工频感应加热炉电路优化设计
高频感应加热电源斩波器补偿电路的设计
高频感应加热电源斩波器补偿电路的设计电磁感应加热，是一种以电能为能源的新型加热技术，它具有节能、环保、健康、高效等众多优势，近年来在工业、居家、实验室等诸多领域中得到了广泛应用，成为新型加热装置的主流。
电磁感应加热电源运行过程中，随着加热频率的提高，其电磁屏蔽技术做不到100％，会有一定的谐波损耗，而一旦谐波损耗比较大，就会引发电网中的污染问题，因而影响电磁感应加热电源的可靠性和效率。
为解决以上问题，必须采用斩波器补偿电路，以减少电磁感应加热电源产生的谐波损耗，以保证供电质量、提高电磁感应加热电源的可靠性和效率。
斩波器补偿电路是一种电力电子技术，利用斩波器通过多次斩波，可以减少网络中不同频率段的电流谐波，把有害的电源电流谐波消除掉，从而达到改善电网电源质量的目的。
针对电磁感应加热电源的斩波器补偿电路设计，应首先确定设计的频率范围和谐波衰减率，在此基础上选择最佳的斩波器结构，使其具有频率响应宽、谐波衰减率高，通过精心的斩波器设计、消弧线的选择和布置，还有完善的驱动电路，使斩波器补偿电路性能达到理想状态。
斩波器补偿电路设计一般采用封闭式结构或半封闭式结构，封闭式结构外壳由铸铁、铝或不锈钢材料制成，表面经布署焊接、组装、打磨、抛光等处理，具有良好的散热性能和电磁屏蔽效果；半封闭式结构外壳由铝合金材料做成，表面经过阳极氧化处理，有一定的防护效果。
针对电磁感应加热电源的斩波器补偿电路设计，还需考虑其稳定性、驱动效率、晶体管热阻损耗、反馈控制等技术因素，结合先进设计理念，进行设计实施，提升电磁感应加热电源的斩波器补偿电源的性能。
斩波器补偿电路的设计是电磁感应加热电源的重要组成部分，其直接影响着电源的质量和效率，因此，对斩波器补偿电路的设计要求和要求应综合考虑多个因素，充分结合斩波器的特性和先进设计理念，进行设计实施，以保证输出电源质量，提高电磁感应加热电源的可靠性和效率。
本文综合研究了电磁感应加热电源斩波器补偿电路的设计原理和结构，对斩波器补偿电路的设计过程进行了详细剖析，给出了设计要求和要求，从而为电磁感应加热电源的斩波器补偿电源的设计研究提供了较为可靠的参考依据。
高频感应加热电源控制电路优化设计
高频感应加热电源控制电路优化设计摘要：感应加热电源是一种变压变频装置，广泛应用于机械行业中。
感应加热电源的负载是感应圈和工件共同组成的，实际应用时负载参数随被加热材料温度和量而变，其变化涉及磁、电、热传导等物理过程，影响因素很多，目前尚无实用的数学模型进行描述。
基于以上原因通常采用锁相环频率跟踪电路去控制逆变，让逆变器工作频率自动跟踪负载固有谐振频率，保证负载侧在高功率因数下运行。
但传统的控制电路存在许多缺点，下面本文对优化设计高频感应加热电源的控制电路进行研究。
关键词：感应加热；数字控制；自动保护；模块化设计前言：高频感应加热由于敏感度高，节能型好，近些年来备受人们的关注。
本文详细分析了半桥谐振逆变电路的工作原理，给出了其负载工作在感性、容性和电阻状态下的电路工作条件，并选择电路工作在感性状态才能确保主电路安全可靠的工作。
最后制作了样机并给出了实验结果，实验结果验证了理论分析的正确性。
1、概述感应加热相对于燃气、和煤等传统加热方式，它具有以下优点：（1）加热速度快；（2）热损少和加热效率高；（3）绿色环保无污染；（4）易于实现自动控制；（5）实现了加热部分和变换器部分的隔离，避免了因保护层的损坏而导致的漏电，在安全性上大大提高。
目前科研人员在感应加热电源方面做了大量的工作，利用全桥谐振电路设计了2kW的感应加热电源，能够实现开关器件的软开通，设计了数字控制的感应加热电磁炉，相对于模拟控制的感应加热电源，可以实现更多的控制功能，而且便于升级和维护。
2、感应加热电磁炉主电路的工作原理输入交流电为380V，经过二极管整流桥以及滤波后变为510V左右的直流，然后经过半桥逆变电路作用后，可以在负载两端的感应线圈中产生变化的磁场，从而使金属材料中产生涡流，最终产生热量。
接下来详细分析感应加热电磁炉所采用的半桥电路处在谐振工作情况下的工作原理。
开关管S1和S2为IGBT，并且S1和S2两端都反并联一个二极管D1和D2。
用微机改造高频感应加热设备
用微机改造高频感应加热设备高频感应加热设备主要由可控硅调压电路、升压变压器、高压整流器、电子管振荡器和降压变压器组成。
其原理框图示于图1。
图1 高频感应加热设备原理框图我国早期的高频感应加热设备普遍采用汞弧闸流管整流，对工作环境要求十分苛刻，容易产生阴弧，故障率高，工作效率低，现在的高频设备都采用交流可控硅调压器调压、升压整流，得到所需直流高压，以满足不同的加工工艺要求。
我厂热处理工段现有一台60kW、200～300kHz高频感应加热设备，系50年代仿苏产品，于1985年改造为可控硅调压，高压硅堆整流，但采用的是模拟式控制电路，存在着较多缺陷。
1 改造方案随着计算机技术的发展，单片微型计算机以其体积小、价格低、功能强在许多工业控制领域获得了越来越广泛的应用。
针对我厂高频设备的现状，进行整机更新是不现实的，不仅造成很大的浪费，而且存在资金和场地问题，因此只能走局部改造之路。
我们仅用了2万余元，便完成了设备改造任务，具有很高的经济和使用价值，是一条改造旧式高频设备的好路子。
具体改造方案如下：1.1 主电路主要将三相半控调压改为三相全控调压，如图2所示。
图2 主电路改造前后对照图（a）改造前（b）改造后主电路的其它部分也作了如下变动：（1）拆除主电路进线端的三相电源滤波器；（2）拆除用于门机械连锁的三相刀闸开关，改为行程开关电气连锁；（3）主电路三相输出端的电流互感器原用于常规继电器过流保护，现改为单片机控制一级过流保护；（4）升压变压器原边加3个RC吸收电路，副边也接有3个压敏保护电阻，以吸收变压器接通和断开时产生的浪涌电流；（5）改自制高压硅堆为高压硅整流桥，安装方便，可靠耐用。
1.2 控制电路主要把原模拟式控制电路改为单片机控制电路，控制主板采用某厂研制的脉冲形成及过流保护印刷线路板和工作电源及脉冲功放印刷线路板，具体包括以下5个组成部分：（1）同步电路：用来使触发脉冲与系统的电压保护严格的相位关系，从而使可控硅的导通角相同，以保证主电路可靠地工作，其原理框图如图3所示。
超高频感应加热电源主电路元件选择和设计方案
超高频感应加热电源主电路元件选择和设计方案摘要........................................Abstract ...................................................................................... I 1绪论 ............................. 错误！未定义书签。
1.1感应加热的发展及应用01.2感应加热技术国内外现状及其发展趋势11.2.1国外现状11.2.2国内现状21.2.3现代感应加热技术发展趋势22感应加热原理及其主要拓扑结构分析与应用 (4)2.1基本原理42.1.1感应加热原理42.1.2基于感应加热的效应52.2感应加热系统组成及分析72.3逆变电源拓扑基本结构及其特性83主电路元件的选择和设计 (11)3.1功率开关器件的选择及参数设定113.2 EMI滤波环节的设计133.3共模抑制电路的设计143.4整流器设计163.4.1电路结构163.4.2工作原理163.5电容桥臂的选择183.6缓冲电路的设计193.6.1缓冲电路的设计193.6.2负载谐振电路参数的分析计算21参考文献：....................................摘要近几十年以来，随着科学技术的提高以及更先进器件的发展与应用，对感应加热逆变电源的发展产生了巨大影响，体积更小、重量更轻、电路简单、高效节能、携带方便、负载适应范围大成为感应加热装置发展的方向。
感应加热技术在国外发展比较迅猛，尤其是欧美和同本等国家，在资金和技术等方面更具有优势，所以他们在感应加热领域，对于咼频和超咼频产品的开发方面基本上代表了感应加热技术上的最高水平?但是对小工件的热处理，需要感应加热装置功率更加集中，输出频率更高，频率的提高对感应加热效率的提高具有显著意义。
所以，提高感应加热的功率和频率，一直是感应加热领域研究的重点与需要解决的难点。
感应加热技术的研究及其优化
感应加热技术的研究及其优化感应加热技术是现代热处理技术中最常用的方法之一。
该技术通过电磁感应原理，将工件中的电流转化为热能，使其快速加热。
与其他加热方式相比，感应加热技术具有加热速度快、效率高、热量集中等优点，被广泛应用于各个领域。
本文将探讨该技术的研究现状及其优化方向。
一、感应加热技术的原理感应加热技术的原理是在变化磁场中产生涡流，将电能转化为热能。
具体来说，将工件放入感应线圈中，通以高频电流，因为高频交流电对导体的穿透深度很浅，所以只有工件表面产生电流。
这种电流被称为感应电流，随着时间的推移，感应电流在工件中形成了一个交变磁场，导致了工件中的涡流。
这些涡流与材料内部的电阻消耗能量，将电能转换为热能，从而使工件快速升温。
二、感应加热技术的应用领域感应加热技术在许多领域中得到了广泛应用。
其中，最常用的领域是金属材料的热处理。
通过感应加热，可以快速升温并保持恒定的温度，从而实现金属正火、退火、淬火等工艺要求。
此外，感应加热技术还广泛用于电子、医疗、航空、军工等领域。
比如，在电子领域中，感应加热技术可用于集成电路的焊接和封装；在医疗领域中，它可以用于输液器管道的无菌处理；在航空领域中，它可以用于涡轮叶片的热处理。
三、感应加热技术的研究进展目前，感应加热技术的研究主要集中在以下几个方面：1. 感应加热炉的设计与改进感应加热炉的设计与改进是感应加热技术研究的重点之一。
近年来，随着计算机辅助设计技术的发展，人们研发出一系列新型的感应加热炉。
这些炉子具有高效节能、温度控制精确、使用方便等特点，受到了广泛关注。
2. 理论模型的建立与优化建立合理的理论模型是实现感应加热技术优化的关键。
在理论建模方面，人们逐渐发展出了电磁场模型、热传导模型、涡流模型等，可以对感应加热过程进行深入分析和研究。
此外，还对这些模型进行了优化，改善了模型的准确性和适用性。
3. 材料性能的研究感应加热过程中，材料内部发生的物理化学反应对材料的性能有直接影响。
高频感应炉在铸件热处理中的性能优化策略
高频感应炉在铸件热处理中的性能优化策略高频感应炉是一种常用于铸件热处理的设备，具有快速加热、高温精度、节能环保等优势。
在铸件热处理过程中，为了提高生产效率和质量，需要采取一系列性能优化策略。
本文将重点讨论高频感应炉在铸件热处理中的性能优化策略。
首先，为了提高加热效率，可以采取以下措施。
首先，选择合适的高频感应炉工作频率。
一般而言，高频感应炉的工作频率越高，加热效率越高，但是频率过高也会导致对工件的损伤。
因此，需要根据不同的铸件材料和尺寸选择合适的工作频率。
其次，优化高频感应炉线圈设计。
线圈设计直接影响到加热效率，因此需要合理选择线圈的结构和尺寸，以最大程度地提高加热效率。
最后，考虑加热过程中的热损失。
通过优化感应炉的绝缘、辐射和传导散热，可以减少热能的损失，提高加热效率。
其次，为了提高热处理效果，可以采取以下策略。
首先，控制加热温度和保持时间。
不同的铸件材料和工艺要求对加热温度和保持时间有不同的要求，因此需要根据实际情况进行调整。
其次，采用合适的加热方式和工艺。
高频感应炉可以采用局部加热方式，不仅可以提高加热效率，还可以减少工件的变形和损伤。
此外，还可以采用预加热和终加热等工艺，进一步优化热处理效果。
最后，合理选择热处理介质。
热处理介质的选择对于热处理效果有着重要的影响，可以根据铸件的材料和要求选择合适的热处理介质，以达到理想的热处理效果。
此外，为了保证热处理质量和产品一致性，还需注意以下方面。
首先，对高频感应炉进行定期维护和保养。
定期维护和保养可以保证设备正常运行，提高加热效率和热处理质量。
其次，严格控制工艺参数。
工艺参数的控制对于热处理结果有着重要影响，需要进行仔细的调试和控制，以确保产品一致性和质量稳定。
最后，加强热处理工艺控制和监测。
通过适当的温度和时间记录，可以实时监测和控制热处理过程，及时调整参数和工艺，以确保热处理质量。
综上所述，高频感应炉在铸件热处理中的性能优化策略包括提高加热效率、优化热处理效果以及保证热处理质量和产品一致性等方面。
电感应炉中磁场的激励设计与优化
电感应炉中磁场的激励设计与优化引言电感应炉是一种重要的工业加热设备，其核心部件是炉内的感应线圈。
感应线圈通过产生电磁场来加热工件，因此磁场的激励设计与优化对于电感应炉的性能至关重要。
本文将探讨电感应炉中磁场的激励设计与优化的相关问题。
一、磁场激励设计的目标磁场激励设计的目标是确保感应线圈中的磁场能够充分穿透工件并产生理想的加热效果。
为了实现这一目标，我们需要考虑以下几个方面：1. 线圈的形状和大小：线圈的形状和大小直接影响磁场的分布。
通常情况下，我们可以采用圆柱形、方形或扁平形等不同形状的线圈。
线圈的大小应根据工件的尺寸来确定，以确保磁场能够覆盖整个工件。
2. 线圈的匝数和电流：线圈的匝数和电流决定了磁场的强度。
增加线圈的匝数和电流可以增加磁场的强度，从而提高加热效果。
然而，过高的电流会导致线圈的发热过大，因此需要在设计时合理选择线圈的匝数和电流。
3. 线圈与工件的间距：线圈与工件的间距也会影响磁场的分布。
过大的间距会导致磁场衰减较快，影响加热效果；而过小的间距可能引起线圈与工件的接触，导致线圈短路。
因此，我们需要在设计时考虑线圈与工件的合适间距。
二、磁场激励优化的方法为了对磁场进行优化，我们可以采用以下几种方法：1. 有限元分析：有限元分析是一种常用的方法，通过数值模拟计算磁场的分布。
通过调整线圈的形状、大小、匝数和电流等参数，可以得到理想的磁场分布。
2. 实验测试：通过实验测试可以直接观测磁场的分布。
我们可以设计合适的实验装置，在不同参数下测量磁场的强度，并对结果进行分析，从而得到最佳的激励参数。
3. 经验公式：根据经验公式可以快速计算磁场强度。
这些公式是基于类似问题的技术数据和实验结果得到的，可以提供一些简化的设计指导。
4. 优化算法：在计算机辅助设计中，可以使用优化算法对磁场进行优化。
通过遗传算法、粒子群算法等方法，可以搜索最佳的线圈参数，使得磁场在整个工件区域内均匀分布。
三、磁场激励设计注意事项在进行磁场激励设计时，我们还需要注意以下几个问题：1. 加热效果和能耗之间的平衡：增加线圈的电流和匝数可以增强磁场，提高加热效果。
电磁感应应用于感应加热炉的研究与优化
电磁感应应用于感应加热炉的研究与优化随着科技的不断进步，电磁感应技术在工业领域中得到了广泛的应用。
其中，感应加热炉作为一种高效、节能的加热方式，受到了越来越多企业的青睐。
本文将探讨电磁感应应用于感应加热炉的研究与优化。
一、电磁感应加热炉的原理及优势电磁感应加热炉利用电磁感应现象将电能转化为热能，实现对金属材料的加热。
其原理是通过交变电流在线圈中产生交变磁场，进而在金属材料中产生涡流，从而使材料发热。
相比传统的加热方式，电磁感应加热炉具有以下优势：1. 高效节能：电磁感应加热炉直接将电能转化为热能，无需传热介质，因此能量利用率高达90%以上，比传统的加热方式节能约40%。
2. 加热速度快：由于电磁感应加热炉直接作用于材料内部，加热速度比传统方式快数倍，能够大大提高生产效率。
3. 加热均匀：电磁感应加热炉能够均匀加热整个金属材料，避免了传统方式中局部过热或不均匀加热的问题。
二、电磁感应加热炉的研究现状目前，电磁感应加热炉的研究主要集中在以下几个方面：1. 加热效果优化：通过调整电磁感应加热炉的工作参数和线圈结构，优化加热效果。
例如，通过改变电流频率和电压，可以调节炉内的电磁场分布，从而实现不同材料的加热需求。
2. 温度控制精度提升：针对不同工业应用场景，研究人员致力于提高电磁感应加热炉的温度控制精度。
通过引入先进的温度传感器和自动控制系统，能够实现对加热过程的实时监测和精确控制。
3. 电磁场分布优化：电磁感应加热炉中的电磁场分布对加热效果有着重要影响。
研究人员通过优化线圈结构和磁场分布，使得电磁场能够更好地与材料相互作用，提高加热效率和均匀性。
三、电磁感应加热炉的优化方向为了进一步提高电磁感应加热炉的加热效率和使用性能，研究人员正在探索以下优化方向：1. 新型材料应用：通过引入新型导磁材料和绝缘材料，提高线圈的磁场强度和耐高温性能，从而进一步提高加热效率和耐久性。
2. 多场耦合优化：电磁感应加热炉的加热效果受到多种因素的影响，如电磁场、热传导和流体流动等。
高频感应加热电源斩波器补偿电路的设计
高频感应加热电源斩波器补偿电路的设计
在高频感应加热电源的设计中，斩波器补偿电路的作用是非常重要的。
斩波器补偿电路可以有效地抑制电源输出的谐波成分，提升输出线性度，为高频感应加热电源提供可靠的驱动。
针对高频感应加热电源斩波器补偿电路的设计，可以从下面几个方面入手。
首先，为了实现斩波器补偿电路的有效性，需要确定线性补偿参数，即最佳的切断频率。
一般来说，切断频率越高，斩波器补偿电路的补偿效果越好。
然而，过高的切断频率也会使补偿电路失效，因此，需要根据实际情况选择最佳的切断频率。
其次，为了实现有效的补偿，斩波器补偿电路需要限制交流干扰幅度。
可以通过增加正弦波补偿器的元件数量，来有效抑制输入到电源输出的交流失真。
最后，为了增强斩波器补偿电路的可靠性，应采用承受较大的容性元件，以便能够承受输出功率的变化，从而确保补偿电路的准确性和稳定性。
本文介绍了高频感应加热电源斩波器补偿电路的设计方法，包括确定线性补偿参数，限制交流干扰幅度和采用承受能力较大的容性元件。
上述方法不仅能保证斩波器补偿电路的准确性和稳定性，还能够有效地抑制电源输出的谐波成分，提高电源的线性度。
工频感应炉的补偿平衡的分析和调整
１２ 并 联补偿原 理 ．
由于频率不高 ， 可看成集 中参数 的串联 电路 ，
感应 圈 与被加热 的材料 组合 的等效 电路如 图 １ 。
●
一
●
是单相 感应 圈 ， 较 大 的工 频 感应 炉 功 率 也较 大 ， 而 不允许 使用单 相 或 二相 供 电， 必须 采用 三相 供 电， 同时工 频感 应 炉 的 功 率 因数 ｃ印 较 低 ， 般 无 心 ｏ 一 工频感 应炉 的功率 因数为 ００ ～０２ ， ．５ ．５需要有 平衡 电抗器 和补偿 电容 器进行 补偿 。此外 ， 工频感 应 在 炉工作 时 ， 由于负载 材料 的性质 、 比、 何形状 和 配 几 尺寸不 同及其 物理参 量随 温度变 化很大 ， 都会 引起 感应圈 电气参 数 的很 大变 化 ， 而 引起 ｃｓ 的 大 从 ｏ（ ｐ 幅度变化 。为 了减少 线 路压 降和损 耗 ， 约 能源 ， 节 ＝ Ｕ（Fra bibliotek ｃ ＝
１ ＋ ｗ
（） １
式 中 ： ～ 的有功分 量 ， 它与 ￡ 同相 ； ，
～
１ 无功功率 的补偿
１１ 补偿方 法 ．
的无 功分量 ， 它滞后 ９ 。 ｆ
对 于工频感应 炉来说 ， 》 Ｒ， 因此 Ｉ
Ｉ ｌ 》
Ｉ即感应 圈从 电源 吸收 的无功 电流远大 于有 功 ，
第２ ｏ卷 增刊 ２１ 年 １ 月 ０Ｏ １
安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报
Ｊｕｎｌｏ ｎ ｕ ｏａ ｏ ａ ｏ ｅｅｏ ｔｌ ｒｙａ ｄＴ ｃ ｎｌｇ ｏ ｒａ ｆＡ ｈ ｉＶ ｃ ｔ ｎｌＣ ｌ ｇ ｆＭｅａｌ ｇ ｎ ｅｈ ｏｏｙ ｉ ｌ ｕ
感应加热炉供电系统的自动化改造
（） ３ 无功 功 率 自动补 偿 设备 的电容 投切判据是某 相 或某两相 电压与电流 的相位
差 ，因此很 可能 由于该设 备
的某相进线 电流超前相 电压
一
个 夹角 致使 电压升 高 ， 危
ｃ、 １ １ｃ１—— 固定电容 ｃ ～ ４ Ｃ ～ １ 、 ２ ｃ１——可变电容 ２ ｃ 、 ７ Ｃ ０ Ｃ１～ ４ ｃ 、６ｃ ５ ５ ｃ 、 １—— 可调 电容
电弧炉 氧枪 设 计 文 献标 识 码 Ｂ 运 行 可靠 。 二 、 门 氧 枪设 计 炉
氧气
冷却水
中 图分 类 号
概述
Ｔ ７ ８４ Ｆ ４ ．１
一
、
切割废钢
氧燃助熔 二次燃烧 深脱碳
莱钢 特殊钢厂 ２ ０ ０４年初对 Ｕ 一 ０ 电弧炉一 Ｆ ５ ｔ ＨＰ ５ｔ Ｌ ～ ０ 精炼 炉进行 国产化大修 改造 ， 为节 能降耗 ， 充分发挥 电炉生产效能 ， 结 合本厂 电炉结 构特点 ，开发 设计 出 ＵＨ 一 ０ 电弧炉炉 门氧 Ｐ ５ｔ
率分 配严重不平衡 ， 主程序流程见图 ３ 。 根据设备工作特点 ，程序设计采用一种有别 于决速傅立叶 变换 （ Ｆ ） Ｆ Ｔ 的算 法求取 电压 、 电流基 波分量 Ａ。 。 而计算 电 、 ， 曰 进
害电网。
为此 ，以现 有器件为基
图 ２ 改造后感应加热炉主电路
圃 设 置 与 筐 ２７ ７ 苗 理 维 ０ № ０
维普资讯
Ｕ － ０ 电弧炉炉 门氧枪 的设计与应 用 Ｐ ５ ｔ Ｈ
张秀荣
摘要
关键词
王
胜
介绍 Ｕ Ｐ ５ｔ Ｈ － ０ 电弧炉炉门氧枪的构成、 功能 、 主要技术参数 ， 及其应用与效果。
高频感应加热电源控制电路优化设计
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1.学位论文 蒋峰 全数字控制高频感应加热电源的研究 2008
感应加热电源以其节能、高效、无污染等优点在工业生产中得到了广泛的应用。本文以感应加热电源为研究对象，对感应加热电源常用的谐振槽路 和拓扑结构进行了分析，选择了更适合高频感应加热电源的串联型逆变器；并分析了感应加热电源的各种调功方式，在对比几种功率调节方式的基础上 ，得出了整流侧调功有利于高频感应加热电源频率和功率提高的结论，选择了不控整流加斩波器的功率调节方式。
１ 高频感应加热电源的方案
从实际工艺要求和感应加热电源的可靠性等方 面出发，设计了如图１所示的感应加热电源。在脉
图１感应电源整机框图 宽调制电路（ＰＷＭ）的控制下进行直流调功，输入给 串联逆变器一定的电压，逆变器在锁相环电路控制 下，进行频率自动跟踪［３］，让逆变器工作在谐振频率 附近，功率因数接近于１。这样既可满足感应加热 工艺，又保证系统的可靠稳定、提高了整机效率。
从上面可以看出锁相环是通过改变压控振荡器 的频率来减小电压和电流信号之间的相位差，最终 实现逆变器的工作频率跟踪负载的固有谐振频率。
４ 实验结果
实验结果如图６所示，上图为逆变器输出的电 压信号，下图为负载上霍尔电流传感器上的电压信 号。从图中可以看出感应加热电源输出电压和负载 《机械与电子》２００４（１１）
的函数，其传递函数为：
Ｇｍ㈦＝豁毯
（１）
低通滤波器采用ＲＣ低通滤波器，同时令Ｒ。》 Ｒ。，传递函数为：
Ｇ胛ｃｓ，一瓷等一鲁＋去＝卺＋争 ｃ２，
其中 Ｔ＝Ｋ。ｌ—Ｒ。Ｃ
从（２）式可知，ＲＣ低通滤波器又相当于一个比
例积分器。
压控振荡器的输出信号Ｖ。（ｓ）的相位巩（ｓ）与控
制电压Ｕ（ｓ）有线性关系，由于频率是相位的导数，
电感应炉中多物理场耦合作用的分析与优化设计
电感应炉中多物理场耦合作用的分析与优化设计导言：电感应炉是一种利用电磁感应原理产生炉内高温的装置，用于加热金属材料并进行热处理。
然而，电感应炉中涉及多个物理场的耦合作用，包括电磁场、热传导场和流体场等，这些物理场之间相互影响复杂，对炉内温度和加热效率的影响非常显著。
因此，本文将分析电感应炉中多物理场的耦合作用，并针对这些作用进行优化设计。
一、电磁场对炉内温度的影响：电感应炉通过感应线圈产生的强磁场，将电能转化为热能。
电磁场对炉内的金属材料产生涡流，并在材料中产生焦耳热。
这种热量将直接影响炉内的温度分布。
因此，优化设计电磁场的分布和强度，可以实现对炉内温度的精确控制。
1.1 电磁场分布的分析：电感应炉中的感应线圈分为多组，每组由多个线圈组成。
在设计中，需要考虑线圈的形状、大小和布置方式，以实现最佳的磁场分布。
需要注意的是，炉内的金属材料可能具有不同的形状和位置，因此，考虑材料的几何特征在优化设计中非常重要。
1.2 电磁场强度的优化：电磁场的强度直接影响着感应线圈中的电流密度和炉内的温度分布。
通过调整感应线圈中的电流大小和频率，可以实现对电磁场强度的优化。
此外，还可以通过调整材料的导电率和磁导率来影响电磁场的分布和强度。
二、热传导场对炉内温度的影响：热传导是指物体内部热量传递的过程，在电感应炉中，热传导场起着非常重要的作用。
炉内的金属材料在受热后，热量会通过热传导传递到材料的其他部分。
优化设计炉内的热传导场可以提高炉内的加热效率，并降低能量损失。
2.1 热传导系数的分析：热传导系数是热传导过程中的一个重要参数，它表征了材料传导热量的能力。
通过选择具有较高热传导系数的材料，可以提高热传导效率，从而提高炉内的加热效果。
2.2 热传导路径的优化：炉内金属材料的形状和布局方式直接影响热传导路径的长度和传导性能。
通过优化炉内金属材料的形状和布局，可以缩短热传导路径，提高热传导效率。
此外，在金属材料之间添加热传导介质，如石墨或气体，也可以提高传导效率。
工频感应电炉修炉工艺及炉胆结构的改进
关键词 ： 应圈 ； 衬 ； 感 炉 炉胆 ； 工频 感 应 电炉 中圈 分 类 号 ：Ｇ ３ ． Ｔ ２ ２３ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章编 号 ：６ ４ ６ ９ （０ ０ ０ — ０ ５ ０ １７ — ６ ４ ２ １ ） ３ ０ ０ — １
水
衬 ： 玻 璃 丝绝 ４一 缘 石 棉 布 ：一 ５ 感 应圈 ；一 ６ 炉壳 ；一 ７ 耐 火砖 ： 一炉底 ８
ｌ 乒 Ｌ
板：－ ９ 转轴 。
水玻 璃混制均匀后 ， 出炉领及炉 嘴 ， 修 打炉过程结
束
图 １ 炉 体 结 构 示 意 图
３ 炉胆 结构 改 进
２ 修 炉工 艺
２ 耐 火 砖 ：一炉 一 ３
５将专用炉胆平稳放人炉腔中， ） 要求炉胆与感
应 圈之 间 间隙均 匀 ． 形成 炉衬 侧 面厚 度 ； ６ ）在感 应 圈与 炉胆 之 间逐 层加 人 已经 配制 好 的炉 衬材 料 ， 不断 打 紧 、 实 。要求 炉衬 侧 面紧实 并 打 度均 匀 并且 达 到 一 定 的 紧实 度 ， 体需 根 据 不 同 的 具 炉衬 材料 来确 定 。 ７ 取 出 炉 胆 ， 适 量 混 制 好 的炉 衬 材 料 加 ２ ） 用 ％
３ 用 ５ｍ ） ｍ厚度的耐高温玻璃丝绝缘石棉布将
收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ５ ２ １ — ４ １
衬震裂 ， 同时可能损坏 电炉感应圈， 降低电炉寿命。 改进后 的炉胆 用 １ ｍ钢板 卷制 焊接而 成 。炉 ０ｍ 胆侧面钢板对接处留 ３ ｍ缝隙 ， ｍ 外面一侧焊 ３ ｍ ～ ｍ ４ｍ ｍ厚钢板 ， 长度与炉胆高度相同， 宽度为 ２ ｍ ５ ｍ
为进一步改善铸件的成型环境 ， 尽量减小铁水 的线收缩 ， 使铸件形成缩孔 的机率减少 ， 同时， 缸孔 内表面较快结成硬壳 ， 气体难 以浸入 。对浇注温度
科技成果——中频感应加热炉的电能质量优化技术
科技成果——中频感应加热炉的电能质量优化技术所属行业电气适用范围钢铁、化工、有色金属行业中的感应加热炉包括中频炉、电弧炉和矿热炉等成果简介感应加热炉的电能质量优化技术，是通过电气电能质量优化装置（iNAS-JD系列感应加热炉节电装置，包括最新一代有源电力滤波器和静止同步无功补偿器）对感应加热炉设备进行谐波治理和无功补偿，提高感应加热炉功率因数和降低感应加热炉产生的谐波功率，从而有效降低这类设备的线路损耗，提高电能利用率。
关键技术综合了半导体技术、电力电子、控制盒传感器等多种学科，核心控制技术包括了电力电子变化器技术。
本技术以DSP为核心控制单元，通过对系统电压、电流采样，A/D转换得到数字信号，利用相关理论对数字信号运算，计算出谐波电流和无功电流的大小、负荷电流与系统电压的相位夹角，然后合成指令信号即谐波补偿电流和无功补偿电流，再利用电力电子变换技术和空间矢量补偿技术通过PWM发生器发出PWM信号，对大功率变流器进行通断控制，控制变流器电压和电流输出，通过高频电抗器滤波产生补偿电流，实现对节电装置的畸变功率进行实时补偿。
无功功率采用瞬时无功功率、零序电流补偿和直流母线电压的补偿，计算出电网所需补偿的无功功率，再通过变流器实现对节电装置的无功电流的补偿。
工艺流程系统工作原理图主要技术指标主要技术参数：感应加热炉实施电能质量优化后，功率因数大于0.95，谐波电流畸变率低于5%，可提高冶炼效率22%以上，降低电能损耗9%。
技术对比：（1）感应加热炉炉谐波含量85%以上为低次谐波，而系统保护类产品主要面向高次谐波，因此谐波改善轻微几乎可忽略，节能效果难以令人满意，更为严重的是谐波能量大大超出节电设备承受范围，长期容易损毁，事故频频，影响企业生产的正常进行。
（2）部分节能设备生产厂家采用传统LC滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要。
这种滤波器出现最早，成本比较低，但同时存在一些较难克服的缺点，比如只能针对单次谐波，容易产生谐波共振，导致设备损毁，随着时间谐振点会漂移，导致谐波滤除效果越来越差。
工频有芯感应熔铜炉感应体优化技术
工频有芯感应熔铜炉感应体优化技术工频有芯感应熔铜炉感应体优化技术工频有芯感应熔铜炉是一种常见的熔化铜材料的设备。
为了提高炉子的效率和降低能源消耗，优化感应体是非常重要的。
下面是一个逐步思考的文章，介绍如何优化工频有芯感应熔铜炉的感应体。
第一步：了解感应熔铜炉的工作原理感应熔铜炉利用电磁感应原理，通过感应线圈在工作频率下产生交变电流，从而在炉内感应出强磁场。
当铜材料放入炉内，铜材料中的电阻会产生热量，使其熔化。
因此，感应体的设计对于炉子的效率和能源消耗起着重要作用。
第二步：优化感应线圈的设计感应线圈是感应熔铜炉中最重要的组成部分之一。
优化感应线圈的设计可以提高炉子的效率。
首先，可以考虑增加线圈的匝数，以增加磁场的强度。
此外，线圈的形状也需要考虑，例如可以采用螺旋形或其他形状的线圈，以增加磁场的均匀性。
第三步：选择合适的冷却系统感应线圈在工作过程中会产生大量的热量，因此需要一个有效的冷却系统来保持线圈的温度。
合适的冷却系统可以提高感应体的效率，延长其使用寿命。
可以选择水冷或风冷系统，根据具体情况来决定。
第四步：优化感应体的材料选择感应体的材料选择对于提高炉子的效率也起着重要作用。
可以选择高导电性和低磁导率的材料，以减少感应体中的能量损耗。
铜和铝是常见的选择，但也可以考虑其他合金材料。
第五步：考虑感应体的尺寸和形状感应体的尺寸和形状也对炉子的效率有影响。
较大的感应体可以提供更大的加热面积，从而增加熔化的效率。
此外，合适的形状设计可以提高磁场的均匀性，使熔化过程更加稳定。
第六步：进行仿真和实验验证在进行实际应用之前，可以使用仿真软件对感应体的设计进行模拟和优化。
通过调整参数，比如线圈的匝数、材料的选择等，可以得到最佳设计方案。
然后，可以进行实验验证，评估感应体的性能和效果。
通过以上逐步思考的方法，可以优化工频有芯感应熔铜炉的感应体，提高炉子的效率和降低能源消耗。
同时，需要根据具体情况进行调整和改进，以适应不同的工作条件和要求。
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工频感应加热炉电路优化设计
工频感应加热技术是一种非接触式的加热方法，工频感应加热炉的优化设计是在保证功率稳定、损耗低的前提下，提高加热效率的最终目的。
工频感应加热炉的优化设计包括电路形式设计和电路结构设计
两部分。
电路形式设计旨在确定电路类型和加热原理，包括选择合适的变压器电抗器，并采用直接或反馈结构。
电路结构设计旨在给出完善的电路方案，包括电路基本参数的确定、驱动电路的设计，以及感应环的选择等。
电路基本参数的确定包括电压、电流、频率和感性电抗器等，它们对加热效果有很大的影响。
工频感应加热炉驱动电路是将定频信号转换成工频信号，其中高频变压器是驱动电路的重要组成部分。
此外，也可以采用反馈结构，利用放大器控制功率，达到良好的功率控制效果。
工频感应加热炉的感应环是变压器的必要部分，由于不同的电路形式，需要选择不同的感应环。
感应环的类型主要有单折线型、多折线型、环型和耳钩型等。
其中单折线型感应环是最常用的一种，其具有高功率转换率、体积小、制作方便等优点。
多折线型感应环具有较低的损耗、稳定的磁通是用广泛的，但制作较复杂，对设备的要求较高。
通过在工频感应加热炉的电路形式设计和电路结构设计中合理
选择技术参数，可以有效提高加热效率，达到优化设计的目的。
电路
形式设计应选择合适的变压器电抗器，采用直接或反馈结构；在确定电路基本参数时，应综合考虑电压、电流、频率和感性电抗器，以及采用合理的驱动电路设计，并选用合适的感应环，最大限度改善加热效果。
关于工频感应加热炉优化设计，还有很多值得深入研究的内容，例如新型感应环的设计、智能加热控制器的研发，使工频感应加热炉能够实现更高的功率和效率。
未来的研究将推动工频感应加热技术的发展，更好地满足今天与未来的应用需求。