感应加热系统的结构及原理分析

1、感应加热系统的结构及原理分析怯拉第电做逵应定律说明.处于理变船场内的导休K两罐合厲甩出电动特.电谿厨合廉冋路时咄1曲“电tit.凶"|热的At：本克a威坠期此-ii2.l所乳在导林外血样侦St为冏的段關*兗变电流彳通人规圈民蜒应戏翩屮就令产生同尊的交養fiiifi学.庄金属I：件中掖佥相应仃庶应电和勢F.设匚杵的爭效匝数为芯.帕fiMAXWHTiP：/j?riv：加热电源闸1感虑加坞原畀(2J)(2J)hiZ.IImlLctiur.Limtijiihci?r>"一炜N克*虫风帜tft变变腿罐力0二妙#Mn曲.则=(2.2)因业暮函削初轉的有效確为;V2V2It廉应电动

2、叨TTL件中产怕裁应渦谕厶ftI件内部加趣，只优4热为丄0,感应电沆迪过电阳产生的热呈（J）;A:幺应电济有效值（A.A：11件的爭敷电R1Q）i/：I件通电时间（S）ii此可知.感应側热是利用电ABB应将电能传遴给祓加热工fh然后在工件内部电能乂转受为陡的过程，它弓般电气设备屮山上电液憋应向"生涡流过利产生发膜的原埋圧样的.冰过仏也应加轴屮我们是利用了这效庙.而不條般情况下我们都是试图拉制此现匕rii上血的焦耳热衣达式可以看出,'功宰与交空鐵通m和雄场强tf应铁圈屮汰过的电渝也大.其产生的対応徐迪蜀就也人.因丽町“逋过提岛感应线觀中的电流俏而便匸件屮的AJffiKXiu犬冋

3、时）sflF捉髙工作频申也可以撮肓工件中的IB应电;仏从而便工件发热散,来須列北弼.加填逵应増快.惟応淇涼的/小同时与令同t件的战面A：小、形状、I件材村的导电系.导出牟及淹人谋股答因索百关©感应加热设$（电澹）曲圧综合利用此三种效应的没爸.空变図场住导休屮感应山的交变祸阮山:ta1澎响.其沿横厳面由鼻休懑I'屮我减.I刑IgU；伺逵强Mil八向内拆我减到梵員人值的O368（i/c）时.此处9农tfn的距离。成为电湎透入深HhrtiTrti涡渝产牛的热量9汹流的半力成止比，丙此热星山I.件衣面至芯部的卜障速叟比淞流的半力成止比内此热量由I（I我而至右的下降速度比満流的下RM&

4、amp;快的多.我暫冋以近似认为够应加播的热虽集中在号贬为山渝込入探应5的薛以中.I用I透入深班可由下临农込式価定：d=5O3O（2.5）v；v导休材斜的|UH14（Cc/fh/,：导体材料的郴对磁适啾：f；憋应涡沆的频糸（HznillkAd以刨站.勺樓加热丄彳1确;il：及材料的川川率q相知磁卩冷“佛余以応.透入沫度刀只砂应涓懺的顷丰/的平方根成反匕因此我们可以通过改交频半来控制它.因为住某些金:属热处理中工艺唱求匸件的透入深度婪在定的范用之内.如此以来我们就可以很好的满足I：艺要求§22感应加热电源基木结构随着电力电于技术的不|发展和实龈匚业生产等应用锁域中的不F!耍求的提出.感

5、应加热电源发展岀了多种不同的种类影式.但总体上感应加她电糠包格以F几个俎成部分/筋流誥（AC-TK）池波坏节（FILTER逆变器（DC-AC）谐如栖路"负缎（RESONANTTANK）控制及保护环V(CONTROLANDPROTECT)般的曲应加热电源的纽戊柜图&其各环V111熨波形如囲2.2所云国2.2色应加热电潍的纽氐枢图及農玺发彩Fig2.2CompoHingoftheinductionheatingpowerandthe(yplc.ilwaveform国2.2色应加热电潍的纽氐枢图及農玺发彩Fig2.2CompoHingoftheinductionheatingpow

6、erandthe(yplc.ilwaveform般情况卜足三切II频交加电liltflU电(50H2)输入,经樂洗环*后戍为味动必淀电，卩J经过濾波环节麻成为忖卅山沆电此卩淞血流电经过儿右的逆变衣环廿必变为泌如&的交说电压佻巧负血齐的应加热装科中.股谄况卜电淺窟过偸丽线圈传if给被71】热负戏.因此triTTTW制过和中感应线IfeH卜为电源逆变器的部分対待它弓负娥起乂町构成逆变养的等效负伐.§2-3逆变器与谐振负戦电路的甌理分析携应加热的负鐵可以看作个芟压需其1S边为感应线制.副边为被加热工件.如此就成了个SliAfe路的待砍芟圧蛊.册町门将鴨叫加的I件和廉代线團阳阁2.3

7、所不的山路筲出乩中LfaR分别为笞效电抗和电Bl.则其号效阻抗为R出2.3贡技子飲屯第Fig2.3theaquivalenicirciiiioflheload由此町以得知员敦的功耶因数为.<2.1)员戰幺应幽中流过电汛I时,其令功功率儿,2.2)2.2)P严卩R无功功申为*(2.3)(2.3)负議的品质因数为:(24)由此可以得知.站质IM数Q与功率因数co、。问关系为,(2.5)靛的商中须耀应加热Vl伐.Xc<Z»R.K3Q(fi比较人.闵此功率熔炼、透热、及泮火簣向用场合屮的总应加热电濾的力牛1片数般为Q05U亠为允分利用电源容缶我们需雯捉爲他源功來囚戢，在感应加錢电

8、澹中林丿,1!电容SH來补偿无功功率.Q卜负朝冋踣腋成了山逆变器等效负找和补偿电容防沟成的谐版回路.根擀补偿电容睛勺负娥及感川红禍的连接方式的不何.出应加拭电源的逆变器町以分为电片.WI联逆变器和也济空并联逆变尽旳种典T的络构形式2-3-1电乐巾丰庇逆空痔人功补偿电容雅八当应找W申联的逆变卅称作串联逆受霍.其电路険理如图23朗、讨屮"II逆变器为例.062.4水朕谐扳逆交电菇Fig2.4CircuitofseriesresonantinverterD3D4图24所不的址串联翌逆殳电路火I为谕面加了个人电容C,所以.論入瑞可以近1Z的看作是个恒压踝因此，该电略也祢作星电压甲逆变电Wb负

9、我IM抗为Z=*十加乙一/厶(2.6)ceC谐振时冇:(27)Il此可得:Il此可得:(2.8)(2.9)(2.10)山此可见CJT41联里谐扼遊变卅來说.诸夾吋.负敘望现岀低阻抗.山输入瑞连按仃人电容.因此.匸作时，电圧为恒压,在负找上电川近似为坯形波.而电说则近似为止弦波。Imrrm<PZIVSJL棍据负越桶路电压电流相位关系的不同曲联逆变第可能I:作于三种匸作状念下.容件剧性和谐振状态如图2.5(b)g)所示。(a)(b)(c)2.5串联逆变器的工杵泼彫孝性(b)悪注(c)諧揽Fig2.5Thewaver()rniofseneresiuiaiitinvert(a)capachatv

10、e(b)Induedneeic)resonantI*利用电.咲晋扳的甌理.系统的谐银频皐逆K«TflF谐棗下时.体等效阻抗为Z=R.冷耽负我电蹄的电流卉厶.么，够应线罔和话饭电容器匕吧用为(/产匕亠叫汕氏屮Q为小联负仪电璐的詁质W数，幺=空二丄实広应用屮般负载电阻筮/Ca.Cfi榕比校小."I越电路对向端电源杲低阳抗.娈求由电压源对矣供电.Willrr逆变眾前塢盖流环"饗求并孩人的戏波电容冷当C：足如人时就町以认力逆变衣的A流电灣即系统卷沆坏“是怛辺11斥源。电踣中与主开R»11疋并联的lfi管D1-D4星为了左主开关豪件关晰期li'：供电说通路

11、.使主开关衣杵不受换流电容器1庙电圧的诺响.股MRT器件内和対装有此反并联极俗.逆变器般作于准谐如他$I.(八杞囚数可近忍为I输；P.ft«电用为近似方波电流为五徵正強波.小联逆变蛊是恒斥源供屯.为了防il逆空2$的同桥萍的I.下开关管同时导通造成克流电斥源如路在电路換汇ilF'血的陳在定时闫内所有的开关IHHi处丁关新状杰.此段时间称丸电路的死区时间.般为3ik左右&IGBT»件关惭时.由丁电路杂散电協和分布电这的g.、GM知电压的产I此尖静电爪对开关豪件是很人的如，可能损坏H件因就实际电路中需找力开关審件并联阴容峻收山路以构或保护电路。需要注童的是.对于

12、恒压操.倆不能出现短路现彖.w此，对于申联型逆交器.谐振的特性.不能进行空鐵1作.对丁逆支肛也是绝对不允许出现上下桥骨冋旳导通的箱况im此.左控制.上般会加入死区时何进彳j卑制.来棵证“先关斷后导通的原则"串联驻逆变器的一个好处是对于开略保护比较容易2-3-2电流乜并联逆变器D3D3D4血路谐餐时.有iV-+(<v£)2甘可以1vz?(25)(26)如图26电路中C为谐振电容器.R丄为感应线昭和负伐的等效电感电阳井联樂逆变电路在拓扑1用串联型逆变电路加r对偶的关系.相对的任输入端1：采用的人电感來rittfL流输入.可以把输入殆1是个恒漁源。因此.该电路也称n电流住逆

13、变赂负伐导纳为(2.11)(2.12)(23)(2.14)根据负载槽路电压电流相位关系的不同弗联連变器可能作于三种状态F:感性.容件和谐振状态.如图2.7(a)(b)(c>所示.图2.7并联逆轰器的工作波形(&)容性感牲(c)it#.Fig2.7Thewaveformofparallelresonantinvert(a)capxilancc(b)inductance(c)rcsoniint幷联谐据式逆变器利川电略的井联谐祝廉理H谐加験率为工.谐拆状念卜时其等效肌抗Vzr为z=2并联负戏电帝的总电流人竺uj电感及电容上电流为人广Q心Q为并联负我电CRL略的品质肉数，0=叱=_。负我

14、反1、苗如时Ml抗11卅人.此时八用电爪源対兵供电则谐1RR3.C/1附近电流校小.因此并联谐振逆变器需要用电漁源供电.则在逆变器丽端的幣漁环节不建人电容滤波而是改用大的电感器滤波.如原理图中所品此时整流环节即柑幷于一恒流源。在逆变器I.作于准谐眼状态时.负技井联谐张回路对啖4戈电沆中接近谐血频率的垂波呈岛阳抗.而对岛次谐波呈低阳抗.谐波分就电爪被衰减.负我两端电乐为近似正戎波.电流为近似方波并联谐振式逆变器山恒流源供电，为了防止直涼电源丿I湍逆«B±T桥宵的主开关器件不能同时关断，电路换U8L过程中必须遵循先开通后关I析的原则.使得仃一定时间内所仃开关器件都足片通的.此段

15、时间称件电路的匝栓时间.因此在逆麦桥动作时必须保证同叫寸间内至少有一条通略.般都住控制中为犷5®循先寻通后关断-的原则.加入死区.保证农流时问.住重叠导通时间内.大电感的存在将使得短路电流不会产生究受.因此只耍换渝的过出够快.任功半器竹的电渝容昴裕度范田内该电流足不会形成危肖的并联乜逆变器的一个好处足对于知州保护I匕较容易。山于n流电流源采用大电感滤波.大电感能够抑制短略电流的上升所以-般不必考龙直流电源短路的何世。111rIGBT内部封装仃反片联二极管.所以IGBT不能承受反向电爪.因此任毎个桥杵中要为侮个主开关器件來联一同等容駅的电力极种以承受换流石相应桥鸭耍服受的反压.如圏中所

16、示二极骨D144.同小联谐撮式逆变电路样.电略中毎个主开关器件都并联有阻容网络构成的保护电略。2-3-3两种形式逆变器的比较I：面简单分析了小联谐振式逆变器和并联谐振式逆变器的原郭.山分析町知两类逆变器彳f对偶性。卜闻对网者应川过程中的主要趙别进行比较：1小联谐报式逆变器垃路保护较为闲札巾联谐振式逆变器的如戈电路对电源呈低阳几逆变器采用电压源供电.因此任n流电源的两端并接冇大的滤波电容任逆变器发生短路故障时山于电容器上电压不能突变瞬时放电电流将会很大.此时必须在功率器件的允许短略时间内采取保护描施.否则功率器件就会损坏这缺点对以通过研制介理仃效的保护电坷以克服。相反并联谐振时逆变器的灯路保护则

17、L匕较容易。并联谐振式逆变岩采用电流源供电，11流电源末端审接有大滤波电膳.在逆变器发牛短略故障时.短路电流的上升将会受到此滤波电感的抑制.功率器件的/呆护就相対比较容易实现。2.井联逆变器匸作时.开关管承受反压较人。由于自关斷器件IGBT承受反爪的能力很低.因此应用中就街耍给侮个桥评的匸开关洽小接同等帘比的快恢父极忆而人容蛍的快恢夏极渝价格很贵且不易购供HlljIGBT内部VF生的反井J0极曾.在器件受fiffiflJUH.股曾可能会引起较大的环流损坏器件巾联逆变器1/1时开关管受的反压很小.人人小仅仅是开关骨反并联二极伶的&通压降事常札3冲联逆变録当J负栽为KL和C的串怕兀输出电压

18、为矢电潦为近似H.而并联逆变器相当于恒流源.负载为R.L和C的并联其输出电流为矩形波输出电爪为近似iE強波。4. 山伸联逆变器山电爪源供电.任换漁过程中为避免逆变器上下桥省开关符同时寻通适成电爪源短路在控制中虫关断再开通.即必须保证死区时间的序在.此时电路的杂散电感上的扇生电势对能对器fl构成威胁.因此要仃仃效的尖妗业孙吸收电賂对上开关滞fill!行保护。并联逆变器山电流源供电.换流时为了避免f渝謎波电乌LdI:产'I：大的感牛电势，必须保证电流连续.即换漱甘要遵循先开遇厉关断的原灿保讪直叠时何的存在。璽金时间内.虽然逆变器桥件n通，但inr-Ld比枝人，能够限制庵漁i.升申不会适成直淹电源更跖但换流过氏会使系统效率降低,因此匝