畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告與文獻(xiàn)綜述

燕山大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告課題名稱：基于并聯(lián)諧振型逆變器的電磁爐設(shè)計(jì)學(xué)院（系）：里仁學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化系年級(jí)專業(yè)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：完成日期：一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對(duì)能源的需求日益增加，如何實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)成為世界各國(guó)必須解決的問(wèn)題?；诔Ｒ?guī)能源枯竭和環(huán)境保護(hù)的考慮，目前世界各國(guó)都已經(jīng)把開(kāi)發(fā)新能源和利用可再生能源作為未來(lái)能源發(fā)展的方向。近年來(lái)，國(guó)際油價(jià)急速飚升，使中國(guó)各行各業(yè)的燃料消耗成本越來(lái)越大，國(guó)家節(jié)能減排、綜合管理整治工作也深入開(kāi)展，綠色、節(jié)能、環(huán)保型產(chǎn)品將逐漸成為大勢(shì)所趨，而電磁爐的優(yōu)點(diǎn)最為突出：1、 清潔:無(wú)煙、無(wú)明火、不產(chǎn)生廢氣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。2、 使用方便:體積小，移動(dòng)方便，便于攜帶。3、 多功能性:功能齊全，蒸、煮、煎、炸、燉、涮、定時(shí)保溫全有。4、 經(jīng)濟(jì)：加熱速度快、加熱效率高整機(jī)效率可以達(dá)到90%左右。5、 安全:全塑外封，非接觸式加熱，無(wú)漏電，防水性，安全可靠。6、 適用各種場(chǎng)所:特別是禁火場(chǎng)所，因?yàn)橥姇r(shí)不產(chǎn)生明火，無(wú)高溫。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)電磁感應(yīng)加熱技術(shù)的研究主要分成兩個(gè)方向，一方面是以逆變?yōu)橹行模芯看?lián)諧振與并聯(lián)諧振在感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)中應(yīng)用的各自特點(diǎn)及注意事項(xiàng)；另一方面重點(diǎn)則是放在加熱線圈及加熱工件間能量轉(zhuǎn)移與功率消耗，這部分主要是以有限元分析法建模來(lái)探討;另外也一直在高頻、大功率、高可靠性的感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)中做更近一步的研究。由于使用中、高頻電流來(lái)做金屬熱處理或其他材料加工呈現(xiàn)急劇的增加，其應(yīng)用范圍如：表面硬化、銅釬焊接及熔化等。一般家用電磁爐采用傳統(tǒng)的單管自激式電路，在額定工作電壓為220V，當(dāng)輸出功率達(dá)到2000W以上時(shí)就會(huì)遇到困難。這是由于IGBT在高輸出功率時(shí)受能效問(wèn)題，及電磁輻射問(wèn)題所困擾。要解決這一問(wèn)題，通常是采用兩只IGBT并聯(lián)，以達(dá)到目的。而基于半橋串聯(lián)諧振電容設(shè)計(jì)的電磁爐，主要缺點(diǎn)是功率因數(shù)低、穩(wěn)定性差。逆變主回路上的功率因素低，大量電能損耗在電容和電感上，同時(shí)由于電壓和電流的相位差會(huì)電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響，產(chǎn)生諧波污染。逆變電路的大電流和多次諧波極大地影響了IGBT的正常運(yùn)行，大電流導(dǎo)致其發(fā)熱嚴(yán)重，多次諧波的影響容易導(dǎo)致其短路。通常，電磁爐的輸出功率是可以調(diào)節(jié)的，最常見(jiàn)的是采用PWM方式來(lái)調(diào)低輸出功率。但這樣存在難以實(shí)現(xiàn)IGBT工作電流過(guò)零關(guān)斷的目標(biāo)。所以，關(guān)斷損耗就成了產(chǎn)品技術(shù)的主要矛盾。與單管自激式電路一樣，在低功率工作時(shí)的電磁爐，其能效值會(huì)急劇下降。為了妥善地解決這問(wèn)題，通常可考慮采用PAM方式來(lái)調(diào)節(jié)功率大小，實(shí)現(xiàn)IGBT在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)均于零電流狀態(tài)。當(dāng)然，這會(huì)增加電路的復(fù)雜性，同時(shí)會(huì)增加成本。本設(shè)計(jì)采用并聯(lián)諧振電路能夠在同頻率下實(shí)現(xiàn)大功率輸出（如20kHz/40kW）,運(yùn)用PI調(diào)節(jié)閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)PWM直流斬波功率調(diào)節(jié)電路，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)功，通過(guò)鎖相頻率跟蹤，使得逆變器工作在容性諧振狀態(tài)，從而降低開(kāi)關(guān)損耗并保證逆變器的運(yùn)行安全。并聯(lián)諧振電路圖二、 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題：1、 串、并聯(lián)諧振型逆變器的區(qū)別；2、 并聯(lián)諧振型逆變器的工作原理及特點(diǎn)；3、 并聯(lián)諧振型逆變器的調(diào)功方法；4、 并聯(lián)諧振型逆變器的頻率跟蹤；5、 并聯(lián)諧振型逆變器的控制電路設(shè)計(jì)；6、 并聯(lián)諧振型逆變器的電路仿真；三、 研究步驟、方法及措施：?第1-4周——查閱資料，閱讀文獻(xiàn)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目要求，閱讀并聯(lián)諧振型逆變器方面的文獻(xiàn)，對(duì)其組成部分、工作原理、應(yīng)用領(lǐng)域等有一個(gè)大體了解。針對(duì)其研究方向進(jìn)一步查閱資料，確定研究對(duì)象的可行性。完成開(kāi)題報(bào)告。?第5-8周一一建立模型，設(shè)計(jì)電路鑒于前四周的準(zhǔn)備工作，熟悉并聯(lián)諧振型逆變器的電路基本原理、工作步驟，分析比較其優(yōu)點(diǎn)和不足，并學(xué)習(xí)參數(shù)計(jì)算方法。設(shè)計(jì)硬件電路圖與軟件流程圖，歸納解決主要問(wèn)題等。?第9-12周——算法研究，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)合相關(guān)知識(shí)，對(duì)聯(lián)諧振型逆變器進(jìn)一步分析研究，運(yùn)用相關(guān)軟件對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行模擬仿真，進(jìn)行電路優(yōu)化。?第13-16周一一軟件設(shè)計(jì)，電路調(diào)試學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)軟件及編程語(yǔ)言，將理論上的功能換成能夠識(shí)別的語(yǔ)言代碼，實(shí)現(xiàn)電氣化控制，從而能夠更為明了測(cè)試設(shè)計(jì)電路，以對(duì)其不足提出改進(jìn)。?第17-18周——整理數(shù)據(jù)，撰寫(xiě)論文總結(jié)前十六周所做的工作，按照規(guī)范要求撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。四、 研究工作進(jìn)度：第一周：通過(guò)查閱資料，了解并聯(lián)諧振型逆變器以及電磁爐。第二周：閱讀并聯(lián)諧振型逆變器原理及應(yīng)用的相關(guān)資料，掌握相關(guān)的知識(shí)以及方法，重點(diǎn)掌握電磁爐原理及設(shè)計(jì)方法。第三周：翻譯英文資料。學(xué)習(xí)相關(guān)應(yīng)用軟件。第四周：初步構(gòu)建硬件電路。從下周起，開(kāi)始搜集相關(guān)內(nèi)容的資料，整理思路，設(shè)計(jì)硬件電路繪制原理圖，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，最后認(rèn)真撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備答辯。五、主要參考文獻(xiàn)：王兆安電力電子技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社2003康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社2001張立 現(xiàn)代電力電子技術(shù)第l版科學(xué)出版社1992劉勝利現(xiàn)代高頻開(kāi)關(guān)電源實(shí)用技術(shù)電子工業(yè)出版社2001李杭軍串并聯(lián)諧振逆變器的設(shè)計(jì)揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)2007周艷瓊電磁爐工作原理家電檢修技術(shù)2001黃采倫IGBT驅(qū)動(dòng)模塊及其應(yīng)用國(guó)外電子元器件1999易映萍IGBT的驅(qū)動(dòng)與保護(hù) 儀表技術(shù)1999伍炎軍對(duì)中國(guó)電磁爐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考電器制造商 2003康明并聯(lián)諧振感應(yīng)加熱逆變器控制方法的設(shè)計(jì)現(xiàn)代電子技術(shù)2006胡雪峰IGBT集成驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊的分析比較與選用機(jī)床電器2004楊永輝并聯(lián)諧振感應(yīng)加熱逆變器控制方法的設(shè)計(jì)現(xiàn)代電子技術(shù)2006曲學(xué)基IGBT及其集成控制器在電力電子裝置中的應(yīng)用電子工業(yè)出版社2010RichardBonertSimpleStaningSchemeforaParallelResonanceInverterforinductionHeatingIEEETRANSACTIONSONINDUSTRYAPPLICATIONS1994GeorgeChryssisHighFrequencySwitchingPowerSupplies:TheoryandDesognNewYork:McgrawHillBookCompany1984六、 指導(dǎo)教師意見(jiàn)指導(dǎo)教師簽字：年月曰七、 系級(jí)教學(xué)單位審核意見(jiàn)：審查結(jié)果：口通過(guò)口完善后通過(guò)口未通過(guò)負(fù)責(zé)人簽字:年月曰燕山大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述課題名稱：基于并聯(lián)諧振型逆變器的電磁爐設(shè)計(jì)學(xué)院（系）：里仁學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化系年級(jí)專業(yè)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：完成日期:一、課題國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)電磁感應(yīng)加熱技術(shù)的研究主要分成兩個(gè)方向，一方面是以逆變?yōu)橹行?，研究串?lián)諧振與并聯(lián)諧振在感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)中應(yīng)用的各自特點(diǎn)及注意事項(xiàng)；另一方面重點(diǎn)則是放在加熱線圈及加熱工件間能量轉(zhuǎn)移與功率消耗，這部分主要是以有限元分析法建模來(lái)探討;另外也一直在高頻、大功率、高可靠性的感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)中做更近一步的研究。由于使用中、高頻電流來(lái)做金屬熱處理或其他材料加工呈現(xiàn)急劇的增加，其應(yīng)用范圍如：表面硬化、銅釬焊接及熔化等。和國(guó)外情況相比，國(guó)內(nèi)還有不少差距。在控制技術(shù)手段上，國(guó)外大量采用集成電路，數(shù)字顯示，微機(jī)控制，國(guó)內(nèi)則大部分是分立元件和繼電器控制，只有少部分采用集成電路控制，采用微機(jī)控制的則更少。在工作頻率上，國(guó)外基本沒(méi)有空白，可滿足不同用戶的要求，而國(guó)內(nèi)10kHz-100kHz基本屬于空白，100kHz以上以電子管式為主。在生產(chǎn)手段上，國(guó)外一般采取標(biāo)準(zhǔn)化大規(guī)模生產(chǎn)，而國(guó)內(nèi)仍處于手工業(yè)作坊階段，工藝落后，外觀質(zhì)量差。感應(yīng)加熱技術(shù)是20世紀(jì)初才開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)部門(mén)的，由于感應(yīng)加熱具有加熱速度快、物料內(nèi)部發(fā)熱和熱效率高、加熱均勻且具有選擇性、產(chǎn)品質(zhì)量好、幾乎無(wú)環(huán)境污染、可控性好及易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此得到了迅速發(fā)展。近年以來(lái)，感應(yīng)加熱技術(shù)在民用家電領(lǐng)域更是得到驚人的發(fā)展，其代表產(chǎn)品電磁爐已進(jìn)入市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。二、研究主要成果感應(yīng)加熱電源頻率可分為三個(gè)等級(jí)：500Hz以下為低頻，1—10kHz為中頻，20?100kHz為超音頻，100kHz以上為高頻。中頻多用品閘管但也有用IGBT，迄今國(guó)外品閘管中頻感應(yīng)加熱電源的最大容量己達(dá)上兆瓦級(jí)別，而國(guó)內(nèi)也有200Hz到8kHz、功率為100到3000kW的生產(chǎn)能力；1993年西班牙報(bào)道了30?600kW/50-100kW的感應(yīng)加熱電源，1994年日本采用IGBT研制了1200kW/50kHz的并聯(lián)型感應(yīng)加熱電源，從90年代初國(guó)內(nèi)開(kāi)始采用IGBT研制超音頻電源，浙江大學(xué)研制開(kāi)發(fā)的50kW/50kHz的IGBT超音頻電源已經(jīng)通過(guò)浙江省技術(shù)鑒定，2003年浙江大學(xué)三伊公司研制成功了100kW/100kHz的IGBT固體電源；日本公司在80年代末還采用SIT研制的電源水平達(dá)到100kW/200kHz,400kW/400kHz,國(guó)內(nèi)1996年天津高頻設(shè)備廠和天津大學(xué)聯(lián)合研制開(kāi)發(fā)出75kW/200kHz的SIT感應(yīng)加熱電源，比利時(shí)公司生產(chǎn)的電流型MOSFET感應(yīng)加熱電源可達(dá)1000kW/15?600kHz,美國(guó)、西班牙和德國(guó)采用MOSFET的電流型感應(yīng)加熱電源制造水平分別達(dá)600kW/400kHz,480kW/50?200kHz,目前國(guó)外最大容量已達(dá)幾十兆瓦，國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)在90年代研制成功了20kw/300kHz的MOSFET高頻電源。國(guó)內(nèi)目前MOSFET電源制造水平為400kW/500kHz。三、發(fā)展趨勢(shì)：今后，高頻感應(yīng)加熱電源的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：第一：大功率、高頻率。隨著半導(dǎo)體功率器件MOSFET、IGBT、MCT、IGCT等的發(fā)展，將來(lái)高頻感應(yīng)加熱電源必將朝著大功率和高頻率相統(tǒng)一的方向發(fā)展。第二：低損耗、高功率因數(shù)。隨著功率器件的發(fā)展，再加上驅(qū)動(dòng)電路的不斷完善和優(yōu)化，使得整個(gè)裝置的損耗明顯降低。隨著對(duì)電網(wǎng)無(wú)功要求的提高，具有高功率因數(shù)的電源是今后的發(fā)展趨勢(shì)。第三：智能化、復(fù)合化。隨著感應(yīng)加熱生產(chǎn)線自動(dòng)化控制程度及對(duì)電源可靠性要求的提高，高頻感應(yīng)加熱電源正向自動(dòng)化控制方向發(fā)展，具有計(jì)算機(jī)智能接口的全數(shù)字化高頻感應(yīng)加熱電源成為下一代發(fā)展目標(biāo)。第四：大容量化。從電路的角度來(lái)考慮感應(yīng)加熱電源的大容量化，可將大容量化技術(shù)分為二大類：一類是器件的串、并聯(lián)，另一類是多臺(tái)電源的串、并聯(lián)：在器件的串、并聯(lián)方式中，必須認(rèn)真處理串聯(lián)器件的均壓?jiǎn)栴}和并聯(lián)器件的均流問(wèn)題，由于器件制造工藝和參數(shù)的離散性、限制了器件的串、并聯(lián)數(shù)目，且串、并聯(lián)數(shù)越多，裝置的可靠性越差：多臺(tái)電源的串、并聯(lián)技術(shù)是在器件串、并聯(lián)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步大容量化的有效手段，借助于可靠的電源串、并聯(lián)技術(shù)，在單機(jī)容量適當(dāng)?shù)那闆r下，可簡(jiǎn)單地通過(guò)串、并聯(lián)運(yùn)行方式得到大容量裝置，每臺(tái)單機(jī)只是裝置的一個(gè)單元或一個(gè)模塊。四、 存在問(wèn)題電路方案、參數(shù)設(shè)計(jì)及控制軟件設(shè)計(jì)?分析電磁爐工作原理，選用的逆變電路形式，根據(jù)電路形式設(shè)計(jì)電路中各參數(shù)，包括IGBT的選型，諧振電感、電容的設(shè)計(jì)；在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)IGBT硬件重疊區(qū)電路和智能保護(hù)電路，保護(hù)開(kāi)關(guān)器件。設(shè)計(jì)控制軟件，功率控制模塊軟件。IGBT驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)研究IGBT特性及功耗計(jì)算，一般驅(qū)動(dòng)電路中應(yīng)注意的參數(shù)和柵極電阻的選取，重點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)電路，并通過(guò)仿真驗(yàn)證可行性。動(dòng)態(tài)負(fù)載模