高频感应加热电源锁相控制技术的.研究

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1、华北电力大学硕士学位论文4)产品升级换代困难，若要升级换代必须对控制系统做硬件改动；5)模拟控制的监控功能有限，无法实现智能化哺3；数字化控制可以有效地弥补这些缺点。随着信息技术的发展，高速数字信号处理芯片(DsP)的出现，使得数字化控制在更广阔电气控制领域应用中提供了可能性，也成为主要发展趋势之一。有了高速数字处理芯片的支持，采用数字化的控制策略不仅可以较好的解决模拟控制中的有关问题，而且还增加了模拟控制中较难实现的一些控制功能，其主要优点有：1)控制灵活，系统升级方便，只需修改相应的控制算法，而不必对硬件电路加以很大的改动。数字控制系统的控制方案体现在控制程序

2、上，一旦相关硬件资源得到合理性配置，只需通过修改控制软件或指令，就可以提高原有系统的控制性能。2)控制系统可靠性提高，易于标准化。由于数字控制的高可靠性，必然使得整个控制系统可靠性得到提高。3)系统一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不会像模拟器件那样存在差异，所以对于采用同一控制程序的控制板，其一致性是很好的，而且也没有模拟系统中因模拟器件调试带来的差异问题。采用了软件控制，就实现了硬件软件化，使得控制板的体积大大减小，生产成本下降。随着数字化技术的发展，数字控制技术逐渐取代模拟控制技术来实现传统的控制功能，同时也实现了一些更先进的控制功能。目前，对高性

3、能先进的运动控制系统，数字控制己被认为是唯一的实现方法心1。谐振逆变器锁相控制系统的控制实时性要求很高，数字控制技术相对于模拟技术控制具有性能稳定、可靠、无零漂、抗干扰能力强等优点，另外它的设计灵活和内部的高速处理能力，给设计者提供了很大的方便∞1。但是数字控制技术也尤其固有的缺点，例如反应速度慢，控制量不连续等，而模拟器件则正好可以弥补这一缺点。因此本课题以固态高频感应加热电源为主要研究对象，以TMs320LF2407ADsP为控制器，并结合模拟器件采用数模结合的控制方法实现了电压型谐振逆变器的锁相控制。这种方法结合了模拟与数字控制技术各自的优点，对于实现感应加

4、热电源的高性能化有较大意义。1．2感应加热电源的发展与现状固态感应加热电源的发展与电力半导体器件和控制理论的发展密切相关。本世纪初玻璃管汞弧整流器的发明标志着电力电子学的起源，而50年代末晶闸管的出现则标志着以固态半导体器件为核心的现代电力电子学的开始n1。在50年代前，感应加热电源主要有：工频感应熔炼炉、电磁倍频器、中频发2华北电力大学硕士学位论文电机组和电子管振荡器式高频电源。晶闸管的出现引起了感应加热电源技术以致整个电力电子学的一场革命，感应加热电源及应用从此得到了飞速发展阳1。二十世纪七十年代初期，由于电力电子技术尚处于传统阶段，研制开发的感应加热电源中整

5、流、逆变器件全由晶闸管组成，工作频率低，噪音高，控制系统一般采用分立器件构成。七十年代后期，以大功率晶体管、门极可关断晶闸管和功率场效应管为内容的全控型功率半导体器件的商品化，使电力电子技术出现了一次飞跃。进入八十年代以后，半导体工艺同渐成熟，并不断产生新技术，出现了大功率半导体器件和模块。在八十年代后期，不仅已有的GTR、POWERMOSFET容量不断提高，而且出现了绝缘栅双极晶体管(IGBT)、静电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SITH)、MoS控制晶闸管(MCT)等新型自关断器件，它们为全固态中高频感应加热电源的推广普及提供了条件。IGBT、SITH

6、在几十千赫兹频段内得到了大量应用，而SIT、MOSFET则在100KHZ以上频段向传统的电子管式感应加热电源发起了挑战旧1。随着新型快速电力半导体器件的发展，使开发全固态高频感应加热电源成为可能。与电子管式高频电源相比，它有着无可比拟的优点：可以频繁启动，控制灵活，体积小，重量轻，可靠性高，效率从50％提高到90％，节省了大量电能，省去了庞大的升压变压器及灯丝变压器，大大减少了冷却用水。正是这许多优点，使得全固态高频电源在感应加热领域中得以迅速发展。另外，半导体器件电流容量和电压等级的不断提高，使全固态高频感应加热电源日益走向大容量化。而功率MOSFET器件由于其

7、漏电流具有负温度系数、可自动均流和均温的优点，极易并联使用，从而也可以大大提高全固态高频感应加热电源的输出功率。目前全固态高频感应加热电源采用的开关器件主要以模块化、大容量化MosFET功率器件为主。随着功率MOsFET的成功研制，感应加热电源技术也迈上了一个新的台阶，其发展呈以下特点：1)大功率、高频率；2)低损耗、高功率因数；3)智能化、复合化；4)应用范围扩大化。西班牙采用MOSFET的电流型感应加热电源制造水平达到600kW／400kHz，德国在1989年研制的电流型MoSFET感应加热电源水平达480kW／50～200kHz，比利时InductoElph

8、iac公司