力电子设备在实际应用中的参数计算和选型方法。

技能目标：1. 能够正确使用实验设备搭建简单的电力电子电路；2. 学会运用电路分析方法，对电力电子电路进行性能分析和故障排查；3. 能够根据实际需求设计简单的电力电子系统，并进行参数计算和选型。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术的兴趣，激发学习热情；2. 增强学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力；3. 培养学生严谨的科学态度，树立工程伦理观念。

课程性质：本课程为电力电子技术的基础课程，旨在使学生掌握电力电子器件、电路及其应用，培养实际操作能力和工程素养。

学生特点：学生具备一定的电子技术基础，具有较强的学习能力和动手能力，但对电力电子技术尚处于入门阶段。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手实践和实际应用，提高学生的综合能力。

通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程和实际工作打下坚实基础。

二、教学内容1. 电力电子器件：介绍二极管、晶体管、晶闸管等基本器件的结构、工作原理及特性，重点讲解其在电力电子电路中的应用。

教材章节：第一章至第三章内容安排：2学时2. 电力电子电路：讲解整流电路、斩波电路、逆变电路等基本电路的类型、工作原理及性能特点。

教材章节：第四章至第六章内容安排：4学时3. 电力电子电路分析：教授电路分析方法，如平均值法、等效电路法等，分析典型电力电子电路的性能和应用。

教材章节：第七章内容安排：3学时4. 电力电子设备设计：介绍参数计算和选型方法，结合实际案例进行设备设计。

教材章节：第八章内容安排：3学时5. 实践操作：安排学生进行电力电子电路搭建、性能测试和故障排查，提高动手能力。

毕业设计说明书题目: 中频感应加热电源的微机系统控制设计学院名称：电气工程学院班级：学生姓名：学号：指导教师：教师职称：教授目次1 概述 (1)1．1 应用背景和意义 (1)1．2 国内外的发展状况 (1)1．3 本课题的设计任务及要求 (1)2 方案论证 (3)2．1 感应加热电源的基本工作原理 (3)2．2 中频感应加热电源的基本结构 (4)2．3 逆变器的选择 (5)3 主电路的设计 (8)3．1 整流电路的设计 (8)3.1.1 整流电路的选择 (8)3.1.2 整流电路的原理 (8)3．2 逆变电路的设计 (10)3.2.1 逆变电路的结构 (10)3.2.2 逆变电路的工作原理 (11)3.2.3 PWM逆变电路的设计 (12)4 控制电路的设计 (13)4．1 控制电路的作用 (13)4．2 控制电路的结构和原理 (14)4．3 控制芯片的设计 (14)4．4 温度传感器设计 (15)4．5 上位机接口模块的设计 (16)4．6 驱动电路的设计 (17)5 控制器软件设置 (19)5．1 单片机软件设置 (19)5．2 定时器捕捉中断方式 (21)总结 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录 A (26)附录 B (27)1 概述二十世纪末感应加热技术才被普遍应用，因为它不仅具有加热速率高、加热效率高、加热均匀等优点，而且还具有可选性、质量高、低污染、可控能力好和生产自动化等特点，因此能够迅速广泛的发展。

1．1 应用背景和意义在国外，感应加热技术已经日益成熟。

在铸造领域，双联熔炼工艺已经得到了快速发展。

在锻造领域，可以利用感应加热完成快速透热热锻，并且材料的利用率高达90%，锻件表面的光滑度可小于40μm。

在焊接领域，国外正大力发展全固态大功率电源。

在我国，因为铸件的使用量大，所以铸造行业正以炉熔炼为主，但是温度及成分控制能力差，废品率高，即使较好的铸造业废品率也只能为5%—16%间，但一般铸造废品率高达20%。

电力电子课程设计主电路一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握电力电子主电路的基本原理和组成部分，能够分析并设计简单的电力电子电路。

知识目标：学生能够描述电力电子主电路的基本原理和各组成部分的功能，理解电力电子器件的工作特性。

技能目标：学生能够运用所学知识分析和设计简单的电力电子电路，提高解决实际问题的能力。

情感态度价值观目标：通过学习电力电子技术，培养学生对现代电子技术的兴趣，增强其对电力电子领域的认同感和责任感。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括电力电子主电路的基本原理、组成部分及电力电子器件的工作特性。

1.电力电子主电路的基本原理：介绍电力电子系统的工作原理，包括电源、负载、控制电路和电力电子器件等。

2.电力电子主电路的组成部分：详细讲解整流电路、逆变电路、斩波电路等电力电子电路的组成和工作原理。

3.电力电子器件的工作特性：分析常用电力电子器件（如晶闸管、GTO、IGBT等）的结构、参数和特性，探讨其在工作状态下的性能表现。

三、教学方法为了提高教学效果，本节课将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。

1.讲授法：教师通过讲解电力电子主电路的基本原理、组成部分和电力电子器件的工作特性，使学生掌握相关知识。

2.案例分析法：教师通过分析实际案例，使学生更好地理解电力电子主电路在实际应用中的工作原理和性能表现。

3.实验法：安排实验环节，让学生亲自动手进行电力电子电路的搭建和测试，提高学生的实践能力。

四、教学资源本节课的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。

1.教材：选用合适的教材，为学生提供系统、科学的学习材料。

2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。

3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，提高课堂教学的趣味性和生动性。

4.实验设备：准备实验所需的设备，为学生提供实践操作的机会。

五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本节课采用以下评估方式：1.平时表现：关注学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，给予相应的表现评价。

辽宁石油化工大学课程设计信控学院电气工程及其机动化专业电气1103班题目中频电源主电路设计学生指导老师二零一一年六月课程设计任务书目录1.1 课程设计的题目 (1)1.2 设计思想及内容 (2)1.3 主电路原理图 (6)1.4 元器件清单 (7)1.5 设计总结 (8)参考文献 (8)电力电子技术课程设计1.1课程设计的题目1.原始数据及资料：（1）额定中频电源输出功率P H=100kW，极限中频电源输出功率P HM=1.1P H=110kW；（2）电源额定频率f =1kHz；（3）逆变电路效率η=95%；（4）逆变电路功率因数：cosϕ=0.81，ϕ=36º；（5）整流电路最小控制角αmin=15º；（6）无整流变压器，电网线电压U L=380V；（7）电网波动系数A=0.95~1.10。

2.设计要求（1）画出中频感应加热电源主电路原理图；（2）完成整流侧电参数计算；（3）完成逆变侧电参数计算。

1.2 设计思想及内容1.设计思想中频电源装置的基本工作原理，就是通过一个整流电路把工频交流电变为直流电，经过直流电抗器最后经逆变器变为单相中频交流电供给负载，所以中频电源装置实际上是交流电-直流电-交流电-负载。

2．设计内容：一． 整流电路的设计1. 整流电路的选择：本设计不用整流变压器而直接由380V 三相交流接入再整流为直流电源。

常用的三相可控整流的电路有○1三相半波○2三相半控桥○3三相全控桥○4双反星形等。

三相全控桥整流电压脉动小，脉动频率高，基波频率为300Hz ，所以串入的平波电抗器电感量小，动态响应快，系统调整及时，并且三相全控桥电路可以实现有源逆变，把能量回送电网或者采用触发脉冲快速后移至逆变区，使电路瞬间进入有源逆变状态进行过电流保护。

三相全控桥式可控整流电路与三相半波电路相比，若要求输出电压相同，则三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电电压的要求降低一半；若输入电压相同，则输出电压比三相半波可控整流是高一倍。

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 Medium FrequencyABSTRACTInduction 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目录前言 (1)第1章概述 (2)1.1 感应加热电源的特点和应用 (2)1.2 感应加热电源的发展阶段 (3)1.3 国内外发展现状 (3)1.4 影响感应加热电源发展的主要因素 (4)1.5 感应加热电源的发展趋势 (5)第2章感应加热电源的结构及工作原理 (7)2.1 基本工作原理 (7)2.2 感应加热电源的基本结构 (8)第3章整流电路设计 (8)3.1 整流电路的分类 (9)3.2 整流电路的选择 (9)3.3 三相桥式全控整流电路 (9)3.4 整流电路的参数设计 (13)第4章逆变器的选择 (15)4.1 串并联谐振电路的比较 (15)4.2 串联谐振电源工作原理 (17)4.3 串并联谐振逆变器拓扑电路的对偶关系 (19)4.4 串并联谐振优缺点比较 (20)第5章控制电路设计 (21)5.1 控制电路系统的概述 (21)5.2 控制电路的结构与原理 (21)5.3 控制电路的作用 (24)5.4 控制策略 (24)5.5 2.5kHz/250kW感应加热电源控制电路结构 (28)5.6 控制触发回路频率跟踪调节 (28)5.6.1 触发要求 (28)5.6.2 频率跟踪电路 (29)第6章过流和过压的保护电路 (30)结论 (32)谢辞 (33)参考文献 (34)外文资料翻译 (36)前言感应加热技术是在20世纪初才应用于工业生产的，因其具有加热速度快、物料内部发热和热效率高、加热均匀且具有选择性、产品质量好、几乎无环境污染、可控性好及易于实现生产自动化等一系列优点，因此近年来得到了迅速发展。