感應(yīng)加熱電源控制系統(tǒng)綜合設(shè)計-文庫吧資料
2025-07-13 14:01本頁面
【正文】 向直流電源反饋，負載電流逐漸減小，到時刻降為零，之后才反向并逐漸增大。在時刻斷開、同時合上、則的極性立刻變?yōu)樨?。當負載為阻感時，的基波相位滯后于的基波，兩者波形的形狀也不同，圖42給出的就是阻感負載時的波形。這就是逆變電路最基本的工作原理。當開關(guān)、閉合，、斷開時，負載電壓為正；當開關(guān)、斷開，、閉合時，為負，其波形如圖42所示。4 逆變器的設(shè)計 逆變電路的原理以圖41的單相橋式逆變電路說明最基本的工作原理。(4) 電力電容的計算；因為是6個脈動整流波動，50Hz電網(wǎng)輸入。(3) 的選??；的耐壓和耐流與整流二極管是相同等級的。安全系數(shù)=。輸出電壓波形 上圖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。 在VT2段內(nèi)，VT5和VT6導(dǎo)通，Ud=Ucb。輸出電壓波 在VT6段內(nèi)，VT3和VT4導(dǎo)通，Ud=Uba。負荷電壓Ud=Ubc。電流從b相繞組流出。輸出電壓波形在VT1和VT4段內(nèi)，由于負荷的電感量較大，流過VT1的電流也保持不變。負荷電壓Ud=Uac。晶閘管VT6承受反向電壓而關(guān)斷，所以電流回到c相繞組。負荷電壓Ud=Uab。輸出電壓波形 在VT1段內(nèi)，a相電壓最高，電流從變壓器a相繞組流出，經(jīng)過VT1負荷和VT6（在此段內(nèi)，b相電壓最低，共陽極組的晶閘管VT6正處于導(dǎo)通狀態(tài)），回到變壓器b相繞組。把一個周期平均分為6段，如圖33，34，35，36所示。圖32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： （31）式中：——輸出直流電壓平均值； ——電網(wǎng)相電壓； ——觸發(fā)移相角。三相橋式整流電路圖如圖31所示。 所以在此設(shè)計中選用了三相橋式全控整流電路。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。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。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(gòu)成。這種電路，變壓器中有直流分量流過，降低了變壓器的效率；整流電流的脈動成分太大，對濾波電路的要求高。 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。三相整流器濾波器逆變器負載整流器控制電路逆變器控制電路22感應(yīng)加熱電源的基本結(jié)構(gòu)框3 整流電路設(shè)計 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；實用電路是上述的組合結(jié)構(gòu)[5]。 感應(yīng)加熱電源的基本結(jié)構(gòu) 隨著電力電子學(xué)及功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，感應(yīng)加熱電源拓撲結(jié)構(gòu)經(jīng)過不斷的完善，已形成一種固定的AC/DC/AC變換形式，基本結(jié)構(gòu)如圖22所示。因為金屬工件中的感應(yīng)電動勢正比于磁通變化率，所以的頻率越高，感應(yīng)電動勢就越大。增大即增大金屬工件中的交變磁通的最大值。由上可知，感應(yīng)加熱是靠感應(yīng)線圈把電能傳遞給要加熱的金屬工件，然后在金屬內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽袘?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。圖中A為感應(yīng)線圈（也稱負載線圈），B為被加熱的金屬工件。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，容易實現(xiàn)整體均勻加熱或局部加熱（包括表面加熱）。2 感應(yīng)加熱電源的結(jié)構(gòu)及工作原理 基本工作原理感應(yīng)加熱是利用導(dǎo)體處于交變電磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流）所形成的熱效應(yīng)使導(dǎo)體本身發(fā)熱。在這一領(lǐng)域，對感應(yīng)加熱電源的可靠性和可控性要求更高。因此，感應(yīng)加熱電源是某些高新技術(shù)研發(fā)中心不可缺少的裝備。但隨著減少電網(wǎng)無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。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(yīng)加熱電源正成為下一代發(fā)展目標。另外，從電路拓撲上負載結(jié)構(gòu)以三個無源元件代替原來的二個無源元件，以代替匹配變壓器實現(xiàn)高效，低成本隔離匹配。 (3) 感應(yīng)加熱電源多應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，其運行工況比較復(fù)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。感應(yīng)加熱電源諧振逆變器可實現(xiàn)軟開關(guān)，但由于通常功率較大，對功率器件，無源器件，電纜，布線，接地屏蔽等均有很多特殊要求，尤其是高頻電源。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。 串聯(lián)逆變器輸出可等效為一低阻抗的電壓源。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。 感應(yīng)加熱電源的發(fā)展趨勢 (1) 從電路的角度，感應(yīng)加熱電源的大容量化技術(shù)分兩類:一是器件的串并聯(lián)。同時，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，絕緣技術(shù)，故障診斷技術(shù)和遠程控制、智能化技術(shù)等等也都影響其發(fā)展。 (2)單片機、微型計算機技術(shù)和集成芯片技術(shù)的發(fā)展使得對感應(yīng)加熱電源的復(fù)雜控制成為可能，體積和重量明顯減小，功率因素提高了，功率控制調(diào)節(jié)方便、準確。 影響感應(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)體微機集成加工技術(shù)與功率半導(dǎo)體技術(shù)分不開的。在高頻((100kHz以上)頻段內(nèi)，國內(nèi)浙江大學(xué)在90年代研制成20kW/300kHz MOSFET高頻電源，己被成功應(yīng)用于小型刀具的表面熱處理和飛機渦輪葉片的熱應(yīng)力考核試驗中，96年天津高頻設(shè)備廠和天津大學(xué)聯(lián)合開發(fā)出75kW/200kHz SIT感應(yīng)加熱電源。日本主要以SIT為主
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