【正文】 使器件因溫度過(guò)高而損壞；過(guò)載電流越大器件能承受過(guò)電流時(shí)間越短，因此線路設(shè)計(jì)須考慮保護(hù)。這是本設(shè)計(jì) 的缺點(diǎn)，也是今后研究的一個(gè)重要趨勢(shì)，目前只能靠 LC濾波器來(lái)盡量減少諧波分量的影響。不僅使課題能順利完成，而且使我在學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)一步加深了對(duì)知識(shí)的理解和靈活運(yùn)用，在日后工作和學(xué)習(xí)中將受益終身。 21 致 謝 本論文是在指導(dǎo)老師洪新華教授的精心指導(dǎo)下完成的，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、勤勉的工作精神以及開(kāi)闊的視野，對(duì)我產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。電阻還能阻止電容與線路分布電感形成的振蕩以及限制當(dāng)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)，由電容放電引起的 di /dt 和浪涌電流。一般過(guò)電壓是用阻容元件吸收和消耗產(chǎn)生過(guò)電壓的能量，或是選用非線性元件限制過(guò)電壓的幅度和用電子電路來(lái)實(shí)施保護(hù)等方法來(lái)抑制過(guò)電壓。 19 （ 1）恒時(shí)間 t 原則，即 加熱過(guò)程中始終保持引前觸發(fā)時(shí)間為恒值。并聯(lián)逆變式負(fù)載采用頻率自動(dòng)跟蹤，需要對(duì)單相逆變器通斷的控制，來(lái)保證負(fù)載電路為諧振回路，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載的功率輸出最大。 17 圖 11 感應(yīng)加熱溫度控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中的控制系統(tǒng) 外環(huán)根據(jù)用戶給定的設(shè)定溫度 gT 和反饋的工件溫度 rT 進(jìn)行 PI 調(diào)節(jié)后設(shè)定給定電壓值 sU ，內(nèi)環(huán)根據(jù) sU 和中頻電壓反饋 rU 經(jīng)過(guò) PI 調(diào)節(jié)后通過(guò)整流控制角調(diào)節(jié)器設(shè)定整流的 ? 角，控制中頻電源的輸出功率。 經(jīng)過(guò)感應(yīng)加熱的產(chǎn)品最重要的技術(shù)指標(biāo)就是溫度?？煽卣麟娐吩陔娋W(wǎng)電壓為 CU 的條件下把 ? 轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓 dU ；經(jīng)過(guò)濾波電感 dL 后，逆變器將輸入直流電壓 dU 轉(zhuǎn)換為頻率為 f 的中頻電壓 NU 向負(fù)載輸出電能；負(fù)載電路將中頻電壓轉(zhuǎn)換成工件溫度 CT ，改變控制信號(hào) OU 即可改變工件溫度 CT 。 （ 4）中頻加熱電源的負(fù)載頻率必須要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤功能。為了減小逆變管的開(kāi)關(guān)損耗，逆變器的工作頻率大于其諧振頻率。逆變電路的工作頻率 f 的大小由所需的功率要求決定。以此信號(hào)作為反饋，可有效降低高次諧波的干擾，使系統(tǒng)能穩(wěn)定地跟蹤諧振頻率 0f ，再加上適當(dāng)?shù)钠秒娐?，可以使得工作頻率略高于諧振頻率。也就是說(shuō)，整流側(cè)和逆變側(cè)是協(xié)調(diào)工作的。例如鍛坯加熱時(shí)，為保證工件的出口溫度，電源必須具有電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力，以適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)的影響。取波動(dòng)系數(shù)為 ，安全系數(shù) ? =。電流從 b相繞組流出。 a相繞組內(nèi)的電流為正， b相繞組內(nèi)的電流為負(fù)。 所以在此設(shè)計(jì)中選用了三相橋式全控整流電路。這種電路，變壓器中有直流分量流過(guò)，降低了變壓器的效率；整流電流的脈動(dòng)成分太大，對(duì)濾波電路的要求高。因?yàn)榻饘俟ぜ械母袘?yīng)電動(dòng)勢(shì) 2e 正比于磁通變化率，所以 1i 的頻率越高，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 2e 就越大。感應(yīng)加熱的物體必須是導(dǎo)體，感應(yīng)加熱能在被加熱物體內(nèi)部直接生熱，因而熱效率高，升溫速度快，容易實(shí)現(xiàn)整體均勻加熱或局部加熱（包括表面加熱）。但隨著減少電網(wǎng)無(wú)功及諧波污染要求的提高，具有高功率因數(shù) (采用大功率三相功率因數(shù)校正技術(shù) )及低諧波污染電源必將成為今后發(fā)展趨勢(shì)。感應(yīng)加熱電源諧振逆變器可實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，但由于通常功率較大，對(duì)功率器件，無(wú) 源器件，電纜，布線，接地屏蔽等均有很多特殊要求，尤其是高頻電源?？梢哉f(shuō)，感應(yīng)加熱電源的發(fā)展是諸多學(xué)科和綜合技術(shù)共同決定的。 IGBT 綜合了MOS 和雙極晶體管的優(yōu)點(diǎn)，具有通態(tài) 壓降低，開(kāi)關(guān)速度快，易驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，自 1988 5 年解決了擎住問(wèn)題后，大功率高速 IGBT 己成為眾多加熱電源的首選器件，頻率高達(dá) 100kHz,功率高達(dá) MW級(jí)電源已可實(shí)現(xiàn)。上述這些先進(jìn)技術(shù)的推廣和發(fā)展均與感應(yīng)加熱電源技術(shù)的研究和發(fā)展密切相關(guān)。在國(guó)外，感應(yīng)加熱技術(shù)已日趨成熟。 本設(shè)計(jì)研究了中頻感應(yīng)加熱及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀和趨勢(shì)，并在較全面的論述基礎(chǔ)上，對(duì) 電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。目前，我國(guó)較好的鑄造業(yè)廢品率也在 6%～ 15%間，而一般鑄造廠的廢品率高達(dá) 30%。硅晶閘管的出現(xiàn)推動(dòng)了感應(yīng)加熱電源及應(yīng)用的飛速發(fā)展。 感應(yīng)加熱電源發(fā)展的主要因素 （ 1）感應(yīng)加熱電源的發(fā)展與電力電子器件的發(fā)展密切相關(guān)，而電力電子器件的發(fā)展又是與半導(dǎo)體微機(jī)集成加工技術(shù)與功率半導(dǎo)體技術(shù)分不開(kāi)的。多臺(tái)電源的串并聯(lián)技術(shù)是在器件串并聯(lián)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步大容量化的有效手段，借助于可靠的電源串并聯(lián)技術(shù)，在單機(jī)容量適當(dāng)?shù)那闆r下，可簡(jiǎn)單地通過(guò)串并聯(lián)運(yùn)行方式得到大容量裝置，每臺(tái)單機(jī)只是裝置的一個(gè)單元 (或一個(gè)模塊 )。對(duì)焊接，表面熱處理等負(fù)載，一般采用匹配變壓器連接電源和負(fù)載感應(yīng)器，對(duì)高頻，超音頻電源用的匹配變壓器要求漏抗很小，如何實(shí)現(xiàn)匹配變壓器的效率，從磁性材料選擇到繞組的設(shè)計(jì)已成為重要課題?？梢钥隙ǖ恼f(shuō)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，感應(yīng)加熱電源在高新技術(shù)領(lǐng)域會(huì)有更廣泛的應(yīng)用。若線圈 A中通以交流電流 i1，則在線圈 A內(nèi)產(chǎn)生隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，置于交變磁場(chǎng)中的被加熱工件 B 要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e2，形成渦流 i2，這些渦 流使金屬工件發(fā)熱，消耗電能。一般由整流器、濾波器、逆變器及一些控制和保護(hù)電路組成。中間抽頭接負(fù)載一端，另兩個(gè)端子各串聯(lián)一個(gè)二極管后接負(fù)載的另一端。 圖 3 三相橋式全控整流電路 晶閘管 AB、 BC、 CA 接成共陰極，晶閘管 AC、 BA、 CB 接成共陽(yáng)極，并與變壓器和負(fù)荷分別構(gòu)成兩個(gè)三相半波可控整流電路，兩個(gè)三相半波可控整流電路串聯(lián)就構(gòu)成三相橋式全控整流電路，如圖 4所示。晶閘管 BA承受反向電壓而關(guān)斷，所以電流回到 c 相繞組。 11 在 BA 段內(nèi)， BC 和 AC導(dǎo)通， Ud=Uba。由于頻率較高，所以要選擇 GTR、 MOSFET、 IGBT 等工作頻率較高的自關(guān)斷器件。隨著加熱工業(yè)的發(fā)展和新產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝的變化，對(duì)感應(yīng)加熱電源的控制系統(tǒng)功能的要求也更加的多樣化和智能化。 逆變控制電路包括開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路，死區(qū)形成電路，鎖相環(huán)電路。通常，為減小器件開(kāi)關(guān)損耗，工作頻率應(yīng)大于諧振頻率。 （ 2）改變直流電壓 f0 f1 f Q1 Q3 Q1 Q4 Q2 Q4 t t z 14 移相調(diào)功是通過(guò)移相控制，即每個(gè)橋臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管 180 互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂的導(dǎo)通角相差一個(gè)相位，即移相角，通過(guò)調(diào)節(jié)移相角的大小調(diào)節(jié)負(fù)載電壓的寬度，從而調(diào)節(jié)輸出功率，如圖 8 所示。 控制電路的作用 感應(yīng)加熱電源的控制電路必須至少起著以下作用 : （ 1）調(diào)節(jié)控制電路必須對(duì)整流電路、逆變電路等系統(tǒng)主電路部分進(jìn)行功能控制。而動(dòng)態(tài)指標(biāo)與靜態(tài)指標(biāo)相比， 后者是主要的。電壓反饋電路把輸出中頻電壓 HU ，轉(zhuǎn)換成反饋電壓 tU （直流），后者與給定電壓 Us相比較，并產(chǎn)生差值電壓 U? ；電壓調(diào)節(jié)器將此差值電壓放大。 2HH HUP R? （ 42） 式中： HU —— 中頻電壓 HR —— 等效電阻 故有： ? ?2CDHHC T T GU tR??? （ 43） 生產(chǎn)過(guò)程中若要保持工件的溫度在控制的范圍內(nèi)，工件的溫度是控制的關(guān)鍵因素。本裝置是采用電流電壓雙閉壞控制電路。逆變器在加熱過(guò)程中，爐子的電感是個(gè)變量，其震蕩頻率在加熱過(guò)程中是不斷地變化的，為使逆變器安全地工作，觸發(fā)頻率必須緊跟爐子電感的變化。本原則功率因數(shù)隨爐子負(fù)載變化而變化。本設(shè)計(jì)是采用快速熔斷器的保護(hù)措施，這是一種最簡(jiǎn)單有效的過(guò)電流保護(hù)器件。 論 中頻感應(yīng)加熱裝置具有體積小、噪聲低、效率高、耗電省、操作方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。在此，向洪老師表示最衷心的感謝！ 此外，我還要對(duì)在這次設(shè)計(jì)中，幫助和支持我的同學(xué)，表示感謝！ 最后，謹(jǐn)向我在大學(xué)四年學(xué)習(xí)和生活期間熱誠(chéng)幫助和指導(dǎo)過(guò)我的各位老師和同學(xué)致以誠(chéng)摯的謝意。但設(shè)計(jì)中還存在很多不理解的地方需要在以后的時(shí)間去探索與學(xué)習(xí)。阻容吸收電路俗稱緩沖電路，電路是由電容和電阻串聯(lián)而成，利用電容來(lái)吸收尖峰狀態(tài)的過(guò)電壓能量，利用與電容串聯(lián)的電阻來(lái)消耗產(chǎn)生過(guò)電壓的能量。為了提高電力電子裝置的可靠性，除了在選擇器件時(shí)，需有一定的電壓和電流裕量外，還需要采用一定的保護(hù)措施。它分為兩種恒時(shí)間原則及恒功率因數(shù)原則。通過(guò)對(duì)主回路的三相全控整流橋的 控制，即對(duì)三相全控橋的六個(gè)晶閘管導(dǎo)通角 α的控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載功率的控制。系統(tǒng)控制框圖如圖 11所示。脈沖形成電路將連續(xù)變化的負(fù)載