涡流式电暖鞋供电模式与温度控制研究

【摘要】： 涡流式电暖鞋的发热原理是利用交变磁场在金属发热体中形成的涡流的焦耳效应对鞋体进行加热,从而实现鞋内保温的一种方法。近几年,电暖鞋有诸多成功的案例,但目前市场上现有的电暖鞋都是采用电阻丝加热的直热加温模式,电阻丝加热又是采用直接供电模式,在使用时存在着不安全、不方便、不美观等缺点,本文提出了一种利用横向磁通加热的新型电暖鞋,它能够安全、方便地对鞋体进行加热。有很好的应用前景,并拓展了小型感应加热系统的研究领域。 涡流式电暖鞋为了获得均匀分布的温度场,提出了采用一种基于横向磁通感应加热原理的发热模式,并对其进行了理论及实验分析,优化产生横向磁通的线圈设计。通过实验和数学推导,拟合出发热鞋垫温度改变与高频激励线圈等效电阻之间的函数关系。提出了相应的控温的方法。 论文以重庆市科委重点基金项目为背景,主要研究小型感应加热装置的拓扑以及控制电路部分。首先介绍了感应加热技术的国内外现状、本课题研究的目的及意义、结构和原理,然后介绍了适用于小型感应加热装置逆变电路的结构,并对其进行了建模仿真分析,选定了适合涡流式电暖鞋的电路结构,并对高频激励线圈的绕制方法进行了理论分析,得到了指导性的结论。然后设计了基于模糊控制的恒温控制算法,通过仿真研究予以了验证。 论文建立了系统模型,并用PSpice与Simulink进行相关仿真分析,然后根据相关研究结果,对涡流式电暖鞋的电源装置和温度控制电路进行设计,并进行了实验,验证了理论计算和仿真结果。实验结果表明这种控制方式可以很好的实现系统的要求。 【关键词】：电暖鞋 温度控制 涡流 模糊控制
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM925.63
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 引言9
• 1.2 感应加热技术的发展9-12
• 1.2.1 感应加热技术的发展9-10
• 1.2.2 国内外感应加热技术与电力电子技术的发展10-12
• 1.2.3 感应加热技术的优点12
• 1.3 本课题的研究意义和内容12-13
• 1.3.1 研究目的12-13
• 1.3.2 研究意义13
• 1.3.3 论文主要内容13
• 1.4 本章小结13-14
• 2 感应加热理论及涡流式电暖鞋加热机理14-24
• 2.1 感应加热的基本原理14-15
• 2.2 涡流式电暖鞋的发热机理及功率估算15-17
• 2.2.1 电暖鞋发热原理16
• 2.2.2 电暖鞋功率的估算16-17
• 2.3 感应加热装置加热与恒温的影响因素分析17-18
• 2.3.1 加热电源频率17
• 2.3.2 被加热器件电阻系数17-18
• 2.3.3 电流透入深度与集肤效应18
• 2.4 高频激励线圈类型18-19
• 2.5 电磁生物效应分析19-23
• 2.5.1 电磁辐射19-20
• 2.5.2 电磁辐射安全性20-23
• 2.6 本章小结23-24
• 3 涡流式电暖鞋加热装置拓扑分析24-37
• 3.1 电暖鞋总体结构24-26
• 3.1.1 整流部分24-25
• 3.1.2 滤波部分25-26
• 3.1.3 逆变器部分26
• 3.2 电暖鞋加热系统逆变器拓扑结构分析26-34
• 3.2.1 桥式谐振逆变器26-27
• 3.2.2 能量注入型谐振逆变器27-29
• 3.2.3 自激振荡式谐振逆变器29-31
• 3.2.4 自激振荡式谐振逆变器建模与仿真31-34
• 3.3 涡流式电暖鞋高频磁场激励线圈设计34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 系统电路设计37-53
• 4.1 主电路拓扑设计37-38
• 4.2 负载检测电路设计38-41
• 4.2.1 放大比较电路39-40
• 4.2.2 脉冲发生电路40-41
• 4.3 系统的仿真研究41-42
• 4.4 温度控制算法及仿真研究42-52
• 4.4.1 加热电路等效模型42-45
• 4.4.2 温度模糊控制的研究45-46
• 4.4.3 模糊控制算法的设计46-50
• 4.4.4 电暖鞋温度控制算法仿真研究50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 实验装置与实验结果分析53-57
• 5.1 电路参数设计53-54
• 5.2 实验结果及分析54-56
• 5.3 本章小结56-57
• 6 总结与展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 附录62
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录62
• B.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目及得奖情况62

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