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洛阳理工学院 毕业设计（论文）开题报告 院（部）：电气工程与自动化 2016年3 月18日 课题名称 基于IGBT的并联谐振感应加热电源的研究 学生姓名 彭付龙 专业班级 电气工程及其自动化（ 课题类型 工程设计 指导教师 王璇 职称 讲师 课题来源 生产 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 国内外的研究现状 感应加热作为新兴工业领域，在近年来得到了长足发展。随着人们对能源 与环境的日益关注，具有节能、环保优点的感应加热技术在现代化生产中占据 越来重要的地位。感应加热电源经历了从电子管感应加热为主导到现在以固态 感应加热为主导的过程。尤其是六十年代以后，电力电子器件的相继开发和其 控制技术的不断发展，使固态感应加热也得到了飞速发展。 目前，在中频（150Hz～10kHz）范围内，自 20 世纪 60 年代，额定电流达300A 晶闸管的问世，使得在技术和经济性方面的障碍得以解决，并导致了中频 发电机式中频电源的淘汰。按同等功率输出，晶闸管中频电源比中频机组要节 能 30%~40%，所以固态中频电源在国内外得到了长足发展。1995 年，美国日 内瓦钢铁公司有了 42MW 中频感应炉的问世。近期，印度 electrotherm 公司也 宣布开发出 10MW/5kHz 的产品。在我国也开发出 100kW~3000kW 的系列产品。 但国内中频电源采用串联谐振拓扑结构的很少，多数都采用并联谐振拓扑，因 此串联型中频电源成为未来的研发方向。 在超音频（10kHz～100 kHz）范围内，由于晶闸管开关速度的影响，较高 频段的设备开发受到限制。八十年代后期，许多新型电力电子器件成功开发， 尤其是 IGBT 的出现使感应加热做到更高频率得到实现。1994 年，日本采用 IGBT 研制出了 1200kW/50kHz 电流型感应加热电源，并实现了微机控制。在英 国、法国、瑞士等国的系列化超音频感应加热电源设备容量已达数千千瓦。目 前，美国 Indutoheat 公司推出 400kW~1.5MW/30kHz 的产品，在世界上具有领 先水平。国内超音频感应加热电源的系列化产品达到了 10kW ~5000kW ，10kHz~50kHz 的制造水平，与国外的研制水平仍有一定的差距。 在高频（100kHz 以上）段，目前，国外正处在从传统的电子管感应加热电 源向固态感应加热电源的过渡。大功率高频固态感应加热设备的逆变功率器件 采用的逆变功率器件有 SIT 和 MOSFET 器件。德国在 1987 年研制的电流型 SIT 感应加热电源水平达到 1200kW/200kHz。自从 MOSFET 的大量应用，各国高 频电源容量日益增长。西班牙采用 MOSFET 的电流型感应加热电源生产出600kW/400kHz 系列产品；比利时 Inducto Elphiac 公司的电流型 MOSFET 高频 感应加热电源 1000kW/15kHz~600kHz 产品也投入市场[14-16]。我国在 20 世纪五十年代中期，中国科学研究院长春光机所已研制出火花式高频电源，1958 年，天津广播器材厂与北京广播器材厂相继研究出 200~300kHz，30kW、60kW、 100kW 的电子管高频电源。目前国内也有多家企业和学校进行高频电源设备的 研发，如保定三伊天星电气有限公司已经推出采用 MOSFET 为逆变功率器件的 60kW~1200kW/100kHz~400kHz 系列的产品。 课题研究的背景和意义 从感应加热电源开始应用于工业领域以来，已经过去一个多世纪。与传统 方法比，感应加热电源具有许多优点，例如：易于达到较高温度、加热速度较 快、加热效率高、环境污染小、工作条件好、占地面积小、设备易于制造等， 因此广泛地应用于国民经济和社会生活中。在机械制造工业和冶金工业方面， 感应加热电源主要用于淬火、熔炼、透热、焊接及烧结等领域[1]。它不但可对 金属材料直接加热，而且也可对非金属材料进行间接式加热，如单晶硅的加热 拉伸、半导体的提纯、有机涂层的固化、人造宝石的熔炼等。另外，感应加热 技术也在不断地进入人们的家庭生活领域当中，例如电磁炉便采用了感应加热 技术 。 感应加热电源是实现感应加热工艺要求的关键设备之一。它输出所需频率 的交流电能给工件，以完成能量的传递。随着 MOSFET、IGBT 器件的相继出 现，感应加热装置也有了很大发展，尤其是固态感应加热装置得到较广泛的应 用[3]。固态感应加热电源的电路结构如图 1-1 所示。图中，整流电路是三相不 控整流或三相不可控整流，它将 50Hz 交流电转换为直流电 DC；逆变器将 DC 转换为感应加热负载所需频率的交流电