1． 本课题所涉及的问题在国内（外）的研究现状综述 （1）本课题主要涉及问题： 该课题是基于单片机的电磁感应加热系统软硬件的设计，可以培养学生应用单片机和电力电子技术知识设计电磁感应加热驱动保护电路的能力，即解决实际问题的能力。针对理论和工业要求，设计一种单管IGBT功率驱动保护电路和一种IGBT双管模块驱动保护电路，并把所设计的功率驱动器应用到感应加热系统中。 （2）国外研究现状： 感应电源按频率范围可分为以下等级：500Hz以下为低频，1~20kHz为中频，20kHz~100kHz为超音频，100kHz以上高频。中频段内多采用晶闸管，目前国外晶闸管中频感应加热电源的最大容量已达数十兆瓦级。上世纪80年代初，全控型器件的出现为感应加热电源的发展带来了契机，1993年西班牙报道了30~600kw/50~100kHz的感应加热电源，1994年日本采用IGBT器件研制了1200kw/50kHz的并联逆变感应加热电源。目前国外最大容量已达几十兆瓦。IGBT越来越成为各种主回路的首选功率开关器件。驱动保护电路的设计是IGBT应用中一个很重要的环节，也是应用设计的难点和关键。国外做的比较成功的有CONCEPT和西门康两家公司，其技术和驱动的可靠性相对较好。但是他们往往针对本公司的产品，以维护各自的知识产权，所以通用性比较差，而且许多芯片直接驱动功率小，对于大功率的产品往往价格昂贵，甚至超过对应IGBT的价格。 （3）国内研究现状： 国内在感应加热电源方面，在频率范围与功率等级、设计开发和产品化方面虽有发展，但与国外相比仍然有一定的差距，并且对于应用范围越来越广泛的高频感应加热电源领域的研究显得尤为薄弱。国内1996年天津高频设备厂和天津大学联合研制开发出75kw/200kHz的SIT感应加热电源，同年，浙江大学50kw50kHz的IGBT电流型并联逆变感应加热电源通过鉴定，2003年浙江大学三伊公司研制成功100kw/100kHz的IGBT固体电源。但是大部分的驱动电路都是采用国外一些厂家的驱动芯片，还没有国产驱动芯片应用在感应加热中。国内做的集成驱动器都很少，做大功率驱动器的更是凤毛麟角，导致很多IGBT用户花费大量的时间和资源自行设计驱动控制器，浪费了时间和资源，也使产品的开发周期延长，增加了企业的生产成本。因此如何研制一款通用性比较强、保护功能齐全的IGBT大功率驱动器是目前国内研究的热点。所以，该课题具有很大的研究空间和实际应用价值。 |
2．本人对课题任务书提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析 （1）任务要求： 1）分析IGBT对驱动保护电路的要求，设计一种单管IGBT驱动保护电路和一种IGBT半桥模块驱动保护电路。单管IGBT驱动电路的功能比较简单，只具有软关断和过流保护功能。而IGBT半桥模块驱动保护电路功能比较多，具有软关断、互锁、电平转换、错误信号电平转换、过流保护、电源隔离和脉冲隔离电路等保护功能，适用于中大功率的IGBT半桥模块驱动。 2）设计电磁感应加热部分电路，通过分析串并联谐振逆变器的拓扑结构和特点。根据注塑机的实际应用设计两款主电路拓扑结构，一款是针对小功率部分加热的拓扑结构，是单管IGBT的拓扑结构，另一款是针对中大功率加热部分的半桥IGBT拓扑结构。 3）设计电磁感应加热的控制电路以及采用PID算法对注塑机料筒进行温度监控调节。 4）通过对系统的仿真和实验调试，证明整个感应加热系统满足实际应用要求。 （2）可行性分析： 1）研究的必要性：国内在感应加热电源方面，在频率范围与功率等级、设计开发和产品化方面虽有发展，但与国外相比仍有一定差距，对于应用范围越来越广泛的高频感应加热电源领域的研究尤为薄弱。随着感应加热电源的发展，其应用范围将越来越广泛。 2水平多关节机器人）设计原理可行性：该感应加热系统主要包括整流滤波电路、半桥逆变电路、控制电路、驱动电路和温度及电流检测电路等。其核心就是IGBT驱动保护电路的设计，将其应用到电磁感应加热系统中。选择串联谐振结构的负载作为注塑机电磁感应加热系统的主电路，采用Mega系列单片机为控制核心，加上保护电路、键盘显示电路、被加热物体的温度检测电路等外设电路组成。软件主要实现那些需要实时处理的功能，如功率管触发、快速功率调节、模糊自适应整定PID控制算法、检测和报警子程序，实时监控决策处理料筒温度、电压、系统工作电流及运行状态，CPU分析处理、相应动作信号输出控制(如报警，更换加热功率，关机等)，打开防误操作层后，便可直接键入或修改参数值，显示数据。软、硬件原理设计均可行。 3）知识能力的可行性：通过平时所学的MATLAB、PROTEUS等软件知识，以及单片机、电力电子技术等专业课程的学习，为该感应加热的软硬件设计均打下了坚实的基础，从而能够运用所学的知识解决实际问题。 4）实验条件的可行性：学院具备该方面的综合实验室与试验测试设备，在老师的精心指导下，按照研究课题设计要求经过设计、调试与测试分析，一定能够按计划完成研究任务的系统设计指标要求，理论与实际相结合起来。 |
3．本课题需要重点研究的关键问题及解决的思路 （1混凝土表面增强剂）关键问题（包含系统设计指标）： 1）系统的总体设计，包括整流滤波部分、半桥逆变部分、控制部分、驱动部分和温度、电流的检测部分。整个系统采用半桥串联谐振方式，实现电流过零关断；用仿真加经验值的指导思想选取主电路元件参数；整个系统的输出功率用PWM方式调节；选用PID算法对温度进行控制。 2）IGBT驱动保护电路的设计，设计一种单管IGBT功率驱动保护电路和一种IGBT双管模块驱动保护电路。单管IGBT驱动电路只有软关断和过流保护功能；而IGBT半桥模块驱动保护电路具有软关断、互锁、电平转换、错误信号电平转换、过流保护、电源隔离和脉冲隔离电路等保护功能，适用于中大功率的IGBT半桥模块驱动。 3）单片机的选择和外设电路的设计，单片机是控制电路的核心，外设电路由保护电路、键盘显示电路、被加热物体的温度检测电路等外设电路组成。 （2）主要功能模块： 1）整流滤波系统模块：把三相工频电整流滤波成符合要求的直流电。 2）半桥逆变系统模块：将直流电转变成较高频率的交流电供给负载。其逆变单元的工作频率和输出功率决定了装置的频率和功率。 3）控制保护系统模块：采用单管IGBT和半桥IGBT驱动保护电路。 4）温度、电流检测模块：通过温度传感器和电流互感器完成对温度和电流的检测。 （3） 解决思路： 熟练地应用所学单片机知识、现代电力电子技术知识和软硬件设计能力，完成电磁感应加热系统的设计。实现系统的整流滤波、半桥逆变、驱动保护和温度、电流检测等。通过单片机程序的设计和PID算法的设定，完成本课题的要求。 |
| 负压引流球 4．完成本课题所必须的工作条件（如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等）及解决的办法： （1）南阳理工学院电子系4603实验室。 （2）技术支持：源动力电子网 ist。 （3）主要参考资料： 1）付正博.感应加热与节能—感应加热器(炉)的设计与应用[M].北京:机械工业出版社，2008. 2）袁寿财.IGBT场效应半导体功率器件导论[M].北京:科学出版社，2008. 3）陈明.IGBT双管模块驱动保护电路的研制与应用[D].华北电力大学，2005. 4）温正，何嘉扬. AVR单片机开发从入门到精通 [M].北京: 中国电力出版社，2009 5）王兆安,刘进军.电力电子技术（第五版）[M].北京:机械工业出版社，2010. 6）林飞,杜欣.电力电子应用技术的MATLAB仿真[M].北京:中国电力出版社，2009. （4）英文资料翻译及其它要求： 撰写毕业设计论文。 |
5．完成本课题的工作方案及进度计划 进度安排： 第1周～第2周 根据设计任务，熟悉课题相关知识，并收集相关资料。进行系统设计方案的论证与选择； 第3周～第5周 划分系统模块，进行系统硬件设计，并规划硬件与软件的对应关系； 第6周～第8周 完善硬件设计；进行软件设计； 第9周～第12周 整个系统的软硬件调试和仿真； 第13周～第14周 对设计内容进行分析和改进，整理资料完成系统说明书； 第15周～第16周 撰写毕业设计论文并修改，进行毕业答辩。 |
6．指导教师审阅意见 电容笔制作 指导教师（签字）： 年 月 日 |
7．系毕业设计（论文）工作领导小组评审意见 领导小组组长（签字）： 铠装加热电缆系（签章） 年 月 日 |
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