中频感应加热设备的设计

摘要感应加热电源具有加热效率高，速度快，可控性好，易于实现高温和局部加热，易于实现机械化和自动化等优点，目前已在金属熔炼、工件透热、淬火、焊接、铸造、弯管、表面热处理等行业得到了广泛的应用。本设计研究了中频感应加热及其相关技术的发展、现状和趋势，并在较全面的论述基础上，对2.5kHz/250kW可控硅中频感应加热电源的整流电路以及控制电路进行了设计。本文设计的电源电路可用于大型机械热加工设备的感应加热电源。整流电路采用三相桥式全控整流电路，其电路结构简单，使电源易于推广；控制策略选用双闭环反馈控制系统，改善了信号迟滞的缺点，为以后研制大功率、超音频的感应加热电源打下了基础。关键词：可控硅中频电源；感应加热；逆变；保护电路DesignofInductionheatingpowerofmediumfrequencyAbstractInductionheatingpowerisequippedwithlotsofadvantagessuchashighheatingefficiency,fastspeed,goodcontrollability,whichispronetomakeheatingofhighandpartialtemperature，andrealizemechanizationandautomation.Atpresentmetalmelting,workpieceheatpenetration,quenching,welding,casting,elbowpiece,surfaceheatingprocessinghasbeenwidelyapplied.Inductionheatingofmediumfrequencyanddevelopment,currentsituation,andtendencyrelatedtechnologyhasbeenstudied，andhavemadequitecomprehensiveandintheprofoundelaborationfoundation,thisarticlehascarriedonthedesigntomaincircuitandtheinversioncontrolofthe2.5kHz/250kWsilicon-controlledrectifierintermediatefrequencyinductionheatingpower.Thisdesignisusedforbigfacilityofmechanicalheatingprocessing.Structureofrectificationcircuitiseasy,whichmakespowerpopularizedeasily.Three-phasebridgerectificationcircuitisusedinRectificationcircuit.Rectificationcircuitusesfeedbackcontroloftwoclosedloop,improvingthedisadvantages.Thefoundationforinventinginductionheatingpowerofbigpowerandsuperaudioismade.Keywords：ControllablesiliconmediumpowerInductionheatingInverterProtectcircuit目录TOC\o"1-3"\h\u抹1.凝绪论耐) UHfTr＋PI调节PI调节可控整流滤波电路逆变电路负载电路＋Tg毁控制倾系统灭实际尼应用旺中的亦控制滤系统席外环苍根据姥用户考给定涨的设鸡定温斗度蜡和反产馈的搞工件桃温度担进行赵PI品调节盒后设霞定给滩定电义压值长，内投环根散据莲和中间频电扒压反杠馈只经过介PI县调节党后通给过整戏流控叶制角唯调节扶器设特定整器流的匆角，铃控制所中频椅电源哪的输色出功吉率。戴在电章压闭烂环和打温度野闭环惹中都疼采用织了P法I调溉节器原。比幸例调吨节P欢反映浙控制猎系统牛的偏仪差信恰号，处偏差局一旦富产生拍，控登制器胜立即污产生皇控制般作用柜以减询少偏跳差，筐较大半的比然例系骨数可悠以使稼系统扣很快夺到达森设定救位，楚但是币也增券加了绒系统袋的不喇稳定畏性；得积分骡调节蛛I用害于消识除静床态误撑差，省提高南系统选的无池差度窗；在结感应板加热补中，挪热惯否性比则电惯反性大仍得多球，所侄以一陪般忽慌略微惕分调渡节D迫，在困实际纸设备联中采画用P梢I调区节双允闭环箱控制胶。本碌装置发是采僻用电吃流电零压双似闭坏仔控制席电路墨。放4.宣5雪2.冤5k君Hz燃/2宵50测kW什感应鉴加热红电源敢控制锣电路台结构疲设计迁的2蔑.5丰kH咸z/街25军0k趣W感比应加剩热电闲源的述控制宽电路凳是电订流电怨压双永闭环限控制商，其宇中采能用电所流为态内环竿，电狗压为趋外环过的控吹制方尼式，眼如图钓12淹所示身。三相全控整流器桥三相全控整流器桥滤波电抗逆变电路负载电路电流反馈电压反馈UgaUfIf－＋＋IgPI调节－＋PI调节败图1矩2鹊2伶.5拜kH轮z/剑25邀0k括W感定应加完热器耕的控雅制系差统间图中卧U猪g岔为给旱定电延压，雅U横f券为负节载反浊馈电钓压，爽I理f街为负恰载反闸馈电怕流，找I档g厌为负啊载电挂流给占定，妹α延为三匪相全叨控整重流桥衫的导惧通角趣。通拒过对惭主回调路的域三相式全控仇整流孙桥的遭控制库，即添对三康相全汁控桥酬的六棚个晶仇闸管狭导通颈角焰α辟的控数制，疏来实恶现对室负载橡功率夫的控登制。纸并联毒逆变旧式负古载采菠用频灰率自旨动跟废踪，则需要断对单字相逆莲变器佳通断忍的控纲制，队来保血证负陶载电架路为要谐振舞回路率，从桌而实瓶现负乔载的兴功率姨输出蝇最大奔。嫩4.陷6枪控制钢触发曲回路滥频率乖跟踪紫调节再4.读6.确1昂触发锦要求胜为使仅逆变绸器可援靠换滤向，凳必须双按一称定引节前功要率因慌数运际行。锈逆变摸器在买加热趋过程沿中，政炉子喘的电猴感是萄个变党量，支其震倒荡频阵率在炼加热树过程震中是妇不断红地变淘化的饭，为谅使逆惰变器极安全吧地工笼作，欣触发够频率饼必须饰紧跟骂炉子肚电感鹅的变顽化。政同时好逆变躺器电活流超征前于赏电压削的角牵度不钞能太施小，剪否则启晶闸蚁管承岁受反翁向电柳压的胡时间甩太短画，就肠不能沫可靠渠地关乞断晶傅闸管商，待曲负载戏电压誓过零坐后，驴管子址又将画得到拖正向犯电压轰，造乓成换酷向失泊败，补但引客前触卫发角堵不能性太大疏，它风会造辫成功献率因莲数下凉降，森输出眼电压梅值升牺高。核总之存触发灿应是毒在一钓定的巨引前舍角下仓进行撤，逆懂变器泛的换铲向必顽须在雁负载剧电压棵过零增前结呆束，展逆变盾器触获发频亦率必配须跟欲踪于安负载堡频率掀。懒4.搬6.承2脂频率奖跟踪腹电路主频率绑自动朝跟踪晋可由喝逆变斥器或奥负载币端的蹈电流勒或电原压量标，经挎过处寄理，草产生浩脉冲亚，使瓣逆变答器随幅炉子租参数杆的变复化不猴断改废变触预发脉微冲频巴率。夺它分轮为两臭种恒配时间储原则笼及恒敌功率乞因数乞原则仙。策（1勾）恒阳时间木t辆原则良，即曾加热您过程焰中始级终保劣持引隆前触甩发时振间为枯恒值酒。其片缺点过是当歉换向介重叠牌时间照增加晶时，歼安全乎余量岸势必膏减小嚼，对罗换向饮不利蓝。启盈动时味为使僵逆变螺器可片靠换臭向，卫需人弟为增庙大绪t鹿值。铃本原诵则功鸡率因韵数随比炉子孤负载固变化回而变捎化。风（2窝）恒奇功率戏因数枕原则效，其赵目的枣是炉矩子在它加热苏运行含过程美中，乐始终偷保持剥引前千触发厅角麻平为勺恒定塌值。异本原吐则在肆运行速中当哥频率童降低惧时，店t鸦f花将自勿动增袄大，温使引圣前触喂发角冬保持荒不变平，启踏动时孟虽然卡换向丛重叠概时间混增大鼠，但竭因频倡率较防低也双能保渠证仇t扔k宽有足疼够的似值，部炉料拴温度浴升高怕的过柴程中碗t衫f桃值将慰自动默减小乔，由柿于负笼载电酷流下毫降，惯t去k喂值几谈乎不香受影岸响，厦本装初置随时频率士自动孟变化倾。挪4.被7言过流筋和过刃压的边保护铺电路撒电力割电子懂半导樱体器户件特旦点之虚一是协承受鱼过电组压、亭过电饼流的丑能力险较差圣，一穿旦遇辱到故脂障，蝶几乎煮瞬间序就坏腐。为念了提庸高电骂力电鸡子装西置的移可靠鹅性，屈除了银在选愤择器胞件时疫，需负有一寇定的宜电压肢和电境流裕外量外哭，还毕需要秩采用层一定械的保如护措愤施。段一般车过电颈压是榜用阻弹容元宋件吸定收和不消耗动产生原过电肺压的枪能量懂，或庆是选附用非免线性下元件馅限制坛过电移压的意幅度月和用曲电子陆电路食来实肢施保串护等兴方法驱来抑六制过篮电压扣。过傍电流冻一般纳是采马用快叮速熔姐断器挑，快仓速直志流开宝关和护电子煌电路偷来实酱施过即电流妻保护辈的。谨可控江硅器飞件的虫抗过败流能钳力较呜弱，跨热容贷量较顶小，疼过载禽电流季流过蕉器件够时会容使器枣件温谈度迅侦速上思升，奴如来贞不及沾切断抵或限堪制过绳电流阳，很膏快就织会使愤器件冷因温副度过戚高而准损坏摩；过叼载电萄流越季大器设件能守承受况过电驴流时际间越龟短，柱因此绳线路百设计蔽须考父虑保拉护。欢本设乐计是乔采用援快速演熔断龄器的狂保护唯措施奖，这怠是一晶种最炼简单兴有效蛙的过烈电流犯保护格器件待。它楼的分握断时螺间短语（堪〈1炮0m吼s）凤，允广许能继量小少，分弃断能抽力强警（1歪00俯0A座）以愚上）喷。使闷用时毕，与尊被保墓护晶捧闸管暮直接墨串联悠，如炮图1凯4整责流电蕉路中秒的快爪速熔荣断器叠所示食。奶图1解4图感傲应加查热电布源电忌路木换流宁过程汗中的驼电压蔬毛刺爆会引亮起电麦路产搂生过软电压周，这抹种现追象主贺要靠遇增加劳阻容锡吸收大来克俭服，怒须注氏意：希逆变棵回路盖二极作管上文也需谅要加满阻容饱吸收鱼。阻赚容吸旅收电普路俗的称缓餐冲电亚路，线电路析是由木电容勤和电净阻串阶联而水成，催利用粪电容繁来吸纠收尖窝峰状辉态的茶过电通压能柜量，柏利用俊与电装容串蠢联的村电阻债来消揭耗产默生过塌电压模的能浅量。鹅电阻医还能投阻止妙电容倡与线郊路分翅布电捷感形贺成的画振荡蝶以及孔限制照当开返关器卫件导国通时匹，由历电容阁放电答引起跌的妇d伤i楼/d夸t耀和浪佳涌电敏流。大整流围器和灵逆变栗器等挂同一贫个谐慎波源肌，在顿运行套时都掠会向锦电网晒注入呈谐波球电流娃电压馋，这闪些谐陷波分舍量都汗将产债生不哲良影钉响。怨这是盟本设房计的若缺点好，也南是今井后研昂究的裤一个吗重要堤趋势汇，目们前只象能靠末LC朵滤波痰器来巴尽量弟减少泼谐波筛分量陵的影荐响。雕5膜驱脊动电娱路的丑设计绳驱动控电路趴的作鼠用是兔将控译制电箩路输逮出的扬PW得M脉元冲放恋大到塞足以捞驱动絮IG旨BT水，所啦以单亚从原秤理上其讲，暴驱动赚电路春主要互起开限关功友率放幕大作姓用，弱即脉稻冲放屋大作前用器承。其浑重要滚性在箱于I顺GB贸T的鄙开关冤特性溉与驱绕动电件路的捡性能铁密切揉相关藏。盆5.罢1豆绝缘迈栅双捡极型顷晶体踢管（式IG信BT艘）对犁驱动胞电路贵的要御求励5.迷1.解1疤门极潜电压火对开雁关特威性的锁影响渔及选认择捷驱动惯电路边的要多求与榨IG身BT察的特巡性密悠切相懂关，植见表免5.鹿1。层设计卸门极季驱动雅电路夕时，店应特碧别注崖意其幕开通凶特性执、负炊载短兔路能悉力和杰引起悼的误板触发珍等问鸡题。捎正偏内置电揭压U降GE增增加员，通讯态电钟压U雀CE翁下降旷，开胀通能突耗E谦ON涂也下饼降，脊只有陡当U进GE育大到啊一定龟值时偶，U茧CE刘才能玉达到弦较低厅的饱惨和值旁。若渴+U躺GE昌固定拉不变对时，昏导通答电压耳将随裳集电蠢极电波流增蠢大而决增高艰，开纸通损把耗将汗随结痛温而诚升高胃。由燃此可株知当尾门极赏电压皱在1据5V孤左右桥时，险通态雹压降吵接近姿饱和贴，但锯是门巴极电贺压不秤能超够过2弱0V丙，否鞭则可倘能击匠穿门胞极与设发射医极之墨间的吓氧化水膜，馅这里遮选择弱18误V。挠表5位.1雄I即GB喝T的鉴门极僵驱动社与特袭性的推关系眠特谁性马、镜、蚕负载荣短路爸能力摸条件率川U苍CE债大倦U祥CE朝大侮R境G瑞大胀漂减小罩——蛇——因减小军——贤央增大获——么微增息大曾闻增亿大至减小罪——更——却增大婶减小先减小诸负偏搂电压呀-U吴GE班直接漏影响雪IG灰BT长的可海靠运工行，遵负偏涌电压钳增高鲜时漏娇极浪别涌电扑流明首显下冰降，插对关刘断能珠耗无废显著地影响档，-槽U倚GE排与集产电极泛浪涌纹电流袜和关除断能抬耗E毯OF畜F膝的关虽系十是分密狱切。海因为沉当I吵GB乱T关灿断时惰，会仿在集临电极痛和射稻极间梁产生川很高恼的电勿压上翻升率档，引腰发较进大的从位移波电流拒，使裂得门抬极与滨发射每极间财的电段压升喜高，育可能采超过扰门极筒阀值洲，导符致脉街冲浪朵涌电吸流过没大，直发生脂擎住帖效应粪。为盼了避勉免这宅种误捕触发酸，在月IG冬BT违关断太时，庄应在启门极乞上加芳负电显压，咸-5剂V～客-1倾0V鸦。因叛此，尿驱动尾电路览输出漆选择挨+1柳8V犯和-他5V敞为开歌通和肤关断画电压询。堆5.摊1.件2门我极串坏联电肆阻虫对开葱关特要性的桶影响愚及选俩择适门极招电阻喝增加理，将坚使I锅GB皮T的牙开通铅与关柴断时腹间增眼加；床因而辰使开好通与端关断晒能耗疾均增装加。股而门色极电晕阻减嫩小，痰则又乒使炮增大网，可瓣能引钓发I财GB貌T误慰导通吓，同锈时R炒G店上的帅损耗注也有盼所增贿加。粪因为阿R卵G饶的具悲体数肉值还锤与栅女控电夕路的榜具体神形式此及I恋GB纳T的副电压韵、电假流大置小有付关，银所以性门极骡电阻林选择键要适尼当。颤虏本设酬计中子的门昼极电灾阻可扰选取请30自Ω遥。劣综上剩所述温对驱葱动电挡路的朽要求弱可归捎纳如煌下：隆①待IG油BT借与M孝OS裕FE绞T都瞎是电铺压驱亮动，刊都具疫有一匠个2坝.5烦～5罩.0格V的斜阈值鸣电压招，有厌一个悟容性雾输入沾阻抗太，因恳为I粱GB歉T对木栅极翻电荷患集聚稳较敏使感，关故驱念动电妨路必降须很仰可靠扭，要弟保证记有一笑条低斥阻抗界的放沈电回奋路，锡即驱枝动电畜路与苗IG归BT挎的连炸线要向尽量那短。辜②是用内季阻小静的驱妄动源戏对栅锻极电椅容充寨放电损，以俗保证警栅极弹控制洗电压托U源GE购有足霸够陡泳的前荒后沿以，使版IG节BT兴的开农关损禁耗尽摄量小勿。另企外,涌IG祖BT壶开通俭后，锻栅极植驱动咳源应贯能提铁供足锤够的拔门极扶电压织，使跃IG努BT叼不致猎退出恩饱和敞而损久坏。浓③断驱动赛电路黎要能配传递粥几百献Hz长的脉偶冲信歌号。旦④钉驱动允电平快+U滋GE买也必机须综微合考箱虑。批+U惧GE浇增大司时，滑IG袍BT即通态证压降全和开沸通损圆耗均枪下降恩，但柄负载已短路逐时的伤I纲C疮增大死，I委GB毫T能尘承受原短路紧电流集的时间间减堵少，递对其扫安全肢不利敏，因薄此在业有短叙路过会程的吵设备呢中U染GE吴应选键得小嫁些，蛋一般供选1枝2～两15塑V。袭⑤阁在关羽断过暴程中际，为垃尽快写抽取鱼PN困P管沿中的疮存储备电荷以，需钢施加懒一负债偏压舍U昌GE踪，但赠它受出IG桨BT冒的G勿、E刚间最润大反妇向耐却压限斜制，混一般浑取-艺2～劳-1清0V症。跪⑥墙驱动缺电路翠与控姨制电弹路应师严格充隔离槐。竭⑦横IG隙BT异的栅肾极驱暗动电式路应茄尽可俩能简朴单实叙用，愤最好捷自身岁带有句对I症GB理T的瘦保护嗓功能苍，并也有较我强的钢抗干自扰能党力。壶5.版2陷IG装BT晒过压筋的原晴因及吵抑制贫阁闲IG需BT缴关断驾时，步由于稻主回盾路电形流的回急剧爪变化保，主埋回路盘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