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超音频感应加热电源的研究

超音频感应加热电源的研究

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作者：张超青岛科技大学

学位级别：硕士

随着当今节能减排和绿色生产目标的提高,感应加热的地位在工业生产中愈来愈高。超音频感应加热是利用电磁感应定律和电磁涡流技术,给负载施加超音频的交流电,使得加热工件产生涡流并自身产生大量的热能,对工件加热具有效率高,速度快,污... 详细信息

随着当今节能减排和绿色生产目标的提高,感应加热的地位在工业生产中愈来愈高。超音频感应加热是利用电磁感应定律和电磁涡流技术,给负载施加超音频的交流电,使得加热工件产生涡流并自身产生大量的热能,对工件加热具有效率高,速度快,污染低等优点,本文根据化工实验的需要,研究并设计了一台用于化工加热实验的全数字化的超音频感应加热的样机。为了实现感应加热装置(感应线圈和坩埚,以下简称系统负载)的最佳加热效果,本文利用COMSOL软件中“电磁温度”的多物理场仿真接口,分析了系统负载侧电磁场与温度场的相互作用,并根据加热速率对系统负载侧参数进行了建模。本文基于系统负载的结构和线圈匝数的电磁热仿真结果,设计了一种感应加热装置,以实现最佳加热效果。为了更好地提高效能,本文对比了电路拓扑,归纳了数学模型,提出控制策略和算法。本文采用了以频率为边界(FL)的切换模式,以此来判定移相pwm和pfm工作切换的边界频率。移相pwm,pfm混合调功的方式结合了前者的软开关(ZVZCS)特性和后者的快速调功特性。在初始启动的过程中,本设计采用谐振频率自动识别算法,算法使用两个已知的工作频率间接计算出电源的固有谐振频率,其可以在20毫秒之内锁定并捕捉到谐振频率。电源具有多种控制模式来满足工程实验的需要:恒电流模式,恒功率模式,恒温度模式,三个模式都具有各自的反馈环节,都采用了积分分离式限幅PI控制算法。本文根据系统设计指标和仿真结果选择系统器件来设计搭建串联谐振的主电路;再设计搭建以STM32F334为核心的控制电路;设计程序调试组装;最终设计实验证明:实验样机验证了上述控制策略和算法的可行性及优点,同时也验证了主电路和控制电路正确及可靠。

关键词：超音频感应加热 COMSOL多物理场仿真 ZVZCS 移相pwm-pfm混合调功 STM32F334

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