基于电磁感应加热的压光机加热系统设计与试验

作     者：赵佳龙 

作者单位：陕西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑甲红

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：电磁感应加热 半桥串联谐振逆变电路 斩波调功 频率跟踪 

摘      要：为将压光机应用于皮革、无纺布和防弹衣材料等多种加工领域,需要对压光机加热辊的温区进行改进,但传统加热方式能达到的温度有限,难以满足压光温度要求。而电磁感应加热的热转换效率高,可有效提高加热辊辊面温度,同时减少预热时间。故本文选择以电磁感应加热作为替代加热方式,通过感应加热装置完成加热辊的加热工作。本文主要研究内容如下:(1)分析了影响加热温度的因素,确定加热方案并根据加热方案完成了三维建模。根据电磁场理论建立数学模型,得出了加热温度主要与流过感应线圈的电流大小和电流频率、以及感应线圈与加热辊的间距等因素有关;结合电磁感应加热的特性确定了加热方案,并利用Solidworks进行了加热方案的三维建模。(2)确定了感应加热电源的主电路结构,完成了主电路器件的参数计算和选型。通过分析串联谐振逆变电路的特点,结合设计要求选择以半桥串联谐振逆变电路作为主电路结构,让负载工作在小感性状态;分析了感应加热电源输出功率的影响因素,通过几种调功方式的对比,选择以直流侧斩波调功作为功率调节方式;确定主电路由三相不控整流、斩波、半桥逆变和谐振电路组成,根据设计要求对各电路器件进行了参数计算和选型工作,为感应加热电源模型的搭建提供数据支持。(3)设计了功率闭环控制和频率锁相跟踪电路,并在Matlab/Simulink中建立仿真模型,进行了仿真试验。根据驱动要求选择逆变电路驱动模块,设计斩波调功闭环控制方案,同时引入锁相环电路实现工作频率的捕捉与跟踪;在Matlab/Simulink中搭建半桥串联谐振感应加热电源仿真模型,并进行仿真;仿真结果验证了斩波调功闭环控制和频率锁相跟踪的可行性,设计的感应加热电源满足控制要求。(4)搭建试验样机,在不同工作参数下完成了加热试验并对结果进行了分析。根据Solidworks中建立的模型搭建简易试验样机,选择感应加热电源输出功率、感应线圈与加热辊的间距和加热辊辊面线速度作为影响因素,进行了单因素和多因素正交试验。试验结果表明:功率和间距对加热温度的影响较大,而线速度的影响不明显;所设计的样机能满足压光机加热辊的加热温度要求。