论文部分内容阅读
感应加热电源技术有绿色环保,易于实现自动化等诸多优点,随着我国工业水平的不断提高,感应加热技术会逐渐被广泛应用于各种场合。但是传统感应加热电源普遍应用的是半控功率器件或者不可控功率器件,存在效率低、谐波大等问题。因为三相电流型PWM整流器(CSR)可以实现直流侧电压、电流从零开始调节,从而可以实现直流侧直接调功,并且可以以任意功率因数运行,因此将三相CSR应用到感应加热电源整流部分。本文深入分析研究了三相CSR拓扑结构、控制策略以及基于三相CSR的感应加热电源设计等方面。基于三相CSR搭建了感应加热实验样机并实现了稳定运行。全文的主要内容如下:首先,分析了三相电压型PWM整流器(VSR)和三相CSR的拓扑结构和工作特点差异性,选择将优势明显和更具有研究意义的三相CSR应用到感应加热电源实验平台。并且深入分析了三相CSR的数学模型以及电流型空间矢量合成方式,为后续的控制算法研究和实验平台搭建提供理论基础。其次,针对于感应加热工作所需快速跟踪和强鲁棒性特点以及三相CSR的采用所带来谐振尖峰问题,深入研究了三相CSR的控制策略,提出了电流内环采用非线性和有源阻尼复合控制器,外环采用可调功率因数的PI控制器的控制策略。该控制策略不仅可以实现整流器以任意功率因数运行,而且由于电流内环采用了非线性和有源阻尼控制器,极大地增加了系统的鲁棒性,并且有源阻尼控制的加入使得系统在不增加额外损耗的基础上,克服了非线性控制器不能对网侧的LC滤波器存在的谐振尖峰进行抑制的缺陷。本文通过幅相特性曲线深入分析了多种有源阻尼方式的控制效果和虚拟电阻值的选取。通过仿真和实验角度和传统控制方式对比分析均证明以上控制策略能达到良好的控制效果。最后,采用PC104工控微机和FPAG等芯片设计完成基于三相CSR的感应加热实验样机的搭建。并且对PC104通讯接口进行深入研究设计,通过FPGA硬件设计完成了三相CSR所需要的三值逻辑的IGBT驱动信号生成。采用SG3525及外围电路方式完成锁相控制和调宽调功。通过对实验样机多角度波形分析证明该设计有良好的工作效果。