高頻感應(yīng)加熱電源分析

張皓然　侯超

【摘 要】隨著感應(yīng)加熱電源的問世，其憑借著高效、節(jié)能以及污染低等優(yōu)勢在工業(yè)熱處理等方面具有的巨大優(yōu)勢，很快就應(yīng)用到經(jīng)濟生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中來。我國作為能源使用大國，加強對于感應(yīng)加熱電源的研究，尤其是對于高頻感應(yīng)加熱電源的研究有著非常重要的意義。本文從高頻感應(yīng)加熱電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出發(fā)，并詳細(xì)探析了高頻感應(yīng)加熱電源的功率控制以及控制系統(tǒng)設(shè)計的問題。

【關(guān)鍵詞】高頻感應(yīng)加熱電源；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；功率控制

0 引言

高頻感應(yīng)加熱電源技術(shù)目前對金屬材料加熱效率最高、速度最快，且低耗環(huán)保。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)對金屬材料的熱加工、熱處理、熱裝配及焊接、熔煉等工藝中。它不但可以對工件整體加熱，還能對工件局部的針對性加熱；可實現(xiàn)工件的深層透熱，也可只對其表面、表層集中加熱；不但可對金屬材料直接加熱[1]，也可對非金屬材料進(jìn)行間接式加熱等方面。所以，可以說感應(yīng)加熱技術(shù)必將在各行各業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛，因此了解高頻感應(yīng)加熱電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，探析高頻感應(yīng)加熱電源的功率控制以及控制系統(tǒng)設(shè)計等問題以提升高頻感應(yīng)加熱電源技術(shù)就有著重要的現(xiàn)實意義。

1 高頻感應(yīng)加熱電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

高頻感應(yīng)加熱電源隨著電力電子技術(shù)以及器件的不斷發(fā)展逐步完善，其基本上已經(jīng)形成了一定的固定拓?fù)淠Ｊ剑唇涣?直流-交流的整個變換過程，在這一過程中其通過輸出一定的頻率的電壓電流，以達(dá)到加熱工件的目的從整流電路、濾波電路以及逆變電路三個層面來分析高頻感應(yīng)加熱電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[2]，具體有以下兩點：

1.1 感應(yīng)加熱電源整流電路和濾波電路

一般而言整流電路是將交流的電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷男盘枺渚唧w可以分為不可控的整流電路、半可控整流電路以及全控的整流電路三類，基于整流電路在輸出信號的過程中因為逆變電路的輸入，因此在預(yù)設(shè)整流電路的過程中需要滿足選擇合適的濾波電路、具有必要的保護(hù)電路和根據(jù)負(fù)載的變化三個要求。另一方面，對于高頻感應(yīng)加熱電源平滑濾波電路，在這一選擇過程中需要保持逆變器工作狀態(tài)的穩(wěn)定，所以需要對粗糙的直流電信號進(jìn)行加工處理，而對于平滑濾波器其工作原理是可以阻擋交流信號，卻可以允許直流信號的通過，這一過程中就會大大的減少信號中所包含的交流成分，最終達(dá)到減少脈動的目的[3]。

1.2 逆變電路

逆變器作為感應(yīng)加熱電源的核心的組成部分，其最主要的組成部件就是逆變橋和諧振回路這兩個部分，在傳統(tǒng)意義上逆變器分為兩類即電壓型逆變橋和電流型逆變橋，作為感應(yīng)加熱電源的主體電路之一，對于電源功率的調(diào)節(jié)是其最重要的功能，所以要加強對感應(yīng)加熱電源的研究最主要的研究方面還是要放在對于逆變器功能的不斷提升上面，而且因為并聯(lián)諧振逆變器和串聯(lián)諧振逆變器都有著不同適用的場合，所以在選擇電源系統(tǒng)的過程中需要根據(jù)所要側(cè)重的因素進(jìn)行必要的選擇。

2 高頻感應(yīng)加熱電源的功率控制

高頻感應(yīng)加熱電源的功率控制所包含的內(nèi)容和層面很多，本文主要從功率調(diào)節(jié)的方式以及逆變器控制的原理及其分析兩個方面的來論述，具體有以下兩點：

2.1 高頻感應(yīng)加熱電源功率調(diào)節(jié)的方式

通常在串聯(lián)諧振式高頻感應(yīng)加熱電源的功率調(diào)節(jié)方面可以分為直流側(cè)功率調(diào)節(jié)以及交流側(cè)功率調(diào)節(jié)，這兩種功率調(diào)節(jié)都是通過調(diào)節(jié)逆變器的輸入端來進(jìn)行工作的，其主要要的調(diào)節(jié)方式有直流側(cè)功率調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式可以使整機的效率以及可靠性提高，降低開關(guān)變化的損耗。但是其對于開關(guān)器件的選擇有著較高的要求；其次，逆變側(cè)功率調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式會隨著溫度的變化發(fā)生變化，繼而影響工件的加工，并且隨著移相角逐漸增加使得逆變器輸出功率值變小[4]。

2.2 逆變器控制原理及其分析

在各類控制過程中，常規(guī)的PID控制器技術(shù)逐漸的成熟并被廣泛的應(yīng)用，但是我們須知在一些參數(shù)變化復(fù)雜的時候，這就會對精確的模型難以確定，所以常規(guī)的PID參數(shù)整定是比較困難的，所以在對于逆變器控制的過程中需要增加控制構(gòu)成結(jié)構(gòu)的簡單化、環(huán)境適應(yīng)增強化、并且需要具備更加好的魯棒性。基于這些需求，因為每一種算法都不會是完美的，必定有著很大的失誤和缺陷，加上增量式的PID在控制算法的過程中自身也是有著很大缺陷的，就像是靜態(tài)的誤差進(jìn)而積分階段的效應(yīng)等，所以需要在選擇控制算法時根據(jù)實際的控制對象合理科學(xué)的選擇計算方法[5]。

3 高頻感應(yīng)加熱電源控制系統(tǒng)設(shè)計

基于上述高頻感應(yīng)加熱電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及高頻感應(yīng)加熱電源的功率控制的分析，下面是筆者結(jié)合自身的工作實踐提出的關(guān)于高頻感應(yīng)加熱電源控制系統(tǒng)設(shè)計的一些意見，主要從控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面來論述：

3.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

在進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱電源控制系統(tǒng)硬件設(shè)計過程中需要基于整流器以及逆變器兩個方面，選擇適合的電路的類型，以設(shè)計合適的硬件電路，在選擇器件參數(shù)的過程中需要對整流電路以及逆變電路的控制方式進(jìn)行系統(tǒng)的分析[6]，并且將這些電路有機的整合起來，在設(shè)計驅(qū)動保護(hù)電路時需要做到工作的有序，并且可以使電路精簡，成本節(jié)約，并且為電路的有效運行提供必要的保障[7]。

3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

在整個電源控制系統(tǒng)的程序中主要包括主程序、逆變器驅(qū)動脈沖生成程序等，這些程序就是構(gòu)成控制系統(tǒng)的軟件部分，在這些軟件的啟動過程中，需要主電路通電，整流器率先啟動工作，并且可以輸出穩(wěn)定的直流電壓[8]，而在激起逆變器的過程中需要保證流過負(fù)載的電流足夠大，同時需要電壓電流的閉環(huán)控來穩(wěn)點逆變器的輸出量，以最終實現(xiàn)電源功率調(diào)節(jié)的目的。

4 結(jié)束語

綜上所述，高頻感應(yīng)加熱電源在工業(yè)生產(chǎn)的過程中有著不可忽視的作用，加強對其研究，提高其技術(shù)水平有著很大作用。本文從感應(yīng)加熱電源整流電路和濾波電路和逆變電路兩個方面詳細(xì)討論了高頻感應(yīng)加熱電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的問題，在結(jié)和高頻感應(yīng)加熱電源的功率控制闡述了對于高頻感應(yīng)加熱電源控制系統(tǒng)設(shè)計需要注意和確定的方面，以期促進(jìn)高頻感應(yīng)加熱電源技術(shù)的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳維，李敏遠(yuǎn).IR2110的功能及其在高頻感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用[J].常德師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2010（01）.

[2]劉慶豐，王華民，冷朝霞，劉丁.基于多電平逆變器的高頻感應(yīng)加熱電源若干問題的研究[J].電工技術(shù)學(xué)報，2014（06）.

[3]王正仕，樓珍麗，陳輝明.兆赫級超高頻感應(yīng)加熱電源電路的分析與研究[J].中國電機工程學(xué)報，2013（19）.

[4]董淑惠，李亞斌，田豐.時間分割式IGBT高頻感應(yīng)加熱電源的研究[J].電力科學(xué)與工程，2012（04）.

[5]李華柏，段樹華.大功率高頻感應(yīng)加熱電源IGBT擴容研究[J].輕工科技，2012（10）.

[6]李華柏.基于SG3525的高頻感應(yīng)加熱電源的研究與設(shè)計[J].河南科學(xué)，2013（11）.

[7]徐良芝.基于CD4046鎖相環(huán)200KHZ的高頻感應(yīng)加熱電源頻率跟蹤的研究[J].電子世界，2011（09）.

[8]付光杰，張微微，牟海維.基于模糊RBF網(wǎng)絡(luò)高頻感應(yīng)加熱電源控制的研究[J].化工自動化及儀表，2014（04）.

[責(zé)任編輯：鄧麗麗]