毕业设计（论文）题目中频感应加热电源的设计姓名系（部）电气工程与自动化系专业应用电子技术指导教师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 MediumFrequencyABSTRACTInduction 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。
在现代工业的金属熔炼、热处理、焊接等过程中，感应加热被广泛应用。
感应加热是根据电磁感应原理，利用工件中涡流产生的热量进行加热的，它加热效率高、速度快、可控性好，易于实现高温和局部加热。
随着电力电子技术的不断成熟，感应加热技术得到了迅速发展。
本文设计了中频感应加热设备的工作原理，主要设计了2.5kHz/250kW可控硅中频感应加热电源电路部分的整流电路和控制电路，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，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。
第1章概述感应加热技术是一种先进的加热技术，它具有传统加热方法所不具备的优点因而在国民经济和社会生活中获得了广泛的应用。
此项技术的核心内容之一就是感应加热电源的研制，电源的性能价格比直接决定了其获得应用的速度与广度，随着电力电子器件制造技术及其装置控制技术的逐步成熟，以电力半导体器件为主要元件的固态电源的制造成本正在迅速下降，不断提升其性能水平是这种新技术获得最大限度推广的重要条件。
1.1感应加热电源的特点和应用感应加热是根据电磁感应原理，利用工件中涡流产生的热量对工件进行加热的。
由于感应加热效率高，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，已在熔炼，铸造，弯管，热锻，焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。
在国外，感应加热技术已日趋成熟。
在铸造方面，正在迅速发展双联熔炼工艺，即利用中频炉保温改性，进行球墨铁或合金钢的精密浇铸;在锻造方面，利用感应加热实现快速透热热锻，其材料利用率可达85%，锻件表面光洁度可小于50μm;在焊接，淬火方面，国外一方面致力于开发大功率全固态高频电源，一方面致力于开发高度自动化的热处理成套处理系统。
我国铸件用量大，而铸造行业仍以冲天炉熔炼为主，温度及成分波动大，废品率高。
目前，我国较好的铸造业废品率也在6%-15%间，而一般铸造厂的废品率高达30%。
随着我国电力供应的改善，环保要求的提高，发展和扩大感应加热的规模，在大型企业推广双联熔炼工艺，改造我国铸造行业是符合我国煤炭资源丰富特点的一条有效途径。
这项改造工程不但涉及到保温炉的设计制造，双联熔炼工艺的最佳化控制系统设计，还涉及到大功率中频感应加热电源等。
同样地，在锻造，焊接，淬火热处理方面全面推广国外先进技术，改造我国传统产业是必然趋势[1]。
近年来在某些高新技术的研究开发中也使用了感应加热。
上述这些先进技术的推广和发展均与感应加热电源技术的研究和发展密切相关。
1.2感应加热电源的发展阶段(1)在50年代前，感应加热电源主要有:工频感应熔炼炉，电磁倍频器，中频发电机组和电子管振荡器式高频电源。
50年代末可控硅的出现则标志着固态半导体器件为核心的现代电力电子学的开始。
硅晶闸管的出现推动了感应加热电源及应用的飞速发展。
至今，在中频(500Hz---10kHz)范围内，晶闸管中频感应加热装置已完全取代了传统的中频发电机组和电磁倍频器。
在高频范围内，由于晶闸管本身开关特性等参数的限制，给研制该频段的电源带来了很大的技术难度，它必须通过改变电路拓扑结构才有可能实现。
(2) 70年代末到80年代初，现代半导体微机集成加工技术与功率半导体技术的结合，为开发新型功率半导体器件提供了条件，相继出现了一大批全控型电力电子半导体器件，极大地推动了电力电子学发展，为固态超音频，高频电源的研制提供了坚实的基础。
(3) 1983年IGBT的问世进一步推动了感应加热电源的发展。
IGBT综合了MOS和双极晶体管的优点，具有通态压降低，开关速度快，易驱动等优点，自1988年解决了擎住问题后，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,功率高达MW级电源已可实现。
(4)在超高频(100kHz以上)频段，长期以来由电子管振荡式变换器产生。
80年代兴起由大功率半导体开关器件为元件的逆变式高频感应加热电源。
1.3国内外发展现状在中频范围内，国外装置的最大容量已达到数十兆瓦。
在高频(100kHz以上)频段内，目前国外正处于从传统的电子管电源向晶体管化全固态电源的过渡阶段，以模块化，大容量化MOSFET, IGBT功率器件为主。
表1-1列出了各国的发展水平。
表1-1各国感应加热电源的发展水平西班牙采用MOSFET的电流型感应加热电源制造水平达600kW/400kHz。
日本主要以SIT为主，电源水平在80年代末达到了10000kW/200kHz. 400kW/400kHz 。
在中频范围内，国内己形成200Hz-10000Hz，功率为100kW-3000kW系列产品，可以配备5t以下的熔炼炉及更大容量的保温炉，也适用于各种金属透热，表面淬火等热处理工艺，尤其在废旧钢铁熔化及铸造上已经得到了普遍的应用。
在高频((100kHz以上)频段内，国内浙江大学在90年代研制成20kW/300kHz MOSFET 高频电源，己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，96年天津高频设备厂和天津大学联合开发出75kW/200kHz SIT感应加热电源。