中频感应加热电源设计
中频感应加热设备的设计
中频感应加热设备的设计引言中频感应加热设备是一种常见的工业加热设备，通过电磁感应原理将电能转换为热能，广泛应用于金属材料的加热、熔化、焊接等工艺中。
本文将详细介绍中频感应加热设备的设计原理、设备组成以及关键技术要点。
设计原理中频感应加热设备的工作原理基于法拉第电磁感应定律：当导体处于变化磁场中时，会在内部产生感应电流。
设备通过线圈产生变化的高频电磁场，导体进入电磁场后，感应电流在导体内部产生摩擦热，从而实现加热效果。
设备组成中频感应加热设备主要由以下组成部分构成：1. 电源装置电源装置是中频感应加热设备最关键的组成部分，它负责提供稳定的高频电能。
常见的电源装置包括中频电源、功率电源和电容器等。
中频电源通过变压器将市电的低压高频电流转换为设备所需的高压高频电流，功率电源则提供稳定的电能供给线圈工作，而电容器则用于存储电能以供应设备瞬时需求。
2. 线圈线圈是中频感应加热设备的核心部件，它由绝缘材料包裹的铜导线组成。
线圈内通有高频电流，通过线圈的电流在导体中产生变化的磁场，从而实现感应加热效果。
线圈的设计要考虑到导热性能、电流容量以及加热均匀性等因素。
3. 冷却系统中频感应加热设备在工作过程中会产生大量的热量，需通过冷却系统及时散热。
常见的冷却系统包括水冷系统和气冷系统。
水冷系统通过与线圈接触的水管吸热并带走热量，起到冷却的作用；气冷系统则通过风扇或风道将热风吹散，降低设备温度。
4. 控制系统中频感应加热设备的控制系统用于监控和调节设备的运行状态和参数，保证设备的稳定工作。
常见的控制系统包括温度传感器、电流传感器、PLC控制器等。
温度传感器用于监测被加热物体的温度，电流传感器用于监测线圈电流，PLC控制器则用于根据监测到的参数进行智能控制和调节。
设计要点在中频感应加热设备的设计过程中，需要注意以下几个要点：1. 加热物体的选择不同的加热物体具有不同的导热性能和电磁感应特性，因此在设计过程中需要根据实际工艺需求选择合适的加热物体。
高效节能多供电中频感应加热电源设计研究的开题报告
高效节能多供电中频感应加热电源设计研究的开题报告一、选题背景和意义中频感应加热技术广泛应用于金属材料的加热、熔铸和其他工业领域，在提高生产效率和技术水平方面发挥了重要作用。
其采用电磁感应原理加热金属材料，具有加热速度快、效率高、能量损失小等优点。
但是传统的中频感应加热电源存在很多问题，如能耗高、稳定性差、寿命短等。
因此，对于高效节能多供电中频感应加热电源的设计研究具有重要的理论和实践意义。
一方面可以提高中频感应加热技术在各个领域的应用水平，另一方面可以降低生产成本，减少对环境的污染，改善生产环境。
二、研究内容和主要技术路线1.研究内容（1）研究中频感应加热技术的基本原理和特点；（2）分析传统中频感应加热电源的主要问题；（3）设计高效节能多供电中频感应加热电源方案，并进行仿真分析；（4）制作并测试实验样机，验证电源的性能；（5）对比传统的中频感应加热电源和新设计的高效节能多供电中频感应加热电源的效果。
2.主要技术路线（1）研究中频感应加热技术的基本原理和特点，了解不同材料的加热特性，确定需求功率和频率范围。
（2）对传统的中频感应加热电源进行分析，确认其主要问题，包括能耗高、稳定性差、寿命短等。
（3）设计高效节能多供电中频感应加热电源方案，并进行仿真分析。
其中包括设计高效的功率调节模式、控制系统和保护措施等，同时考虑节能和稳定性。
（4）制作并测试实验样机，验证电源的性能。
根据仿真结果，制作出实际的电源，并进行性能测试。
（5）对比传统的中频感应加热电源和新设计的高效节能多供电中频感应加热电源的效果，评估电源的优缺点和应用前景，并提出可行性意见。
三、预期成果和应用前景本研究的预期成果为设计出一款高效节能多供电中频感应加热电源，具有高效、稳定、寿命长等优点，应用前景广阔。
特点如下：（1）功率调节精确，根据不同材料的加热特性和工艺要求实时调整功率；（2）控制系统稳定可靠，保证加热过程稳定；（3）保护措施完善，保证电源安全稳定运行；（4）供电方式多样，可满足不同的生产需求并节约能源；（5）适用于各种金属加热、熔铸等工业领域，提高生产效率和技术水平，同时降低生产成本和对环境的污染。
中频感应加热电源的微机控制系统设计
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%。
中频感应加热电源的设计
中频感应加热电源的设计
1.电源输出功率和频率：根据加热要求确定电源的输出功率和频率。
输出功率一般由加热负荷大小决定，频率一般选择在1kHz~20kHz之间，
根据不同的加热要求进行调整。
2.电源结构设计：电源的结构设计主要包括整流、逆变、振荡等电路
的设计。
整流电路用于将交流电转换成直流电，逆变电路用于将直流电转
换成交流电，振荡电路用于产生中频振荡信号。
3.电源控制系统设计：电源控制系统主要包括开关控制电路、保护电
路和自动控制电路等。
开关控制电路用于控制电源的开关，保护电路用于
保护电源和负载不受损坏，自动控制电路用于实现加热功率的调节和温度
等参数的监测和控制。
4.效率和功率因数：设计中频感应加热电源时，需要考虑电源的效率
和功率因数，以提高电源的能量利用率和减少对电网的电能需求。
5.冷却系统设计：中频感应加热电源在工作过程中会产生大量的热量，需要通过冷却系统将热量排出，以保证电源的正常工作和寿命。
6.控制方式：中频感应加热电源的控制方式有手动控制和自动控制两种。
手动控制方式需要人工操作电源的开关和参数调节，自动控制方式通
过传感器和控制器实现对加热过程的自动控制。
7.安全性设计：中频感应加热电源设计中需要考虑安全性问题，包括
过载、短路、过流、过热等保护措施的设计，以及对电源和负载的绝缘和
接地等安全措施的实施。
综上所述，中频感应加热电源的设计需要考虑输出功率和频率、电源结构、电源控制系统、效率和功率因数、冷却系统、控制方式、安全性等方面的因素。
通过合理的设计和选择，可以提高电源的性能和工作效率，满足不同加热需求的要求。
中频感应加热电源的设计
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谢谢 各位老师 指导
感恩的心
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有你！
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电力电容的计算 因为是6个脉动整流波动，50Hz电网输入。周期为20ms，所以 每个波动的时间为20/6
Q C U I t
取I=115.83A，t=4ms，U =600V 得到：C=772.2 μF
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基于PLC的中频感应加热炉电源控制系统设计
引言
中频感应加 热炉是一种利 用 电磁感应原理 实现感应加 热的电源装 置 ，由于这种加热 方式是通过 电磁 感应传递 的 ， 感 应线 圈与金 属工件 并 非直 接接 触 ，由工件 自身 产 生热 量 ，所 以称之 为感 应加 热 。感应 加 热炉的发展与数 控技术及 计算机技术 的应 用密不可分 ，国外厂商 以 此 取得先机 ，其感 应炉控制 技术先进 ， 其 效率高 、可 靠、操作 简便等 特 点已经得 到广泛认可 ，因此大部分铸造厂 普遍应用 了 “ 国外 生产 的感应加热 炉。如何吸收 国外控制技术 的长 处来逐渐 缩小差距 ，利用 Ｐ Ｌ Ｃ简单、精 确的特点 ，来控 制感应加热 ，提 升感应加热 系统的 自动 化水平 具有重要的意义 。
一
界面 的 Ｐ Ｌ Ｃ控制系统一定会为 工业控 制做出巨大贡献 ，本系统设计暂 时没有考虑采 用计 算机作为上位机 ， 但 在以后的研究 中会进 一步引入
良好的人机界面 ，期望使系统 的控制 能够更加简 单可 靠。
参考文献 ： ［ １ ］ 谢鑫 ， 王倩 ． 工频感应 炉 Ｐ Ｌ Ｃ自动控 制系统的应用 ［ Ｍ 】 ． 鞍 山钢铁 公司设计研究 院 ． ［ ２ 】 吴 中俊 ， 黄永 红 ． 可编程序控 制器原理及应用 ［ Ｍ 】 ． 机械工业 出版
索工案 收术
１ ５ ２
基于 Ｐ Ｌ Ｃ的中频感应加热炉 电源控制系统设计
罗继 军
（ 陕西国防工业职 Байду номын сангаас技术学院 ， 陕西 户县 ７ １ ０ ３ ０ ０）
摘 要 ： 本 文以 Ｐ Ｌ Ｃ 控制 器为核 心，研 究 了中频感应加 热炉控制 系统模型 ，从 系统的需求 出发 ，进行 了设 备硬件 的设计及控制模块 和外 围器件 的选型 ，初步设计 了一种具有较 高的可靠性和抗干扰性 ，为工业生产提供 了一种可行的方案 。 关键词 ： Ｐ Ｌ Ｃ 控制 器 ； 中频感应加热 炉 ；电源 ；系统设计
基于CAN总线的中频感应加热电源监控系统的设计
Ｃ Ｎ总线通过 Ｃ Ｎ控 制器接 口芯 片 ８ Ｃ ５ Ａ Ａ ２ ２０的两 个输 出端 Ｃ Ｎ Ａ Ｈ和 Ｃ Ｎ Ａ Ｌ与物理 总线相连 ，而 Ｃ Ｎ Ａ Ｎ Ａ Ｌ端 只能是低 电平或悬浮状 态 ，Ｃ Ｎ节点在错误严重的情况下具有 自动关 闭输 出功 能 ， Ａ 以使总线上其他节点 的操作 不受影 响 ，从 而保证 不会 出现
发周期 。
这两个节点都是采 用单 片机控 制 的智 能化 节点 ，所 以许 多 信号处理 、控制 工作 由采集节 点直 接完成 ，保 证 了系统控
制的快速性 和有效性 ， 从而体现 了 Ｃ Ｎ协议 带来 的数据通 Ａ
４ 语 结
实践证明 ，网络视频监 控系 统在选煤 厂 中的应用 ，可 大大提高选 煤厂综合 自动化水 平 ，在与各 个 自动 化系统 的
范畴 ，它是一种有效支 持分 布式控制 或实时控 制 的串行通 信网络 。 Ｃ Ｎ控制器工作于 多主方式 ，网络 中的各节点都 可根 Ａ 据总线访 问优先权 ，采 用无损 结构 的逐位仲裁 的方式 竞争 向总线发送数据 ，且 Ｃ Ｎ协议废除 了站地址编码 ，而代之 Ａ 以对通信数据进行 编码 ，这可使 不 同的节点 同时接 收到相
的管理和调度 、发送 控制 命令 、请 求传输 数 据等 ，除 此之
外 ，上位微 机还对整个 网络节点采集 的数 据作进一 步分 析 、 设定报警参 数 、保存 历史 数据 、打 印报表 等 ，以便 更 好地 反映各节点检测 数据 的情况 。本 系统 的设计 中，为满 足监
多功能智能节点模块，能对设备的故障进行在线检测和诊断 ，并具有一定的可扩展性。在界面的
功率可调中频感应加热电源控制系统的设计
功率可调中频感应加热电源控制系统的设计中频感应加热电源是一种高效、节能和安全可靠的加热设备，被广泛应用于金属加热、淬火、硬化、熔炼等领域中。
其中，功率可调中频感应加热电源是一类集节能、可靠性、自动控制于一体的中频感应加热设备，可以根据不同需要实现功率的调整和控制。
本文提出一种基于单片机控制的功率可调中频感应加热电源控制系统的设计方案。
该方案主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计：1.电源电路设计：整个系统采用三相交流电源。
电源电路包括整流、滤波、逆变和输出控制等功能，通过滤波电容的设计，保证电源输出的稳定性和滤波效果。
2.中频谐振电路设计：中频感应加热电源需要产生一定频率的中频信号，用来激励感应加热线圈。
中频谐振电路可以采用LC谐振电路或者串/并联谐振电路，根据实际需要选择。
3.功率控制模块设计：采用功率芯片进行功率输出控制。
根据用户需求，可采用PID控制算法或者其他控制算法对输出功率进行控制。
4.保护电路设计：系统应包括短路保护、过流保护、过压保护等保护电路，以保证系统的稳定性和安全性。
软件设计：1.中频信号控制程序设计：根据实际需要，设计中频信号的输出和控制程序，通过控制中频信号的频率和幅值，实现功率的调整和控制。
2.功率控制算法设计：根据系统的实际需要，选择合适的功率控制算法，例如PID控制算法，通过调整算法参数，实现功率输出的控制。
3.保护程序设计：针对各种保护电路，编写保护程序，实时检测各项保护电路的工作状态，保证系统的安全稳定运行。
在实际工程应用中，中频感应加热电源控制系统设计还需要结合各种实际工况和用户需求，进行相应的优化和调整，以实现最优化的功率调节和控制效果。
中频加热电源设计报告
目录摘要： (2)1 加热电源简介 (2)1.1感应加热电源的特点及应用 (2)1.2感应加热电源的发展阶段 (2)1.3感应加热电源的发展的主要因素 (3)2感应加热电源 (3)2.1基本工作原理 (3)2.2基本结构 (5)3整流电路的设计 (5)3．1整流电路的分类 (5)3．2整流电路的选择 (5)3.3三相桥式全控整流电路 (6)3.4整流电路的参数设计 (8)4逆变电路 (9)4.1逆变器基本分类： (9)4.2逆变器的工作原理 (10)5控制电路的设计 (11)5.1控制电路的结构及原理 (11)5.2控制电路的作用 (13)5.3控制策略 (13)5.4 2.5KHz∕250KW感应加热电源控制电路结构 (15)5.5过电流和过电压的保护电路 (15)6设计结果分析 (16)7设计心得 (16)参考文献 (18)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，淬火，工件透热，焊接，铸造表面热处理等行业得到广泛应用。
本设计中主要研究了中频感应加热电源及其相关技术的发展现状和趋势，设计了2.5KHz∕250KW可控硅中频感应加热电源的整流电路及控制电路。
整流电路采用三相桥式全控整流电路，电路结构简单。
控制电路采用双闭环反馈控制系统，改善信号迟滞的缺点。
利用晶闸管把50 Hz的工频变成中频电源的装置。
即由三相全控整流电路把工频电流整流成直流，经过电抗器滤波后，经单相逆变桥将直流变为单相中频交流，以驱动负载。
关键词：可控硅中频电源；感应加热；逆变；保护电路；1 加热电源简介上世纪初，在欧洲几个发达国家，感应加热技术开始投入应用，由于技术限制，仅仅用在小功率，小容量中频感应熔炼炉上，随着感应加热理论的不断完善，感应加热技术的不断发展，目前，感应加热技术已被广泛应用在机械制造，冶金，国防，航空航天，汽车制造及教学科研等诸多领域。
中频感应加热电源的设计
? [8] 张智娟，候立群 .电力电子技术在感应加热电源中的应用 [J]应. 用能源技术， 2000.5 ：41～43.
? [9] 陈霞.感应加热电源启动方法研究 .中国优秀博硕士学位论文全集数据库 [C，] 2004.6 ：13～27.
? [10] 张仲超 .基于新型移相控制的感应加热电源的研究 [J]电. 力电子技术， 2001 ，35 （ 1 ）： 3～ 5.
50～98.
[C] ?
[2]
赵良炳 .电力电子技术与近代电源 .中国电源学会第十届学术年会论文集
，
2001.9 ：5～39.
[M]. ?
[3]
全亚杰 .感应加热电源的发展历程与动向
电焊机， 2001，31（11 ）：3～6.
? [4] 朴兴哲 .10KHz/150KW 中频感应加热电源的研究 .中国优秀博硕士学位论文全集
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总结
? 对中频感应加热及其相关技术的发 展、现状和趋势做了一个比较全面 的论述,由于时间和各方面条件的 限制, 仅对中频感应加热电源主电 路中整流电路以及感应加热电源的 控制电路进行了设计.
参考文献
[M]. ?
[1]
叶斌 .电力电子应用技术及装置
北京：中国铁道出版社， 2000.8 ：1～10L，OGO
确定电流额定值I
I2 ?
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?
I
2 R
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电力电容的计算 因为是6个脉动整流波动，50Hz电网输入。周期为20ms，所以 每个波动的时间为20/6
Q ? C? ?U ? I?t
取I=115.83A，t=4ms，? U =600V 得到：C=772.2 μF
中频感应加热电源的设计
圆环效应：若将交流电通过圆环形线圈时，最大电流密度出现在线圈导体的内侧热电源的大容量化，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。感应加热电源逆变器主要有并联逆变器和串联逆变器，串联逆变器输出可等效为一低阻抗的电压源，当二电压源并联时，相互间的幅值、相位和频率不同或波动时将导致很大的环流以致逆变器器件的电流产生严重不均，因此串联逆变器存在并机扩容困难；而对并联逆变器，逆变器输入端的直流大电抗器可充当各并联器之间的电流缓冲环节，使得输入端的AC/DC或DC/AC环节有足够的时间来纠正直流电源的偏差，达到多机并联扩容。
①高频率
目前，感应加热电源在中频频段主要采用晶闸管，超音频频段主要采用IGBT，而高频频段，由于SIT存在高导通损耗等缺陷，主要发展MOSFET电源。感应加热电源谐振逆变器中采用的功率器件利于实现软开关，但是，感应加热电源通常功率较大，对功率器件，无源器件，电缆，布线，接地，屏蔽等均有许多特殊要求，尤其是高频电源。因此，实现感应加热电源高频化仍有许多应用基础技术需要进一步探讨。
金属中产生的功率为：
（1-5）
感应电势和发热功率不仅与频率和磁场强弱有关，而且与工件的截面大小、截面形状等有关，还与工件本身的导电、导磁特性等有关。
中频感应加热电源设计
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。
功率可调中频感应加热电源控制系统的设计
功率可调中频感应加热电源控制系统的设计This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020毕业设计论文课题：功率可调中频感应加热电源控制系统的设计院（系）：专业：学生姓名：学号：摘要中频感应加热以其加热效率高、速度快，可控性好及易于实现机械化、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。
本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了20KW中频感应加热电源。
本设计中感应加热电源采用IGBT作为开关器件，可工作在10 Hz～10 kHz频段。
它由整流器、滤波器、和逆变器组成。
整流器采用不可控三相全桥式整流电路。
滤波器采用两个电解电容和一个电感组成Ⅱ型滤波器滤波和无源功率因数校正。
逆变器主要由PWM控制器SG3525A控制四个IGBT的开通和关断，实现DC-AC的转换。
设计中采用的芯片主要是PWM控制器SG3525A和光耦合驱动电路HCPL-316J。
设计过程中程充分利用了SG3525A的控制性能，具有宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。
由于HCPL-316J具有快的开关速度（500ns），光隔离，故障状态反馈，可配置自动复位、自动关闭等功能，所以选择其作为IGBT的驱动。
对原理样机的调试结果表明，所完成的设计实现了设计任务规定的基本功能。
此外，为了满足不同器件对功率需要的要求，设计了功率可调。
这部分超出了设计任务书规定的任务。
关键词：感应加热电源；串联谐振；逆变电路；IGBT目录275 6 6 7 8 9 9 20 1 3 4 4 4 5 56 27 7 78 8293031 1 2 2 2 3 5 78 9 40随着功率器件的发展，感应加热电源的频率也逐步提高，经历了中频、超音频、高频几个阶段。
在感应加热电源的应用中，淬火、焊管、焊接等工艺都要求高频率高功率的电源。
全数字中频感应加热电源设计
本设计是全数字中频感应加热电源, 采用串联谐振电路。
主电路整流部分采用了三相全控整流电路，逆变电路采用了单相逆变桥。
串联逆变器的输入电压恒定，近似为恒压源，逆变元件采用IGBT,利用单片机控制其开关，控制部分采用PIC16F877单片机，实现对中频电源的控制。
其中使用了IGBT专用驱动芯片。
本设计完成了中频感应电源控制系统的硬件和软件设计任务，实现了负载频率的自动跟踪。
控制电路简单可靠，方案合理。
关键词：整流；逆变；可控硅；IGBT；单片机。
This design is the entire digital mid-frequency induction heating power source. The main circuit rectification part with transported three-phase in this design has all controlled the leveling circuit, inverted the electric circuit to use the single item inversion electric circuit sine pulse width to modulate (SPWM), the load is a antiresonance circuit. This paper introduces a new inversion and three phase bridge rectification control circuit based on PIC16F877 microcontroller for thyristor medium frequency power supply. Meanwhile the hardware and software designs are also provided. It is approved by analysing the experimental results that the circuit softly starts the power supply in the way of sweeping-frequency and zero-voltage, and well tracks the tank resonant frequency in normal working. The power adjustment can be made by adopting SPWM control technology in the system. Series resonance and frequency follow technology are used. The IGBT, as the switch device, can work between 10Hz to 10kHz frequency channel, and based on the principle of the effects . Key Words: inverter; induction;IGBT; single chip computer; rectification.目录第一章全数字中频感应加热电源设计背景 (4)1.1 感应加热的基本原理 (4)1.2 全数字中频感应电源简介 (5)第二章主电路的设计 (9)2.1 可控硅工作原理 (9)2.2 可控硅触发导通 (9)2.3 整流电路的介绍 (10)2.3.1 基本工作原理 (11)2.3.2 电阻负载时三相桥式全控整流特性 (13)2.4 逆变电路的介绍 (16)2.5 负载电路的介绍 (21)2.5.1 电流过零点检测 (21)2.6 主电路的保护介绍 (22)2.6.1 闸管的保护 (22)2.7 主电路的计算及其器件选型 (25)2.7.1 主电路计算部分 (25)第三章控制电路的设计 (26)3.1 PIC单片机介绍 (26)3.2 LM339介绍 (31)第四章软件部分设计 (33)4.1 程序清单 (33)4.2流程图 (60)总结 (64)参考文献 (65)外文翻译 (66)A 外文原文 (66)B 外文译文 (77)致谢 (82)附录 (83)附录一元件明细表 (83)第一章全数字中频感应加热电源设计背景1.1 感应加热的基本原理感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属，然后电能在金属内部转变为热能。
中频感应加热电源的设计及原理
中频感应加热电源的设计及原理
中频感应加热电源是通过交流电源的变换和逆变过程，将低频电源转换成所需输出频率的高频电源的装置。
它是实现电磁感应加热的关键设备之一。
中频感应加热电源的设计原理是通过电源的变频和变压技术，将电源输入的低频电能转换成高频电能。
其主要包括以下几个模块：
1. 变频器：将输入的交流低频电源转换成高频电源。
常用的变频器有大功率管管式变频器和大功率矩阵变频器。
2. 逆变器：将变频器输出的高频电源逆变成交流高频电源。
逆变器一般采用全桥逆变电路，通过控制开关管的导通和关断来实现高频交流电源的输出。
3. 输出滤波器：对逆变器输出的高频电源进行滤波，去除谐波和杂散信号，得到纯净的高频交流电源。
4. 输出匹配网络：将滤波后的高频交流电源与工作线圈进行匹配，以达到最大功率传输。
5. 控制系统：对电源的输出功率、频率和保护等进行控制和调节，保证电源的稳定工作和安全性。
中频感应加热电源的工作原理是利用电流通过工作线圈时产生的磁场来感应工件内部的涡流，达到加热的效果。
当高频电流通过工作线圈时，会在工作线圈和工件之间形成一个交流磁场。
由于工件的电阻和屏蔽效应，高频磁场会在工件表面产生涡流。
涡流通过电阻转化为热量，达到加热的效果。
中频感应加热电源具有加热速度快、效果好、加热均匀等优点，广泛应用于金属加热、金属熔化、热处理等领域。
中频感应加热电源的设计
中频感应加热电源的设计作者：王见乐来源：《青苹果·高一版》2017年第02期本文旨在设计一2.5kHz/250 KW可控硅中频感应加热电源，介绍其整流电路逆变电路以及控制、保护电路。
整流电路采用三相桥式全控整流电路，逆变电路采用电压型串联谐振电路，控制策略选用双闭环反馈控制系统，保护采用电流、电压保护。
1 加热电源基本主电路结构感应加热是依据电磁感应的原理，利用导体处于交变的电磁场中产生的感应电流（涡流）所形成的热效应使导体自身发热。
因此加热的效率高、速度快和可控性好，所以容易实现高温和局部加热，应用范围较广。
感应加热电源根据加热工艺的要求，采用不同的频率，本文采用中频（60-10000Hz）加热电源，其电路拓扑结构如图1。
是由滤波器、整流器、逆变器和一些控制、保护电路组成的。
感应加热电源三项整流器采用六脉动的晶闸管整流。
逆变器用电压型逆变电路，主要考虑，使用IGBT的电流源的逆变器中，有换相电感的存在，会使逆变器产生浪涌电压，从而使器件的开关损耗相对增加，甚至可能会引起功率器件的击穿，且负载采用串联谐振式。
虽然并联谐振式负载，保护容易实现，但在中高频设备中，由于并联谐振需要加附加启动电路，同时串联谐振的感应加热线圈离逆变电源较远，对输出功率的影响较小，综合考虑，采用串联谐振式负载。
在感应加热中，逆变器的电压源一般是由大电容加整流器构成的。
由于电容值比较大，因此近似认为逆变器的输入端的电压固定不变。
交替开通和关断逆变器上的可控器件便可以在逆变器的输出端获得交变的方波电压，电压的幅值是由逆变器输入端的电压值决定的，而频率是由器件的开关频率决定的。
对于串联谐振电路，由于工作在谐振频率的附近，会使振荡电路对于基波具有最小的阻抗，因此负载电流i近似为正弦波。
为避免逆变器上、下桥臂间的直通，换流时遵循先关断后导通的原则，在关断和导通之间必须留有足够的死区时间。
滤波器采用Ⅱ型滤波器。
两个性能完全相同的电解电容串联，来减小单个电容承受的电压，且用两个大小相等的电阻并在电容两端，对两电容起均压的作用。
中频感应加热设备的结构设计
中频加热设备的结构与性能特点
中频感应加热设备全部采用并联谐振电路，根据应用场合不同，可选择直接输出或用中频变压器输出，深圳市双平电源技术有限公司设计的基本结构有以下两种：
结构一：中频电源+ 补偿电容箱+ 中频感应圈
这种结构最为常用，如中频锻造炉、中频熔炼炉等都采用这种结构，设备简单，损耗低，工作效率高，且制造成本低。
这种结构时，感应圈比较长，通常要用3米—10米长的铜管绕制。
由于中频电源直接输出，所以感应圈上电压最高为550V，且不与主电隔离，所以感应圈必须良好绝缘，不能直接暴露在外；
结构二：中频电源+ （电容+ 中频变压器）+ 感应圈
这种结构也比较常用，如真空熔炼炉、中频淬火等。
在这种结构中，通过改变中频变压器的变比，可以得到不同的输出电压和感应圈电流，以适应不同的使用要求。
这种结构中，感应圈与主电隔离，所以感应圈安全性好，绝缘要求低，甚至铜管可直接暴露在外。
这种结构中，由于增加了中频变压器的制造成本，所以设备成本较高，而且中频变压器体积较大，也增加了一定的能量损耗。
频率越低，中频变压器越大，成本越高，损耗也越大。
中频感应加热设备的设计
中频感应加热设备的设计首先，频率选择是设计中频感应加热设备的重要参数。
一般来说，中频感应加热频率在100Hz到10kHz之间。
频率较低时，设备体积较大，成本较高，但适用于大功率加热。
频率较高时，设备体积较小，成本较低，但适用于小功率加热。
在频率选择时，需要根据具体应用需求、材料特性和加热效果考虑。
其次，电源设计是中频感应加热设备的关键。
电源的质量和稳定性直接影响设备的加热效果和使用寿命。
电源设计需要考虑的因素包括输入电压范围、输出功率、输出电压、效率、波形质量等。
一般来说，中频感应加热设备使用的电源为多电平逆变电源。
采用多电平逆变电源能够提高电源的效率和稳定性。
第三，升压电路设计是中频感应加热设备中的重要部分。
升压电路主要用于将输入电压升高到设备需要的工作电压。
升压电路设计需要考虑的因素包括升压倍数、输出电压的稳定性以及电路的效率。
常用的升压电路包括升压变压器和电感升压电路。
升压电路设计的好坏直接影响设备的加热效果和稳定性。
最后，冷却系统设计是中频感应加热设备中的重要环节。
冷却系统主要用于散去加热设备产生的热量，保证设备的正常运行。
冷却系统需要考虑的因素包括散热方式、冷却介质的选择、冷却系统的尺寸设计等。
常见的冷却方式有风冷、水冷、油冷等。
选择适当的冷却方式可以有效提高设备的工作效率和寿命。
总而言之，设计一个中频感应加热设备需要综合考虑频率选择、电源设计、升压电路设计、冷却系统设计等多个方面。
只有在各个方面都进行合理的设计和优化，才能保证设备的正常运行和加热效果的达到预期目标。
中频感应加热电源的系统软件设计
D ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2012 12152大家谈ISCUSSION里选择TP和CB信号源，播出控制工作站直接给共享设备控制软件发指令，共享设备控制再给共享矩阵法命令进行切换，以上信号不是经过共享调度工作站的。
现址紧急磁带信号调度和手动蓝光节目的实现原理也是等同于TP和CB信号的调度。
三、共享设备调度系统软件异常的处理机制1.上级机软件崩溃为防止上级机软件崩溃，设备调度每次接收到新版节目单后，都需要在本地保存备份，当接收不到上级机反馈节目单时，也可以使用本地缓存节目单进行应急调度。
同时还可以手动加载数据库中播出执行单。
2.蓝光节目无法完成调度如果设备共享调度软件正在调度时，检验该蓝光盘的共享介质节目与节目单的信息不符，直接将蓝光盘弹出，导致无法完成调度。
此时需要操作人员查看蓝光盘的基础信息（介质ID及蓝光文件名），或是直接退还给制作岛重新审查该共享介质的节目。
3.主共享设备调度工作站故障主共享设备调度工作站出现故障时，备共享设备调度工作站通过心跳检测可以及时发现并自动接管，由于备机正常情况下从主机获取调度结果，所以备机接管后无需做特殊处理，后续的调度工作可以正常进行。
在备机的软件节目和监控系统中会对主机故障进行警告提示，操作人员发现后，需要尽快恢复主机的正常工作状态。
恢复后，主机会主动向备机索取最近的调度结果，之后手动选择接管，恢复正常的主备机状态。
如果短期无法恢复，应及时更换机器。
4.备共享设备调度工作站故障备共享设备调度工作站故障发生后，对正常的设备调度流程没有影响，但在主机的软件界面和监控系统中会对备机故障进行警告提示。
操作人员发现提示后，需要尽快恢复备机的正常工作状态，恢复后，备机会主动向主机索取最近的调度结果，并恢复正常的主备机状态。
如果短期无法恢复，应及时更换机器。
5.主、备共享设备调度工作站故障如果主、备共享调度工作站同时发生故障，未分配的任务无法再分配，已经分配的任务不影响执行。
项目六中频感应加热电源
设计温度监控系统，实时监测中频 感应加热电源的工作温度，当温度 超过设定值时自动启动冷却系统。
PART 04
中频感应加热电源的性能 测试与评估
REPORTING
WENKU DESIGN
测试环境与设备
测试环境
室内、恒温、无尘、低噪声
测试设备
电源分析仪、功率计、示波器、温度计、计时器
测试方法与流程
05
06
6. 使用计时器记录加热时间，验证加热速 度。
测试结果与分析
01
02
03
04
05
1. 电源输入电压 2. 加热线圈输入 3. 电源波形观察 4. 加热物体温度 5. 加热时间记录
、电…
功率…
结果
测量…
结果
电源输入电压为AC 220V， 加热线圈输入功率为2.1kW， 电源波形稳定，无明显失
调节器
选用适合的调节器，如PID调节器， 实现对中频感应加热电源输出电压和 电流的稳定控制。
冷却系统设计
散热器
选用合适的散热器，如铝制散热 器或铜制散热器，以实现中频感
应加热电源的有效散热。
冷却风扇
选择合适的冷却风扇，如离心式或 轴流式风扇，以提供足够的冷却风 量，降低中频感应加热电源的工作 温度。
THANKS
感谢观看
REPORTING
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应加热提供电源。
滤波电路
设计滤波电路，减少电源中的 谐波和噪声，提高电源的输出
质量。
控制系统设计
控制电路
保护电路
设计控制电路，包括电压、电流、温 度等传感器和控制单元，实现对中频 感应加热电源的实时监测和控制。
设计保护电路，包括过流、过压、欠 压、过热等保护功能，确保中频感应 加热电源的安全运行。
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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。
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。