【正文】 器的工作頻率，使逆變器始終工作于諧振狀態(tài)，逆變器輸出功率因數(shù)接近于 1，而且能始終工作在準(zhǔn)零電流開關(guān)狀態(tài)、整機(jī)工作效率較高。為了減小逆變管的開關(guān)損耗，逆變器的工作頻率大于其諧振頻率。在兩橋臂開關(guān)器件都關(guān)斷時(shí)，由反并聯(lián)二極管續(xù)流。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)。但是當(dāng)所需功率很小時(shí)，會(huì)讓系統(tǒng)工作在嚴(yán)重失諧的狀態(tài)，無功損耗大。逆變電路的工作頻率 f 的大小由所需的功率要求決定。由此可見，逆變器的輸出功率可由工 作頻率來調(diào)節(jié)，特別當(dāng)負(fù)載回路 Q值較高時(shí)調(diào)節(jié)更靈敏。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。 功率調(diào)節(jié)方式有三種： （ 1）改變功率因數(shù) 通過改變工作頻率來改變功率因數(shù)。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。鎖相環(huán)電路的目的是跟蹤負(fù)載的諧振頻率，從而控制逆變電路的工作頻率，這就是所謂的鎖相控制。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。整流橋的控制一般用典型的全可控整流 (在不要求移相調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓時(shí) )或可控整流 (需要調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓時(shí) )，具體用哪一種取決于控制策略。也就是說，整流側(cè)和逆變側(cè)是協(xié)調(diào)工作的。感應(yīng)加熱電源主要用于工業(yè)快速，均勻加熱，特點(diǎn)是隨著加熱過程的進(jìn)行，負(fù)載不斷變化，負(fù)載的固有諧振頻率變化，功率因數(shù)變化。 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。因此，與其他自動(dòng)裝置一樣，中頻電源必須具備相應(yīng)的控制功能，才能有可靠的工作和產(chǎn)品質(zhì)量的保證。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。 12 控制電路系統(tǒng)的概述 敢應(yīng)加熱對(duì)其電源提出了一定的技術(shù)要求，感應(yīng)加熱電源的控制系統(tǒng)就是根據(jù)這些要求來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的。 （ 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。 （ 3） CHV 的選??； CHV 的耐壓和耐流與整流二極管是相同等級(jí)的。取波動(dòng)系數(shù)為 ，安全系數(shù) ? =。 上面圖 5 是不同 ? 時(shí)的輸出電壓波形給出了在感性負(fù)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 ? 90 的狀態(tài)稱為整流橋的逆變工作狀態(tài)，其實(shí)質(zhì)是負(fù)載向電網(wǎng)反饋能量。 在 CA 段內(nèi)， AC 和 CA導(dǎo)通， Ud=Uca。負(fù)荷電壓 Ud=Ubc。電流從 b相繞組流出。 在 AB 和 AC段內(nèi)，由于負(fù)荷的電感量較大，流過 AB 的電流也保持不變。 b相繞組內(nèi)的電流為正， c相繞組內(nèi)的電流為負(fù)。 在 AC 段內(nèi)， a 相電壓仍然最高，晶閘管 AB 繼續(xù)導(dǎo)通，電流從 a相繞組流出，經(jīng)過 AB 負(fù)荷和 CB。 a相繞組內(nèi)的電流為正， b相繞組內(nèi)的電流為負(fù)。把一個(gè)周期平均分為 6段，如圖 5 所示。 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。 三相橋式整流電路圖如圖 3 所示。 所以在此設(shè)計(jì)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(gè)二極管組成橋式電路，將次級(jí)線圈的正、負(fù)半周都用起來；二是變壓器的次級(jí)繞組圈數(shù)加倍，中間抽頭，實(shí)際上由兩個(gè)次級(jí)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(dòng)成分太大，對(duì)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(jí)繞 組與負(fù)載相接，中間串聯(lián)一個(gè)整流二極管，就是半波整流。 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)。 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?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)過不 8 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 2 所示。因?yàn)榻饘俟ぜ械母袘?yīng)電動(dòng)勢 2e 正比于磁通變化率，所以 1i 的頻率越高，感應(yīng)電動(dòng)勢 2e 就越大。增大 1i 即增大金屬工件中的交變磁通的最大值M? 。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?；竟ぷ髟砣鐖D 1 所示，圖中 A 為感應(yīng)線圈（也稱負(fù)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(shí)現(xiàn)整體均勻加熱或局部加熱（包括表面加熱）。 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(duì)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(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)。另外 ，從電路拓?fù)渖县?fù)載結(jié)構(gòu)以三個(gè)無源元件代替原來的二個(gè)無源元件，以代替匹配變壓器實(shí)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(yùn)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(fù)載對(duì)象各式各樣，而電源逆變器與負(fù)載是一有機(jī)的整體，負(fù)載直接影響到電源的運(yùn)行效率和可靠性。感應(yīng)加熱電源諧振逆變器可實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，但由于通常功率較大，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(jī)擴(kuò)容困難 :而對(duì)并聯(lián)逆變器，逆變器輸入端的直流大，電抗器可充當(dāng)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(shí)間來糾正直流電流的偏差，達(dá)到多機(jī)并聯(lián)擴(kuò)容。 串聯(lián)逆變器輸出可等效為低阻抗的電壓源。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?？梢哉f，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。 （ 3）感應(yīng)加熱電源的發(fā)展離不開材料學(xué)的進(jìn)步如磁性材料學(xué)。可控硅出現(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)。80年代興起由大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件為元件的逆變式高頻感應(yīng)加熱電源。 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)。 （ 2） 70 年代末到 80 年代初，現(xiàn)代半導(dǎo)體微機(jī)集成加工技術(shù)與功率半導(dǎo)體技術(shù)的結(jié)合，為開發(fā)新型功率半導(dǎo)體器件提供了條件，相繼出現(xiàn)了一大批全控型電力電子半導(dǎo)體器件，極大地推動(dòng)了電力電子學(xué)發(fā)展，為固態(tài)超音頻，高頻電源的研制提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。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。 50 年代末可控硅的出現(xiàn)則標(biāo)志著固態(tài)半導(dǎo)體器件為核心的現(xiàn)代電力電子學(xué)的開始。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)。同樣地，在鍛造，焊接，淬火熱處理方面 全面推廣國外先進(jìn)技