感应加热电源的调功方式探讨

的电力电子技术正方兴未艾地在
世 界 上 发 展 。本 文 介 绍 的 调 频 调 功
方式简单可靠， 整机效率高， 大大
降低能耗， 可以满足不同用户的工
艺要求， 这在用户的实际应用中已 得到验证。
图２ ＳＧ３５２５与Ｘ９３１２之间的部 分连线图
学习的最佳单位， 一个班级是一个大团队， 每个组又是一个小团队， 利 用汽车故障原因树枝图分析教学法， 教师将全班学生分成四组， 教学 中进行的讨论和深度会谈， 可以让每个成员充分的开放自己的思想， 发挥各自的主观能动性， 在通过交融的过程中营造出团队学习的氛 围， 最终让每个同学分享专业学习的成果。
一 、各 种 调 功 方 式 的 简 介 ： 感应加热主要用于工业快速、均匀加热。特点是随着加热 过程的 进行， 负载不断变化， 谐振频率变化， 功率因数变化， 质量因素变化， 这 样 必 须 对 逆 变 器 的 输 出 功 率 和 频 率 都 做 相 应 的 调 整 。功 率 调 节 方 式 有 三种：一是改变功率因数； 二是改变直流电压； 三是移相控 制调功； 四 是利用调频来调节输出功率。 １ 、改 变 功 率 因 数 调 功 通 过 改 变 工 作 频 率 来 改 变 功 率 因 数 。通 常，为 减 小 器 件 开 关 损 耗 ， 工作频率应大于谐振频率。若逆变器的工作电压不变， 则在谐振点附 近负载等效阻抗最低， 电流最大， 因而输出功率也最大。 当提高工作频率时阻抗也随之增大， 电流减小， 功率因数也减小， 因此输出功率随之减小。由此可见， 逆变器的输出功率可由工作频率 来调节， 特别当负载回路Ｑ值较高时调节更灵敏。因此， 直流端可为三 相不控整流电源。逆变电路的 工作频率ｆ的大小由所需的 功率 要 求 决 定。这种调功方法速度快， 整流电路简单。但是当所需功率很小时， 会 让系统工作在严重失谐的状态， 无功损耗大。 ２ 、整 流 侧 直 流 电 压 调 功 整流侧斩波调功的目的是改变直流端电压， 调节输出到负载的能 量。根据负载所需功率要求， 通过斩波器的占空比来调节。在稳态运行 过程中， 实时从谐振回路中反馈电流的变化， 从而了解负载的变化， 通 过与基准值比较获得占空比的大小。此方法控制简单方便， 且工作频 率与谐振频率可以同步， 功率因数高， 无功损耗小。 这种方法的优点是控制简单易行， 缺点是电路结构复杂， 体积较 大。 ３ 、移 相 控 制 调 功 移相调功是通过移相控制， 即 每个桥臂的两个开关管１８０度 互补 导通， 两个桥臂的导通角相差一个相位， 即移相角， 通过调节移相角的 大小调节负载电压的宽度， 从而调节输出功率。根据脉冲的作用先后 可把桥臂分为超前臂和滞后臂。移相调功时电路仍工作在谐振状态， 实现负载电压基波分量与负载电流同相。在两桥臂开关器件都关断 时， 由反并联二极管续流。 ４ 、调 频 的 方 式 来 调 节 输 出 功 率 日前， 超音频感应热处理电源采用桥式逆变电路， 可以通过调频 的方式来调节输出功率。为了减小逆变管的开关损耗， 逆变器的工作 频 率 大 于 其 谐 振 频 率 。若 逆 变 器 的 工 作 电 压 不 变 则 在 谐 振 点 附 近 的 输 出功率最大， 当提高逆变器工作频率时， 负载等效阻抗增高， 输出功率 减小， 输出功率因数很低， 而且逆变器主开关管工作在硬开关状态， 开 关损耗大， 效率低。超音频频感应热处理逆变电源采用串联谐振式全 桥ＤＣ／ＡＣ逆变电路， 以ＩＧＢＴ为主 开关器件， 由反馈电流进行 功率调节，
调节方案。
控制电路的核心为ＰＷＭ控制器ＳＧ３５２５Ａ， 用ＳＧ３５２５Ａ发出的ＰＷＭ
脉冲， 来控制逆变器Ｔ１、Ｔ４和Ｔ２、Ｔ３轮 流 导 通 ， 从 而 控 制 逆 变 电 压 和 逆
变 频 率 。ＳＧ３５２５Ａ的６脚 连 接 电 阻Ｒ， 改 变Ｒ的 大 小 ， 这 样 就 可 调 控
ＳＧ３５２５输 出 的ＰＷＭ脉 冲 频 率 。同 时 通 过 调 节ＳＧ３５２５的９脚 电 压 来 改 变
我们知道， 只要逆变元件ＩＧＢＴ的 导 通 频 率ｆ与ｆ０相 一 致 时 ， 振 荡 槽
路中感抗与容抗相等， 电抗为 零， 复阻抗Ｚ＝Ｒ， 电 路 此 时 的 工 作 状 况 成
为谐振， 直流侧电流（ Ｉｄ＝Ｕｄ／Ｒ） 为 最大。根据上述原理， 只要改 变导通
Hale Waihona Puke 频率ｆ， 保持直流侧有最大电流， 就能保证电路总处 于谐振状态。图３．３
数接近或等于１的准谐振或谐 振状态， 就必须使ＩＧＢＴ的逆变导 通频率ｆ
去跟随负载频率ｆ０的改 变， 这就是所谓的频率跟踪 。 而 手 动 方 式 改 变
触发频率ｆ将无法满足固有谐振频率ｆ０变 化速度和精度的要求。为此，
我们设计采用单片机加数字电位器， 利用反馈网络控制ＳＧ３５２５的振荡
频率， 来完成频率跟踪的目的。单片机可以选用ＡＴ８９Ｃ５２系列。
用频率跟踪电路控制逆
变器的工作频率， 使逆
变器始终工作于谐振状
态， 逆变器输出功率因
数 接 近 于 １， 而 且 ＩＧＢＴ
能始终工作在准零电流
开关状态， 整机工作效
率较高。
二、调频控制方式
图１频率跟踪原理功能方框图
的实现方案
综合以上几种方式的比较， 可以看出， 调频的调功简单易行， 可靠
性好， 整机工作效率较高， 下面主要介绍一种应用单片机控制的频率
表 示 以 直 流 侧 电 流 Ｉｄ 为 控 制 目 标 的 闭 环 系 统 图 。 前 面 已 经 述 及 ，
ＳＧ３５２５具有振荡频率可调、脉冲宽度可调、脉冲禁止等功能， 其振荡频
率为
数 字 电 位 器Ｘ９３１２ＷＰ是 一 种 通 过 改 变 输 入 电 压 而 改 变 输 出 电 阻
的集成电路。
感应加热电源从总体上来说， 包括以下组成部分： 整流器 、滤波环 节、逆变器、谐振槽路以及控制和保护环节。输入为 三相工频（ ５０Ｈｚ） ， 经整流环节成为脉动直流电， 在经过滤波环节成为光滑的直流电， 此 平 滑 的 直 流 电 经 过 其 后 的 逆 变 器 环 节 变 为 一 定 频 率 的 交 流 电 压 。交 流 电压再通过感应线圈传递给被加热负载。
在上图中， 电流传感器Ｉ的感应输出电流输入到单片机系统中， 经
单片机系统运行输出并保存传感器Ｉ的直流电流最大时使对应的一个
０？５Ｖ的直流电压信号至数字电位器Ｘ９３１２ＷＰ， 数字电位器有２５６抽头，
可 输 出 的 阻 值 范 围 为０？１００ＫΩ。 具 体 连 接 如 图 ２ 所 示 ， 数 字 电 位 器
Ｘ９３１２ＷＰ的 输 出 阻 值 的 改 变 引 起ＲＴ阻 值 的 变 化 ， ＲＴ的 改 变 从 而 促 使
脉冲宽度调制 器ＳＧ３５２５的输出频率发生变化， 逆变 频率ｆ不断改变并
以次来保持最大电流， 即保持电路
总处在谐振状态。
三 、结 语
进 入２１世 纪 以 来 ， 作 为 强 电－
弱电 接 口 、推 进 现 代 制 造 技 术 关 键
人 智 商 往 往 都 在１２０以 上 ， 而 整 体 智 商 只 有６２， 以 致 造 成 三 个 诸 葛 亮 ， 变成一个臭皮匠， 使得一个团队难有所为。为什么？ 原因是这个团队的 整体搭配不好， 众多的个人力量因为缺少一致的共同目标而相互抵 消， 无法有效地转化为团队的力量。团队学习正是发展团队成员整体 搭配与实现共同目标能力的过程， 不但能帮助团队形成良好的整体搭 配， 而且能形成团队的知识共享， 产生新的组合， 使团队智慧超过个人 智慧的总和， 对复杂问题做到比个人更有洞察力、更为聪明， 使 整体产 生出色的效果， 成员成长的速度也比其他学习方式更快。班级是学生
感应加热电源的水平与半导体功率器件的发展密切相关， 因此当 前功率器件在性能上的不断完善， 使得感应加热电源的发展趋势注重 电源和负载的最佳匹配。由于感应加热电源多用于工业现场， 其运行 工况比较复杂， 它的负载对象也各式各样， 而电源逆变器与负载是一 个有机的整体， 它们之间的配置方式将直接影响到电源的功率利用系 数。因此， 以后感应加热电源的研制过程中肯定会更多的考虑到电源 负载的实际情况， 设计出整体性能、效率更佳的感应加热电源。
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科技动态
感应加热电源的调功方式探讨
高寒
潍坊学院计算机与通信工程学院
感应加热技术经过近百年的发展取得了很多重大的成果， 尤其是 二十世纪五十年代以后， 固态电力电子器件的出现与发展， 使感应加 热技术和现代化的工业生产发生更紧密的联系， 在现代工业生产中发 挥了重大的作用， 世界各国普遍重视感应加热技术的研究发展。
输出脉宽。
感应加热电源在加热过程中， 由于负载（ 特别是铁磁物质） 随着温
度的变化（ 特 别 是 在 居 里 点 ） 会 引 起 振 荡 槽 路 中 电 感Ｌ的 电 感 量 变 化 ，
从 而 引 起 负 载 回 路 固 有 谐 振 频 率 的 变 化 。为 了 使 逆 变 器 工 作 在 功 率 因
参考文献： 刘 越 琪 主 编．发 动 机 电 控 技 术．北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社．２００５．７ 李 军 主 编．汽 车 使 用 性 能 与 检 测 技 术．北 京 ： 人 民 交 通 出 版 社．２００６．７ 张 声 雄 主 编．第 五 项 修 炼．上 海 ： 上 海 三 联 书 店 出 版 社．２００２．３