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1.引言 感應加熱技術(shù)主要是利用電磁感應原理來(lái)對工件進(jìn)行加熱，它采用的是非接觸式加熱方式。由于感應加熱過(guò)程中，能量的傳遞是以電磁波的形式進(jìn)行的，所以受外界的干擾小，能量的擴散少，大大提高了能量的利用，提高了加熱的效率，使感應加熱在釬焊行業(yè)、淬火行業(yè)、退火行業(yè)、金屬熔煉熱處理、機械制造、輕工及電子類(lèi)的加工等現代工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。感應加熱電源在實(shí)際應用中需要根據負載等效參數隨溫度的變化和加熱工藝的需要，隨時(shí)對感應加熱電源輸出功率的進(jìn)行調節，所以選擇合適的調功方式對于感應加熱電源來(lái)說(shuō)非常重要。 2.感應加熱電源常見(jiàn)的調功方式 目前，感應加熱電源的功率調節方式可分為兩大類(lèi)：直流調功和逆變調功兩大類(lèi)。直流調功是對逆變器直流側的輸入電壓進(jìn)行調節，達到調節感應加熱電源的輸出功率的目的。直流調功主要有晶閘管相控整流調壓調功和直流斬波調壓調功兩大類(lèi)。逆變調功是指通過(guò)對逆變器開(kāi)關(guān)管的控制，來(lái)實(shí)現輸出功率的調節。 逆變調功常用移相脈沖寬度調制(PS-PWM)調功，脈沖頻率調制(PFM)調功，脈沖密度(PDM)調功等方式。 3.各種調功方式的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合 (1)晶閘管相控整流調壓調功 晶閘管相控整流技術(shù)是指通過(guò)調節晶閘管的導通角，使其輸出電壓值連續可調，實(shí)現系統的功率調節，在感應加熱系統中，一般采用三相橋式相控整流電路，如圖1-1所示。這種調功方式已經(jīng)比較成熟，成本較低。但是，晶閘管相控整流調壓電路在控制角較大的情況下，輸入功率因數很低，輸入電流波形為尖峰脈沖，諧波含量很高，對電網(wǎng)形成了較大的污染。而且晶閘管整流調壓電路的EMI非常大，對周邊的電氣設備以及自身的控制電路將產(chǎn)生較大干擾。因此，晶閘管相控整流電路一般應用在早期的感應加熱系統中。 (2)直流斬波調壓調功 直流斬波調壓調功是指在直流母線(xiàn)側采用降壓斬波電路，通過(guò)改變占空比D的大小來(lái)調節直流輸出電壓Ud,實(shí)現對輸出功率的調節。圖1-2所示為采用直流斬波調壓調功的感應加熱電源的主電路。 從圖1-2中可以看出，該調功方式采用二極管不可控整流電路，和以前的晶閘管相控整流電路相比提高了電網(wǎng)側功率因數，減小了對電網(wǎng)的污染。但是Buck電路中的功率開(kāi)關(guān)器件在接通和斷開(kāi)時(shí)，在其器件上同時(shí)存在電壓和電流，損耗比較大，所以不適于應用在高頻及大容量系統中。此外，由于感應加熱電源需要增加額外的斬波電路及其相應的控制回路，使得感應加熱電源成本提高。 (3)脈寬調制(PWM)調功 采用脈寬調制(PWM)調功方式的感應加熱電源主電路如圖1-3所示，其是通過(guò)調節逆變電路上開(kāi)關(guān)管的一個(gè)周期內導通時(shí)間即改變其輸出方波的占空比從而改變輸出功率。這種方法等同普通開(kāi)關(guān)電源的調制方法，調節線(xiàn)性好，范圍大，但是不容易實(shí)現軟開(kāi)關(guān)。 (4)移相脈沖寬度調制(PS-PWM)調功 移相脈沖寬度調制(PS-PWM)調功電路是通過(guò)改變電角度Φ調節輸出電壓，從而調節輸出功率。這種調功方式是控制主電路中逆變器四個(gè)開(kāi)關(guān)器件VT1~VT4驅動(dòng)脈沖來(lái)實(shí)現的，如圖1-4所示。 VT1,VT3不同時(shí)導通，VT1先導通，VT3后導通，兩者相差電角度Φ，VT4,VT2分別滯后于VT1,VT3180O.通過(guò)調節電角度Φ。實(shí)現功率的連續調節，并有較寬的功率調節范圍，并且開(kāi)關(guān)器件損耗小。但是輕載時(shí)，電角度增大，輸出電壓脈沖寬度變小，輸出電流變成近似三角波，諧波成分嚴重。還有正常工作時(shí)，該電路需要通過(guò)鎖相電路使逆變器工作在諧振狀態(tài)，實(shí)現頻率跟蹤有一定難度，容易發(fā)生失鎖的現象。 (5)脈沖頻率調制(PFM)調功 脈沖頻率調制方式的原理是通過(guò)改變逆變器輸出的角頻率，進(jìn)而調節負載的等效輸出阻抗的大小來(lái)實(shí)現輸出功率的調節。當負載阻抗的R、L和C保持不變時(shí)，負載阻抗和逆變器的開(kāi)關(guān)頻率f有關(guān)，圖1-5為串聯(lián)諧振電路的負載頻率特性。 由圖1-5可以看出：當 f = f0時(shí)，逆變器工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)，輸出功率最大;當頻率低于或者高于諧振頻率時(shí)，逆變器負載的等效阻抗變大，輸出功率變小。PFM調功電路控制簡(jiǎn)單，易于調節，但是PFM調功方式中開(kāi)關(guān)管工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，損耗較大，功率因數低，效率低，所以不適應于高頻的感應加熱電源。 (6)PDM調功 PDM調功方式的主電路與移相脈沖寬度調制(PS-PWM)調功方式的主電路相似，基本工作模式如圖1-6所示。VT1、VT3和VT2、VT4輪流驅動(dòng)導通若干周期后，再封鎖VT1、VT2柵極驅動(dòng)信號若干周期，同時(shí)分別驅動(dòng)VT3、VD4和VT4、VD3輪流導通，形成輸出電流i的續流回路，以保證電路諧振工作。 PDM調功方式的優(yōu)點(diǎn)是輸出頻率基本不變�？梢詫�(shí)現功率開(kāi)關(guān)器件的軟開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)損耗小，功率因數接近于1,易于實(shí)現數字化控制，所以比較適合于高頻感應加熱電源的應用，但PDM調功方式屬于有級調功，輸出電流的波動(dòng)比較大，尤其在輕載的情況下，將出現電流斷續的情況，并且鎖相有一定的難度。 4.結語(yǔ) 從以上對各種常見(jiàn)的調功方式的分析，我們可以發(fā)現，每種調功方式都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，現在人們對各種調功方式進(jìn)行改進(jìn)，得到了很多新的調功方法，比如脈沖密度-移相(PDM-PSM)復合調制調功、復合脈沖密度(CPDM)調功等等。根據感應加熱電源負載的實(shí)際情況，我們選擇最適合的調功方式。 |
