摘 要

感应加热是一种利用电磁感应原理进行能量转换的技术，以其加热效率高、速度快、可控性好和环保等优点被广泛应用在金属冶炼、焊接和锻造等领域。感应加热技术根据频率可以分为低频，中频，超音频和高频，本次要求设计一种中频电磁感应加热电源系统。

本文首先介绍了感应加热技术的原理以及国内外发展状况及发展趋势，然后从负载端开始设计电源系统的结构，拟定实现设计目标的方案，比较方案的优缺点并选择了以串联谐振电压型逆变拓扑为基础的完整方案，分析了整流电路、滤波电路和逆变电路的结构，计算电路各部分的参数。本次设计采用IGBT作为开关器件，并以此设计了控制及驱动电路实现电路功能。最后通过Matlab仿真得到电路的波形，验证了设计电路的可行性。

关键词：感应加热；串联谐振；PWM控制；IGBT

Abstract

Induction heating is aof energytechnology based on the of electromagnetic induction.With the advantages of high heating efficiency,,good controllability and environmental protection,in the field of metal smelting, welding and forging.Induction heating technology can be divided into low frequency, intermediate frequency, super audio frequency , this design requires a kind of electromagnetic induction heating power supply system.

This paper firstly introduces the principle ofand the development status and trend at home and abroad.Then the structure system is designed from the load side, and the scheme of realizing the design goal is drawn up.According to the advantages and disadvantages,the complete scheme based on the series resonant voltage type inverter is selected.The parameters of eachof the circuit are calculated from the analysis of rectifier circuit, filter circuit and inverter circuit.The parameters of each part of the circuit are calculated.This design uses the IGBT as the switch device, and designed the control and the drive circuit to realize the circuit function.Finally, the waveform of the circuit is obtained by Matlab simulation, which verifies the feasibility of the design circuit.

Key words: Induction heating；Series resonance；Pulse Width Modulation；IGBT

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1感应加热原理及特点 1

1.2感应加热发展现状及趋势 2

1.2.1国外感应加热发展现状 2

1.2.2国内感应加热发展现状 3

1.2.3感应加热技术发展趋势 3

第2章 感应加热系统实现方案分析 5

2.1感应加热电源逆变拓扑结构分析 5

2.1.1串联谐振型感应电路 5

2.1.2并联谐振型感应电路 6

2.1.3串并联谐振逆变电路的比较 8

2.2感应加热负载匹配方案研究 9

第3章 感应加热电源主回路电路分析 11

3.1整流电路分析 12

3.2滤波电路分析 14

3.3逆变电路分析 14

3.4功率调节方案的设计 15

3.4.1直流斩波调功分析 15

3.4.2逆变器调功分析 15

第4章 控制驱动电路的设计 18

4.1基于CD4046锁相环的设计 18

4.1.1锁相环集成芯片CD4046 18

4.1.2启动方式的设计 20

4.1.3负载电流反馈 20

4.2控制芯片UCC3895 21

4.2.1死区功能分析 22

4.2.2移相功能介绍 23

4.2.3外围电路设计 23

4.3驱动电路的设计 24

第5章 Matlab仿真及分析 27

5.1Matlab主电路仿真 27

5.1.1整流电路仿真 27

5.1.2滤波电路仿真 28

5.1.3逆变电路仿真 28

5.2仿真结果分析 28

第6章 结论 30

参考文献 31

附录 完整电路图 32

致谢 33

第1章 绪论

感应加热技术是近几十年来兴起并不断发展的一门技术，广泛应用于现代大中小型工业生产过程中。相比于传统燃烧化石燃料加热，感应加热使用电能更加环保，更重要的是应用日趋成熟的控制技术使得感应加热效率更高，速度更快，控制更强，而且成本更低^[1]。在金属热处理和加工领域，感应加热技术有着广泛的应用，成为一项现代化生产不可或缺的关键技术。

1.1感应加热原理及特点

闭合回路里通过的磁通量发生变化时会产生感应电流，这是电磁感应现象。利用这种现象可以实现感应加热^[2]。

图1.1 感应加热原理

如图1.1所示，感应线圈通入交流电产生交变磁场，线圈中的金属工件从圆柱横截面处可以等效成环形闭合线圈，闭合线圈中通过交变磁场，磁通量产生变化，感应出环形电流即涡流，在集肤效应的影响下横截面电流集中在外环即导体表面，因此导体表面在电流的热效应下能够迅速加热。

感应线圈通过交流电产生交变磁场，在此影响下工件的感应电动势表达式为：

（1.1）

式中e为感应电动势，N为线圈匝数，正弦电源产生的磁场也是正弦变化的，所以：

（1.2）