現(xiàn)代電力電子器件論文-電力電子器件在感應加熱電源中的應用(編輯修改稿)
2025-07-12 23:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 金屬器件形成回路，故在其橫截面內(nèi)產(chǎn)生了感應電流，此電流稱為渦流，可以使金屬迅速發(fā)熱，從而達到加熱的目的。 當感應線圈上通過上述交變電 流 i 時，線圈內(nèi)部會產(chǎn)生相同頻率的交變磁通? ，交變磁通 ? 是按正弦規(guī)律變化的，則有 wtm sin??? () 在公式（ ）中 m? 為交變磁通的最大值。 則可 得到感應電動勢為： wtwNe m cos?? （ ） 在公式（ ）中， N 是線圈的匝數(shù)。 因此，感應電動勢的有效值為： mm NffNE ???? ? （ ） 在公式式（ )中 ,f 為交變電流的頻率： 在金屬導體內(nèi)產(chǎn)生的渦流 fI 值與感應電動勢和渦流回 路的阻抗 Z 相關(guān)， 22 Lf XREZEI ??? （ ） 在公式（ ）中： R 為渦流回路等效電阻， LX 為渦流回路等效的感抗。 感應加熱通過感應線圈把電能傳遞給要加熱的金屬，然后電能在金屬內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。感應線圈不直接接觸被加熱的工件，能量是通過電磁感應傳遞的，故感應加熱屬于非接觸式工件加熱，其產(chǎn)生熱量的功率為： 222222 Lmf XR RfNRIP ? ??? （ ） P 為渦流作用在加熱工件上所產(chǎn)生的熱量。 fI 為電流的有效值。 由式（ ）可以看出，當負載固定時，發(fā)熱功率與頻率的大小和磁場的強 弱有關(guān)，感應線圈中流過的電流越大，其產(chǎn)生的磁通也就越大。因此提高線圈中的電流可以使金屬中產(chǎn)生的渦流加大。同樣提高工作頻率也會使工件中的感應電流加大，從而增加發(fā)熱效果，使得金屬升溫更快。另外，渦流的大小與工件的截面 大小，截面形狀，導電率，導磁率以及透入深度有關(guān)。 3 高頻感應加熱電源的電路原理 如圖 所示，其為電源的基本結(jié)構(gòu)圖，其變換的形式為： ACDCAC,電路基本由四部分組成，即：整流電路，逆變電路，控制電路，負載電路，而且隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和革新，以及半導體器件技術(shù)不斷完善，感應電源的結(jié)構(gòu)也在不斷地改進和完善。 圖 高頻感應電源結(jié)構(gòu)圖 經(jīng)過整流電路，我們可以將交流電變成脈動直流電。經(jīng)過濾波電路，再得到平滑的直流電。逆變器將 DC 轉(zhuǎn)化為感應加熱負載的高頻交流電 AC。控制電路為可控整流電路 提供移相控制觸發(fā)脈沖和為逆變橋提供驅(qū)動脈沖。 fU 為反饋信號電壓，提供過流以及頻率跟蹤信號。下面將重點介紹逆變橋和諧振電路。 諧振電路的分析 高頻感應加熱電源有兩種電路結(jié)構(gòu)。一種是電壓型的串聯(lián)諧振，一種是電流型的并聯(lián)諧振。下面我們就兩種形式分別進行討論。 串聯(lián)諧振電路 圖 RLC 串聯(lián)諧振電路 假設(shè)電源的內(nèi)阻為零。 )( ???? wtSinEE m （ ） 輸入阻抗 Z（ jw）為： )1()( wcwLjRjwZ ??? （ ） 諧振頻率為 wo，當 w=wo 時， X（ wo） =0 。這種電路狀態(tài)我們稱之為串聯(lián)諧振。諧振頻率為： LCwo 1? （ ） 諧振頻率因電路而唯一確定，阻抗電流與頻率的關(guān)系如下圖 所示。 圖 阻抗電流與頻率的關(guān)系 并聯(lián)諧振電路 圖 并聯(lián)諧振電路 假設(shè)電源的內(nèi)阻為零。 )( ???? wtSinEE m （ ） 輸入阻抗 Y（ jw）為： )1()( wLwCjGjwY ??? （ ） 諧振頻率為 wo，當 w=wo 時， Y（ wo） =0 。這種電路狀態(tài)我們稱之為并聯(lián)諧振。諧振頻率為： LCwo 1? （ ） 逆變器的結(jié)構(gòu)分析 電壓型串聯(lián)形式逆變器 在串聯(lián)形式下的逆變器，供電電源一般是電壓源。在圖 中，一個大容量的電容與整流器并聯(lián)，構(gòu)成了所需要的電壓源。逆變器輸入端的電壓值決定了交變電壓的幅值，頻率取決于器件的開關(guān)頻率。 圖 電壓型串聯(lián)諧振電路 圖中 C 為補償電容， R,L 為包含負載在內(nèi)的負載等值電阻和電感。交替開通和關(guān)斷逆變器上的可控器件就可以在逆變器的輸出端得到交變的方波電壓。它的幅值取決于逆變器的輸入端的電壓值 ，頻率取決于開關(guān)頻率。串聯(lián)逆變器根據(jù)負載電壓和電流的相位關(guān)系可能工作于三種工作狀態(tài)下：諧振，感性和容性狀態(tài)。在串聯(lián)逆變器中，為了避免開關(guān)器件因短路電流而損壞，在開關(guān)器件換流過程中，上，下橋臂 IGBT 必須遵守先關(guān)斷后開通的原則，即應該留有死區(qū)時間。 由分析可知，不同的頻率，電路可能會有三種不同的工作狀態(tài)。如圖 所示。 (a) (b) (c) 圖 電壓型串聯(lián)諧振電路 （ a） 中由于并聯(lián)電容的作用，電壓波形為方波，正弦波是理想電流波形。從圖中可以看出，電壓和電流的相位一致，此時電路工作在諧振狀態(tài) 。 （ b） 中電流超前電壓，逆變器工作在容性狀態(tài)。 （ c） 中電流滯后電壓，逆變器工作在感性狀態(tài)。 電流型并聯(lián)形式逆變器 在并聯(lián)形式下的逆變器中，一般采用電流源供電。為了得到理想的交變電流方波，整流器的輸出端串聯(lián)一個大電感。在逆變器的輸入端因為大電感的
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