固態(tài)高頻感應(yīng)加熱電源數(shù)字化控制技術(shù)的研究.pdf

1、感應(yīng)加熱電源具有效率高、綠色無污染、控制方式靈活和加熱速度快等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)熱處理領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文首先對感應(yīng)加熱的基本機(jī)理和特性，以及目前的主要功率調(diào)節(jié)方式進(jìn)行了介紹。針對傳統(tǒng)脈沖密度控制輸出功率有級性以及輸出負(fù)載電流斷續(xù)的缺點(diǎn)，易導(dǎo)致鎖相環(huán)電路無法可靠工作，提出了一種改進(jìn)脈沖密度控制方法，并進(jìn)行了深入的研究和分析，論文完成的主要工作如下:
　　 1.針對傳統(tǒng)脈沖密度控制感應(yīng)加熱電源功率輸出有級性的缺點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)

2、脈沖密度控制方法。與均勻脈沖密度控制方法進(jìn)行比較研究，詳細(xì)分析了改進(jìn)脈沖密度控制脈沖的產(chǎn)生機(jī)理和逆變電路換流過程，并采用有限狀態(tài)機(jī)的方法產(chǎn)生功率開關(guān)器件的控制脈沖。結(jié)合Matlab和ModelSim聯(lián)合仿真工具進(jìn)一步驗(yàn)證了控制脈沖產(chǎn)生的合理性和有效性。
　　 2.針對脈沖密度控制在負(fù)載品質(zhì)因數(shù)小于等于2時(shí)負(fù)載輸出電流容易出現(xiàn)波動或者斷續(xù)的問題，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的鐨相環(huán)頻率跟蹤控制電路。引入了負(fù)載峰值電流檢測和比較環(huán)節(jié)，并在鎖相環(huán)電

3、路中加入了采樣保持器。相比傳統(tǒng)鎖相環(huán)控制電路進(jìn)一步提高了逆變器對負(fù)載電流相位的跟蹤捕捉性能，改善了功率開關(guān)器件在零電流和零電壓狀態(tài)時(shí)的開關(guān)特性。
　　 3.為了提高逆變電路輸出功率的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)了基于輸出功率閉環(huán)的完整感應(yīng)加熱電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和詳細(xì)的控制電路。由一個(gè)內(nèi)嵌于FPGA內(nèi)的查找表完成功率給定值和脈沖密度調(diào)制序列的匹配。通過加入三態(tài)滯環(huán)比較電路和預(yù)期算法模塊，提高了負(fù)載輸出功率實(shí)際值對參考值的跟蹤速率。為了避免滯環(huán)反饋控制在

4、兩個(gè)調(diào)制序列之間重復(fù)振蕩的問題，對輸出功率進(jìn)行平均化處理，進(jìn)一步減小了輸出電流紋波和電流偏置，克服了傳統(tǒng)脈沖密度控制輸出功率非線性和離散性的缺點(diǎn)。
　　 4.結(jié)合改進(jìn)脈沖密度控制原理和仿真分析，研制了一臺基于數(shù)字化控制技術(shù)的固態(tài)高頻感應(yīng)加熱電源試驗(yàn)樣機(jī)。功率開關(guān)器件控制脈沖產(chǎn)生、鎖相環(huán)頻率跟蹤控制均由一片現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)芯片完成，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的數(shù)字化。同時(shí)通過試驗(yàn)與脈沖移相控制方法在開關(guān)損耗方面進(jìn)行了對比分析，驗(yàn)證