高频感应加热电源的研究与设计(2)
1.2感应加热电源的应用最早对钢件表面进行淬火是在 1972 年，应用感应加热技术，使零件集聚了高硬度、高韧性及耐磨性的优点。如齿轮、活塞等部件的应用。如今，各式各样的商用、家用微波炉、电磁灶都普遍渗透在人们日常生活中。表1 1 罗列了感应加热电源各技术对应频率参考事例。表 1-1 中罗列了部分经典用途，相应的电流频率范围仅供参考。实际工作生产中，由于条件、性能要求的不同，应综合考虑，只有在理论与实践相结合下得出的频率数值才最佳。1.3感应加热电源发展现状及趋势虽然在1831 年就知道了电磁感应原理，然而感应加热技术直到20 世纪 30年代才被认识并研究。1930到1950年期间，感应加热技术发展慢、水平低，直到50年代晶闸管（SCR ）被发现，感应加热装置才有了新的起色，这时候加热电流频率能从工频扩展到中频。60 年代的门极可关断晶闸管（GTO）避免了强迫换流电路，这是感应加热电源的又一次变革。MOSFET 、IGBT 分别在70 年代、80年代诞生，它们的出现使得感应加热电源的加热电流频率达到了MHz 级，并逐步趋于模块式、标准化。我国大约是 1950 年左右开始高频感应加热的研究。目前我国感应加热技术与发达国家的还相差甚远，其主要原因在于：(1)半导体组件限制着加工设备和制造工艺水平；(2)外国阻碍我国工业现代化发展。不过，近十几年来，我国感应加热的发展状况正日渐好转，各种商用、民用电磁加热产品如雨后春笋。有关材料显示， 国内有近 400 家厂家在生产感应加热产品， 产值过百亿元。 总体来看，国内感应加热电源技术还应不断大力提高。1000kW、400kHz 是外国逆变感应加热电源IGBT 的水平。美国近来报道的水平是 1000kW\50kHz，MOSFET 感应加热电源为400kW\400kHz。
1.4 本文的工作内容本文结合自身实际及课题需要，设计一个 20kW/20kHz的电源。具体研究内容如下几方面:（1）讲述高频感应加热电源的背景、发展、意义。（2）对感应加热电源涉猎到的谐振及逆变电路结构做了分析。（3）本论文以 20kW/20kHz 工业电磁炉为研究对象，制定了总体设计方案。选取了2PD315作为 IGBT 地驱动芯片，并进行相关主电路参数的计算。（4）以51单片机为硬件基础。对桥式移相逆变器的工作原理及模式（移相PWM控制芯片：UC3895）进行介绍并附主程序流程图。