發(fā)布時間：2017-07-17 10:27

  本文關鍵詞：基于電磁感應的注塑機加熱系統(tǒng)研究與開發(fā)

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【摘要】：隨著工業(yè)的發(fā)展,塑料制品得到了越來越廣泛的應用。在塑料加工行業(yè)中,注塑機是一種進行塑料加工成型的重要設備。隨著消費者對塑料制品要求的提高,注塑機也在不斷的發(fā)展變化。高效能、高精度、大功率、智能化是注塑機未來的發(fā)展趨勢。目前注塑機加熱系統(tǒng)主要有傳統(tǒng)電阻式加熱和電磁加熱兩種。電阻式加熱效率低下且壽命短,而目前市場上注塑機電磁加熱系統(tǒng)性能參差不齊,多半采用電磁爐的原理進行設計,導致感應加熱系統(tǒng)穩(wěn)定性差、效率低和返修率高等問題。本課題的主要目的是設計一種穩(wěn)定可靠的注塑機感應加熱系統(tǒng),以滿足市場的需求,推動感應加熱技術在塑料加工行業(yè)的應用。本文首先對感應加熱原理進行介紹,分析感應加熱在注塑機上的應用優(yōu)勢。其次對串聯(lián)諧振型逆變結(jié)構和并聯(lián)諧振型逆變結(jié)構進行理論分析和對比,對各種功率調(diào)節(jié)方式進行介紹,最終選擇了串聯(lián)諧振型逆變結(jié)構和移相PWM調(diào)功方式,并給出了注塑機感應加熱系統(tǒng)的整體設計方案。在感應加熱系統(tǒng)設計中,本文介紹了系統(tǒng)中的核心芯片,并對溫度采集與處理電路、鎖相環(huán)電路、移相控制電路、IGBT驅(qū)動電路和人機交互模塊的具體實現(xiàn)進行闡述。著重分析了鎖相環(huán)頻率跟蹤模塊工作原理,將CD4046鎖相環(huán)與UC3879移相控制芯片結(jié)合起來使用,保證了系統(tǒng)能穩(wěn)定工作在偏感性諧振狀態(tài),并實現(xiàn)輸出功率的大范圍調(diào)節(jié)。本文使用STM32F103作為主控制芯片。使用了FSMC接口來驅(qū)動液晶屏,并通過液晶屏、獨立按鍵來實現(xiàn)人機交互。本文分析了IGBT的驅(qū)動原理,使用集成IC封裝芯片HCPL316J設計了IGBT的驅(qū)動電路,并通過移相電路來控制IGBT驅(qū)動電路,保證了感應加熱系統(tǒng)能穩(wěn)定工作在諧振狀態(tài)。在系統(tǒng)軟件設計中,本文給出了系統(tǒng)軟件設計的思路與流程,并結(jié)合硬件設計使系統(tǒng)的各個功能模塊得以實現(xiàn)。重點分析了模糊PID控制算法的原理并將其應用到感應加熱系統(tǒng)中,實現(xiàn)了對負載溫度的閉環(huán)控制。最后使用MATLAB對負載逆變電路進行仿真實驗,并完成對實驗結(jié)果的分析,驗證了系統(tǒng)的可行性、可靠性和穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：感應加熱 IGBT 注塑機 移相控制 模糊控制PID
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ320.52;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 緒論14-22
• 1.1 課題研究背景及意義14
• 1.2 電磁加熱技術在注塑機加熱系統(tǒng)的應用分析14-16
• 1.2.1 注塑機加熱系統(tǒng)工作原理14-15
• 1.2.2 注塑機加熱系統(tǒng)的現(xiàn)狀15
• 1.2.3 注塑機電磁加熱的優(yōu)勢15-16
• 1.3 電磁加熱的基本原理16-19
• 1.3.1 法拉第電磁感應定律18
• 1.3.2 集膚效應及感應電流透入深度18-19
• 1.3.3 熱傳導19
• 1.4 功率半導體器件的選用19-20
• 1.5 電磁加熱技術的發(fā)展現(xiàn)狀20
• 1.6 電磁加熱技術的發(fā)展趨勢20-21
• 1.7 本文的主要內(nèi)容21
• 1.8 本章小結(jié)21-22
• 2 系統(tǒng)整體設計方案22-36
• 2.1 電源系統(tǒng)整體需求分析22-24
• 2.1.1 注塑機感應加熱系統(tǒng)技術規(guī)范22-23
• 2.1.2 注塑機感應加熱系統(tǒng)基本功能23-24
• 2.2 電磁感應加熱系統(tǒng)拓撲圖24-27
• 2.2.1 整流濾波電路25-26
• 2.2.2 注塑機感應加熱系統(tǒng)的逆變電路26-27
• 2.3 諧振逆變器結(jié)構的選擇27-29
• 2.3.1 兩種諧振逆變結(jié)構的比較27-29
• 2.4 電源功率調(diào)節(jié)方式的選擇29-34
• 2.4.1 直流側(cè)功率調(diào)節(jié)方法29
• 2.4.2 逆變側(cè)功率調(diào)節(jié)方法29-30
• 2.4.3 感性移相PWM調(diào)功分析30-33
• 2.4.4 電源系統(tǒng)整體框圖33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-36
• 3 控制系統(tǒng)的硬件設計36-56
• 3.1 控制系統(tǒng)硬件總體設計36-37
• 3.1.1 系統(tǒng)控制器的選取36
• 3.1.2 控制系統(tǒng)總體設計36-37
• 3.2 鎖相環(huán)電路37-39
• 3.2.1 鎖相環(huán)的工作原理37-38
• 3.2.2 鎖相環(huán)電路設計38-39
• 3.3 移相控制電路的設計39-44
• 3.3.1 UC3879芯片簡介39-41
• 3.3.2 移相控制電路設計41-43
• 3.3.3 移相芯片電路與鎖相環(huán)電路的結(jié)合43-44
• 3.4 負載信號采集電路44-45
• 3.4.1 負載電壓采集電路44
• 3.4.2 負載電流采集信號44-45
• 3.5 IGBT驅(qū)動電路的設計45-48
• 3.5.1 IGBT驅(qū)動原理45-46
• 3.5.2 IGBT驅(qū)動電路設計46-48
• 3.6 人機交互設計48-52
• 3.6.1 液晶顯示模塊48-51
• 3.6.2 鍵盤電路51-52
• 3.7 溫度信號的采集與調(diào)理電路52-54
• 3.7.1 測溫元件52-53
• 3.7.2 溫度信號調(diào)理電路設計53-54
• 3.8 本章小結(jié)54-56
• 4 控制系統(tǒng)的軟件設計56-66
• 4.1 系統(tǒng)主程序設計56-57
• 4.1.1 系統(tǒng)初始化56-57
• 4.1.2 感應加熱系統(tǒng)主程序57
• 4.2 溫度控制模塊57-61
• 4.2.1 溫度信號采集58
• 4.2.2 溫度控制算法58-61
• 4.3 電流電壓采樣程序設計61-62
• 4.4 人機交互軟件設計62-65
• 4.4.1 液晶顯示模塊62-64
• 4.4.2 鍵盤模塊64
• 4.4.3 菜單模塊64-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 5 電路仿真66-72
• 5.1 MATLAB仿真66-70
• 5.1.1 MATLAB仿真電路66-68
• 5.1.2 仿真結(jié)果68-70
• 5.2 本章小結(jié)70-72
• 6 總結(jié)與展望72-74
• 參考文獻74-78
• 致謝78-80
• 作者簡介及讀研期間主要科研成果80

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本文編號：553163