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本文以感应加热电源为研究对象,阐述了感应加热电源的基本原理及其发展趋势。对感应加热电源常用的两种拓扑结构进行了分析,对电流型逆变器和电压型逆变器作了比较分析,并分析了感应加热电源的各种调功方式。在对比几种功率调节方式的基础上,得出在整流侧调功有利于高频感应加热电源频率和功率的提高的结论,选择了不控整流加斩波器调功的感应加热电源作为研究对象。针对传统硬斩波调功式感应加热电源功率损耗大的缺点,提出了一种新型零电流转换一脉宽调制ZCT-PWM(Zero CurrentTransition-Pulse Width Modulated)软斩波调功方式的串联谐振式高频感应加热电源。介绍了该软斩波调功器的组成结构及其工作原理,通过仿真和实验方法研究了该软斩波器的性能,从而得出该软斩波器非常适合大功率高频感应加热电源应用场合的结论。同时设计了功率闭环控制系统,将感应加热电源的功率控制问题转化为Buck斩波器的电压控制问题。建立了Buck斩波器的小信号模型,然后设计了具有双极点、双零点的PI功率调节器。另外,还分析了感应加热电源逆变器工作原理,针对感应加热逆变器必须工作在谐振状态下,分析了锁相环的基本原理,利用集成锁相环器件CD4046设计了逆变器频率跟踪系统,使逆变器始终保持在功率因数近似为1的状态下工作,实现电源的高效运行。
本文第五章设计了一台10KW的ZCT-PwM斩波调功的感应加热电源实验样机,其中斩波器频率为50kHz,逆变器工作频率为20kHz,控制核心采用TI公司的TMS320LF2407ADSP控制芯片,简化了系统结构。实验结果表明,该ZCT-PWM斩波调功控制的感应加热电源实现了斩波器和逆变器功率器件的软开关,有效的减小了开关损耗,提高了整机效率。文章给出了整机的结构设计,直流斩波部分控制框图,逆变控制框图,驱动电路的设计和保护电路的设计。同时给出了关键电路的仿真和实验波形。
论文最后,对本课题所做的工作作了一个简单的总结。