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毕业设计(论文)
开题报告

题 目: 某10kv箱式变电站电气系统设计

院系名称： 电气工程学院 专业班级： 电气F1307
学生姓名： 陈得文 学 号： 201323010519
指导教师： 李攀峰 教师职称： 副教授

年 月 日开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。
2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。
3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。
4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2006年11月20日”或“2006-11-30”。

毕业设计（论文）开题报告
1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写
2000~4000字左右的文献综述：
文 献 综 述
1.1研究背景和意义
随着现代半导体集成技术与功率半导体技术的发展，引起了感应加热电源技术以致整个电力电子学领域的一场革命，同时感应加热电源及应用得到了飞速发展。由于感应加热技术具有效率高,速度快,可控性好,易于实现高温和局部加热,易于实现机械化和自动化等优点,已在熔炼,铸造,弯管,热锻,焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。感应加热是根据电磁感应原理,利用工件中涡流产生的热量对工件进行加热的。1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象,并且提出了相应的理论解释。其内容为,当电路围绕的区域内存在交变的磁场时,电路两端就会感应出电动势,如果电路闭合就会产生感应电流。电流的热效应可用来加热。如果给一个钢管绕上感应线圈,钢管可看作为一距直接短接的第二线圈。当感应线圈内通以交流电流时,线圈内产生交变的磁场,再利用交变磁场在钢管中产生涡流达到加热的效果。平常在50Hz的交流电流下,这种感生电流不是很大,所产生的热量使钢管温度略有升高,不足以使钢管加热到热加工所需温度(常为120℃左右)。增大电流和提高频率都可以改善发热效果,钢管温度就会升高。控制感应线圈内电流的大小和频率,可以将钢管加热到所需温度进行各种热加工。所以感应加热电源通常需要输出中、高频大电流[13] 。
1.2中频感应加热电源的现状及发展
1.2.1感应加热电源的发展阶段
在20世纪50年代以前,感应加热电源主要有:中频发电机装置、工频感应电源、电磁倍频器和电子管振荡高频电源[18]。在20世纪50年代末,可控硅晶闸管的出现引起了整个电力电子学科领域的一场革命,感应加热电源及其应用得到了飞速的提高。至今,在中频频率范围内,晶闸管电源装置已经完全取代了传统的中频发电机组装置。国外加热装置的最高容量已达数十兆瓦,国内也已经形成200-8000Hz、100-3000kW等容量系列的产品[19]。
进入70年代,相继出现了功率晶体管、GTR、门极可关断的晶闸、GTO、功率场效应晶体管、MOSFET。这些是第二代电力半导体器件。GTR与GTO均存在一些难以克服的缺陷,使其应用受到了极大限制。功率MOSFET的出现是电力半导体器件在高频化进程中的一次重要进展,它是多数载流子器件,采用电压控制,具有自关断能力。它具有工作频率高，开关损耗小，安全工作区宽(几乎不存在二次击穿问题)输入阻抗高峰值容量大和易并联等优点[13]。70年代末到80年代初,现代半导体微机集成加工技术与功率半导体技术的结合,为开发新型功率半导体器件提供了条件,相继出现了一大批全控型电力电子半导体器件,极大地推动了电力电子学发展,为固态超音频,高频电源的研制提供了坚实的基础[8]。1983年IGBT的问世进一步推动了感应加热电源的发展。IGBT综合了MOS和双极晶体管的优点,具有通态压降低,开关速度快,易驱动等优点,自1988年解决了擎住问题后,大功率高速IGBT已成为众多加热电源的首选器件,频率高达100好,大功率高达MW级电源已可实现。
1.2.2感应加热电源的发展现状
近年来感应加热电源拓扑结构经过不断的完善，已形成了一种固定的AC/DC/AC变换形式，其中电流型和电压型两种逆变电路已经成为大功率感应加热电源的基本拓扑结构[1]。在中频范围内,国外装置的最大容量已达到数十兆瓦，在高频(100khz以上)频段内，目前国外正处于从传统的电子管电源向晶体管化全固态电源的过渡阶段，以模块化，大容量化MOSFTE,IGBT功率器件为主。
在中频范围内,国内已形成200khz-1000khz，功率为100kW-3000kW系列产品，可以配备5t以下的熔炼炉及更大容量的保温炉,也适用于各种金属透热，表面淬火等热处理工艺,尤其在废旧钢铁熔化及铸造上已经得到了普遍的应用。在高频1000khz以上频段内,国内浙江大学在90年代研制成20kw/300khzMOSFTE高频电源，已被成功应用于小型刀具的表面热处理和飞机涡轮叶片的热应力考核试验中，96年天津高频设备厂和天津大学联合开发出75kw/200khz感应加热电源[20]。
经过比较可以看出，目前我国中频感应加热电源与国外的差异还是很大的。
1.2.3感应加热电源的发展趋势
随着新工艺、新技术的出现，使得感应加热电源的发展呈现出以下几方面的特点：
⑴ 效率高、功率密度高、损耗小[16]
高效、节能、低污染的“绿色”电源产品将是二十一世纪的主流产品。工业应用的发展对感应电源提出了高效率、高功率密度、宽的使用环境温度等要求，使得新型高性能器件被积极研发与应用。例如：绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、功率场效应晶体管(MOSFET)、智能 IGBT 功率模块(JPM)、MOS 栅控晶闸管(MCT)、静电感应晶体管(SIT)、快速恢复二极管、无感电容器、无感电阻器、新型磁材料和变压器、电磁干扰(EMI)滤波器等。这些新型器件的应用可以提高电源的开关频率，减小电源外型尺寸，提高电源的功率密度。
⑵ 智能化、数字化、可靠性高
一方面功率半导体本身集成了包括过电压、欠电压、过电流和过热等检测与保护功能，提高了可靠性；另一方面感应加热电源正向着自动化控制方向发展，具有诊断与保护功能、良好的人机界面以及计算机智能接口的全数字化感应加热电源正成为下一代电源的发展目标[6]。数字化技术的发展逐步表现出传统模拟技术无法实现的优势。
⑶ 多类型、多规格、系列化，能满足不同应用场合的需要[9]
早期的晶闸管和晶体管由于受到容量与频率互相制约的影响，不能达到同时获得大功率、高频率的效果。随着新型器件的发展，如MOSFET、IGBT等，将来的感应加热电源必将朝着容量高、频率范围宽的方向发展，在这方面仍有许多应用基础技术需要进一步探讨。
⑷ 应用范围扩大化[12]
采用感应加热方法对锻造钢坯透热，节水节电，无污染；铸造熔炼方面可以实现普通钢、特种钢、非铁金属材料的精细熔炼，同时可提高效率、无污染、金属成份可控；感应钎焊效率高，对被焊母材无损伤，适用于精度高、批量大的工件和体积大、难移动的母材局部钎焊及各类金属管材的焊接；各类零部件的表面热处理大量采用感应加热方法；钢塑材料制造、铝塑薄膜加工以及食品工业、医药工业的封口工艺也大量采用感应加热方法。
1.3研究内容及意义
中频电源是利用大功率电力电子器件对电能进行变换和控制的设备。目前已广泛应用于金属熔炼、热处理、锻件透热等工业的各个领域。利用这种设备进行金属热处理，可减少环境污染，并具有十分显著的节能效果。
课题的目的在于设计制作中频感应加热电源，研究其控制方法，并对中频感应加热电源样机进行实验分析。本课题以单片机为控制核心，可以实现中频电源输出的功率随生产工艺的不同而调整，而且还能在各种扰动下保持稳定。另外，系统还设有过电流和过电压等保护措施。
本课题设计的主要内容包括：
⑴ 分析感应加热电源的工作原理,对各阶段的工作模式进行描述,建立系统的等效电路,负载的等效模型;分析控制电路的结构和原理。
⑵ 分析感应加热电源的调功方法,并对几种方法进行综合评价。
⑶ 对控制电路和主电路进行设计和考虑。
参考文献
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毕业设计（论文）开题报告
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
本课题以单片机为控制核心，可以实现中频电源输出的功率随生产工艺的不同而调整，而且还能在各种扰动下维持不变。另外，系统还有过电流和过电压等保护措施。设计内容主要有：
1）单片机控制电路的设计。
2) 主电路及相关保护电路的设计。
3) 系统软件设计，给出主程序与主要子程序的流程图。
中频感应加热电源的基本硬件框图如图2.1所示。

图2.1
该系统主要由单片机系统、信号采样检测电路、整流电路、显示电路、故障保护电路、逆变电路、稳压电源，键盘输入电路等部分组成。
系统组成核心部件是逆变电路,无论是电压型逆变电路还是电流型逆变电路,其输出负载就是一个电感和电容构成的谐振电路。逆变电路选用三相全桥逆变，逆变器件采用 IGBT 。如图2.2所示。

图2.2
由于要求恒压源供电，所以需要一个很大的滤波电容,当电容足够大时，可以认为输入电压是恒压。在电路还没开始工作前，电容就通过电网储能,以便于启动逆变电路。
  由6只IGBT构成的三相全控桥式逆变电路将直流电压逆变为中频方波电压，并将它加到负载电路。负载电路是串联谐振电路。谐振电路是将感应加热装置的交流输入电压整流后的直流电源变换成一定频率交变电压及电流,流过感应加热绕组的中频电流产生的磁场作用于被加热物体，在被加热物体上感生涡流形成热能而加热。

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指导教师意见：
1．对“文献综述”的评语：
该同学在文献综述中，介绍了中频感应加热电源的微机控制系统的功能，分析了中频感应加热电源的微机控制系统的现状，了解了中频感应加热电源的微机控制过程中应注意的问题，对该系统的自动控制方法有了一定的认识。文献综述的内容客观、全面，反映出该生具有较好的文献检索能力。
2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：
本课题所涉及到的知识覆盖面广，综合了学生所学的大部分专业基础课与专业课，能起到对学生知识综合运用能力的训练；本课题在微机控制方面有一定的深度，能较好地训练学生分析问题与解决问题的能力；该课题是设计一个完整的系统，既有信息检测，又有具体的控制内容，工作量较饱满，对于基础很好的同学还能进行一部分制作；本设计的成果是一篇详尽的设计，其中包含系统原理图、软件设计等具体内容。

指导教师：
年 月 日
系（教研室）审核意见：

负责人：
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