毕业设计开题报告与文献综述

燕山大学
本科毕业设计（论文）开题报告
课题名称：基于并联谐振型逆变器的电磁炉设计
学院(系）：里仁学院电气工程及其自动化系
年级专业：
学生姓名：
指导教师：
完成日期：
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
随着全球经济的快速发展，人类对能源的需求日益增加，如何实现能源的可持续发展，已经成为世界各国必须解决的问题。

基于常规能源枯竭和环境保护的考虑，目前世界各国都已经把开发新能源和利用可再生能源作为未来能源发展的方向。

近年来，国际油价急速飚升，使中国各行各业的燃料消耗成本越来越大，国家节能减排、综合管理整治工作也深入开展，绿色、节能、环保型产品将逐渐成为大势所趋，而电磁炉的优点最为突出：
1、清洁:无烟、无明火、不产生废气、结构简单。

2、使用方便:体积小,移动方便,便于携带。

3、多功能性:功能齐全,蒸、煮、煎、炸、炖、涮、定时保温全有。

4、经济: 加热速度快、加热效率高整机效率可以达到90％左右。

5、安全:全塑外封, 非接触式加热，无漏电，防水性，安全可靠。

6、适用各种场所:特别是禁火场所，因为通电时不产生明火,无高温。

近年来，国内外针对电磁感应加热技术的研究主要分成两个方向，一方面是以逆变为中心，研究串联谐振与并联谐振在感应加热电源系统中应用的各自特点及注意事项；另一方面重点则是放在加热线圈及加热工件间能量转移与功率消耗，这部分主要是以有限元分析法建模来探讨；另外也一直在高频、大功率、高可靠性的感应加热电源系统中做更近一步的研究。

由于使用中、高频电流来做金属热处理或其他材料加工呈现急剧的增加，其应用范围如：表面硬化、铜钎焊接及熔化等。

一般家用电磁炉采用传统的单管自激式电路，在额定工作电压为220V，当输出功率达到2000W以上时就会遇到困难。

这是由于IGBT在高输出功率时受能效问题，及电磁辐射问题所困扰。

要解决这一问题，通常是采用两只IGBT并联，以达到目的。

而基于半桥串联谐振电容设计的电磁炉，主要缺点是功率因数低、稳定性差。

逆变主回路上的功率因素低，大量电能损耗在电容和电感上，同时由于电压和电流的相位差会电网产生较严重的影响，产生谐波污染。

逆变电路的大电流和多次谐波极大地影响了IGBT的正常运行，大电流导
致其发热严重，多次谐波的影响容易导致其短路。

通常，电磁炉的输出功率是可以调节的，最常见的是采用PWM方式来调低输出功率。

但这样存在难以实现IGBT工作电流过零关断的目标。

所以，关断损耗就成了产品技术的主要矛盾。

与单管自激式电路一样，在低功率工作时的电磁炉，其能效值会急剧下降。

为了妥善地解决这问题，通常可考虑采用PAM方式来调节功率大小，实现IGBT在导通和关断时均于零电流状态。

当然，这会增加电路的复杂性，同时会增加成本。

本设计采用并联谐振电路能够在同频率下实现大功率输出(如
20kHz/40kW),运用PI调节闭环控制实现PWM直流斩波功率调节电路,能够实现无级调功，通过锁相频率跟踪，使得逆变器工作在容性谐振状态，从而降低开关损耗并保证逆变器的运行安全。

并联谐振电路图
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
1、串、并联谐振型逆变器的区别；
2、并联谐振型逆变器的工作原理及特点；
3、并联谐振型逆变器的调功方法；
4、并联谐振型逆变器的频率跟踪；
5、并联谐振型逆变器的控制电路设计；
6、并联谐振型逆变器的电路仿真；
三、研究步骤、方法及措施：
●第1-4周——查阅资料，阅读文献
根据毕业设计的题目要求，阅读并联谐振型逆变器方面的文献，对其组成部分、工作原理、应用领域等有一个大体了解。

针对其研究方向进一步查阅资料，确定研究对象的可行性。

完成开题报告。

●第5-8周——建立模型，设计电路
鉴于前四周的准备工作，熟悉并联谐振型逆变器的电路基本原理、工作步骤，分析比较其优点和不足，并学习参数计算方法。

设计硬件电路图与软件流程图，归纳解决主要问题等。

●第9-12周——算法研究，仿真实验
结合相关知识，对联谐振型逆变器进一步分析研究，运用相关软件对设计电路进行模拟仿真，进行电路优化。

●第13-16周——软件设计，电路调试
学习计算机软件及编程语言，将理论上的功能换成能够识别的语言代码，实现电气化控制，从而能够更为明了测试设计电路，以对其不足提出改进。

●第17-18周——整理数据，撰写论文
总结前十六周所做的工作，按照规范要求撰写毕业设计论文。

四、研究工作进度：
第一周：通过查阅资料，了解并联谐振型逆变器以及电磁炉。

第二周：阅读并联谐振型逆变器原理及应用的相关资料，掌握相关的知识以及方法，重点掌握电磁炉原理及设计方法。

第三周：翻译英文资料。

学习相关应用软件。

第四周：初步构建硬件电路。

从下周起，开始搜集相关内容的资料，整理思路，设计硬件电路绘制原理图，进行仿真实验，分析数据，得出结论，最后认真撰写毕业设计论文，准备答辩。

五、主要参考文献：
1. 王兆安电力电子技术第4版机械工业出版社 2003
2. 康华光电子技术基础高等教育出版社2001
3. 张立现代电力电子技术第l版科学出版社 1992
4.刘胜利现代高频开关电源实用技术电子工业出版社 200l
5. 李杭军串并联谐振逆变器的设计扬州大学学报2007
6. 周艳琼电磁炉工作原理家电检修技术2001
7. 黄采伦IGBT驱动模块及其应用国外电子元器件 1999
8. 易映萍IGBT的驱动与保护仪表技术 1999
9.伍炎军对中国电磁炉产业发展的思考电器制造商 2003
10.康明并联谐振感应加热逆变器控制方法的设计现代电子技术
2006
11.胡雪峰 IGBT 集成驱动保护模块的分析比较与选用机床电器
2004
12.杨永辉并联谐振感应加热逆变器控制方法的设计现代电子技
术 2006
13.曲学基IGBT及其集成控制器在电力电子装置中的应用电子工业
出版社2010
14.Richard BonertSimple Staning Scheme for a Parallel
Resonance Inverter for induction Heating IEEE
TR ANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS 1994
15.GeorgeChryssis High Frequency Switching Power
Supplies:Theory and Desogn New York:Mcgraw
Hill Book Company 1984
六、指导教师意见
指导教师签字：
年月日七、系级教学单位审核意见：
审查结果：□通过□完善后通过□未通过
负责人签字：
年月日
燕山大学
本科毕业设计（论文）文献综述
课题名称：基于并联谐振型逆变器的电磁炉设计
学院(系）：里仁学院电气工程及其自动化系
年级专业：
学生姓名：
指导教师：
完成日期：
一、课题国内外现状
近年来，国内外针对电磁感应加热技术的研究主要分成两个方向，一方面是以逆变为中心，研究串联谐振与并联谐振在感应加热电源系统中应用的各自特点及注意事项；另一方面重点则是放在加热线圈及加热工件间能量转移与功率消耗，这部分主要是以有限元分析法建模来探讨；另外也一直在高频、大功率、高可靠性的感应加热电源系统中做更近一步的研究。

由于使用中、高频电流来做金属热处理或其他材料加工呈现急剧的增加，其应用范围如：表面硬化、铜钎焊接及熔化等。

和国外情况相比，国内还有不少差距。

在控制技术手段上，国外大量采用集成电路，数字显示，微机控制，国内则大部分是分立元件和继电器控制，只有少部分采用集成电路控制，采用微机控制的则更少。

在工作频率上，国外基本没有空白，可满足不同用户的要求，而国内10kHz-100kHz基本属于空白，100kHz以上以电子管式为主。

在生产手段上，国外一般采取标准化大规模生产，而国内仍处于手工业作坊阶段，工艺落后，外观质量差。

感应加热技术是20世纪初才开始应用于工业部门的，由于感应加热具有加热速度快、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，因此得到了迅速发展。

近年以来，感应加热技术在民用家电领域更是得到惊人的发展，其代表产品电磁炉已进入市场快速增长。

二、研究主要成果
感应加热电源频率可分为三个等级：500Hz以下为低频，1—10kHz 为中频，20～100kHz为超音频，100kHz以上为高频。

中频多用晶闸管但也有用IGBT，迄今国外晶闸管中频感应加热电源的最大容量己达上兆瓦级别，而国内也有200Hz到8kHz、功率为100到3000kW的生产能力；
1993年西班牙报道了30～600kW/50-100kW的感应加热电源，1994年日本采用IGBT研制了1200kW/50kHz的并联型感应加热电源，从90年代初国内开始采用IGBT研制超音频电源，浙江大学研制开发的50kW/50kHz的IGBT超音频电源已经通过浙江省技术鉴定，2003年浙江
大学三伊公司研制成功了100kW/100kHz的IGBT固体电源；日本公司在80年代末还采用SIT研制的电源水平达到100kW/200kHz，400kW/400kHz，国内1996年天津高频设备厂和天津大学联合研制开发出75kW/200kHz 的SIT感应加热电源，比利时公司生产的电流型MOSFET感应加热电源可达1000kW/15～600kHz，美国、西班牙和德国采用MOSFET的电流型感应加热电源制造水平分别达600kW/400kHz，480kW/50～200kHz，目前国外最大容量已达几十兆瓦，国内浙江大学在90年代研制成功了20kw/300kHz的MOSFET高频电源。

国内目前MOSFET电源制造水平为400kW/500kHz。

三、发展趋势：
今后，高频感应加热电源的发展趋势主要有以下几个方面：
第一：大功率、高频率。

随着半导体功率器件MOSFET、IGBT、MCT、IGCT等的发展，将来高频感应加热电源必将朝着大功率和高频率相统一的方向发展。

第二：低损耗、高功率因数。

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。

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。

第三：智能化、复合化。

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，高频感应加热电源正向自动化控制方向发展，具有计算机智能接口的全数字化高频感应加热电源成为下一代发展目标。

第四：大容量化。

从电路的角度来考虑感应加热电源的大容量化，可将大容量化技术分为二大类：一类是器件的串、并联，另一类是多台电源的串、并联：在器件的串、并联方式中，必须认真处理串联器件的均压问题和并联器件的均流问题，由于器件制造工艺和参数的离散性、限制了器件的串、并联数目，且串、并联数越多，装置的可靠性越差：多台电源的串、并联技术是在器件串、并联技术基础上进一步大容量化的有效手段，借助于可靠的电源串、并联技术，在单机容量适当的情况下，可简单地通过串、并联运行方式得到大容量装置，每台单机只是装置的一个单元或一个模块。

四、存在问题
(1)电路方案、参数设计及控制软件设计·
分析电磁炉工作原理，选用的逆变电路形式，根据电路形式设计电路中各参数，包括IGBT的选型，谐振电感、电容的设计；在此基础上，设计IGBT硬件重叠区电路和智能保护电路，保护开关器件。

设计控制软件，功率控制模块软件。

(2)IGBT驱动模块设计
研究IGBT特性及功耗计算，一般驱动电路中应注意的参数和栅极电阻的选取，重点设计优化的驱动电路，并通过仿真验证可行性。

(3)动态负载模型的研究
分析感应加热的基本原理，研究基于变压器的负载模型，基于网络阻抗的动态的负载模型，通过实验数据和软件仿真，验证模型的准确性。

五、主要参考文献
1.刘胜利现代高频开关电源实用技术电子工业出版社 200l
2.周艳琼电磁炉工作原理家电检修技术2001
3.易映萍IGBT的驱动与保护仪表技术 1999
4.黄采伦IGBT驱动模块及其应用国外电子元器件 1999
5.曲学基IGBT及其集成控制器在电力电子装置中的应用电子工
业出版社2010
6.周艳琼电磁炉工作原理家电检修技术2001
指导教师审阅签字：
年月日。