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多负载电磁炉锅具检测与功率控制研究

多负载电磁炉锅具检测与功率控制研究

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作者：刘方舟浙江大学

学位级别：硕士

电磁感应加热凭借其高效、清洁、安全与功率可控等优点,正逐渐取代传统加热方式,广泛应用于工业、家庭、医疗等领域中。作为感应加热在民用领域中的典型代表,电磁炉越来越受到人们的重视。首先,论文以设计输出功率上限为2000W的八负载... 详细信息

电磁感应加热凭借其高效、清洁、安全与功率可控等优点,正逐渐取代传统加热方式,广泛应用于工业、家庭、医疗等领域中。作为感应加热在民用领域中的典型代表,电磁炉越来越受到人们的重视。首先,论文以设计输出功率上限为2000W的八负载电磁炉为目标,分析了电磁炉常用逆变电路拓扑及多负载拓扑的特点,根据设计要求比较不同拓扑后,选择负载并联的半桥串联谐振逆变电路作为多负载电磁炉的主电路拓扑。其次,针对传统的脉冲计数法由于其非实时特性而不适用于多负载电磁炉的问题,分析了电流相位与负载参数之间存在的近似关系,提出了一种基于电流相位的实时锅具检测方法,并设计了以CPLD为核心的软件和硬件电路实现方案,通过仿真验证了其可行性。接着,针对传统脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)的调功线性度差、轻载时频率高导致开关损耗增加等缺点,设计了脉冲频率调制与低频脉冲宽度调制(Pulse Frequency Modulation and Low Frequency Pulse Density Modulation,PFM&LF-PDM)的组合调功方式,在调功时维持频率在小范围内变化,同时负载开关切换点靠近母线电压过零点,有效降低了开关损耗,并通过仿真验证其可行性。最后,结合设计目标,搭建了负载并联的多负载半桥电磁炉实验平台,通过理论分析确定了系统的主要参数和器件选型,设计了主要的保护电路、采样电路与控制系统,并对该系统进行实验验证。实验结果表明,基于电流相位的实时锅具检测方法能够较为准确地区分锅具材质,PFM&LF-PDM调功方式能够有效减小频率变化量,提高系统鲁棒性。

关键词：半桥串联谐振逆变电路多负载电磁炉电流相位锅具检测 PFM&LF-PDM

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基于电磁感应加热的压光机加热系统设计与试验

基于电磁感应加热的压光机加热系统设计与试验

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作者：赵佳龙陕西科技大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：电磁感应加热半桥串联谐振逆变电路斩波调功频率跟踪

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