600kwIGBT串联谐振式节能中频电炉主电路的设计
IGBT超音频串联移相调功感应加热电源的研究
e = −N
dϕ dt
(1-1)
式中 N 是线圈匝数，假如 ϕ 是按正弦规律变化的，则有：
ϕ = φ m sin ωt
(1-2)
那么可得到感应电动势为：
e = − Nφ mω cos ωt
(1-3)
2
第 1 章 绪论
因此感应电动势的有效值为：
感应加热技术是 20 世纪初才开始应用于工业部门的，它是通过电磁感应原 理和利用涡流对工件进行加热，是制造业和材料加工中的一种重要手段[1]。 目前半导体固态感应加热电源的频率划分如下： 200Hz 以下为低频， 0.2～ 10kHz 为中频，10～100kHz 为超音频，100kHz 以上称为高频，它们具有不同的 应用范围[2]。本文所设计的超音频感应加热特别适合表面淬火和感应钎焊等。 上世纪八十年代以前，超音频感应加热电源十分缺乏，电子管振荡器电源和 晶闸管感应加热电源性能不好。电子管振荡器加热电源设备体积大、耗材多、电 压高、电磁污染和效率太低。晶闸管感应加热电源由于晶闸管本身开关特性等参 数的限制，频率很难提高。 上世纪八十年代以后，随着新型大功率半导体开关器件的相继出现，促进了 以 GTR 、 IGBT 、 SIT 、 SITH 、 MCT 构成的感应加热电源的发展，各国竞相研 制。目前主要以 IGBT 为主，并逐渐占据主导地位 。 其主要优点为： (1)体积小、重量轻、安装便捷； (2)IGBT 导通损耗小，通态压降为几伏，效率高，能耗小，冷却水流量小； (3)通过合理设计，工作频率自动跟踪负载特性的变化； (4)优良的控制性能，便于实现自动化操作。 国外串联超音频感应加热电源技术比较成熟[3]。从市场上看，国内小功率串 联感应加热电源开始大量出现，主要问题是产品缺乏应有的频率自动跟踪功能。 此外国内正在研究和生产超音频串联感应加热电源企业还没形成生产规模[3]。 因此为了改变上述局面，缩小与国外感应加热电源技术水平的差距，研制新 型 IGBT 超音频感应加热电源就显得十分必要。
中频炉设计方案范文
中频炉设计方案范文中频炉是一种用于加热金属的设备，具有操作简便、加热速度快、能耗低等特点。
下面是一个关于中频炉设计方案的详细描述，超过1200字。
设计方案：中频炉是一种用于加热金属的设备，通常用于金属材料的熔化、热处理等工艺。
中频炉由电源系统、电源变换装置、加热装置等组成。
本设计方案将从加热装置设计、电源变换装置设计和电源系统设计三个方面进行详细论述。
首先，加热装置设计是中频炉设计的核心。
加热装置通常由感应线圈和工作温度控制系统组成。
感应线圈是产生感应磁场的关键部件，根据工作需求选择合适的线圈材料和线圈数量。
感应线圈的线圈布局应合理，以达到均匀加热的效果。
此外，感应线圈的匝数和直径也应根据工作温度确定。
工作温度控制系统可以采用PID控制器等设备，通过控制电源开关周期和频率，调节加热功率和温度。
其次，电源变换装置设计是中频炉设计的另一个重要方面。
电源变换装置通常由斩波电路、逆变电路和输出变压器等组成。
斩波电路负责将电网的交流电信号转换为直流电信号，逆变电路将直流电信号转换为中频交流电信号，输出变压器将中频交流电信号提供给感应线圈。
设计中频炉的电源变换装置需要考虑其高效率、稳定性和可靠性。
在设计过程中，还应考虑频率适宜、波形质量高等要求。
最后，电源系统设计是中频炉设计的另一个重要环节。
电源系统通常由电源主机、控制系统和保护系统组成。
电源主机负责提供电能，控制系统负责控制加热功率和温度，保护系统负责监测电流和电压等参数，保护设备的正常运行。
在电源系统设计中，应注意电源的稳定性和可靠性。
此外，还需要考虑负载变化时的性能，以及响应速度和效率等因素。
综上所述，中频炉设计方案主要包括加热装置设计、电源变换装置设计和电源系统设计。
加热装置设计需要考虑线圈材料、线圈布局和工作温度控制系统等因素。
电源变换装置设计需要注意其高效率、稳定性和可靠性。
电源系统设计需要考虑电源的稳定性、负载变化时性能的变化和保护系统等因素。
串联谐振中频电炉原理_串联谐振中频电炉电路特点
串联谐振中频电炉原理_串联谐振中频电炉特点大家之前都在聊中频电炉，是不是对中频电炉非常了解呢，今天不妨大家一起来交流一下，互相学习一下经验，弥补一下自己的不足，那我就先来提一个问题，大家是否知道串联谐振中频电炉电路特点，还有就是串联谐振中频电炉原理有哪些具体应用，这个问题不好回答吧，既然大家都不知道，那今天就给大家科普一下串联谐振中频电炉原理，不知道的小伙伴可要仔细阅读哦！那么下文就开始介绍串联谐振中频电炉电路特点了。
【串联谐振中频电炉原理】串联谐振中频电炉电路特点所谓串联谐振是指回路中LC串联，两者阻抗之和刚好为0，所以整个回路呈纯电阻性，整个回路阻抗变小，电流将变大。
在电力系统中可能会造成过电压，所以在电力系统中也较电压谐振【串联谐振中频电炉控制板详解】串联谐振中频电炉电路特点整流控制电路简单，只是在一般三相晶闸管半控桥式整流电路用触发器的基础上，加一斜波发生器构成。
斜波发生器是代替触发器的移相角设定功能。
每次起动时，斜波发生器输出到触发器的电压会按预定的速率，由零逐渐升高，终稳定在某一值。
因此，串联谐振中频电炉原理相应的触发脉冲的控制角会从变大逐渐减小，终稳定在0°，使晶闸管全导通，从而实现软起动。
在正常停止时，情况则相反，串联谐振中频电炉电路特点斜波发生器的输出电压由恒定值逐渐降至零，晶闸管从全导通状态逐渐过渡到截止。
因故障停止时，则采取封锁触发脉冲的方法，使晶闸管快速截止。
逆变控制电路如图1-7-3所示．其工作波形示于图1-7-4。
在t=t0时刻触发KS1，方波环节把经电流互感器CT1检出的电流信号变成方波。
方波的作用有二：一是方波的后沿作为延时环节的延时起点：二是方渡使计数器复位。
方波结束，延时环节开始延时，计数器开始计数。
延时一td后，双稳环节输出端q3变成“1”，打开了图中上一个脉冲形成环节的门，串联谐振中频电炉原理允许计数器的溢出脉冲通过。
计数器的计数值是固定的(例如1024)，计数值到，其输出端qs成“1”，经脉冲形成环节，生成固定宽度的脉冲，再经脉冲功放去触发晶闸管KS2。
IGBT串联谐振
IGBT串联谐振淬火、透热、熔炼资料《二》《IGBT串联半桥逆变器吸收电路计算》来自洛阳的感应加热逆变专家技术顾问王世鑫技术支持151电379话97787半桥结构串联谐振逆变电路原理图该电源采用半桥结构串联谐振逆变电路，主电路原理如图3所示。
在大功率IGBT 谐振式逆变电路中，主电路的结构设计十分重要，由于电路中存在引线寄生电感，IGBT开关动作时在电感上激起的浪涌尖峰电压Ldi／dt不可忽视，由于本电源采用的是半桥逆变电路，相对全桥电路来说，将产生比全桥电路更大的di／dt。
正确设计过压保护即缓冲电路，对IGBT的正常工作十分重要。
如果缓冲电路设计不当，将造成缓冲电路损耗增大，会导致电路发热严重，容易损坏元件，不利于长期工作。
过程是：当VT2开通时，随着电流的上升，在线路杂散电感Lm的作用下，使得Uab下降到Vcc－Ldi／dt，此时前一工作周期以被充电到Vcc的缓冲电容C1，通过VT1的反并联二极管VD1、VT2和缓冲电阻R2放电。
在缓冲电路中，流过反并联二极管VD1的瞬时导通电流ID1为流过线路杂散电感电流IL和流过缓冲电容C1的电流IC之和。
即ID1＝IL ＋IC，因此IL和di／dt相对于无缓冲电路要小得多。
当VT1关断时，由于线路杂散电感Lm的作用，使Uce迅速上升，并大于母线电压Vcc，这时缓冲二极管VD1正向偏置，Lm中的储能（LmI2／2）向缓冲电路转移，缓冲电路吸收了贮能，不会造成Uce的明显上升。
缓冲元件的计算与选择式中：f—开关频率；Rtr—开关电流上升时间；IO—最大开关电流；Ucep—瞬态电压峰值。
在缓冲电路的元件选择中，电容要选择耐压较高的电容，二极管最好选择高性能的快恢复二极管，电阻要用无感电阻。
大功率电磁炉串联谐振型逆变器设计与研究的开题报告
大功率电磁炉串联谐振型逆变器设计与研究的开题报告尊敬的评委老师：我是xxx，我所选的课题是大功率电磁炉串联谐振型逆变器设计与研究，现准备给大家做一个开题报告。
一、研究背景及意义电磁炉是一种新型的烹饪器具，它不像传统的明火烧炉，而是采用电磁感应技术，通过电磁场加热食物。
电磁炉具有高效节能、快速加热、精准控温等优点，被广泛应用于家用烹饪和餐饮业。
但是，传统的电磁炉往往存在功率低、发热效率不高、易受电压波动影响等问题，这些问题的存在限制了电磁炉的发展。
针对这些问题，本研究提出了通过串联谐振型逆变器设计来提高电磁炉的功率和发热效率的方案。
二、研究内容与目标本研究的主要内容是设计一种可调输出电流的串联谐振型逆变器，并将其应用于大功率电磁炉中。
具体研究目标包括：1. 设计串联谐振型逆变器的电路结构及控制算法。
2. 对设计的逆变器进行仿真，分析其输出电流、电压等性能指标。
3. 搭建实际电路，验证仿真结果，对运行效果进行测试。
4. 结合大功率电磁炉设计，研究逆变器在电磁炉中的应用性能。
三、研究方法1. 理论研究：主要是通过对串联谐振型逆变器的原理进行深入探究，分析其电路结构及控制策略。
2. 仿真研究：使用Matlab/Simulink等软件对设计的逆变器进行建模和仿真，并分析其性能指标。
3. 实验研究：搭建实际电路，对设计的逆变器及其在电磁炉中的应用进行测试和分析。
四、预期成果与意义通过本研究，预期取得以下成果：1. 设计出一种可调输出电流的串联谐振型逆变器，具有高效、可靠、稳定等特点。
2. 通过仿真和实验验证，分析逆变器的输出电流、电压、功率等性能指标，并对其应用于大功率电磁炉中的效果进行分析。
3. 为电磁炉的发展提供新的技术方案，具有一定的应用价值和推广意义。
五、研究计划1. 第一阶段（前期准备）：完成文献调研，熟悉相关理论和技术方法，确定研究方向和内容。
2. 第二阶段（电路设计和仿真）：设计串联谐振型逆变器的电路结构，通过仿真和分析获得具体的性能指标。
600kwIGBT串联谐振式节能中频电炉主电路的设计
摘要就目前来说，中频感应加热的加热速度快并且控制起来十分方便，已经在诸多行业中得到了广泛的应用。
本文对600kwIGBT串联谐振式节能中频电炉主电路系统进行了设计，主要工作如下：一．高压10kV进线开关柜的设计，高压10kV系统为小电流接地系统，设计过电压和过电流保护，设计电压、电流和电能计量。
二．设计整流电路、滤波电路以及逆变电路，说明其原理。
三．说明元件工作原理和电路设计原理及依据，说明降低谐波和节能原理。
本设计阐述了串联谐振中频感应电炉的主电路整体结构，并且给予了基本电路的理论分析，推导了主电路的计算公式，阐述了经过整流桥和谐振负载改造后优点，完成了逆变电路、整流电路以及电抗器的设计。
目前为止，串联谐振中频电炉仍具有大量的使用空间，使得该课题具有其现实意义。
关键词：感应加热；串联谐振；晶闸管；逆变；整流AbstractFor now, the rate of heating of the medium frequency induction heating, fast and control is very convenient, has been widely used in many industries. This article 600KwIGBT series resonant energy-saving intermediate frequency electric furnace main circuit system design, the main work is as follows:One. The design of high voltage 10KV line switchgear, high voltage 10KV system for small current grounding system, the design of overvoltage and overcurrent protection, design voltage, current and power measurement.Two. The design phase into the 10KV six line rectifier transformer wiring, selection of the rated voltage and the voltage drop, low pressure outlet overvoltage and overcurrent protection, indicating that reducing the harmonic principle.Thire. Description of the components working principle and circuit design principles and basis of the lower harmonics and energy conservation principle.The design described the overall structure of the main circuit, the series resonant medium frequency induction furnace and give a theoretical analysis of the basic circuit, the main circuit is derived formula on the advantages of the transformation after the bridge rectifier and the resonant load inverter circuit is completed, design of the rectifier circuit, reactor, and the line inductance. So far, the series resonant intermediate frequency electric furnace still has a lot of use of space, the subject has its practical significance.Keywords: induction heating; series resonance; thyristor, inverter;rectifier目录摘要 (I)Abstract........................................................................................................................ I I 目录 ......................................................................................................................... I II 第一章概论 .......................................................................................................... - 1 -1.1 选择课题的背景及意义 ............................................................................ - 1 -1.2 串联谐振中频电炉主电路结构的设计 .................................................... - 2 -1.3 该课题的研究目标 .................................................................................... - 3 - 第二章中频电炉的工作原理 .............................................................................. - 4 -2.1 中频电炉的内部结构 ................................................................................ - 4 -2.2 电磁感应原理 ............................................................................................ - 4 -2.3 感应加热效应 ............................................................................................ - 5 -2.3.1集肤效应 ........................................................................................... - 6 -2.3.2邻近效应 ........................................................................................... - 7 -2.3.3端部效应 ........................................................................................... - 8 -2.3.4圆环效应 ........................................................................................... - 8 -2.4 中频电炉负载 ............................................................................................ - 9 -2.4.1负载磁场 ........................................................................................... - 9 -2.4.2负载电阻 ......................................................................................... - 10 -2.4.3负载参数 ......................................................................................... - 11 - 第三章中频电源和小电流接地系统 ................................................................ - 13 -3.1 中频电源系统 .......................................................................................... - 13 -3.2 小电流接地系统 ...................................................................................... - 15 -3.2.1 10kV进线开关柜的选择 ............................................................... - 15 -3.2.2 电压、电流和电能计量 ................................................................ - 17 -3.2.3 10kV线路过电压和过电流保护 ................................................... - 18 - 第四章整流电路 ................................................................................................ - 19 -4.1 中频电源整流电路的条件 ...................................................................... - 19 -4.2 整流电路原理分析 ................................................................................ - 20 -4.3 阻感负载时的工作情况 .......................................................................... - 20 -4.4 十二脉进线消除谐波 .............................................................................. - 22 -4.4.1 串联谐振主电路 ............................................................................ - 22 -4.4.2 谐波分析 ........................................................................................ - 23 -4.5 滤波电路原理分析 .................................................................................. - 23 - 第五章逆变电路 ................................................................................................ - 25 -5.1 中频电源逆变电路的条件 ...................................................................... - 25 -5.2 逆变电路原理分析 .................................................................................. - 25 -5.2.1 串联逆变器原理分析 .................................................................... - 25 -5.2.2 逆变器与谐振负载电路原理分析 ................................................ - 27 -5.3 逆变系统控制电路 .................................................................................. - 28 -5.3.1 调功电路 ........................................................................................ - 28 -5.3.2 压控振荡器 .................................................................................... - 29 - 第六章 IGBT串联谐振式节能中频电炉及其保护 ........................................... - 30 -6.1 IGBT简介................................................................................................. - 30 -6.1.1 IGBT的概念................................................................................... - 30 -6.1.2 IGBT与晶闸管............................................................................... - 30 -6.2 串联中频电炉的节能原理 ...................................................................... - 30 -6.2.1串联谐振与并联谐振的关系 .......................................................... - 30 -6.2.2节能原理 .......................................................................................... - 31 -6.3 中频电炉的保护系统 .............................................................................. - 31 -6.3.1过电流保护 ...................................................................................... - 31 -6.3.2过电压保护 ...................................................................................... - 32 -6.3.3晶闸管保护 ...................................................................................... - 32 - 结论 .................................................................................................................... - 35 - 参考文献 ................................................................................................................ - 36 - 致谢 .................................................................................................................... - 37 - 附录1：串联谐振式中频电炉主电路图 ............................................................. - 38 -附录2：串联谐振式中频电炉设计总图 ............................................................. - 39 -第一章概论1.1 选择课题的背景及意义目前，在先进技术的指引下，我国研制出了串联谐振式的中频感应电源，并且可以提供相当可观的容量。
基于IGBT的熔炼炉用中频电源的应用
基于IGBT的熔炼炉用中频电源的应用【摘要】中频电源已广泛应用于工业加热领域。
文章结合实际讨论了一种新型IG-BT感应加热电源主电路结构及工作原理，该电源采用成熟的变频技术，由全控型器件构成串联谐振式逆变电路，解决了工频加热效果差和浪费电能等问题，具有功率调节范围宽、频率变化小的优点，适用于中小功率系统。
【关键词】中频电源感应加热逆变串联谐振1概述工频加热技术与其它各种物理加热技术相比，确实具有较高的效率，但存在一些明显的不足，在现代工业的金属熔炼、热处理、焊接等过程中，感应加热被广泛应用。
感应加热是根据电磁感应原理利用工件中涡流产生的热量进行加热的，它加热效率高、速度快、可控性好，易于实现高温和局部加热。
随着电力电子技术的不断成熟，感应加热技术得到了迅速发展。
本文设计的100kW／2500Hz中频感应加热电源采用IGBT串联谐振式逆变电路，能够实现频率自动控制，电路结构简单，无有害气体排放，高效节能。
2工作原理整流电路采用可控的三相半桥整流，逆变器采用单相全控逆变，系统上电后，三相交流电经过整流，通过电阻限流给滤波电容充电，经延时后输出脉冲信号将IGBT触发导通，启动系统工作。
系统启动后以固有频率2500Hz产生移相控制信号使系统工作，微处理器产生的移相信号控制IGBT功率器件的导通与关断，通过对输出电流相位的检测，并在输出侧串无感电容与负载实现谐振，使装置的输出效率最高，根据温度的设定值和温度的检测值进行闭环控制，调整移相角，改变逆变器的输出电压实现温度的准确控制。
3主电路的设计中频电源采用三相半桥式整流电路，它的输出电压调节范围大而移相控制角的变化范围小，有利于系统的自动调节，输出电压的脉动频率较高可以减轻直流滤波环节的负担，根据设计要求，额定输出功率P=100kW，输出频率f=2500Hz，进线电压为380V。
考虑冲击电流和安全系数，实取额定电压以800V，额定电流200A的整流模块，在主电路的直流侧串入了一个电阻并且与之并联了一个IGBT，当系统刚启动时由于电容电压为零，对瞬态的启动电容相当于短路，这样就会使得启动电流过高对系统产生危害，在接入电阻后可实现系统的软启动，系统上电后通过电阻对电容充电使电容电压逐渐升高，当电容电压达到一定值时触发导通IGBT，切除电阻。
中频炉串联谐振与并联谐振的比较
中频炉串联谐振与并联谐振的比较目前行业内，从控制系统上主要存在两种结构：串联谐振，并联谐振。
以下就从几个方面分别进行阐述：1、原理并联谐振：谐振电压与原电压叠加，并联谐振：在电阻、电容、电感并联电路中，出现电路端电压和总电流同相位的现象，叫做并联谐振，其特点是：并联谐振是一种完全的补偿，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需要的有功功率，谐振时，电路的总电流最小，而支路电流往往大于电路中的总电流，因此，并联谐振也叫电流谐振。
串联谐振：串联谐振装置就用运用串联谐振原理设计的最新型交流耐压试验设备。
一套串联谐振耐压试验设备，可兼顾电力变压器、交联电缆、开关柜、电动机、发电机、GIS和SF6开关、母线、套管、CT、PT等试品的交流耐压试验，是全能型的交流耐压设备。
串联谐振也较电压谐振。
2、使用并联谐振俗称一拖一，就是一台中频电源对一台中频炉进行供电。
此种用法是大众的使用方法，在设备使用过程中炉衬寿命存在周期，因此厂家在推荐用户购买时多备用一个炉体。
但是，并联谐振在工作时容易产生高次谐波：5，7，11，17次，对电网产生污染；另外功率因数也偏低，最好效果能达到0.88，达不到国家电网关于无用功的标准0.9.因此很多用户提出，并联谐振设备是电老虎。
而串联谐振是针对并联谐振出现的种种问题而诞生的，在任意功率下功率因数都能达到0.95，而且5，7次谐波可以消除。
但是一拖二串联谐振设备价格昂贵，技术属于摸索阶段，调试周期长。
IGBT更是如此，国产IGBT性能不好用，国外的IGBT价格昂贵。
3、与并联谐振共存的中频炉消谐无功补偿装置并联谐振的问题确实存在，但是经过我们的研究。
消谐无功补偿装置诞生了。
他主要针对：功率因数、高次谐波而产生的。
为此，电力系统和谐波源用户都有责任和必要的对谐波装置加大限制和治理，以保证电力系统和用户的安全可靠运行，提高整个电网运行的经济效益。
从一般中频电源工作原理可知，它是通过三相桥式整流装置再进行脉冲调频来进行变频的，它的正常运行必然产生较大的谐波电流，且功率因数也达不到0.90的要求。
500kW IGBT并联谐振感应加热电源主电路参数设计
500kW IGBT并联谐振感应加热电源主电路参数设计文章给出了500kW IGBT并联谐振感应加热电源的主电路结构，其整流器采用晶闸管相控整流方式，逆变器采用全控型器件IGBT，整个感应加热系统工作在弱容性准谐振状态。
文中给出了感应加热电源控制结构，对整流侧和逆变侧的元件参数进行分析与计算。
标签：并联谐振；感应加热；电源；硬件；参数1 概述目前，作为国际上较为先进的加热技术——感应加热技术，相较于传统加热方式，具有一定程度上的优势，如高加热效率、加热速度快、可控性强和便于实现自动控制等[1]，因此在国民经济和生产生活中得到了广泛的应用。
感应加热技术的核心技术点在于感应加热电源的研究，感应加热电源的性价比对感应加热系统获得应用的速度与广度起着至关重要的作用[2]，随着电力电子器件制造技术及其控制技术的逐步成熟，以电力半导体器件为主要元件的固态电源的制造成本正在迅速下降，不断提升其性能水平是这种新技术获得最大限度推广的重要条件。
本文所研究的500kW IGBT并联谐振感应加热电源中的整流器采用晶闸管相控整流方式[3]，由全控型器件IGBT组成并联谐振式逆变器，负载槽路的谐振频率要略低于主开关器件的开关频率，整个系统工作在弱容性准谐振状态[4]，本文主要分析、计算了整流侧和逆变侧的元件参数。
感应加热电源控制结构如图1所示。
2 整流侧硬件参数分析设计2.1 整流桥晶闸管的选型整流器采用三相桥式可控整流[5]，通过改变整流控制角来改变整流器输出电压。
进线的线电压为：U1=380V整流器输出电压为：Ud=1.35U1=513V整流元件所能承受的峰值电压为：660V负载电压有效值为：U0= =1.11Ud≈575V输出电流有效值为：Id= = =870A因此，晶闸管的通态平均电流为：I= = =360A选择晶闸管型号为：KP-800A/1200V2.2 滤波电容器的分析设计系统中滤波和稳定电压的功能主要由滤波电容器C来完成，其电压纹波脉动为300Hz，滤波电容器C与直流电源的等效负载Z0的乘积等于滤波电路的时间常数[6]，其值必须是纹波中基波的周期时间的6-8倍以上[7]，即电源谐振时的阻抗为：Z0= =0.663 逆变侧硬件参数分析设计3.1 IGBT的参数分析设定IGBT所承受的正向电压值就是前端整流器的输出电压Ud，实际应用中留有一定的安全裕量，一般为2到3倍的Ud[8]，所以IGBT的额定电压为：UN=2～3Ud=1026～1539V因此可选定额定电压为1500V的SKM100GB123D IGBT。
中频炉串联电路为什么节能
中频炉串联电路为什么节能？1 产品对电网功率因素高。
中频电源是电压型串联逆变电源，整流一直工作在零度，不调整流，只调逆变，所以功率因素高，大于0。
95，无高次谐波。
在所有的熔炼厂场总在节能、操作、生产各方面为用户提供实质性的利益。
我们保证设备在任何工况下功率因素始终大于0。
95。
2 产品节约电耗。
由于采用串联谐振电路设计无功电流小，使电耗大幅减少。
0。
5吨300KW中频炉化铁1450度电耗680度，化钢1600度电耗720度。
而并联可控硅0。
5吨中频炉需要500KW变压器带动，而串联逆变0。
5吨中频炉只要300KW变压器即可正常工作。
并且电耗非常小。
长期计算节省的容量使用费用一年就有10万多元。
3 产品在熔炼过程中始终保持恒功率输出。
与并联逆变中频电源相比调功方式不同，并联中频电源是通过调节直流电压，而我公司生产的本产品是调频率，它不受炉料多少影响，在整个熔炼过程中保持恒功率。
尤其是熔炼不锈钢、铜、工业硅、铝等不导磁物质时更显示它的优越性。
熔化速度快，炉料元素烧损少节能效果更好，降低了铸造成本。
4 电力变压器容量小。
以半吨炉为例，我公司生产的半吨串联中频炉只要300KW，变压器低压测电压380V即可，这样对于一般铸造企业只要一台315KW以下的变压器，照明、行车、水泵等动力用电可以共用一台变压器。
部份地区供电部门只要求变压器大于315KW才要每月上缴28元每度容量费用。
这样每年可节省费用十多万元。
5 串联逆变中频感应炉是冲天炉的最佳换代产品冲天炉：优点：结构简单；设备投入费用少；操作和维修方便。
缺点：铁液质量差，温度低焦炭消耗大，会使钢水中增加硫、磷、等有害元素；劳动强度大，；环境污染大。
中频炉：优点：1 设备体积小，重量轻、效率高、耗能小；2 生产操作简单、劳动强度低、人员投入少、熔炼运行可靠；3 加热温度均匀、速度快、烧损少、金属成份均匀；4 铸件质量好、炉温易控制、生产效率高；5 炉子利用率高、更换品种方便。
基于600v的igbt驱动电路设计
摘要摘要目前在高压大电流的应用领域上，IGBT有绝对的统治地位。
主要原因是由于IGBT管结合了GTR和MOSFET二者的优点，具有开关速度快，耐压能力高，热稳定性能好等确定。
现在基于IGBT的驱动电路也已经成为电力电子应用领域中的核心产品。
本文基于UMC 0.6µm 15V BCD工艺设计了IGBT栅驱动电路。
本驱动电路由一个三相桥式IGBT逆变器电路和四个有保护控制功能的驱动模块组成。
控制功能的驱动电路其中由3个高压IC （HVIC）、1个低压IC（LVIC）、6个IGBT功率管、6颗快恢复二极管（FRD）来组成。
因此电路需要同时工作在高压和低压两个状态。
在电路的设计上面，高压模块主要是使用MOS管搭建电路，而在低压模块中主要使用BJT管搭建电路。
本文首先介绍了驱动电路的研究意义与背景。
然后对电路进行系统性设计进行介绍，分别从桥式电路、隔离技术以及IGBT器件工作原理，并确立了三相桥式驱动电路的整体框架。
随后本文分别对过温保护、欠压保护、过流保护、故障控制、电平位移和驱动电路这六个子单元进行详细地分析与设计，并分别进行了仿真。
在完成各个模块及模块内部子单元的分析设计后，利用仿真软件对IGBT驱动电路的整体电路进行仿真，以确保其整流功能满足设计指标。
通过本次毕业设计，作者通过HSPICE软件验证了IGBT驱动电路的可行性。
相信在以后的驱动电路中，功能会越来越完善。
关键词：功率IGBT，栅驱动，过温保护，欠压保护ABSTRACTABSTRACTAt present in the application field of high voltage and high current application, IGBT has reigns supreme. The main reason is that the IGBT have the advantages of GTR and MOSFET, such as fast switching speed, high breakdown voltage and good thermal performance, etc. The gate driver circuit for IGBT has become one of the most important products in the field of power electronics.This paper based on UMC 's 0.6µm 15V BCD process designs of a gate driver circuit. The driver circuit consists of a three-phase bridge type inverter circuit for IGBT and four driver modules with protection control function . Driver module consists of three HVIC modules, a LVIC module, six IGBT modules and six FRD modules. So the circuit has two working conditions like high voltage and low voltage. High voltage module consists of MOS tube and low voltage module consists of BJT tube.At first the pa per introduces the driving circuit’s research significance and the background. And then writer introduces the systematic design of circuit, respectively from the bridge circuit, security isolation technology and working principle of the IGBT device. In the end writer establishes the three-phase bridge drive circuit. Then the over temperature protect circuit, and the under-voltage protection circuit, overcurrent protection circuit, the fault control circuit, level shift circuit and drive circuit carries on the detailed analysis, design, and simulation. After finish this work, writer also use simulation software to simulate the whole circuit so that ensure its perfect function and index.Through this graduation design, the author use the software of HSPICE to verify the feasibility of the drive circuit for IGBT. In the near future, gate drive circuit’s function must be more and more perfect.Keywords: power IGBT, gate driver, OTP, UVLO目录第一章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外的现状与发展趋势 (2)1.3主要工作内容 (5)第二章驱动电路系统性设计 (7)2.1隔离型桥式变压器 (7)2.1.1半桥型变换器拓扑 (8)2.1.2全桥变换器拓扑 (9)2.1.3桥式变换器差别 (12)2.2隔离驱动技术 (12)2.2.1光电耦合器隔离的驱动器 (13)2.2.2电容耦合 (13)2.2.3磁耦合 (13)2.3IGBT工作原理与特性 (14)2.3.1IGBT的工作特性 (15)2.3.2IGBT的工作原理 (17)2.4驱动模块系统设计 (18)2.5本章小结 (21)第三章驱动模块子模块设计与仿真分析 (22)3.1电平位移电路 (22)3.1.1电平位移电路的原理分析 (22)3.1.2电平位移电路的具体电路设计 (24)3.1.3电平位移电路的仿真结果与分析 (27)3.2驱动电路 (28)3.2.1驱动电路原理分析 (28)3.2.2驱动电路设计 (29)3.2.3驱动电路的仿真结果与分析 (31)3.3过温保护模块 (32)3.3.1过温保护电路原理 (32)3.3.2过温保护电路设计 (34)3.3.3过温保护模块的仿真结果与分析 (40)3.4过流保护模块 (41)3.4.1过流保护电路原理 (41)3.4.2过流保护电路设计 (42)3.4.3过流保护模块的仿真结果与分析 (43)3.5欠压保护模块 (44)3.5.1欠压保护原理 (44)3.5.2欠压保护电路具体电路设计 (46)3.5.3欠压保护电路的仿真与分析 (47)3.6故障分析模块 (48)3.6.1故障分析模块工作原理 (48)3.6.2故障控制模块具体电路设计 (49)3.6.3故障分析模块仿真与分析 (50)3.7本章小结 (51)第四章整体电路的验证与分析 (52)4.1整体电路的工作原理 (52)4.2整体电路仿真与分析 (55)4.2.1整体电路驱动能力仿真分析 (56)4.2.2整体电路故障处理能力仿真与分析 (57)4.2.3整体电路整体功耗仿真与分析 (62)4.3本章小节 (62)第五章总结 (63)致谢 (64)参考文献 (65)攻读硕士学位期间取得的成果 (67)第一章绪论第一章绪论随着全球经济的不断发展，“信息”与“能源”这两个词作为其中的发展的核心，相互结合并影响着生产与生活的方方面面。
IGBT半桥串联谐振型感应加热电源调频调功技术研究
IGBT半桥串联谐振型感应加热电源调频调功技术研究【摘要】针对IGBT半桥串联谐振型感应加热电源，详细分析了其在弱感性状态下的工作过程，提出了一种基于单片机S3F9454和SG3525来实现调频调功的方案。
通过该方案可以实现对负载固有谐振频率及时跟踪，系统能自动按照设定的功率实现恒功率的输出。
经过样机试验验证了该方案的可行性，试验结果表明该装置加热速度快、效率高、节能环保。
【关键词】IGBT半桥串联谐振；SG3525；S3F9454；调频调功1引言现阶段市场上加热型设备所用的加热方式普遍为电热圈发热，通过接触传导方式把热量传到被加热体上，存在加热速度慢、热传导损失、无法满足一些温度需要较高的场合等缺点。
电磁感应加热技术是利用金属被加热体在交变磁场中产生的涡流进行加热，使得被加热体快速发热，并且可以根据实际情况在加热体外部包裹一定的隔热保温材料，以减少热量的散失，从而提高热效率。
该方法具有易实现自动控制、热效率高、节电效果显著等优点。
感应加热电源常用的功率调节方式有两种：调压调功方式和调频调功方式[1]。
本设计中采用调频调功方式，这种调功方式简单，可对电路的工作频率直接调整，连续调节功率，不需要调压环节，控制简单。
因此提出了一种单片机S3F9454和SG3525相结合的调频调功控制方案，既减少了逆变器的开关损耗，又确保了主电路安全可靠的工作。
2 主电路工作原理本文所述的电磁感应加热电源采用半桥串联谐振型拓扑结构，主电路如图1所示。
电磁感应加热电源将220V工频交流电整流、滤波、逆变成18～30KHz 的高频交流电，通过连接线连接到电磁加热线圈上，高频交流电透过保温材料作用于金属被加热体，使金属自身发热。
在半桥谐振型感应加热电源电路中，一个周期可以分为6个工作模态，由于前一半开关周期和后一半开关周期的电路工作过程完全对称，所以只分析前一半开关周期中的电路模态。
图2为逆变电路工作在弱感性状态下开关管S1驱动电压、负载电流的波形。
IGBT串联谐振
ＩＧＢＴ串联谐振淬火、透热、熔炼资料《四》《半桥逆变和全桥逆变的区别》来自洛阳的感应加热逆变专家技术顾问：王世鑫技术支持：１５１电３７９话９７７８７半桥电路与全桥电路的优缺点比较半桥逆变式功率转换主电路的形式如下图所示：通过时序电路分析两个开关管交替通断时的开关管耐压和变压器原边电压，可知开关管所需耐压为V dc，变压器原边电压为±1/2V dc。
工作波形如下：全桥逆变功率转换主电路与板桥电路的区别就是，用另外两个同样的开关管代替两只电容，即由4只开关管组成逆变开关电路，同样分析时序电路，可得开关管所需耐压为V dc，变压器原边电压为±V dc。
如下图所示：了解了两种电路的特性和工作原理，就可以比较其优缺点了。
首先，从电路图上可以很方便的看出一点明显的区别，就是开关管的数量不同。
半桥式电路的开关管数量少，成本也就相应的低。
全桥式电路有4只开关管，需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制两对开关管，那就难免导致驱动电路的复杂。
半桥式电路由于只有两只管子，没有同时通断地问题，且其抗不平衡能力强，也就是说对duty的要求不是很高，所以驱动电路相对于全桥就简单很多。
说到抗不平衡能力，我们可以再看一下原理图，当半桥式电路工作在120VAC时，电容中间的开关闭合，此时主要靠隔直电容C b来解决不平衡的问题。
产生磁通不平衡时，线路中会出现一个直流偏流，当这个直流偏流大到一定程度时就会出现磁通饱和，加了这个隔直电容，就可以使直流电不能通过，以达到抗不平衡的目的。
从另一个方面来说，当没有隔直电容时，会产生磁通不平衡，也就是铁心中会有剩磁出现，磁通不能恢复到零，剩磁积累到一定程度导致铁心饱和。
而加了这个电容，当变压器线圈续流能量过多时，就会给C b充电（C1、C2两端电压一定，所以可吸收的能量也一定），使多余的能量不会储存在线圈里，形成剩磁，从而解决磁通不平衡的问题。
在这个时候，全桥与半桥的工作原理就很相似。
中频电炉采用串联谐振好处__中频电炉使用方法
中频电炉采用串联谐振好处__中频电炉使用方法大家都知道，中频炉线路一般有两种，并联谐振式(电流型)中频炉和串联谐振式(电压型)中频炉。
我们中频电炉采用串联谐振有哪些好处呢？康达电炉采用的串联谐振，有以下好处：节电、故障率低、功率因素高、启动非常容易。
说完这一问题，还有一个问题小编不得不说，那就是中频电炉的使用方法，具体操作我们一起来看文章。
敬请期待吧。
【中频电炉采用串联谐振好处】中频炉线路一般有两种，并联谐振式(电流型)中频炉和串联谐振式(电压型)中频炉。
中频炉串联谐振逆变器和并联谐振逆变器的差别，源于它们所用的振荡电路不同，前者是用L、R和C串联，后者是L、R和C并联；(1)中频炉串联谐振逆变器的输入电压恒定，输出电流近似正弦波，输出电压为矩形波，换流是在晶闸管上电流过零以后进行，因而电流总是超前电压－φ角。
并联谐振逆变器的输入电流恒定，输出电压近似正弦波，输出电流为矩形波，换流是在谐振电容器上电压过零以前进行，负载电流也总是越前于电压－φ角。
这就是说，两者都是工作在容性负载状态。
(2)中频炉串联谐振逆变器在换流时，晶闸管是自然关断的，关断前其电流己逐渐减少到零，因而关断时间短，损耗小。
在换流时，关断的晶闸管受反压的时间较长。
(3)中频炉串联谐振逆变器起动较容易，适用于频繁起动工作的场所，康达电炉生产的串联谐振电炉启动成功率；而并联谐振逆变器需附加起动电路，起动较为困难，起动时间长。
至今仍有人在研究并联谐振逆变器的起动问题。
(4)中频炉串联谐振逆变器并接大的滤波电容器，当逆变失败时，浪涌电流大，保护困难。
但随着保护手段的不断完善以及器件模块本身也有自带保护功能，串联谐振逆变器的保护不再是难题。
并联谐振逆变器串接大电抗器，但在逆变失败时，由于电流受大电抗限制，冲击不大，较易保护。
(5)串联谐振逆变器感应线圈上的电压和补偿电容器上的电压，都为谐振逆变器输出电压的Q倍。
当Q值变化时，电压变化比较大，所以对负载的变化适应性差。
新型锻造用igbt串联谐振中频感应加热炉
新型锻造用IGBT串联谐振中频感应加热炉成都多林电器有限责任公司曾晓林本文分析了现有可控硅中频炉存在的不足，介绍了一种用于锻造的新型中频感应加热炉，它的功率器件由IGBT担任，电路特征为串联谐振，它具有显著的节能效果及可在任何负载条件下均可启动成功的特点。
目前绝大多数锻造厂家使用的锻造用中频感应加热炉主要是上世纪70年代初发展起来的由可控硅担任变频的中频感应加热设备，主体电路如下图：(图一) 此电路的主要特点：可控硅斩波调压、可控硅变频、并联谐振。
D1D5D3D6D4D2T1T2L2CT4T3 L1整流部分由6只可控硅完成将三相交流电变成直流，同时担任设备的功率调节。
此整流电路的缺点是：功率调节是通过调节可控硅的导通角实现的，导通角减小，电网的功率因数就会降低，用户不得不另配功率因数补偿柜，增加新的投入。
整流后的直流滤波由直流电抗器完成，此部分带来1%~3%的损耗，变频电路由4只可控硅完成，变频电路的损耗大约为5%。
受可控硅关断的制约，变频回路的功率因数只能达到0.8~0.85。
输出电路是由感应线圈（炉体）和补偿电容组成的并联谐振电路。
受可控硅耐压的限制，中频电压通常≤750V，因此，感应线圈上的电流通常是直流电流的10~15倍，（10~15是振荡回路的品质因数，也叫Q值，并联谐振电路的特征是振荡电流是直流电流的Q倍）所以并联谐振输出电路通常有较大的损耗，约占整机功率的25%-30%。
因此可控硅变频中频感应加热设备的整机效率大约只有60%-70%左右。
显然，提高感应线圈上的电压和降低振荡回路的Q 值，均可提高中频炉的效率，但在并联谐振电路中，感应线圈两端直接接于可控硅上，提高感应线圈的电压必须同时提高可控硅的反向耐压，因此会提高设备制造成本同时也会受到器件反向耐压的制约，可控硅是半控型功率器件，当振荡回路的Q 值<10时，易出现停振或不起振的现象，使用过中频炉的用户都知道，若将冷料填满炉体中频炉就很难起振就是这个道理；因此要想提高中频炉的效率必须另外寻求一种功率器件及使用另外一种线路。
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600kwIGBT串联谐振式节能中频电炉主电路的设计就目前来讲，中频感应加热的加热速度快同时操纵起来十分方便，差不多在诸多行业中得到了广泛的应用。
本文对600kwIGBT串联谐振式节能中频电炉主电路系统进行了设计，要紧工作如下：一．高压10kV进线开关柜的设计，高压10kV系统为小电流接地系统，设计过电压和过电流爱护，设计电压、电流和电能计量。
二．设计整流电路、滤波电路以及逆变电路，讲明其原理。
三．讲明元件工作原理和电路设计原理及依据，讲明降低谐波和节能原理。
本设计阐述了串联谐振中频感应电炉的主电路整体结构，同时给予了差不多电路的理论分析，推导了主电路的运算公式，阐述了通过整流桥和谐振负载改造后优点，完成了逆变电路、整流电路以及电抗器的设计。
目前为止，串联谐振中频电炉仍具有大量的使用空间，使得该课题具有其现实意义。
关键词：感应加热；串联谐振；晶闸管；逆变；整流For now, the rate of heating of the medium frequency induction heat ing, fast and control is very convenient, has been widely used in many i ndustries. This article 600KwIGBT series resonant energy-saving intermedi ate frequency electric furnace main circuit system design, the main work is as follows:One. The design of high voltage 10KV line switchgear, high voltage 10KV system for small current grounding system, the design of overvolt age and overcurrent protection, design voltage, current and power measure ment.Two. The design phase into the 10KV six line rectifier transformer wiring, selection of the rated voltage and the voltage drop, low pressure outlet overvoltage and overcurrent protection, indicating that reducing the harmonic principle.Thire. Description of the components working principle and circuit d esign principles and basis of the lower harmonics and energy conservation principle.The design described the overall structure of the main circuit, the ser ies resonant medium frequency induction furnace and give a theoretical a nalysis of the basic circuit, the main circuit is derived formula on the ad vantages of the transformation after the bridge rectifier and the resonant l oad inverter circuit is completed, design of the rectifier circuit, reactor, an d the line inductance. So far, the series resonant intermediate frequency e lectric furnace still has a lot of use of space, the subject has its practical significance.Keywords: induction heating; series resonance; thyristor, inverter;rectif ier摘要错误!未定义书签。
Abstract II目录III第一章概论- 1 -1.1 选择课题的背景及意义 - 1 -1.2 串联谐振中频电炉主电路结构的设计 - 2 -1.3 该课题的研究目标- 2 -第二章中频电炉的工作原理- 4 -2.1 中频电炉的内部结构- 4 -2.2 电磁感应原理- 4 -2.3 感应加热效应- 5 -2.3.1集肤效应- 5 -2.3.2邻近效应- 6 -2.3.3端部效应- 6 -2.3.4圆环效应- 7 -2.4 中频电炉负载- 7 -2.4.1负载磁场- 7 -2.4.2负载电阻- 8 -2.4.3负载参数- 9 -第三章中频电源和小电流接地系统- 13 -3.1 中频电源系统- 13 -3.2 小电流接地系统 - 14 -3.2.1 10kV进线开关柜的选择- 15 -3.2.2 电压、电流和电能计量- 16 -3.2.3 10kV线路过电压和过电流爱护- 17 -第四章整流电路- 19 -4.1 中频电源整流电路的条件- 19 -4.2 整流电路原理分析 - 20 -4.3 阻感负载时的工作情形 - 20 -4.4 十二脉进线排除谐波- 21 -4.4.1 串联谐振主电路- 21 -4.4.2 谐波分析- 21 -4.5 滤波电路原理分析- 22 -第五章逆变电路- 25 -5.1 中频电源逆变电路的条件- 25 -5.2 逆变电路原理分析- 25 -5.2.1 串联逆变器原理分析- 25 -5.2.2 逆变器与谐振负载电路原理分析- 27 -5.3 逆变系统操纵电路- 27 -5.3.1 调功电路- 27 -5.3.2 压控振荡器- 28 -第六章IGBT串联谐振式节能中频电炉及其爱护- 30 -6.1 IGBT简介- 30 -6.1.1 IGBT的概念- 30 -6.1.2 IGBT与晶闸管- 30 -6.2 串联中频电炉的节能原理- 30 -6.2.1串联谐振与并联谐振的关系- 30 -6.2.2节能原理- 30 -6.3 中频电炉的爱护系统- 31 -6.3.1过电流爱护 - 31 -6.3.2过电压爱护 - 32 -6.3.3晶闸管爱护 - 32 -结论- 35 -参考文献- 36 -致谢- 37 -附录1：串联谐振式中频电炉主电路图- 38 -附录2：串联谐振式中频电炉设计总图- 39 -第一章概论1.1 选择课题的背景及意义目前，在先进技术的指引下，我国研制出了串联谐振式的中频感应电源，同时能够提供相当可观的容量。
这极大的提升了我国感应加热水平，更加好的促进了工业进展水平。
就当前来讲，我国使用的中频感应电炉，逆变电路大部分采纳的是并联谐振的工作方式；我国的串联谐振正在起步，其中部分厂家差不多将设备开始投入使用。
我国的感应加热变频电源装置的进展方向一直是以沿着大容量、高频率、高效率、可靠性、拓宽用途为目标的。
与国外完善的感应加热技术相比，国内的感应加热设备仅仅是少量的进展，这其中的差距依旧相当大的。
近年来，随着科学技术的进展，传统加热因为其耗能高和加热可靠性能不强等劣势无法达到国家进展的需要，世界各国急需得到有点多的加热器件。
然而逆变电源具有体积不大、节能成效专门好的优点，因此成为了前景较好的器件。
与此同时，持续进展的电力电子技术，也利用其优势为关于高频逆变加热电源做好了铺垫。
我国自从加入世贸组织之后，国内对中频感应电炉的需求急速上升，国家的产品市场大了，竞争也变的越来越猛烈。
世界一流的生产厂商所生产的产品价格尽管专门高，然而能够应用高技术来占据市场，然而由于它的生产成本过高，因而在中国的市场正在持续的缩小。
我国的中频电炉生产水平正在持续增强，通过其低廉的价格，在世界格局中占据了一席之地。
感应加热装置由两部分组成，一是变频电源，其作用是提供一定频率的交流电源，另一部分感应加热负载，要紧由感应圈及相应的补偿装置组成。
按照频率的高低，变频电源可分为工频、中频和高频感应加热电源。
(1)工频感应加热电源。
电源频率与电网的频率（50Hz）相同，可直截了当从电网吸取能量，然而功率因数过低。
(2)中频感应加热电源。
将50Hz的工频交流电转变成中频（500～1000 0Hz）电能的装置，通常为中频发电机和晶闸管变频电源。
(3)高频感应加热电源。
将50Hz交流电转变为高频（70000～1000000 Hz）电能的装置，通常为电子管高频发生器。
国内的电力电子技术起步比较晚，感应加热技术也落后于国外，然而由于市场前景好，因此研究感应加热技术的人员在逐步增加。
国内在此领域处于领先地位的是浙江大学，但距离国外先进技术还有相当大的差距。
中频电炉是指炼钢铁厂所用的反应加热炉，它的加热方式是：利用中频频率的电磁场，对炉体内部的原料进行涡流的加热，钢铁原料将会在交变磁场中因为切割磁力线而产生专门大的涡流电流，然后通过发热和熔化最终完成。
由于我国当前电子技术的持续进展，我国的中频炉的操纵系统差不多更加的完善，中频的频率能够通过对原料的物理性状的调整，以使电、磁和热能的转换效率尽可能的高。
基于以上的讨论，本课题选择中频感应加热电炉主电路的设计，目的在于提升金属的加热处理、加工工艺水平。
1.2 串联谐振中频电炉主电路结构的设计本设计阐述了串联谐振式中频电炉系统主电路的整体结构，着重于差不多电路的要紧理论分析。
此次设计参考了国内外有关并联谐振电炉和串联谐振电炉电路的基础上，结合国内电炉的研制和使用情形，适当参阅了有关资料后，作出的尝试性研究，最终得到的。
串联谐振中频电炉主电路的结构设计，要紧内容包括：高压10KV进线开关柜的设计，高压10KV系统为小电流接地系统，设计过电压和过电流爱护，设计电压、电流和电能计量；设计整流电路、滤波电路以及逆变电路，讲明其原理。
讲明元件工作原理和电路设计原理及依据，讲明降低谐波和节能原理。
本设计的差不多思路是第一进线的50Hz的三相交流电通过可控硅三相全控整流桥整流电路整流为直流电，然后通过操纵IGBT的导通频率，将获得的直流电通过逆变电路转化成为中频的交流电，最后输出给负载。