中频电源的调研

一、中频电源综述及应用

The brief introduction of the Mid-Frequency power systems and the application in the industries.

1.1、中频电源的简介（the brief introduction of the

mid-frequency power system）

中频电源是一种静止变频装置，将三相工频电源变换成单相电源。对各种负载适应力强、适用范围广，主要应用于各种金属的熔炼、保温、烧结、焊接、淬火、回火、透热、金属液净化、热处理、弯管、以及晶体生长等。

1.2、基本参数（The basic parameter in the mid-frequency power

system）

标准输出功率系列为：30kW~4000kW

标准配置熔炼炉系列为：5kg(30kW)~5000kg(4000kW)

标准振荡频率系列为：400Hz~10kHz

1.3、工作原理（The major operating principle）

中频电源的工作原理为：采用三相桥式全控整流电路将交流电整流为直流电，经电抗器平波后，成为一个恒定的直流电流源，再经

单相逆变桥，把直流电流逆变成一定频率（一般为1000至8000Hz）的单相中频电流。负载由感应线圈和补偿电容器组成，连接成并联谐振电路。

1.4、研究现状（The modern status of the research）

相对而言比较成熟，但是随着对控制精度的要求，和资源节约的考虑，减少对电网的损失等，还是有很大的开发空间。

1.5、主要故障及排障(The main obstacles and solutions to

handle)

实物介绍：

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1.6、研究前景(The outlook of the research)

数字信号处理在加热系统中的应用

二、主要的技术难点（The main technique obstacles）

2.1、加热装置的阻抗匹配（The matching impedance in the

heating system）

中频感应加热装置冷状态起动性差，加热的功率低，是目前

中频电源加热装置普遍存在的主要问题，未来改善冷态阻抗

匹配，提高加热功率，分析了造成初加热功率小的原因及其

对中频电源的危害，得出了中频感应装置从低温到高温的加

热全过程中负载特性的变化规律及负载阻抗与工件电阻和

谐振电容之间的关系。

2.2、启动电路（Starting circuit）

晶闸管中频电源的难点在于起动，即在电源正常工作前如何

使频率跟踪电路获得正确的槽路谐振频率信号。传统的中频

电源，起动方式采用预充磁、预充电方式电路复杂、起动成

功率低（一种新型晶闸滤起动电路）

2.3、系统有基波延迟，因而动态性较差（The system has a

relatively delay in the first harmonic, thus the lack

of the dynamic characters）

某些400Hz的中频电源广泛的应用于各个领域，其中恒

压恒频的PWM逆变电路是整个中频电源的系统核心，对于整个

中频电源的供电起着决定性的作用。然而采用单一的波形控制

技术往往不能得到高质量的输出电压波形。

总体而言，随着负载的变化，当负载的非线性较强时，电压的总畸变率较高，系统很难有一个复合稳定的电压输出，

在要求较高时很难满足要求。

三、加热电源调功方式比较（Comparing Power Modulation Way of

Some Induction Heating Power）

3.1、调压调功

调压调功就是通过调整整流电路输出电压或电流的大小来调整负载功率负载就通过锁相措施让其工作在谐振或者接近谐振的工作频率处。

调整整流电路输出电压或电流的方法一般有下面两种一是在整流部分采用全控器件整流二是整流部分采用不控整流得到的电压用斩波器进行调压。

调压调功电路简单成熟，控制比较方便，但是它的功率因数比较低，动态响应响应较慢。近年来随着开关器件的大规模的发展，斩波调压被不断的应用于开关电源中，具有电压转化频率高，易保护，但是整机的效率和可靠性可能会降低。器件处在大电流开

关的条件下工作，对器件要求很高，相对损耗较大。

3.2、调频调功

供给负载使用的交流电压直接由逆变桥中的功率器件的触发脉冲所决定脉冲的频率就决定了输出电压的频率在负载等效参数R L 和C 一定的情况下负载阻抗随逆变器频率变化而变化。

主要的优点：调功部分不需要调压环节，简化了设备，降低了成本。

主要的缺点：

i>整个整流部分采用不控整流，逆变原件承受了较高的浪

涌电压和浪涌电流：

ii>由于负载自身的一些因素不能良好适应大范围的频率

变化，只有在负载的Q 值比较高或者功率调解范围不

大采用这种方法才比较好；

iii>在高频低负载情况下换流时会出现开关器件的拖尾电流或者二极管的反向电流比较大，产生的开关损耗

比较明显，另外调频调功的功率因数一般都不高效率

比较低。

3.3、脉冲密度调功

脉冲密度PDM 调功方法是通过控制逆变桥中的开关器件的脉冲密度从而控制逆变桥的工作状态，实际上就是控制向负载馈送能量的时间来控制输出功率。

脉冲密度调节具有以下的优点：输出频率基本不变，开关损耗相对较小，易于实现数字化控制，比较适用于开环工作场合。

同样由于工作原理，脉冲密度调节的缺点也是十分明显的：由