感应加热电源常见调功方式的探讨

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节 直流 输 出电压Ｕ ，实现对 输 出功率 的调节 。 图１ － ２ 所 示为采 用直流斩 波调压 调功 的感应加 热 电源 的主 电路 。 从 图１ － ２ 中可 以看 出，该调功方 式采用二 极管不可控整流 电路 ，和以前的 晶闸管相控整 流 电路相 比提高 了电网侧 功率因数 ，减小 了对 电网的污染 。但是Ｂ ｕ ｃ ｋ 电路中的功率开关器件 在 接通和断开时 ，在其 器件 上同时存在 电压和 电流，损耗 比较 大，所以不适于应用在 高频及 大容量系统 中。此外，由于感应加热 电源 需要 增 加额外的斩波 电路及 其相应的控制 回路 ，使 得感应加 热电源成本提 高。 （ ３ ） 脉 宽调制 （ Ｐ ｗ 岫调功 采用脉 宽调制 （ Ｐ ｗ Ｍ ） 调功方式 的感应加 热 电源主 电路如 图１ － ３ 所示 ，其是通 过调节 逆变 电路上开关管 的一个 周期 内导通时 间即改变其 输 出方波 的占空比从 而改变输 出功率 。这 种方 法等 同普 通 开关 电源 的 调制 方法 ，调 节线 性 好 ，范围大，但是不容易实现软开关 。
动信 号若 干周 期 ，同时 分别 驱动Ｖ Ｔ ３、Ｖ Ｄ ４ 和 Ｖ Ｔ ４ 、Ｖ Ｄ ３ 轮流导通 ，形成输 出电流 ｉ 的续流 回 路 ，以保证 电路谐振工作。
囤１ — ３采用脉宽调制 （ Ｐ 嗍） 调功方案 的 感应加热电源 主电路
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感应加 热技 术主要 是利用 电磁感应原理来 对工件进 行加热 ，它采用 的是 非接触式加热方 式 。由于 感应加热过程 中，能量韵传递是 以电 磁波 的形 式进行 的，所 以受外界的干扰小 ，能 量 的扩散 少，大大提高 了能量 的利用 ，提高 了 加热 的效 率，使感应加热在钎 焊行业 、淬火行 业 、退火 行业、金属熔炼 热处理、机械制造 、 轻工及 电子类的加工等现 代工业生产 中得 到了 广泛 的应用 。感应加热 电源在实际应用 中需要 根据 负载 等效参数随温度 的变 化和加热工艺 的 需要 ，随时对感应加热 电源输 出功率 的进行调 节 ，所 以选择合适 的调 功方式对于感应加热 电 源来说非常重要 。 ２ ． 感应加热 电源常见 的调功方式 目前，感应加热 电源的功率调节方式可 分 为两 大类：直流调功和 逆变调功两大类 。直 流 调功 是对 逆变器直流侧 的输入 电压进行调节 ， 达 到调节感应加热 电源 的输 出功率 的 目的。直 流 调功主要有 晶闸管相控整流调压调 功和 直流 斩波 调压调功两大类 。逆 变调功是指通过对 逆 变器 开关管 的控制 ，来 实现输 出功率 的调 节。 逆 变 调功 常用移 相脉 冲 宽度调 制 （ Ｐ Ｓ — Ｐ Ｗ Ｍ ） 调 功 ，脉冲频率调制 （ Ｐ Ｆ 调功 ，脉冲密度 （ Ｐ Ｄ 调 功等方 式。 ３ ． 各种调功方式 的特 点和适 用场合 （ １ ） 晶闸管相控整流调压调功 晶 闸管相 控 整流 技术 是指 通 过调 节 晶 闸 管的导通角 ，使 其输出 电压值连续可 调，实现 系统的功率调节 ，在感应加热 系统 中，一般采 用 三相桥 式相控 整流 电路 ，如图 １ － １ 所示 。这 种 调功方式 已经 比较成熟 ，成本较低 。但 是 ， 晶闸管相控整流 调压 电路在控制角较 大的情况 下，输入功 率因数很低 ，输入 电流波 形为尖峰 脉冲 ，谐波含 量很高 ，对 电网形成 了较大 的污 染 。而且 晶闸管整流 调压 电路的Ｅ Ｍ Ｉ 非常 大 ， 对 周边的 电气设 备以及 自身 的控制 电路将产生 较 大干扰 。因此 ，晶闸管相控整流 电路一般应 用在早期的感应加热系统中。
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（ ４ ） 移相脉冲宽度调制 （ Ｐ Ｓ － Ｐ Ｗ Ｍ ） 调功 移相脉 冲宽度调制 （ Ｐ Ｓ — Ｐ １ 】 ｌ 『 Ｍ ） 调功 电路是通 过 改变 电角度 调节输 出电压 ，从而调节输 出 功率 。这 种调功方式是控制 主电路中逆变器 四 个 开关器件Ｖ Ｔ ， ～Ｖ Ｔ 驱动脉冲 来实现 的，如 图 卜４ 所示 。Ｖ Ｔ 】 ，Ｖ Ｔ ３ 不 同时导 通 ，Ｖ Ｔ 】 先 导通 ， Ｖ Ｔ ３ 后导通 ，两者 相差 电角 度 中，Ｖ Ｔ ４ ，Ｖ Ｔ ２ 分别 滞后于Ｖ Ｔ ，Ｖ Ｔ ３ １ ８ ０ 。 。通过调 节电角度 ０。实现 功率 的连续调节 ，并有较 宽的功率调节范 围， 并且开 关器件损耗小 。但 是轻载时 ，电角度增 大 ，输 出电压脉冲 宽度变 小，输出 电流变成近 似 三角波，谐波成分严重 。还有正常工作 时， 该 电路 需要通过锁相 电路使 逆变器工作在谐振 状态 ，实现频率跟踪有一 定难度 ，容易发生失 锁 的现 象。
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感应加热 电源常见调功方式 的探讨
无锡机 电高等职业技术学校 任 玮
【 摘要 】随着电力电子技 术的发展 ，感应加热技术也迅速发展。尤其是数字技术 的发展 ，使感应加热电源的调功技 术有 了新 突破 。本文主要对感应加 热电源常见的几种调 功方武进行 比较，并对各 种方案的优缺 点及适用场合进行了分析 。 【 关键词】感应加热技术；电源 ；调 功方 式 １ ． 引 言
Ｐ Ｄ Ｍ 调功方 式的主 电路与移相 脉冲宽度 调
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制（ Ｐ Ｓ － Ｐ Ｗ Ｍ ） 调 功方式的主 电路相似 ，基 本工作 模式如 图一 ６ 所 示。Ｖ Ｔ １ 、Ｖ Ｔ ３ 和Ｖ Ｔ ２ 、Ｖ Ｔ ４ 轮流驱 动 导通若 干周 期后 ，再 封锁Ｖ Ｔ １ 、Ｖ Ｔ ２ 栅极 驱
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引
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囤１ － ５串联谐振电路 的负载频率特性
由图 １ － ５ 可 以看 出：当，＝ｆ ｏ 时 ，逆变器 工
作在 串联谐振状态 ，输 出功率最大； 当频率低 于或者高于谐振频 率时，逆变器负载的等效 阻 抗变大 ，输 出功 率变小 。Ｐ Ｆ Ｍ 调功 电路 控制简 单 ，易于调节 ，但是Ｐ Ｆ Ｍ 调 功方式 中开关管 工 作在硬开关状 态，损耗较大 ，功率 因数低 ，效 率低，所以不适应于 高频 的感应加热 电源 。 （ ６ ） Ｐ Ｄ Ｍ 调 功