第1章 绪论

1。1 感应加热电源研究背景及意义

当今社会因能源短缺而造成的问题正愈演愈烈，能源问题已成为全世界现阶段都在普遍关注的一个焦点问题。2009年我国一次能源消费总量超过30亿吨标准煤，提前11年打破了本世纪初“用能源翻一番实现2020年GDP比2000年翻两番”的幻想；2009年我国原油(93。63,-0。25,-0。27%)进口1。99亿吨，对外依存度首次超过50%的“国际安全警戒线”；2010年我国一次能源消费达到32。5亿吨标准煤，超过美国位居世界第一[1]。尽管如此，我国人均能源消费却还低于世界平均水平，与美日发达国家的人均能源消费水平则差距更大。而我国正处于工业化的加速发展期，能源的供给和需求之间的矛盾也日益尖锐突出，按照目前以煤炭为主导的能源结构，2020年我国将面临至少10亿吨标准煤的能源缺口，急需大量的能源供给，而且我国正面临着前所未有的国际减排压力，必须在碳排放受到抑制的世界里寻找出路，必须寻找既节约资源又环境友好的能源利用方式来支撑经济的高速增长，因此对于加强感应加热电源的研究,尤其是对于高频感应加热电源的研究有着非常重要的意义[2]。

1。2感应加热电源的目的源C于H优J尔W论R文M网WwW.youeRw.com 原文+QQ752-018766

感应加热的工作原理主要是依据电磁感应、集肤效应和热传导。感应加热电源按频率范围可以分为四种[3]，它们分别是:15OHz—10kHz的中频电源；10kHz—100kHz的超音频电源；100kHz—1MHz的高频电源；大于1MHz的超高频电源。并且随着电力电子器件的飞速发展，GTO、MOSFTE、IGTB、GTR、SIT、IGCT等器件的相继出现和发展，感应加热装置也逐渐摒弃晶闸管。现在比较常用的是IGBT、MOSFET，其中IGBT用于较大功率场合，而MOSFET适用于较高频率、中小功率场合[4]。随着感应加热技术的不断发展，其不仅在熔炼、铸造、透热、淬火、弯管、烧结、表面热焊以及晶体生长等行业中得到了非常广泛的应用，而且其应用领域也在不断地扩大，这主要是因为感应加热电源具有大容量化、加热效率快、低损耗、高功率因数、可控性好、集成化、智能化程度高等优点[5]。

1。3本文研究设计的内容

学习和研究电磁炉以及高频炉的原理，在此基础上用功率半导体器件MOSFET设计一个小功率高频炉，主要设计高频电源部分，高频率的功率在5KW以上，工作频率在50KHz以上。

（1）了解感应加热的基本原理和设计方法。 

（2）对串联谐振感应加热电源的调功方式进行里比较，采用逆变移项调功的方法。

（3）对10KW、200KHz的高频炉进行整体设计，并计算参数，合理选择主电路各元器件。

（4）设计生成PWM的可靠电路，研究功率控制方案和逆变开关的驱动电路，保证驱动信号的可靠性。

第2章 感应加电源原理及主电路拓扑结构

2。1感应加热的基本原理

 感应加热是根据电磁感应原理，利用涡流对置于交变磁场中的工件进行加热。高频交变电流通过线圈产生交变的磁场，当磁场内磁力线通过待加热金属工件时，交变的磁力线穿透金属工件形成回路，故在其横截面内产生感应电流，此电流称为涡流，使处于线圈中的导磁性物体内的电子空穴运动从而产生热量。利用感应涡流的这种热效应使待加热工件局部或全部瞬时迅速发热，进而可达到工业加热的目的。

图2-1 感应加热示意图

如上图，当感应线圈上通以交变的电流 是，线圈内部会产生相同频率的交变磁通  ，交变磁通 又会在金属工件中产生感应电势 [6]。根据MAXWELL 电磁方程式，感应电动势的大小为：