200KW感應(yīng)加熱電源主電路設(shè)計(jì)

1、. v遼寧工業(yè)遼寧工業(yè) 大大 學(xué)學(xué)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目：200KW200KW感應(yīng)加熱電源主電路設(shè)計(jì)感應(yīng)加熱電源主電路設(shè)計(jì)院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電氣電氣133133 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)：130303087130303087學(xué)生姓名：學(xué)生姓名：陳夾夾陳夾夾指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：起止時(shí)間：起止時(shí)間：202015-12-2415-12-24至至2015-1-32015-1-3. v課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 電氣學(xué) 號(hào)130303087學(xué)生姓名陳夾夾專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣1

2、33課程設(shè)計(jì)（論文）題目200KW200KW感應(yīng)加熱電源主電路設(shè)計(jì)感應(yīng)加熱電源主電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)功能先將交流電通過(guò)整流電路變成直流電，再將直流電通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，驅(qū)動(dòng)電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)，從而在被加熱的金屬工件內(nèi)產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，產(chǎn)生熱量從而達(dá)到加熱電源的功能。設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)1、方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證。2、導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)、熔斷器、吸收電路選擇。3、整流電路設(shè)計(jì)。4、逆變電路設(shè)計(jì)。5、諧振槽路參數(shù)設(shè)計(jì)。6、確定各器件的具體型號(hào)。7、繪制相關(guān)電路圖。8、進(jìn)行 MATLAB 仿真。要求要

3、求1、1、文字在 4000 字左右。2、2、文中的理論分析與計(jì)算要正確。3、3、文中的圖表工整、規(guī)范。4、元器件的選擇符合要求。技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)1、輸入電壓三相380V。2、輸入交流電頻率4565HZ。3、輸入最大功率200kw。 。4、采用晶閘管中頻感應(yīng)或IGBT高頻感應(yīng)方式均可。進(jìn)度計(jì)劃第 1 天：集中學(xué)習(xí)；第 2 天：收集資料；第 3 天：方案論證；第 4 天：導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)、熔斷器、吸收電路選擇；第 5 天：整流機(jī)濾波電路設(shè)計(jì)及器件選擇；第6 天：逆變電路設(shè)計(jì)及器件選擇；第 7 天：諧振槽路參數(shù)設(shè)計(jì)；第 8 天：確定中頻變壓器變比及容量；第 9 天：MATLAB 仿真、總結(jié)并撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)；第

4、 10天：答辯指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯：總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日. v注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要感應(yīng)加熱技術(shù)在金屬冶煉、鑄造、鍛造透熱、彎管、燒結(jié)、表面熱處理、銅焊以及晶體生長(zhǎng)等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)感應(yīng)加熱裝置的需要，對(duì)加熱電源的主電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。引入該電源使得加熱電源的各方面性能都得到一定的改善。可以跟蹤負(fù)載的頻率，提高裝置的效率，從而達(dá)到節(jié)能和節(jié)時(shí)的雙重目的。本次課題主要對(duì) 200KW 感應(yīng)加熱電源主電路進(jìn)行分析確定了整體方案，它包括整流電路、濾波電路、逆變電路的設(shè)計(jì)。用三相橋式整流電路對(duì)三相工頻交流電進(jìn)行整流

5、，輸出通過(guò)濾波電路做濾波處理。然后，通過(guò)對(duì)感應(yīng)加熱電源工作原理的分析，確定以 IGBT 作為功率開(kāi)關(guān)器件的電壓型逆變作為本次設(shè)計(jì)的逆變電路。通過(guò)整體方案計(jì)算了系統(tǒng)的參數(shù)以及進(jìn)行了器件的選擇，并通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的主電路的仿真分析驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。關(guān)鍵詞：感應(yīng)加熱；IGBT；整流；逆變器目 錄第 1 章 緒論 11.1 感應(yīng)加熱技術(shù)概況 11.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容 1第 2 章 感應(yīng)加熱電源主電路設(shè)計(jì) 32.1 感應(yīng)加熱電源主電路總體設(shè)計(jì)方案 32.2 具體電路設(shè)計(jì) 32.2.1 整流電路設(shè)計(jì) 32.2.2 濾波電路設(shè)計(jì) 42.2.3 逆變電路設(shè)計(jì) 52.3 元器件型號(hào)選擇 82.3.1 整流電路參數(shù)計(jì)算

6、與選擇 82.3.2 濾波電路參數(shù)計(jì)算與選擇 9. v2.3.3 逆變電路參數(shù)計(jì)算與器件選擇 92.3.4 諧振槽路參數(shù)設(shè)計(jì)與選擇 92.4 系統(tǒng)仿真 102.4.1 MATLAB 仿真軟件簡(jiǎn)介 102.4.2 感應(yīng)加熱電源主電路波形仿真 11第 3 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 14參考文獻(xiàn) 15. v第 1 章 緒論1.1 感應(yīng)加熱技術(shù)概況感應(yīng)加熱來(lái)源于法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，也就是交變的電流會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱。近幾十年以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的提高以及更先進(jìn)器件的發(fā)展與應(yīng)用，感應(yīng)加熱技術(shù)對(duì)工業(yè)部門(mén)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。體積更小，重量更輕，高效節(jié)能，負(fù)載適應(yīng)范圍大成為感應(yīng)加熱裝置發(fā)

7、展的方向。它是利用處在交磁場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流和磁滯損耗作用于金屬而引起熱效應(yīng)，在瞬時(shí)間產(chǎn)生大量的熱能以此對(duì)工件表面或整體進(jìn)行加熱。與傳統(tǒng)加熱方式相比，感應(yīng)加熱技術(shù)具有很大的優(yōu)勢(shì)，如加熱效率高，速度快，可控性好，易于實(shí)現(xiàn)高溫和局部加熱等等。目前，感應(yīng)加熱技術(shù)廣泛應(yīng)用于淬火、鍛造熔煉、鍛造毛坯加熱，金屬表面熱處理等行業(yè)中。為了獲得更高的電能轉(zhuǎn)換效率，提高電能的利用效率，就要求電源裝置具有較高的輸入輸出功率因數(shù)，并且實(shí)現(xiàn)電力電子的軟開(kāi)關(guān)，以降低開(kāi)關(guān)損耗。近年來(lái)隨著新型電子器件的發(fā)展與應(yīng)用，高頻電源的市場(chǎng)需求促進(jìn)了新的功率器件的產(chǎn)生，同時(shí)新器件也會(huì)帶來(lái)高頻電源的發(fā)展，感應(yīng)加熱電源電路中的諧振逆變器通

8、過(guò)功率器件來(lái)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的功能，所以感應(yīng)加熱電源會(huì)朝著大容量化、大功率與高頻率相統(tǒng)一的方向發(fā)展，但是其中有些技術(shù)需要我們進(jìn)一步解決。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)以及現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，感應(yīng)加熱電源的發(fā)展也逐步趨于成熟。目前，感應(yīng)加熱技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：更加大功率化、大容量化和高頻化；低功耗、高功率因數(shù)；控制智能化、數(shù)字化；加熱技術(shù)無(wú)氧化；應(yīng)用廣泛化等。1.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容本文的設(shè)計(jì)內(nèi)容為 200KW 感應(yīng)加熱電源主電路設(shè)計(jì)，此次設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能是：先將工頻交流電通過(guò)整流器及濾波電路變成直流電，再將直流電轉(zhuǎn)換為頻率超過(guò) 2000Hz 以上得到的交流電。由此交流電驅(qū)動(dòng)電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)。在被加熱的金

9、屬工件內(nèi)產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，產(chǎn)生熱量而加熱工件。 該電源應(yīng)該提供一個(gè)在大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的電流，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載線(xiàn)圈產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)。由于電源要應(yīng)用于感應(yīng)加熱裝置，所以電源的頻率要在一定范圍內(nèi)可. v調(diào)。電源的負(fù)載為感應(yīng)加熱器，即負(fù)載呈感性。感應(yīng)加熱電源的技術(shù)參數(shù)：輸入三相電壓 380V,輸入交流電頻率 4565Hz,輸出最大功率 200KW，感應(yīng)方式采用 IGBT 高頻感應(yīng)。. v第 2 章 感應(yīng)加熱電源主電路設(shè)計(jì)2.1 感應(yīng)加熱電源主電路總體設(shè)計(jì)方案感應(yīng)加熱電源主電路原理圖如圖 2.1 所示交流直流交流交流圖 2.1 感應(yīng)加熱電源主電路原理圖本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主電路采用的是交直交結(jié)構(gòu)，包括輸入整流器、直

10、流濾波器、逆變器、交流濾波器及隔離變壓器等組成部分。整流濾波電路將輸入的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，逆變電路中的逆變器輸出的脈寬調(diào)制波經(jīng)LC 低通濾波電路濾去高頻分量，得到純正的正弦波交流電，再經(jīng)變壓器隔離變壓得到設(shè)計(jì)所要求的電流和頻率均可調(diào)的交流電供給感應(yīng)加熱器的交流線(xiàn)圈從而利用感應(yīng)加熱線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗進(jìn)行加熱。2.2 具體電路設(shè)計(jì)2.2.1 整流電路設(shè)計(jì)整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。整流電路應(yīng)用十分的廣泛，例如直流電動(dòng)機(jī)，電鍍和電解電源，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，通信系統(tǒng)電源等。本設(shè)計(jì)不用整流變壓器而直接由 380V 三相交流接入再整流

11、為直流電源。常用的三相可控整流的電路有三相半波、三相半控橋、三相全控橋、雙反星形等。從經(jīng)濟(jì)和適用角度分析，本設(shè)計(jì)采用三相半控整流電路。本設(shè)計(jì)采用三相橋式晶閘管半控整流電路。它具有如下優(yōu)點(diǎn)：在啟動(dòng)過(guò)程中，調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角，可以控制整流輸出直流電壓由低到高逐漸變化，這樣可以防止浪涌電流損毀整流器，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)；當(dāng)電源出現(xiàn)故障時(shí)，可以封鎖晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，從而切斷直流側(cè)濾波電容的充電回路，關(guān)閉直流環(huán)節(jié)，以防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。三相可控整流電路如圖2.2所示。輸入整流部分由三相晶閘管整流橋組成，在感應(yīng)加熱電源開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，限制沖擊電流不超過(guò)電源滿(mǎn)載時(shí)的額定電流。隔離濾

12、波輸出逆變電路感應(yīng) 加熱器整流濾波電路電 路三相工頻交流電. v軟啟動(dòng)結(jié)束后，可控硅/整流橋的導(dǎo)通角最大，此時(shí)相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)的整流橋。整流后通過(guò)電解電容Cd濾波得到平穩(wěn)的直流送到逆變器。高頻濾波電容Ch 用于提供高頻無(wú)功電流的通路。電抗器Ld 主要起限流作用，限制流過(guò)整流橋電力二極管的電流尖峰，改善網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)。圖 2.2 整流電路2.2.2 濾波電路設(shè)計(jì)近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種低電力電子器件在工業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ顟?yīng)用日益廣泛。因此，諧波和無(wú)功問(wèn)題也日益嚴(yán)重，并引起了人們的日益關(guān)注。許多電力電子裝置都要消耗無(wú)功功率，會(huì)對(duì)公用的電網(wǎng)帶來(lái)如下不利影響：導(dǎo)致電流增大和視在功率增大，設(shè)備容

13、量增加；設(shè)備和線(xiàn)路損耗增加；導(dǎo)致電壓波動(dòng)大等。為了盡可能的減小上述問(wèn)題帶來(lái)的影響，本次設(shè)計(jì)中，通過(guò)整流電路后輸出的脈動(dòng)直流通過(guò)濾波電路是輸出電壓值趨于穩(wěn)定。濾波電路中，電解電容 Cd 濾波得到平穩(wěn)的直流送到逆變器。高頻濾波電容 Ch 用于提供高頻無(wú)功電流的通路。濾波電路如圖 2.6 所示圖 2.6 濾波電路2.2.3 逆變電路設(shè)計(jì)與整流相對(duì)應(yīng)，把直流電變成交流電成為逆變。逆變電路分為有源逆變和無(wú)源逆變兩類(lèi)。通常情況下，不加特殊說(shuō)明，逆變電路都是指無(wú)源逆變電路，而無(wú)源逆變電路又包含電壓型和電流型逆變兩種。本設(shè)計(jì)采用單相電壓型全橋逆變電路，它共有4個(gè)橋臂，可以看成由兩個(gè)半橋電路組合而成。把橋臂1和

14、4作為一對(duì)，橋臂2和3作為另一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)交替導(dǎo)通各導(dǎo)通180度。全橋逆變電路是單相逆變電路中應(yīng)用最為廣泛的。其電路具有如下特點(diǎn)：（1）直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源，直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗；（2）由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)；而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同；（3）當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起到緩沖無(wú)功能量的作用；為了給交流側(cè)向直流才反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。電壓型全橋逆變電路如圖2.3所示。電壓型逆變電路負(fù)載分析：電容與負(fù)載

15、串聯(lián)構(gòu)成了電壓型逆變器的負(fù)載電路。. v如圖2.4所示。由圖2.4可知，負(fù)載阻抗為： (2-1)jXRjXjXRjwCjwLRZCL1 圖2.3 電壓型逆變電路 圖2.4 電壓型負(fù)載電路 負(fù)載阻抗的模為: (2-2)2222)1()(|wCwLRXXRZCL當(dāng)ImZ(jw)=0時(shí)，即,電路發(fā)生諧振，設(shè)諧振角頻率為。01jwCjwL0w所以 則= （2-0100CjwLjw0wLC13）由于=，故諧振頻率為：0w02 f （2-LCf2104）品質(zhì)因數(shù)：（2-5）CLRCRwRLwQ1100則電感和電容上的電壓分別為： （2-jQUURLwjLIjwUL006） （2-7）jQUUCRwjICw

16、jUC0011可見(jiàn)，電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)外部電源電壓全部加在電阻上，電感上的電壓和電容上的電壓大小相等，方向相反，且大小等于外部電壓的 Q 倍，因此我們也常常把串聯(lián)諧振稱(chēng)為電壓型諧振，Q 為諧振電路的品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)今逆變電源控制廣泛的采用了SPWM正弦脈沖寬度調(diào)制法。它是調(diào)制波為正弦波，載波為三角波或鋸齒波的一種脈沖寬度調(diào)制法，由于三角波或鋸齒波的上下寬度是線(xiàn)性變化的波形，因此它與調(diào)制波相交時(shí)，就可以得到一組幅值相等，而寬度正比于調(diào)制波的函數(shù)值的矩形脈沖序列用來(lái)等效調(diào)制波，用開(kāi)關(guān)量取代模擬量，并通過(guò)對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)管的通斷控制，把直流電變成交流電。SPWM調(diào)制的工作原理：沖量等效原理，大小、波形不相同

17、的窄脈沖變量作. v用于慣性系統(tǒng)時(shí)，只要它們的沖量即變量對(duì)時(shí)間的積分相等，其作用效果基本相同。正弦波脈沖寬度調(diào)制波形，就是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。根據(jù)采樣控制理論，脈沖頻率越高，SPWM波形越接近正弦波。逆變器輸出電壓為SPWM波形時(shí)，其低次諧波得到很好地抑制和消除，高次諧波又能容易濾去，從而可得到畸變率極低的正弦波輸出電壓。根據(jù)脈寬調(diào)制的特點(diǎn)，逆變器主電路的開(kāi)關(guān)器件在其輸出電壓半周內(nèi)要開(kāi)關(guān)N 次，而器件本身的開(kāi)關(guān)能力與主電路的結(jié)構(gòu)及其換流能力有關(guān)，所以，應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)時(shí)必然受到一定條件的制約，主要有下列兩點(diǎn)：開(kāi)關(guān)頻率。電力電子器件的開(kāi)關(guān)頻率受到其固有開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗

18、的限制。為了使逆變器輸出盡量接近正弦波，應(yīng)該盡可能增大載波比，但開(kāi)關(guān)器件本身允許的開(kāi)關(guān)頻率又限制了載波比不能太大。最小間歇時(shí)間與調(diào)制度。為保證主電路開(kāi)關(guān)器件的安全工作，必須使所調(diào)制的圖2.5 主電路圖脈沖波有個(gè)最小脈寬與最小間隙的限制，以保證脈沖寬度大于開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間與關(guān)斷時(shí)間。主電路如圖2.5所示。2.3 元器件型號(hào)選擇2.3.1 整流電路參數(shù)計(jì)算與選擇（1）三相半控整流電路，其整流輸出的直流電壓為：=dU23iU式中：整流濾波輸出電壓平均值；dU整流電路輸入線(xiàn)電壓；iU. v則 = 1.35=1.35 380=513VdU23iUiU本電源的最大輸出功率為=200KW，考慮到濾波器的損

19、耗以及功率開(kāi)關(guān)管mP器件的開(kāi)關(guān)損耗，設(shè)逆變器的變換效率為 95%，則整流電路最大輸出直流功率為：= =200/0.95=210.5KW dmPmP則整流電路的最大輸出直流電流為：=210.5/513=410.4A ddmdmUPI（2）整流二極管參數(shù)計(jì)算在三相整流電路中，每個(gè)橋臂的二極管所承受的正反向電壓的最大值為三相交流電網(wǎng)線(xiàn)電壓的峰值，在實(shí)際應(yīng)用中還需要考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)以及各類(lèi)浪涌電壓的影響，因此需要留有一定的安全裕量，一般取為此峰值電壓的23 倍，則整流二極管的額定電壓為：=V NU)32(2iU)32(3802 )16126 .1074(流過(guò)二極管的電流有效值為：236.9A 34

20、 .4103dmVTII按照有效值相等的原則來(lái)選取二極管的額定電流，并留有一定的裕量，一般1.52 倍, 則整流二極管的額定電流為：= =A 57. 1)25 . 1 (VTNII57. 19 .236)25 . 1 ()8 .3014 .226(所以選取耐壓值為 1300V，額定電流為 250A 的整流二極管。2.3.2 濾波電路參數(shù)計(jì)算與選擇濾波電容器主要起濾波和穩(wěn)定電壓的作用。由于采用了三相橋式整流電路，應(yīng)按下式設(shè)計(jì)濾波電容的值：=dRdC300)86(T1為整流輸入電壓的頻率，=50Hz，直流電源的負(fù)載電阻：1T=1.25dRddIU4 .410513)(. v因此： =dCdR300

21、)86(1T25. 1300)86()(534400(F電容耐壓值為： =1.5 1.35 380=769.5V cUiU35. 15 . 1由于耐壓要求較高，所以選擇6個(gè)1000電容，耐壓為400V，分成相同的兩F組串聯(lián)。2.3.3 逆變電路參數(shù)計(jì)算與器件選擇IGBT 所承受的正向電壓值就是前面整流電路的輸出電壓，實(shí)際應(yīng)用時(shí)留dU有一定的安全裕量，一般取為23 倍。因此IGBT 的額定電壓為：=513=（10261539） NU)32(dU)32(逆變電路輸出電流有效值最大為： =569.6A cos22dHMII8 . 0224 .410由于IGBT 在一個(gè)周期內(nèi)橋臂的開(kāi)關(guān)管只導(dǎo)通不到一半

22、的時(shí)間，同時(shí)考慮到1.52 倍的安全裕量，則流過(guò)IGBT 的電流有效值為：=2=805.4A 22HMVHNMII26 .569由以上計(jì)算可知，應(yīng)選 1000V-300A 型號(hào)為 KK300-10 的 IGBT 四只。2.3.4 諧振槽路參數(shù)設(shè)計(jì)與選擇（1）槽路電容設(shè)計(jì)由于此感應(yīng)加熱電源不采用阻抗匹配變壓器，因此在設(shè)計(jì)槽路電容時(shí)，主要考慮它與諧振電感的無(wú)功能量交換平衡。感應(yīng)加熱電源直流側(cè)電壓 Ud,逆變時(shí)在負(fù)載上產(chǎn)生正負(fù)交變的方波正負(fù) Ud。經(jīng)傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi)基波電壓有效值 2.82Ud/3.14。取 Q=3,因此諧振槽路電容兩端電壓為：Uc=QU=3*2.82/3.14*Ud=1382.2v其阻

23、抗為：Xc=Uc/Ic=1382.2/30=46)(所以 C=1/wXc=189(nF)所以可按 1382.2V 和 189nF 選配槽路電容。（2）諧振電阻和電感的設(shè)計(jì). v諧振時(shí)有 XL=XC=46)(所以 L=XL/w=336(uH)Q=wL/R=3所以槽路線(xiàn)圈和負(fù)載等效電阻 R=wL/Q=9)(可按 1382.2V 和 30A 及 336uH 設(shè)計(jì)加熱線(xiàn)圈，負(fù)載和等效電阻為 9 歐姆左右。2.4 系統(tǒng)仿真2.4.1 MATLAB 仿真軟件簡(jiǎn)介MATLAB（矩陣實(shí)驗(yàn)室）是 MATrix LABoratory 的縮寫(xiě)，是一款由美國(guó) The MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件。MAT

24、LAB 是一種用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境。除了矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB 還可以用來(lái)創(chuàng)建用戶(hù)界面及與調(diào)用其它語(yǔ)言（包括 C，C+和 FORTRAN）編寫(xiě)的程序。盡管 MATLAB 主要用于數(shù)值運(yùn)算，但利用為數(shù)眾多的附加工具箱（Toolbox）它也適合不同領(lǐng)域的應(yīng)用，例如控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、圖像處理、信號(hào)處理與通訊、金融建模和分析等。另外還有一個(gè)配套軟件包 Simulink，提供了一個(gè)可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境，常用于系統(tǒng)模擬、動(dòng)態(tài)/嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等方面。MATLABMATLAB 和 Mathematica、Maple 并稱(chēng)為三大

25、數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB 可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶(hù)界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來(lái)解算問(wèn)題要比用 C，F(xiàn)ORTRAN 等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使 MATLAB 成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì) C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA 的支持。可以直接調(diào)用

26、,用戶(hù)也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLAB 愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶(hù)可以直接進(jìn)行下載就可以用。20 世紀(jì) 70 年代，美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任 Cleve Moler 為了減輕學(xué)生編程的負(fù)擔(dān)，用 FORTRAN 編寫(xiě)了最早的 MATLAB。1984 年由Little、Moler、Steve Bangert 合作成立了的 MathWorks 公司正式把 MATLAB 推向市場(chǎng)。到 20 世紀(jì) 90 年代，MATLAB 已成為際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。. v2.4.2 感應(yīng)加熱電源主電路波形仿真電源的設(shè)計(jì)師一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程

27、，因此不能僅憑理論分析就進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，可能會(huì)造成很多在經(jīng)濟(jì)人力方面的浪費(fèi)，所以在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)之前，應(yīng)該對(duì)理論設(shè)計(jì)的電路通過(guò)專(zhuān)業(yè)工具進(jìn)行仿真。前面分析了感應(yīng)加熱電源的工作原理以及硬件電路的組成，那么接下來(lái)就是通過(guò)專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)仿真軟件來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路的可行性。逆變電路仿真波形如圖 2.7 所示圖 2.7 逆變輸出電壓仿真波形圖 2.8 濾波輸出電流和負(fù)載電壓波形圖 2.9 系統(tǒng)輸出仿真波形由圖 2.7 和圖 2.8 可以看出，經(jīng)過(guò) Matlab 軟件仿真后的輸出波形與理論分析及計(jì)算結(jié)果基本一致，基本符合本次設(shè)計(jì)要求。本次設(shè)計(jì)設(shè)定了感應(yīng)加熱電源的負(fù)載為一定值，對(duì)此負(fù)載進(jìn)行仿真分析。圖 2.9 為系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)下的輸出波形，系統(tǒng)保持工作在諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了頻率的自動(dòng)跟蹤，確保了電源的穩(wěn)定運(yùn)行，符合前面的設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。. v第 3 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)在理論分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)感應(yīng)加熱裝置的需要設(shè)計(jì)了一種感應(yīng)加熱電源，此次設(shè)計(jì)完成了感應(yīng)加熱電源主電路的搭建，包括整流、濾潑、逆變電路等，確定了以 IGBT 作為功率開(kāi)關(guān)器件的電壓型逆變器作為本系統(tǒng)的逆變電路，在額定功率下對(duì)整個(gè)感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)進(jìn)行