高頻感應(yīng)加熱原理及應(yīng)用2021/10/101當(dāng)導(dǎo)體中通過(guò)交變電流時(shí),導(dǎo)體周圍形成交變磁場(chǎng),磁場(chǎng)的強(qiáng)弱直接與電流強(qiáng)度成正比"如果將材料放在高頻磁場(chǎng)內(nèi),剛磁力線同樣會(huì)切割材料,在材料中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從而產(chǎn)生渦流"渦流也是高頻電流,同樣具有高頻電流的一些性質(zhì)"由于材料具有電阻,結(jié)果使材料發(fā)熱,利用感應(yīng)渦流的熱效應(yīng)進(jìn)行加熱,叫感應(yīng)加熱"2021/10/1022021/10/103非接觸式加熱、加熱溫度高加熱效率高、節(jié)能加熱速度快，被加熱物質(zhì)表面氧化少溫度容易控制，可以局部加熱，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制污染少、環(huán)保高頻感應(yīng)加熱方式的特點(diǎn)2021/10/104感應(yīng)加熱電源有主電路和控制及保護(hù)電路兩大塊組成。主電路由整流器、濾波器、逆變器和負(fù)載電路組成。其中整流濾波發(fā)展較為成熟，通常是逆變器、負(fù)載阻抗匹配及控制電路的發(fā)展水平限制著感應(yīng)加熱電源的發(fā)展。2021/10/1052021/10/1062021/10/107降低逆變器的損耗負(fù)載阻抗匹配技術(shù)的效率問(wèn)題控制電路數(shù)字化、智能化發(fā)展2021/10/108電路實(shí)現(xiàn)2021/10/109串聯(lián)、并聯(lián)諧振逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高頻感應(yīng)加熱電源的負(fù)載可以等效成一個(gè)電阻和一個(gè)電感串聯(lián)或并聯(lián)的形式。等效的電感、電阻是感應(yīng)器和負(fù)載耦合的結(jié)果，其值受耦合程度的影響。這種負(fù)載都是功率因素很低的感性負(fù)載；為了提高功率因數(shù)，一般采用增加補(bǔ)償電容的方法來(lái)提高。一般有并聯(lián)補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償兩種方式，從而形成兩種基本的諧振電路：并聯(lián)諧振電路、串聯(lián)諧振電路。2021/10/1010

并聯(lián)諧振電路必須用電流源供電，電流源由整流器和大電感構(gòu)成。如果并聯(lián)型逆變器的上、下橋臂同時(shí)斷開(kāi)，則積蓄在大電感中的能量將無(wú)處排放，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害功率器件。因此需在上下橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)中加入“重疊時(shí)間”。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，雖然橋臂處于短路狀態(tài)，但由于電感的“通直隔交”特性，電流不會(huì)突變，只要換流足夠快，就不會(huì)對(duì)功率器件造成危害。

由于直流電流源采用大電感濾波，大電感能夠抑制短路電流的上升，所以有利于過(guò)流保護(hù)。由于IGBT內(nèi)部封裝有反并聯(lián)二極管，所以IGBT不能承受反向電壓，因此要為每個(gè)主開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)一個(gè)同等容量的電力二極管以承受換流后相應(yīng)橋臂要承受的反壓。電路中每個(gè)主開(kāi)關(guān)器件都并聯(lián)有阻容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的保護(hù)電路。并聯(lián)諧振電路特點(diǎn)

并聯(lián)型電路諧振時(shí)電源的電流全部加在等效電阻上，電感和補(bǔ)償電容上的電流是輸入電流的Q倍，常把此諧振稱作電流型諧振。而補(bǔ)償電容和感應(yīng)器上的電壓為逆變器輸出電壓。2021/10/1011串聯(lián)諧振電路特點(diǎn)

串聯(lián)型電路諧振時(shí)電源電壓都加在負(fù)載等效電阻上，電源供給負(fù)載的全都是有功功率。電感和電容上的電壓大小相等，而且等于逆變器母線電壓的Q倍，但方向相反，常稱此諧振為電壓型諧振。而流過(guò)補(bǔ)償電容和感應(yīng)器上的電流為逆變器輸出電流。

串聯(lián)型電源的濾波器是通過(guò)大電容實(shí)現(xiàn)的，逆變器的供電電壓不變。如果同一橋臂出現(xiàn)短路，由此產(chǎn)生的短路電流會(huì)對(duì)功率器件造成嚴(yán)重?fù)p壞。因此串聯(lián)逆變器中，同一橋臂的功率管換流時(shí)一定遵循“先斷后通”的原則，即在上下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間加入“死區(qū)時(shí)間”。在這段“死區(qū)時(shí)間”里，為了確保無(wú)功電流的續(xù)流，必須在功率管的兩端反并聯(lián)一個(gè)快恢復(fù)二極管。2021/10/1012關(guān)斷時(shí)間短，換流時(shí)開(kāi)關(guān)管自然關(guān)斷啟動(dòng)較簡(jiǎn)單、適用于頻繁啟動(dòng)場(chǎng)合感應(yīng)器與逆變電源可以相距較遠(yuǎn)，負(fù)載分布電感對(duì)輸出功率影響較小對(duì)二極管反向恢復(fù)速度要求較低對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖要求較低調(diào)功方式串聯(lián)諧振電路的優(yōu)點(diǎn)2021/10/1013串、并聯(lián)諧振逆變器電路圖2021/10/1014感性負(fù)載及容性負(fù)載輸出電壓電流波形臂間換流臂內(nèi)換流2021/10/1015帶電容緩沖的串聯(lián)諧振逆變器電路圖2021/10/10162021/10/10172021/10/1018脈沖密度調(diào)制(PDM)脈沖寬度調(diào)制(PWM)脈沖頻率調(diào)制(PFM)逆變側(cè)功率調(diào)節(jié)方式2021/10/1019優(yōu)點(diǎn)：輸出頻率一般保持不變，功率器件的開(kāi)關(guān)損耗相對(duì)較小，數(shù)字化控制容易實(shí)現(xiàn)，適合在開(kāi)環(huán)的場(chǎng)合中應(yīng)用缺點(diǎn)：逆變器輸出頻率不完全等于負(fù)載固有頻率，系統(tǒng)穩(wěn)定

性比較差。率動(dòng)態(tài)響應(yīng)不理想，屬于有級(jí)的調(diào)功方式。2021/10/1020優(yōu)點(diǎn)：控制電路容易實(shí)現(xiàn)，負(fù)載適應(yīng)性號(hào)，調(diào)節(jié)范圍寬缺點(diǎn)：頻率變化較小，功率器件的利用率較低，EMI比較大。2021/10/1021PFM法即是一般所說(shuō)的調(diào)頻調(diào)功，也稱為掃頻調(diào)功。它是逆變器側(cè)調(diào)功模式中最簡(jiǎn)單的一種。PFM是通過(guò)改變逆變器的工作頻率，從而改變負(fù)載輸出阻抗以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出功率的目的。f：逆變器功率管的開(kāi)關(guān)頻率，：負(fù)載的諧振頻率P：逆變器的輸出功率2021/10/1022由上圖可知，負(fù)載固有頻率不變，改變逆變器開(kāi)關(guān)頻率即可改變電源的輸出功率。當(dāng)<1時(shí)，逆變器處于容性狀態(tài)，輸出功率隨著逆變器開(kāi)關(guān)頻率的增大而增大；當(dāng)=1時(shí)，逆變器處于諧振狀態(tài)，此時(shí)逆變器輸出最大功率；當(dāng)>1時(shí)，逆變器呈感性，開(kāi)關(guān)頻率越大感抗越大，輸出功率減小。所