【正文】 個(gè)作用。 2) 按下 SB4， KM2通電并自鎖，主回路通電，直流電壓表反打，此時(shí)整流橋觸發(fā)器控制角 =150度。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的到論文文章的完成，每走 一步對(duì)我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。 在學(xué)習(xí)、工作和論文寫作中，得到了同學(xué)們的熱忱幫助，在此向他們由衷的感謝。 在論文完成的過程中傾注了導(dǎo)師大量的心血，在論文完成之際，特向我尊 敬的陸斌導(dǎo)師表示衷心的感謝。我相信其中的酸甜苦辣最終都會(huì)化為甜美的甘泉的 。 8) 若運(yùn)行中發(fā)生了過電流過電壓，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行脈沖封鎖保護(hù)，此時(shí)要繼續(xù)工作可先按復(fù)位按鈕 SB7，再按 SB6重新啟動(dòng)。 均壓電阻的功率為： RjP ≥ RjK WWRnU jm 12 22 ?????????? ????????? 式中 Um— 作用于管子上的正反向峰值電壓； n — 串聯(lián)元件數(shù)； RjK — 計(jì)算系數(shù)，三相取 。 L0= mHmHUdfIU 2202 22 ???????? 式中 dU — 與晶閘管裝置容量相等的整流變壓器的短路比，取~。兩個(gè)電壓信號(hào)分別經(jīng)過穩(wěn)壓管 V1， V2接入晶閘管 VT1和 VT2的門極。 第 25 頁 共 33 頁 保護(hù)系統(tǒng)的作用是：當(dāng)本裝置的電壓和電流小于整定值時(shí)，保護(hù)電路不工作，當(dāng)電壓或者電流超過整定電流值時(shí)保護(hù)電路發(fā)出信號(hào)，把電壓和電流限制在整定值，使裝置免遭過載運(yùn)行的危害。以后電容 C又再次向電感放電，這樣不斷反復(fù)第 23 頁 共 33 頁 便在電容兩端形成振蕩電壓，其電壓頻率為： 電容兩端的電壓幅值是不斷衰減的，這是由于電路中有電阻 R存在的緣故。 2) 鋸齒波形成環(huán)節(jié)利用 “密勒”效應(yīng)的積分電路，以及采用恒流充電電路給電容充電的工作原理，形成一個(gè)底寬為 240度 ~300 度鋸齒波。同理，當(dāng) us信號(hào)由變正的瞬第 18 頁 共 33 頁 間， 23 202兩端輸出脈沖去觸發(fā)另一對(duì)角線上的一對(duì)晶閘管。 這是因?yàn)?1)ic產(chǎn)生的電壓信號(hào)在相位上滯后 ua中頻電壓 90度，故只要適當(dāng)調(diào)節(jié)這個(gè)信號(hào)的幅值，便可以方便的改變它和 ua的交點(diǎn)的位置，即調(diào)節(jié)了 tf的大小。在前述的熔煉和加熱過程中，由于負(fù)載回路的參數(shù)不斷變化，為保證中頻電源始終運(yùn)行于最佳狀態(tài)，要求觸發(fā)電路的輸出脈沖能自動(dòng)隨著負(fù)載的變化而變化，即具有頻率自跟蹤能力。在 t=t2時(shí)刻，觸發(fā) VT2與 VT3，于是 iT2,3從零增大，而 iT1,4在反向電壓作用下從 Id減小，此階段四個(gè)晶閘管同時(shí)處在導(dǎo)通換流過程，t=t4時(shí)刻， iT1,4已經(jīng)降到零，此時(shí) iT2， 3從零增到 Id， VT1與 VT4已經(jīng)關(guān)斷、 VT2與 VT3已經(jīng)完全導(dǎo)通，完成換流過程。（ 2） C值一般都要求過補(bǔ)償一些，使等效負(fù)載呈現(xiàn)容性，這樣 ia就會(huì)超前 ua一定的角度，達(dá)到自然換流及可靠關(guān)斷晶閘管的目的， L和 C組成并聯(lián)諧振電路，逆變器由四個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂由晶閘管和限流電感 L1~L4串聯(lián)組成，限流電感的作用是限制晶閘管的電流的變化率以保護(hù)晶閘管。故要求每只晶閘管的觸發(fā)間隔也應(yīng)為 60度角度，脈沖采用大于 60度而小于 120度的單寬脈沖。 其他要求 熔煉過程中一旦中頻電源發(fā)生故障就將導(dǎo)致整爐材料報(bào)廢，嚴(yán)重時(shí)還可能損壞坩 堝。從式（ 36）中可知，回路中的振蕩頻率與 L和 C的數(shù)值有關(guān)。再則熔煉過程當(dāng)爐料熔化后，必須對(duì)爐料成分進(jìn)行化驗(yàn)。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)匹配變壓器的高能輸入效率，從磁性材料選擇到繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已成為重要課題。感應(yīng)加熱電源諧振逆變器中采用的功率器件利于實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，但是，感應(yīng)加熱電源通常功率較大，對(duì)功率器件、無源器件、電纜、布線、接地、屏蔽等均有許多特殊要求，尤其是高頻電源。如 1994 年，日本采用 IGBT 研制出了 1200kW、 50kHz 電流型并聯(lián)逆變感應(yīng)加熱電源，逆變器工作于零電壓 開關(guān)狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)了微機(jī)控制；西班牙在 1993 年也已報(bào)道了 30kW~600kW，50~100kHz 電流型并聯(lián)逆變感應(yīng)加熱電源，歐、美地區(qū)的其他一些國(guó)家如英國(guó)、法國(guó)、瑞士等國(guó)的系列化超音頻感應(yīng)加熱電源目前最大容量也達(dá)數(shù)百千瓦。 在超音頻（ 10kHz~100kHz）頻段內(nèi)，由于晶閘管本身開關(guān)特性等參數(shù)的限制，給研制該頻段的電源帶來了很大的技術(shù)難度，它必須通過改變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)才有可能實(shí)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)在 70 年代開始研制晶閘管倍頻逆變電源，目前產(chǎn)品水平為第 9 頁 共 33 頁 250~320kW/10~15kHz，后于 80 年代末又采用改進(jìn)型倍頻逆變電路研制了50kW/50kHz 晶閘管超音頻電源，但由于倍頻電路的雙諧振回路耦合使負(fù)載呈非線性，時(shí)變加熱負(fù)載參數(shù)與諧振回路參數(shù)匹配調(diào)試較復(fù)雜及后出現(xiàn)的晶體管固態(tài)加熱電源的頻率及功率可完全覆蓋而沒有得到很好的推廣應(yīng)用。這就是大型電爐采用較低頻率仍能滿意的工作的主要因素。這一臨界頻率（即對(duì)感應(yīng)供電的最佳頻率）可按以下步鯫選： 當(dāng)爐料直徑 d與透入深度 δ的比值 d/δ|10時(shí)，即可認(rèn)為電效率已接近極限值。 究竟應(yīng)該選擇怎樣的頻率才教合適呢？下面分析頻率與電效率之間的關(guān)系?？蔀楦鞣N金屬的碎塊。 （ 3） 在熱處理方面 利用中頻電流的集膚效應(yīng)，來提高鋼件的力學(xué)性能，使其具有較高的硬度和抗疲勞強(qiáng)度。 4） 晶閘管中頻加熱電源裝置采用脈沖封鎖保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作快。目前，晶閘管在各工業(yè)部門應(yīng)用都極為廣泛，在中頻加 熱方面的應(yīng)用也很成功。 Second, under the current design requirements, use the software to map out the various circuit diagram and curves, and the ponents attached table. 前 言 感應(yīng)加熱是一種常見的加熱方式，廣泛用于金屬冶煉、工件透熱、淬火、焊接等工藝，也是電力電子技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)共分為八章，第一章是對(duì)感應(yīng)加熱原理的分析；第二章是對(duì) 無鐵心感應(yīng)電爐對(duì)晶閘管中頻電 源輸出的要求 的分析；第三章是對(duì)主電路的分析；第四章是對(duì)整流觸發(fā)電路的分析；第五、第六、第七章則是對(duì)并聯(lián)逆變器的啟動(dòng)、保護(hù)系統(tǒng)和控制電路的原理分析，也包括它們的參數(shù)計(jì)算；而第八章則是做完本篇設(shè)計(jì)后所作的總結(jié)。中頻發(fā)電機(jī)組設(shè)備體積大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，運(yùn)行噪聲大，而且它是一種固定頻率的設(shè)備，運(yùn)行時(shí)必須隨時(shí)調(diào)節(jié)電容大 小才能保持最大輸出功率，這不但增加了不少中頻接觸器，而且操作起來也很頻繁。 晶閘管中頻加熱電源的應(yīng)用按負(fù)載類型主要分為以下幾個(gè)方面： （ 1） 金屬冶煉 這是應(yīng)用最廣泛的一方面。 中頻無鐵心感應(yīng)爐的構(gòu)造主要由三部分組成：①感應(yīng)圈。在一次繞組中通過中頻電流時(shí)就在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁力線切割二次繞組，致使?fàn)t料中 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并在垂直于感應(yīng)圈軸線的表面內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)渦流從而使?fàn)t料加熱熔化。但如果無限制地增高頻率，一則受到裝置復(fù)雜性的限制，更重要的是由于集膚效應(yīng)的原因，渦流發(fā)熱隨著電流頻率的升高只局限于爐料周圍的表面層，而爐料中心的熱量是由表面轉(zhuǎn)導(dǎo)而來，所以加熱時(shí)間拉長(zhǎng)，電效率不再上升。當(dāng)其電流密度減到為表面密度的 |/e=|/ | 828的深度時(shí)，在這一層中產(chǎn)生的熱量差不多為所有熱第 8 頁 共 33 頁 量的 90%。在 50 年代前，感應(yīng)加熱電源主要有：工頻 感應(yīng)熔煉爐、電磁倍頻器、中頻發(fā)電機(jī)組和電子管振蕩器式高頻電源。 功率 MOS 晶體管與功率雙極管相比存在許多優(yōu)點(diǎn)，由于它為多子工作器件，不存在存儲(chǔ)時(shí)間，因此它的開關(guān)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于雙極晶體管。應(yīng)用于高頻電源的另一功率器件為靜電感應(yīng)晶體管（ SIT），主要以日本為主，電源水平在 80 年代末達(dá)到了 1000kW/200kHz， 100kW/400kHz，SIT 開關(guān)速度比 MOSFET 慢，同時(shí)它存在很大的通態(tài)損耗，隨著 MOSFET、 IGBT性能不斷改進(jìn)， SIT 將失去它存在的價(jià)值。在器件的串、并聯(lián)方式中，必須認(rèn)真處理串聯(lián)器件的均壓?jiǎn)栴}和并聯(lián)器件的均流問題，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，且串、并聯(lián)數(shù)越多，裝置的可靠性越差。具有計(jì)算機(jī)智能接口、遠(yuǎn)程控制、故障自動(dòng)診斷等控制性能的感應(yīng)加熱電源正成為下一代發(fā)展目標(biāo)。感應(yīng)器實(shí)際上是一個(gè)電感線圈。 大容量感應(yīng)爐對(duì)中頻電源的要求 中頻電源的輸出電壓一般不很高而電流很大，這是因?yàn)殡妷禾邥r(shí)，晶閘管串聯(lián)過多，均壓比較困難，工作不可靠。 第三章 主電路的工作原理及參數(shù)計(jì)算 三相中頻電源的基本原理，就是通過一個(gè)三相橋式全控整流電路把工頻電流變成直流電，經(jīng)過直流電抗器濾波最后經(jīng)過逆變器變成單相中頻交流電供給給負(fù)載。 從式上式可知： =0度時(shí) Ud值最大； =90度時(shí)， Ud=0。由圖波形可見，流進(jìn)并聯(lián)諧振電路的電流 ia 為梯形交流波形，可分解成基波分量正弦電流 ia1以及其他高次諧波電流，而電路諧振頻率恰好是基波分量正弦電流 ia1的頻率，呈現(xiàn)高阻抗，對(duì)其高次諧波均視為短路，所以負(fù)載兩端電壓 ua波形是很 好的中頻正弦波，并且滯后 ia1一定角度 （因等效負(fù)載呈容性）。 第 16 頁 共 33 頁 從圖 ua波形可知，滯后功率因數(shù)角 應(yīng)滿足晶閘管恢復(fù)到正向阻斷能力所需要的時(shí)間。脈沖寬度應(yīng)為 10~500s之間。實(shí)現(xiàn)上述設(shè)想的具體電路如圖所示。代入上式 qt = ?? ?? 106=63us 觸發(fā)引前時(shí)間 ft = rt +k qt =+63us=107us 因?yàn)楸狙b置穩(wěn)定 ft =110 us 是適當(dāng)?shù)?,故其對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)角 φ = 度 負(fù)載補(bǔ)償電容器 補(bǔ)償電容器提供無功功率 Q 應(yīng)滿足 : 補(bǔ)償負(fù)載的無功功率 Q1=LP?cos sinφ L 滿足換流需要 Q2=?cosP cos φ L Q= Q1+ Q2=P(tanφ L+tan φ )