【正文】 電壓換成同步脈沖，作為逆變觸發(fā)電路的控制信號(hào)。 圖 9 中頻電源開環(huán)原理 控制過程如下：整流觸發(fā)控制角調(diào)節(jié)器把輸入控制信號(hào) cU 轉(zhuǎn)換成控制角 ? 。例如對(duì)冷卻水的壓力、水流量、水溫，控制柜中的氣溫，中頻電壓和電流等參量的測(cè)量和監(jiān)視。 （ 3）調(diào)頻來調(diào)節(jié)輸出功率 目前，高頻感應(yīng)熱處理電源采用橋式逆變電路，通過調(diào)頻的方式來調(diào)節(jié)輸出功率。因此，直流端可為三相全控整流電源。一般采樣電壓取自負(fù)載電容兩端，這是由于電容對(duì)高次諧波的阻抗小，其端電壓的高次諧波分量最小，基波分量最大。這些變化取決于負(fù)載的電氣特性如導(dǎo)電性、滲透性、耦合系數(shù)和幾何性質(zhì)如形狀等等；同時(shí)，不同的負(fù)載需要的功率大 小也不同，這樣必須逆變觸發(fā)電路 調(diào)頻 電路 電壓檢測(cè)電路 給定電壓 比較放大電路 啟 動(dòng) 控制 同步信號(hào)電源變壓器 整流觸發(fā)電路 電流檢測(cè)電路 移制電路 濾 波 逆 變 負(fù) 載 三相全控整流 三組工電 源 ＋ 整流 濾波 給定電壓 － ＋ － 整流 濾波 比 較 電路 13 對(duì)逆變器的輸出功率和頻率都做相應(yīng)的調(diào)整。在生產(chǎn)過程中，根據(jù)不同的 工藝，中頻電源不僅要輸出各種不同的功率，而且還需要在各種擾動(dòng)下維持和調(diào)整各種指標(biāo)。 整流電路的參數(shù)設(shè)計(jì) (1)二極管電壓額定值 RRMU ；二極管的耐壓可按式 (32)確定，根據(jù)電網(wǎng)電壓，考慮到其峰值、電壓波動(dòng)等因素。 在 BC 段內(nèi)， b 相電壓最高，晶閘管 BC 因得到觸發(fā)脈沖而導(dǎo)通，由于 b點(diǎn)電位高于 a 點(diǎn)電位，所以晶閘管 AB 因承受反向電壓而關(guān)斷。 圖 5 不同 ? 的輸出波形 在 AB 段內(nèi)， a 相電壓最高，電流從變壓器 a相繞組流出，經(jīng)過 AB 負(fù)荷和 BA（在此段內(nèi)， b相電壓最低，共陽(yáng)極組的晶閘管 BA 正處于導(dǎo)通狀態(tài)），回到變壓器 b 相繞組。三相全波整流也只有橋式整流。利用二極管的單向?qū)щ娦?，只有半個(gè)周期內(nèi)有電流流過負(fù)載，另半個(gè)周期被二管所阻，沒有電流。 （ 2）增大線圈中電流 1i 的頻率。根據(jù)不同的加熱工藝要求，感應(yīng)加熱采用 的電源的頻率有工頻（ 50～ 60Hz）、中頻 (60～ 10000Hz)和高頻 (高于 10000Hz)。 （ 5）由于感應(yīng)加熱用電源一般功率都很大，目前對(duì)它的功率因數(shù)，諧波污染指標(biāo)還沒有具體要求。 （ 2）目前，感應(yīng)加熱電源在中頻段主要采用晶閘管，超音頻段主要是 IGBT，而高頻段，隨著 MOSFET 和 IGBT 性能不斷改進(jìn)， SIT 將失去存在價(jià)值。同時(shí)，一些相關(guān)的技術(shù)如磁通集中器，感應(yīng)線圈的材料和設(shè)計(jì)，絕緣技術(shù)，故障診斷技術(shù)和遠(yuǎn)程控制、智能化技術(shù)等等也都影響其發(fā)展。 （ 3） 1983 年 IGBT 的問世進(jìn)一步推動(dòng)了感應(yīng)加熱電源的發(fā)展。 近年來在某些高新技術(shù)的研究開發(fā)中也使用了感應(yīng)加熱。由于感應(yīng)加熱效率高，速度快，可控性好，易于實(shí)現(xiàn)高溫和局部加熱，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，已在熔煉，鑄造，彎管，熱鍛，焊接和表面熱處理等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的電源電路可用于大型機(jī)械熱加工設(shè)備的感應(yīng)加熱電源。隨著我國(guó)電力供應(yīng)的改善，環(huán)保要求的提高，發(fā)展和擴(kuò)大感應(yīng)加熱的規(guī)模，在大型企業(yè)推廣雙聯(lián)熔煉工藝，改造我國(guó)鑄造行業(yè)是符合我國(guó)煤炭資源豐富特點(diǎn)的一條有效途徑。至今，在中頻（ 500Hz～ 10kHz）范圍內(nèi)，晶閘管中頻感應(yīng)加熱裝置已完全取 代了傳統(tǒng)的中頻發(fā)電機(jī)組和電磁倍頻器?？煽毓璩霈F(xiàn)后，一代又一代的電力半導(dǎo)體器件 先后問世，性能不斷改善，高耐壓和高耐流，低損耗、高頻率使得感應(yīng)加熱電源的性能和實(shí)用性得到了體現(xiàn)。 串聯(lián)逆變器輸出可等效為低阻抗的電壓源。另外 ，從電路拓?fù)渖县?fù)載結(jié)構(gòu)以三個(gè)無(wú)源元件代替原來的二個(gè)無(wú)源元件，以代替匹配變壓器實(shí)現(xiàn)高效，低成本隔離匹配。在這一領(lǐng)域，對(duì)感應(yīng)加熱電源的可靠性和可控性要求更高。由上可知，感應(yīng)加熱是靠感應(yīng)線圈把電能傳遞給要加 7 熱的金屬工件，然后在金屬內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，感?yīng)線圈與被加熱金屬不直接電接觸，能量是通過電磁感應(yīng)傳遞的。 圖 2 感應(yīng)加熱電源的基本結(jié)構(gòu) 整流電路的分類 整流電路是電力電子電路中最早出現(xiàn)的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟?，?yīng)用十分廣泛，電路形式各種各樣；按組成的器件可分為不可控、半控和全控三種，按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路，按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路，按變壓器二次側(cè)電流的方向是單相或雙相，又分為半波電路和全波電路；實(shí)用電路是上述的組合結(jié)構(gòu)。 經(jīng)常使用的整流電源 電路是效率高的全波整流電源電路，僅用電容器作為濾波電路的電路有中心抽頭式和橋式。 圖 4 三相橋式全控整流電路 三相橋式全控整流電路的輸出電壓為三相半波可控電路的兩倍 三相橋式全控整流電路的輸出電壓為： 4 cosdUU ?? （ 31） 10 式中： dU —— 輸出直流電壓平均值； oU —— 電網(wǎng)相電壓； ? —— 觸發(fā)移相角。 b相繞組內(nèi)的電流為正， c相繞組內(nèi)的電流為負(fù)。 在 CA 段內(nèi)， AC 和 CA導(dǎo)通， Ud=Uca。 （ 4）電力電容的計(jì)算；因?yàn)槭?6 個(gè)脈動(dòng)整流波動(dòng)， 50Hz 電網(wǎng)輸入。 控制電路的結(jié)構(gòu)與原理 控制 電路包括整流控制電路、逆變控制電路，保護(hù)電路等，如圖 6所示。其中，驅(qū)動(dòng)電路所產(chǎn)生的脈沖的次序和占空比由控制策略決定，硬件主要是由集成驅(qū)動(dòng)模塊及其一些外圍電路組成，也有用純模擬電路搭成的，還可以是數(shù)字與模擬電路共同合成。若逆變器的工作電壓不變，則在諧振點(diǎn)附近負(fù)載等效阻抗最低，如圖 7所示，電流最大，因而輸出功率也最大。根據(jù)脈沖的作用先后可把橋臂分為超前臂(Q1, Q3)和滯后臂 (Q Q4)。對(duì)于整流電路、逆變電路必須在各種擾動(dòng)下維持系統(tǒng)各參量 (如電流、輸出電壓等 )不偏離其設(shè)定值。前者僅限于電源在擾動(dòng)下不至于失去控制。這樣系統(tǒng)在外界干擾 1d 和 2d 的作用下也能維持輸出逆變觸發(fā)電路 脈沖形成電路 Us a Ud Un f d1 Ud U0 Ut U1 U? 可控 整流 給定 電壓 d2 電壓調(diào)節(jié) 器 Tc 負(fù)載電路 電壓反饋電路 整流控制角調(diào)節(jié)器 濾波 電路 逆變 變路 給定 電壓 整流控制角調(diào)節(jié)器 Us a Ud Ud UN TC f U0 d1 負(fù)載 電路 可控 整流 逆變 電路 濾波 電路 d2 16 電壓為恒值。由上面的分析可知，調(diào)節(jié)中頻電壓 HU 的值就可達(dá)到調(diào)節(jié)鍛件溫度的目的。 設(shè)計(jì)的 ，其中采用電流為內(nèi)環(huán)，電壓為外環(huán)的控制方式，如圖 12所示。同時(shí)逆變器 電流超前于電壓的角度不能太小，否則晶閘管承受反向電壓的時(shí)間太短，就不能可靠地關(guān)斷晶閘管，待負(fù)載電壓過零后，管子又將得到正向電壓，造成換向失敗，但引前觸發(fā)角不能太大，它會(huì)造成功率因數(shù)下降，輸出電壓值升高。 （ 2）恒功率因數(shù)原則，其目的是爐子在加熱運(yùn)行過程中，始終保持引前觸發(fā)角 平為恒定值。它的分?jǐn)鄷r(shí)間短（ 〈 10ms），允許能量小，分?jǐn)嗄芰?qiáng)（ 1000A）以上）。使用中頻感應(yīng)加熱設(shè)備可顯著提高經(jīng)濟(jì)效益，并能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、改善生產(chǎn)環(huán)境。 22 參考文獻(xiàn) [1] 葉斌 .電力電子應(yīng)用技術(shù)及裝置 [M].北京：中國(guó)鐵道出版社， 2021. [2] 趙良炳 .電力電子技術(shù)與近代電源 .中國(guó)電源學(xué)會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集 [C]， 2021. [3] 全亞杰 .感應(yīng)加熱電源的發(fā)展歷程與動(dòng)向 [M].2021. [4] 樸興哲 .10KHz/150KW 中頻感應(yīng)加熱電源的研究 .中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全集數(shù)據(jù)庫(kù)[C]， 2021. [5] 嚴(yán)克寬，張仲超 .電氣工程和電力電子技術(shù) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021. [6]