双E类逆变器拓扑电路仿真研究
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1.1.1.2
在导体中流过电流时，在它的周围便同时产生磁场、通过的电流为直流时，产生的磁场是固定的，不影响导体的导电性能；而通过交流电时，产生的磁场是交变的，会引起集肤效应，使大部分电流在导体的表面流通，即有效导电面积减小，电阻增加。交流电流的频率越高，集肤效应越严重。
本科毕业设计（论文）
（双E类逆变器拓扑电路仿真研究）
***
燕山大学
2012年6月
摘
感应加热电源是利用电涡流对工件加热的一种装置，由于具有诸多优点而在工业中得到了广泛的应用。目前，国内中频电源已经非常成熟，高频电源在频率、容量等方面还有待提高。因此本文针对高频电源进行了理论分析和研究。
文中首先介绍了感应加热电源的工作原理并讲述了国内外的研究现状。接下来分析了E类逆变器的工作原理和双E类逆变器的工作原理，以及工作在最佳状态下MOSFET的电流电压波形，为接下来设计双E类逆变器做了准备。然后分析了谐振电路、E类逆变器的谐振频率等，设计计算了双E逆变器电路的参数。根据双E类逆变器的原理，为使其工作在最佳状态，设计了闭环控制电路。最后用pspice仿真，验证设计方案的可行性。
关键词感应加热；MOSFET；E类逆变器；pspice
Abstract
Power supply for induction heating is an equipment to heat thework pieceby whirling current and it is applied widely in industry because of its many virtues. Now,intermediate frequency power supply is perfect,but high frequency power supply has defects in the aspects of frequency and capacity and soon. Sohigh frequency power supply is developed in this thesis.
Firstly, operationprinciple of induction heating is introduced and the actuality of the power supply for induction heating issummarized. Thenanalysis the operation principle of class-E inverter, double class-Einverter. andthe MOSFET current and voltage waveforms in the bestcondition, whichis preparation for design double class-e inverternext. Moreoverseries resonant inverter is selected as inverter circuit and explain the resonant frequency of class-E and double class-E via analysis. In order to simulation thecircuit, theinverter circuit parameters are designed andcalculated. Accordingto the principle of double class-Einverter, inorder to make it work in the best condition ,design closed-loop controlcircuit. Finallyusing pspice simulation to verify the feasibility of the design.
1.1.
1.1.1
Michael Farady于1831年建立的电磁感应定律说明，在一个电路围绕的区域内存在交变磁场时，电路两端就会产生感应电动势，当电路闭合时则产生电流。这个定律同时也就是今天感应加热的理论基础。[1]
感应加热的原理图如图1-1所示：
图1-1感应加热的原理图
如上图，当感应线圈上通以交变电流 时，线圈内部会产生相同频率的交变磁通 ，交变磁通 又会在金属工件中产生感应电势 。根据MAXWELL电磁方程式，感应电动势的大小为：
这样，感应电势在工件中产生感应电流（涡流） ，使工件加热。其焦耳热为：
(1-5)
式中， ：电流通过电阻产生的热量（ ）；
：电流有效值（ ）；
：工件的等效电阻（ ）；
：工件通百度文库的时间（ ）。
由式（1-4）可以看出，感应加热和发热功率与频率高低和磁场强弱有关。感应线圈中流过的电流越大，其产生的磁通也就越大，因此提高感应线圈中的电流可以使工件中产生的涡流加大；同样提高工作频率也会使工件中的感应电流加大，从而增加发热效果，使工件升温更快。另外，涡流的大小还与金属的截面大小、截面形状、导电率、导磁率等有关。
Keywordsinduction heating; MOSFET; class-E inverter; pspice
第
1.
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)
式中N是线圈匝数，假如 是按正弦规律变化的，则有：
(1-2)
那么可得到感应电动势为：
(1-3)
因此感应电动势的有效值为：
(1-4)
由此可见，感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的，然后电能在金属内部转变为热能。感应线圈与被加热金属并不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。另外需要指出的是，感应加热的原理与一般电气设备中产生涡流以及涡流引起发热的原理是相同的，不同的是在一般电气设备中涡流是有害的，而感应加热却是利用涡流进行加热的。
在导体中流过电流时，在它的周围便同时产生磁场、通过的电流为直流时，产生的磁场是固定的，不影响导体的导电性能；而通过交流电时，产生的磁场是交变的，会引起集肤效应，使大部分电流在导体的表面流通，即有效导电面积减小，电阻增加。交流电流的频率越高，集肤效应越严重。
本科毕业设计（论文）
（双E类逆变器拓扑电路仿真研究）
***
燕山大学
2012年6月
摘
感应加热电源是利用电涡流对工件加热的一种装置，由于具有诸多优点而在工业中得到了广泛的应用。目前，国内中频电源已经非常成熟，高频电源在频率、容量等方面还有待提高。因此本文针对高频电源进行了理论分析和研究。
文中首先介绍了感应加热电源的工作原理并讲述了国内外的研究现状。接下来分析了E类逆变器的工作原理和双E类逆变器的工作原理，以及工作在最佳状态下MOSFET的电流电压波形，为接下来设计双E类逆变器做了准备。然后分析了谐振电路、E类逆变器的谐振频率等，设计计算了双E逆变器电路的参数。根据双E类逆变器的原理，为使其工作在最佳状态，设计了闭环控制电路。最后用pspice仿真，验证设计方案的可行性。
关键词感应加热；MOSFET；E类逆变器；pspice
Abstract
Power supply for induction heating is an equipment to heat thework pieceby whirling current and it is applied widely in industry because of its many virtues. Now,intermediate frequency power supply is perfect,but high frequency power supply has defects in the aspects of frequency and capacity and soon. Sohigh frequency power supply is developed in this thesis.
Firstly, operationprinciple of induction heating is introduced and the actuality of the power supply for induction heating issummarized. Thenanalysis the operation principle of class-E inverter, double class-Einverter. andthe MOSFET current and voltage waveforms in the bestcondition, whichis preparation for design double class-e inverternext. Moreoverseries resonant inverter is selected as inverter circuit and explain the resonant frequency of class-E and double class-E via analysis. In order to simulation thecircuit, theinverter circuit parameters are designed andcalculated. Accordingto the principle of double class-Einverter, inorder to make it work in the best condition ,design closed-loop controlcircuit. Finallyusing pspice simulation to verify the feasibility of the design.
1.1.
1.1.1
Michael Farady于1831年建立的电磁感应定律说明，在一个电路围绕的区域内存在交变磁场时，电路两端就会产生感应电动势，当电路闭合时则产生电流。这个定律同时也就是今天感应加热的理论基础。[1]
感应加热的原理图如图1-1所示：
图1-1感应加热的原理图
如上图，当感应线圈上通以交变电流 时，线圈内部会产生相同频率的交变磁通 ，交变磁通 又会在金属工件中产生感应电势 。根据MAXWELL电磁方程式，感应电动势的大小为：
这样，感应电势在工件中产生感应电流（涡流） ，使工件加热。其焦耳热为：
(1-5)
式中， ：电流通过电阻产生的热量（ ）；
：电流有效值（ ）；
：工件的等效电阻（ ）；
：工件通百度文库的时间（ ）。
由式（1-4）可以看出，感应加热和发热功率与频率高低和磁场强弱有关。感应线圈中流过的电流越大，其产生的磁通也就越大，因此提高感应线圈中的电流可以使工件中产生的涡流加大；同样提高工作频率也会使工件中的感应电流加大，从而增加发热效果，使工件升温更快。另外，涡流的大小还与金属的截面大小、截面形状、导电率、导磁率等有关。
Keywordsinduction heating; MOSFET; class-E inverter; pspice
第
1.
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)
式中N是线圈匝数，假如 是按正弦规律变化的，则有：
(1-2)
那么可得到感应电动势为：
(1-3)
因此感应电动势的有效值为：
(1-4)
由此可见，感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的，然后电能在金属内部转变为热能。感应线圈与被加热金属并不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。另外需要指出的是，感应加热的原理与一般电气设备中产生涡流以及涡流引起发热的原理是相同的，不同的是在一般电气设备中涡流是有害的，而感应加热却是利用涡流进行加热的。