感應(yīng)加熱電源的調(diào)頻調(diào)功研究

范文濤

【摘 要】針對(duì)感應(yīng)加熱電源的調(diào)功關(guān)鍵問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于調(diào)頻調(diào)功理論的感應(yīng)加熱電源調(diào)功理論。通過大量的仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的調(diào)功電路能都達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的目的。

【關(guān)鍵詞】感應(yīng)加熱；調(diào)頻調(diào)功；調(diào)功電路；輸出功率

0 引言

感應(yīng)加熱由于具有加熱效率高、升溫快、可控性好等諸多有點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于熔煉、透熱、淬火、彎管、焊接和加熱等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，已成為冶金、國防、機(jī)械加工、鍛造和船舶、飛機(jī)制造業(yè)等不可缺少的加熱技術(shù)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1-3]。

隨著電力電子技術(shù)和開關(guān)器件的發(fā)展，感應(yīng)加熱電源正朝著高頻化、輕量化和數(shù)字化的方向發(fā)展；隨著大量整流設(shè)備的引入，電網(wǎng)的諧波污染問題越來越嚴(yán)重，對(duì)感應(yīng)加熱電壓的需求提出了更高的要求。感應(yīng)加熱的電源和加熱負(fù)載作為一個(gè)有機(jī)整體，每一種負(fù)載具有其獨(dú)特的負(fù)載匹配結(jié)構(gòu)。當(dāng)感應(yīng)加熱電源與負(fù)載不匹配時(shí)，其電源的利用效率和可靠性都會(huì)降低。合適的負(fù)載匹配可以提高感應(yīng)加熱電源的利用率和減小電源損耗。

感應(yīng)加熱電源輸出功率控制電路是整個(gè)控制電路中的核心電路，根據(jù)調(diào)功的位置，可將逆變器輸出功率的控制方式分為：直流側(cè)控制和逆變側(cè)控制。

直流側(cè)控制可以通過調(diào)節(jié)晶閘管整流器的移相角來控制輸出直流電壓的大小，從而達(dá)到控制逆變側(cè)輸出功率的目的；也可以在整流系統(tǒng)和逆變系統(tǒng)之間加入一個(gè)斬波調(diào)功環(huán)節(jié)，斬波調(diào)功利用buck變換拓?fù)洌ㄟ^控制功率開關(guān)器件的占空比，來調(diào)節(jié)逆變系統(tǒng)的輸入電壓，從而控制逆變側(cè)的輸出功率。直流側(cè)調(diào)功是通過調(diào)節(jié)逆變側(cè)的輸入電壓來對(duì)逆變系統(tǒng)輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，為了達(dá)到低損耗和最大輸出功率，此方法需要對(duì)負(fù)載側(cè)進(jìn)行精確鎖相。

逆變側(cè)調(diào)功可分為：調(diào)頻調(diào)功（PFM）、移相調(diào)功和脈沖寬度調(diào)功（PDM）。脈沖寬度調(diào)功（PDM）是通過改變脈沖密度來實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器輸出功率的調(diào)功，此方法適用于負(fù)載較大的應(yīng)用場(chǎng)合，在小功率開環(huán)控制也有一定的應(yīng)用，特別是家用電磁爐中。調(diào)頻調(diào)功（PFM）是利用負(fù)載的頻率特性，通過調(diào)節(jié)逆變器的輸出頻率來實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器輸出功率的調(diào)節(jié)[4-5]。

本文采用逆變側(cè)調(diào)頻調(diào)功的方式，來對(duì)感應(yīng)加熱電源的輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)和研究。

1 調(diào)頻調(diào)功理論

逆變器的負(fù)載電路可以等效成由電阻、電感和電容組成的串聯(lián)等效電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，L為負(fù)載的串聯(lián)等效電感，R為負(fù)載的串聯(lián)等效電阻，C為串聯(lián)等效電容。

整個(gè)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)在s域的阻抗為：

令s=jω，在頻域（ω）內(nèi)，可得負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的阻抗為：

當(dāng)輸入電壓的有效值（U）一定時(shí)，其電阻上消耗的功率為：

為了獲得在電阻R消耗最大的功率，必須使阻抗Z的絕對(duì)值最小。當(dāng)Z（jω）的虛部為零時(shí)，此時(shí)阻抗|Z|取得最小值。令：

式中，ω0為整個(gè)負(fù)載等效電路的諧振頻率，當(dāng)電路工作在此頻率時(shí)，負(fù)載阻抗|Z|獲得最小值，逆變器輸出最大的有功功率。

電路工作在諧振頻率ω0時(shí)，令電阻R上消耗的功率為P0，則電阻R上消耗的功率P隨工作頻率ω的變化曲線如圖2所示。

2 仿真電路搭建

本設(shè)計(jì)基于SG3525搭建實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)，其如圖3所示。

3 仿真結(jié)果

通過大量的仿真實(shí)驗(yàn)，得出在電源功率輸出最小和最大時(shí)的逆變器輸出側(cè)的電流和電壓波形。

從圖4和圖5可以看出，設(shè)計(jì)的調(diào)功電路能很好的控制電源的輸出功率，隨著電源輸出頻率的降低，輸出功率增大。

4 結(jié)論

通過對(duì)感應(yīng)加熱電源的調(diào)功方式進(jìn)行研究，本文利用saber仿真平臺(tái)對(duì)調(diào)頻調(diào)功進(jìn)行驗(yàn)證。得出本文所設(shè)計(jì)的感應(yīng)加熱電源能很好地適應(yīng)負(fù)載的變化。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]熊磊，朱潔.幾種感應(yīng)加熱調(diào)功方式的比較[J].科技廣場(chǎng)，2005：117-119.

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[責(zé)任編輯：王偉平]