固態(tài)高頻感應加熱電源數字化控制技術的研究
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感應加熱
作者: admin 發(fā)布時間:2021-02-26 02:33:47點擊:16678
感應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,在工業(yè)熱處理領域中得到了廣泛的應用。本文首先對感應加熱的基本機理和特性,以及目前的主要功率調節(jié)方式進行了介紹。針對傳統(tǒng)脈沖密度控制輸出功率有級性以及輸出負載電流斷續(xù)的缺點,易導致鎖相環(huán)電路無法可靠工作,提出了一種改進脈沖密度控制方法,并進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)脈沖密度控制感應加熱電源功率輸出有級性的缺點,提出了一種改進脈沖密度控制方法。與均勻脈沖密度控制方法進行比較研究,詳細分析了改進脈沖密度控制脈沖的產生機理和逆變電路換流過程,并采用有限狀態(tài)機的方法產生功率開關器件的控制脈沖。結合Matlab和ModelSim聯合仿真工具進一步驗證了控制脈沖產生的合理性和有效性。2.針對脈沖密度控制在負載品質因數小于等于2時負載輸出電流容易出現波動或者斷續(xù)的問題,設計了一種改進的鎖相環(huán)頻率跟蹤控制電路。引入了負載峰值電流檢測和比較環(huán)節(jié),并在鎖相環(huán)電路中加入了采樣保持器。相比傳統(tǒng)鎖相環(huán)控制電路進一步提高了逆變器對負載電流相位的跟蹤捕捉性能,改善了功率開關器件在零電流和零電壓狀態(tài)時的開關特性。3.為了提高逆變電路輸出功率的穩(wěn)定性,設計了基于輸出功率閉環(huán)的完整感應加熱電源拓撲結構和詳細的控制電路。由一個內嵌于FPGA內的查找表完成功率給定值和脈沖密度調制序列的匹配。通過加入三態(tài)滯環(huán)比較電路和預期算法模塊,提高了負載輸出功率實際值對參考值的跟蹤速率。為了避免滯環(huán)反饋控制在兩個調制序列之間重復振蕩的問題,對輸出功率進行平均化處理,進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。4.結合改進脈沖密度控制原理和仿真分析,研制了一臺基于數字化控制技術的固態(tài)高頻感應加熱電源試驗樣機。功率開關器件控制脈沖產生、鎖相環(huán)頻率跟蹤控制均由一片現場可編程門陣列(FPGA)芯片完成,實現了控制系統(tǒng)的數字化。同時通過試驗與脈沖移相控制方法在開關損耗方面進行了對比分析,驗證了改進脈沖密度控制方法的優(yōu)勢性。
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