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1、本科毕业设计（论文）（双E类逆变器拓扑电路仿真研究）*燕 山 大 学2012年 6月 本科毕业设计（论文）（双E类逆变器拓扑电路仿真研究）学院（系）： * 专 业： 08应用电子2班 学生 姓名： * 学 号： * 指导 教师： * 答辩 日期： 2012年6月17日 燕山大学毕业设计(论文)任务书学院：里仁学院 系级教学单位：电气工程系 学号*学生姓名*专 业班 级08应电2班题目题目名称双E类逆变器拓扑电路仿真研究题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）。2.文管类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）。题目类型
2、1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容掌握双E类逆变器的拓扑结构和工作原理，根据要求计算主电路参数和控制电路参数并仿真。基本要求1、输入电压：40V 直流，输出电压：150V 交流，开关频率1MHz2、主电路、控制及驱动电路的设计和参数计算 3、系统闭环仿真4、画A0图纸一张，撰写不少于2万字论文一本。参考资料1、中国期刊网，期刊全文数据库2、电工技术学报等周 次14周58周912周1316周1718周应完成的内容查阅资料，阅读文献确定方案，计算电路参数进行仿真，验证可行性撰写论文准备答辩指导教师：*职称：助教 2012年1月6日系级教
3、学单位审批： 年 月 日摘 要感应加热电源是利用电涡流对工件加热的一种装置，由于具有诸多优点而在工业中得到了广泛的应用。目前，国内中频电源已经非常成熟，高频电源在频率、容量等方面还有待提高。因此本文针对高频电源进行了理论分析和研究。文中首先介绍了感应加热电源的工作原理并讲述了国内外的研究现状。接下来分析了E类逆变器的工作原理和双E类逆变器的工作原理，以及工作在最佳状态下MOSFET的电流电压波形，为接下来设计双E类逆变器做了准备。然后分析了谐振电路、E类逆变器的谐振频率等，设计计算了双E逆变器电路的参数。根据双E类逆变器的原理，为使其工作在最佳状态，设计了闭环控制电路。最后用pspice仿真，
4、验证设计方案的可行性。关键词感应加热；MOSFET；E类逆变器；pspiceAbstractPower supply for induction heating is an equipment to heat the work piece by whirling current and it is applied widely in industry because of its many virtues. Now, intermediate frequency power supply is perfect, but high frequency power supply has defec
5、ts in the aspects of frequency and capacity and so on. So high frequency power supply is developed in this thesis.Firstly, operation principle of induction heating is introduced and the actuality of the power supply for induction heating is summarized. Then analysis the operation principle of class-
6、E inverter, double class-E inverter. and the MOSFET current and voltage waveforms in the best condition, which is preparation for design double class-e inverter next. Moreover series resonant inverter is selected as inverter circuit and explain the resonant frequency of class-E and double class-E vi
7、a analysis. In order to simulation the circuit, the inverter circuit parameters are designed and calculated. According to the principle of double class-E inverter, in order to make it work in the best condition ,design closed-loop control circuit. Finally using pspice simulation to verify the feasib
8、ility of the design.Keywordsinduction heating; MOSFET; class-E inverter; pspice 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1 感应加热电源的基本原理11.1.1.1 电磁感应与感应加热11.1.1.2 透入深度与集肤效应21.2 感应加热电源的发展现状31.2.1 国外感应加热电源的现状31.2.2 国内感应加热技术现状41.3 电力电子器件的发展51.4 论文选题意义及主要工作6第2章 E类逆变器结构与原理分析82.1 单E类逆变器原理分析92.2 双E类逆变器原理分析11本章小结
9、13第3章 E类逆变器的设计和计算143.1 基本谐振电路143.2 E类逆变器的谐振频率153.2.1 单E类逆变器谐振频率153.2.2双E类逆变器谐振频率163.3 E类逆变器的设计和参数计算163.3.1 品质因数163.3.2 MOSFET的选择173.3.3主电路参数计算183.4 控制电路设计19本章小结21第4章 实验仿真224.1 E类逆变器的调试224.2 仿真波形24本章小结27结论28参考文献29致 谢31附录132附录237附录342附录450附录558第1章 绪论1.1 课题背景感应加热技术是一种先进的加热技术，它具有传统加热方法所不具备的优点，因而在国民经济和社会
10、生活中获得了广泛的应用。此项技术的核心内容之一就是感应加热电源的研制。电源的性能价格比直接决定了其获得应用的速度与广度，随着电力电子器件制造成本正在迅速下降，不断提升其性能水平是这种新技术获得最大限度推广的重要条件。1.1.1 感应加热电源的基本原理1.1.1.1电磁感应与感应加热Michael Farady于1831年建立的电磁感应定律说明，在一个电路围绕的区域内存在交变磁场时，电路两端就会产生感应电动势，当电路闭合时则产生电流。这个定律同时也就是今天感应加热的理论基础。1感应加热的原理图如图1-1所示： 图1-1 感应加热的原理图如上图，当感应线圈上通以交变电流时，线圈内部会产生相同频率的
11、交变磁通，交变磁通又会在金属工件中产生感应电势。根据MAXWELL电磁方程式，感应电动势的大小为： (1-1)式中N是线圈匝数，假如是按正弦规律变化的，则有： (1-2) 那么可得到感应电动势为： (1-3)因此感应电动势的有效值为： (1-4)由此可见，感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的，然后电能在金属内部转变为热能。感应线圈与被加热金属并不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。另外需要指出的是，感应加热的原理与一般电气设备中产生涡流以及涡流引起发热的原理是相同的，不同的是在一般电气设备中涡流是有害的，而感应加热却是利用涡流进行加热的。这样，感应电势在工件中产生感应电流（涡流），使工件加
12、热。其焦耳热为： (1-5)式中，：电流通过电阻产生的热量（）； ：电流有效值（）； ：工件的等效电阻（）； ：工件通电的时间（）。由式（1-4）可以看出，感应加热和发热功率与频率高低和磁场强弱有关。感应线圈中流过的电流越大，其产生的磁通也就越大，因此提高感应线圈中的电流可以使工件中产生的涡流加大；同样提高工作频率也会使工件中的感应电流加大，从而增加发热效果，使工件升温更快。另外，涡流的大小还与金属的截面大小、截面形状、导电率、导磁率等有关。1.1.1.2 透入深度与集肤效应在导体中流过电流时，在它的周围便同时产生磁场、通过的电流为直流时，产生的磁场是固定的，不影响导体的导电性能；而通过交流电
13、时，产生的磁场是交变的，会引起集肤效应，使大部分电流在导体的表面流通，即有效导电面积减小，电阻增加。交流电流的频率越高，集肤效应越严重。透入深度的规定是由电磁场的集肤效应而来的。电流密度在工件中的分布是从表面向里面衰减，其衰减大致是呈指数规律变化。工程上规定：当导体电流密度由表面向里面衰减到数值等于表面电流密度的0.368倍时，该处到表面的距离称为电流透入深度。因此可以认为交流电流在导体中产生的热量大部分集中在电流透入深度内。透入深度可用下式来表示： (1-6)式中，：导体材料的电阻率（）；：导体材料的相对磁导率；：电流频率（）。从（1-6）可知，当材料的电阻率，相对磁导率确定以后，透入深度仅与频率的平方根成反比，因此它可以通过改变频率来控制。频率越高，工件的发热层越薄，这种特性在
