【正文】 .中國優(yōu)秀博碩士學位論文全 集數(shù)據(jù)庫 [C]， 2021. [10] 張仲超 .基于新型移相控制的感應加熱電源的研究 [J]. 2021. [11] 李津福 ,姜土林等 .雙閉環(huán)中頻感應加熱電源 . 2021. [12] 張升國 .電力變壓器有鐵心材料的回顧與展望 [J]. 2021. [13] 李中文，安生揮 .實用電機控制電路 [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2021. 。不僅使課題能順利完成，而且使我在學習過程中進一步加深了對知識的理解和靈活運用，在日后工作和學習中將受益終身。整流電路采用三相橋式全控整流電路，其電路結構簡單，易于推廣；控制策略選用雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，改善了 信號遲滯的缺點，為以后研制大功率、超音頻的感應加熱電源打下了基礎。這是本設計 的缺點，也是今后研究的一個重要趨勢，目前只能靠 LC濾波器來盡量減少諧波分量的影響。 圖 14 感應加熱電源電路 20 換流過程中的電壓毛刺會引起電路產(chǎn)生過電壓，這種現(xiàn)象主要靠增加阻容吸收來克服，須注意：逆變回路二極管上也需要加阻容吸收。 可控硅器件的抗過流能力較弱，熱容量較小，過載電流流過器件時會使器件溫度迅速上升，如來不及切斷或限制過電流，很快就會使器件因溫度過高而損壞；過載電流越大器件能承受過電流時間越短，因此線路設計須考慮保護。 過流和過壓的保護電路 電力電子半導體器件特點之一是承受過電壓、過電流的能力較差，一旦遇到故障，幾乎瞬間就壞。啟動時為使逆變器可靠換向，需人為增大 t 值。 頻率跟蹤電路 頻率自動跟蹤可由逆變器或負載端的電流或電壓量，經(jīng)過處理，產(chǎn)生脈沖，使逆變器隨爐子參數(shù)的變化不斷改變觸發(fā)脈沖頻率。 圖 13 控制版電路 控制觸發(fā)回路頻率跟蹤調(diào)節(jié) 觸發(fā)要求 為使逆變器可靠換向，必須按一定引前功率因數(shù)運行。 ? UH f Tr ＋ P I 調(diào)節(jié) P I 調(diào)節(jié) 可 控 整 流 濾波電路 逆 變 電 路 負 載 電 路 ＋ Tg Tr VR R 18 圖中 Ug 為給定電壓， Uf為負載反饋電壓， If為負載反饋電流， Ig 為負載電流給定， α為三相全控整流橋的導通角。比例調(diào)節(jié) P 反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用以減少偏差，較大的比例系數(shù)可以使系統(tǒng)很快到達設定位，但是也增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性；積分調(diào)節(jié) I 用于消除靜態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無差度；在感應加熱中，熱慣性比電慣性大得多，所以一般忽略微分調(diào)節(jié) D，在 實際設備中采用 PI 調(diào)節(jié)雙閉環(huán)控制。溫度和中頻電壓串級控制，溫度閉環(huán)為外環(huán)，電壓閉環(huán)為內(nèi)環(huán)。 中頻輸出功率 HP 與工件溫度 cT 之間存在如下關系： ? ?CDH C T T GP t ??? （ 41） 式中： ? —— 電源總效率； C—— 鍛件的比熱容； 0t —— 鍛件加熱時間； G—— 鍛件質(zhì)量； DT —— 環(huán)境溫度。圖中 另一內(nèi)環(huán)描述逆變電路具有頻率自動跟蹤的能力。 圖 10 中頻電源控制原理 閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理圖如 10 所示。中頻電源的開環(huán)控制如圖9所示。 但是，與其他自動裝置相比較，中頻電源對各項調(diào)節(jié)品質(zhì)指標的要求 (動態(tài)的和靜態(tài)的 )相對要低一些。 （ 3）是為了達到調(diào)節(jié)和保護等目的，系統(tǒng)必須具有對各種參量進行測量和監(jiān)視的能力。高頻感應熱處理逆變電 源采用并聯(lián)諧振式全橋 DC/AC 逆變電路，以晶閘管為主開關器件，由電流調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)組成雙閉環(huán)進行功率調(diào)節(jié)，用頻率跟蹤電路控制逆變器的工作頻率，使逆變器始終工作于諧振狀態(tài)，逆變器輸出功率因數(shù)接近于 1，而且能始終工作在準零電流開關狀態(tài)、整機工作效率較高。在兩橋臂開關器件都關斷時，由反并聯(lián)二極管續(xù)流。但是當所需功率很小時，會讓系統(tǒng)工作在嚴重失諧的狀態(tài)，無功損耗大。由此可見，逆變器的輸出功率可由工 作頻率來調(diào)節(jié)，特別當負載回路 Q值較高時調(diào)節(jié)更靈敏。 功率調(diào)節(jié)方式有三種： （ 1）改變功率因數(shù) 通過改變工作頻率來改變功率因數(shù)。鎖相環(huán)電路的目的是跟蹤負載的諧振頻率，從而控制逆變電路的工作頻率，這就是所謂的鎖相控制。整流橋的控制一般用典型的全可控整流 (在不要求移相調(diào)節(jié)直流側電壓時 )或可控整流 (需要調(diào)節(jié)直流側電壓時 )，具體用哪一種取決于控制策略。感應加熱電源主要用于工業(yè)快速，均勻加熱，特點是隨著加熱過程的進行，負載不斷變化，負載的固有諧振頻率變化，功率因數(shù)變化。因此，與其他自動裝置一樣，中頻電源必須具備相應的控制功能，才能有可靠的工作和產(chǎn)品質(zhì)量的保證。 12 控制電路系統(tǒng)的概述 敢應加熱對其電源提出了一定的技術要求，感應加熱電源的控制系統(tǒng)就是根據(jù)這些要求來設計和實現(xiàn)的。 （ 3） CHV 的選取； CHV 的耐壓和耐流與整流二極管是相同等級的。 上面圖 5 是不同 ? 時的輸出電壓波形給出了在感性負載電流非斷續(xù)的狀態(tài)下，不同 ? 角下的輸出電壓的波形，其中 ? 90 的狀態(tài)稱為整流橋的逆變工作狀態(tài)，其實質(zhì)是負載向電網(wǎng)反饋能量。負荷電壓 Ud=Ubc。 在 AB 和 AC段內(nèi)，由于負荷的電感量較大，流過 AB 的電流也保持不變。 在 AC 段內(nèi)， a 相電壓仍然最高，晶閘管 AB 繼續(xù)導通，電流從 a相繞組流出，經(jīng)過 AB 負荷和 CB。把一個周期平均分為 6段，如圖 5 所示。 三相橋式整流電路圖如圖 3 所示。 橋式整流屬于全波整流，三相整流只有全波整流，沒有半波整流。 全波整流：一是變壓器與半流整流電路相同，但用四個二極管組成橋式電路，將次級線圈的正、負半周都用起來；二是變壓器的次級繞組圈數(shù)加倍，中間抽頭，實際上由兩個次級線圈構成。 整流電路的選擇 半波整流：變壓器的次級繞 組與負載相接，中間串聯(lián)一個整流二極管，就是半波整流。 基本結構 隨著電力電子學及功率半導體器件的發(fā)展，感應加熱電源拓撲結構經(jīng)過不 8 斷的完善，已形成一種固定的 AC/DC/AC 變換形式，基本結構如圖 2 所示。增大 1i 即增大金屬工件中的交變磁通的最大值M? ?；竟ぷ髟砣鐖D 1 所示，圖中 A 為感應線圈（也稱負載線圈）， B 為被加熱的金屬工件。 基本工作原理 感應加熱是利用導體處于交變電磁場中產(chǎn)生感應電流（渦流）所形成的熱效應使導體本身發(fā)熱。因此，感應加熱電源是某些高新技術研發(fā)中心不可缺少的裝備。具有計算機智能接口、遠程控制、故障自動診斷等控制性能的感應加熱電源正成為下一代發(fā)展目標。 （ 3）感應加熱電源多應用于工業(yè)現(xiàn)場，其運行工況比較復雜，它與鋼鐵，冶金和金屬熱處理行業(yè)具有十分密切的聯(lián)系，它的負載對象各式各樣，而電源逆變器與負載是一有機的整體，負載直接影響到電源的運行效率和可靠性。因此，串聯(lián)逆變器存在并機擴容困難 :而對并聯(lián)逆變器，逆變器輸入端的直流大，電抗器可充當各并聯(lián)器之間的電流緩沖環(huán)節(jié)，使得輸入端的 AC/DC 或DC/DC 環(huán)節(jié)有足夠的時間來糾正直流電流的偏差，達到多機并聯(lián)擴容。在器件的串并聯(lián)方式中，必須處理好串聯(lián)器件的均壓問題和并聯(lián)器件均流問題，由于器件制造工藝和參數(shù)的離散性，限制了器件的串并聯(lián)數(shù)目，且裝置的可靠性和串并聯(lián)數(shù)目成反比。 （ 3）感應加熱電源的發(fā)展離不開材料學的進步如磁性材料學。80年代興起由大功率半導體開關器件為元件的逆變式高頻感應加熱電源。 （ 2） 70 年代末到 80 年代初，現(xiàn)代半導體微機集成加工技術與功率半導體技術的結合，為開發(fā)新型功率半導體器件提供了條件，相繼出現(xiàn)了一大批全控型電力電子半導體器件，極大地推動了電力電子學發(fā)展，為固態(tài)超音頻，高頻電源的研制提供了堅實的基礎。 50 年代末可控硅的出現(xiàn)則標志著固態(tài)半導體器件為核心的現(xiàn)代電力電子學的開始。同樣地，在鍛造，焊接，淬火熱處理方面 全面推廣國外先進技術，改造我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是必然趨勢。我國鑄件用量大，而鑄造行業(yè)仍以沖天爐熔煉為主，溫度及成分波動大，廢品率高。 關鍵詞： 可控硅中頻電源；感應加熱；逆變；保護電路