感應加熱電源常見調功方式的對比分析

2020-11-25 電子產品世界

1.引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/328487.htm

感應加熱技術主要是利用電磁感應原理來對工件進行加熱，它採用的是非接觸式加熱方式。由於感應加熱過程中，能量的傳遞是以電磁波的形式進行的，所以受外界的幹擾小，能量的擴散少，大大提高了能量的利用，提高了加熱的效率，使感應加熱在釺焊行業、淬火行業、退火行業、金屬熔煉熱處理、機械製造、輕工及電子類的加工等現代工業生產中得到了廣泛的應用。感應加熱電源在實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，隨時對感應加熱電源輸出功率的進行調節，所以選擇合適的調功方式對於感應加熱電源來說非常重要。

2.感應加熱電源常見的調功方式

目前，感應加熱電源的功率調節方式可分為兩大類：直流調功和逆變調功兩大類。直流調功是對逆變器直流側的輸入電壓進行調節，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。逆變調功是指通過對逆變器開關管的控制，來實現輸出功率的調節。

逆變調功常用移相脈衝寬度調製(PS-PWM)調功，脈衝頻率調製(PFM)調功，脈衝密度(PDM)調功等方式。

3.各種調功方式的特點和適用場合

(1)晶閘管相控整流調壓調功

晶閘管相控整流技術是指通過調節晶閘管的導通角，使其輸出電壓值連續可調，實現系統的功率調節，在感應加熱系統中，一般採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衝，諧波含量很高，對電網形成了較大的汙染。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生較大幹擾。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側採用降壓斬波電路，通過改變佔空比D的大小來調節直流輸出電壓Ud,實現對輸出功率的調節。圖1-2所示為採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，該調功方式採用二極體不可控整流電路，和以前的晶閘管相控整流電路相比提高了電網側功率因數，減小了對電網的汙染。但是Buck電路中的功率開關器件在接通和斷開時，在其器件上同時存在電壓和電流，損耗比較大，所以不適於應用在高頻及大容量系統中。此外，由於感應加熱電源需要增加額外的斬波電路及其相應的控制迴路，使得感應加熱電源成本提高。

(3)脈寬調製(PWM)調功

採用脈寬調製(PWM)調功方式的感應加熱電源主電路如圖1-3所示，其是通過調節逆變電路上開關管的一個周期內導通時間即改變其輸出方波的佔空比從而改變輸出功率。這種方法等同普通開關電源的調製方法，調節線性好，範圍大，但是不容易實現軟開關。

(4)移相脈衝寬度調製(PS-PWM)調功

移相脈衝寬度調製(PS-PWM)調功電路是通過改變電角度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開關器件VT1~VT4驅動脈衝來實現的，如圖1-4所示。

VT1,VT3不同時導通，VT1先導通，VT3後導通，兩者相差電角度Φ，VT4,VT2分別滯後於VT1,VT3180O.通過調節電角度Φ。實現功率的連續調節，並有較寬的功率調節範圍，並且開關器件損耗小。但是輕載時，電角度增大，輸出電壓脈衝寬度變小，輸出電流變成近似三角波，諧波成分嚴重。還有正常工作時，該電路需要通過鎖相電路使逆變器工作在諧振狀態，實現頻率跟蹤有一定難度，容易發生失鎖的現象。

(5)脈衝頻率調製(PFM)調功

脈衝頻率調製方式的原理是通過改變逆變器輸出的角頻率，進而調節負載的等效輸出阻抗的大小來實現輸出功率的調節。當負載阻抗的R、L和C保持不變時，負載阻抗和逆變器的開關頻率f有關，圖1-5為串聯諧振電路的負載頻率特性。

由圖1-5可以看出：當 f = f0時，逆變器工作在串聯諧振狀態，輸出功率最大;當頻率低於或者高於諧振頻率時，逆變器負載的等效阻抗變大，輸出功率變小。PFM調功電路控制簡單，易於調節，但是PFM調功方式中開關管工作在硬開關狀態，損耗較大，功率因數低，效率低，所以不適應於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衝寬度調製(PS-PWM)調功方式的主電路相似，基本工作模式如圖-6所示。VT1、VT3和VT2、VT4輪流驅動導通若干周期後，再封鎖VT1、VT2柵極驅動信號若干周期，同時分別驅動VT3、VD4和VT4、VD3輪流導通，形成輸出電流i的續流迴路，以保證電路諧振工作。

PDM調功方式的優點是輸出頻率基本不變。可以實現功率開關器件的軟開關，開關損耗小，功率因數接近於1,易於實現數位化控制，所以比較適合於高頻感應加熱電源的應用，但PDM調功方式屬於有級調功，輸出電流的波動比較大，尤其在輕載的情況下，將出現電流斷續的情況，並且鎖相有一定的難度。

4.結語

從以上對各種常見的調功方式的分析，我們可以發現，每種調功方式都有自己的優缺點，現在人們對各種調功方式進行改進，得到了很多新的調功方法，比如脈衝密度-移相(PDM-PSM)複合調製調功、複合脈衝密度(CPDM)調功等等。根據感應加熱電源負載的實際情況，我們選擇最適合的調功方式。

相關焦點

  • 一種利用SG3525實現調頻控制的感應加熱電源
    打開APP 一種利用SG3525實現調頻控制的感應加熱電源 發表於 2017-12-22 14:01:25 1.引言 感應加熱技術具有加熱溫度高、加熱效率高、速度快、加熱溫度容易控制、易於實現機械化、自動化、無空氣汙染等優點，現在感應加熱電源已廣泛用於金屬熔煉、透熱、熱處理和焊接等工業過程。
  • 感應加熱電源發展前景及市場分析_感應加熱電源特點
    感應加熱電源簡介 　　感應加熱電源對金屬材料加熱效率最高、速度最快，且低耗環保。它已經廣泛應用於各行各業對金屬材料的熱加工、熱處理、熱裝配及焊接、熔煉等工藝中。感應加熱電源由兩部分組成，一部分是提供能量的交流電源，也稱變頻電源；另一部分是完成電磁感應能量轉換的感應線圈，稱感應器。
  • 基於SG3525調頻控制的半橋串聯感應加熱電源
    引 言 　　傳統的注塑機加熱方法是利用電阻絲加熱，這種方法的特點是通過熱傳遞加熱，熱量損耗大，熱效率低。中頻感應加熱技術是利用被加熱工件在交變磁場中產生的渦流進行加熱，使得在感應磁場範圍內的工件溫度急速上升，達到快速加熱的目的。
  • 各種感應加熱電源性能對比
    感應加熱與爐式加熱、燃燒加熱或者電熱絲加熱相比，具有顯著節能、非接觸、速度快、工序簡單、容易實現自動化等優點。感應加熱電源主要由整流單元、逆變單元、諧振輸出單元、和感應器四部分組成。　　在目前主流的 IGBT 式感應加熱產品中，仍有較多的電路和結構方式差異。從整流單元看有可控整流方式和不可控整流方式；從逆變單元看有脈寬調製逆變方式和斬波調壓逆變方式；從諧振輸出單元看有並聯諧振方式和串聯諧振方式。各種電路和結構方式在效率、功率因數、可靠性等性能上各有差異。
  • 感應加熱技術主電路拓撲結構及控制原理解析方案
    1.引言：本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/160478.htm感應加熱技術具有加熱溫度高、加熱效率高、速度快、加熱溫度容易控制、易於實現機械化、自動化、無空氣汙染等優點，現在感應加熱電源已廣泛用於金屬熔煉、透熱、熱處理和焊接等工業過程。
  • 軟開關APFC倍頻感應加熱電源的設計
    由於固態感應加熱電源對於電網呈現非線性特性，從電網中輸出的電流就不是標準的正弦曲線。高頻諧波電流對電力設施產生過熱或其他危害。　　Boost電路應用到功率因數校正方面已經較為成熟，對於幾百瓦小功率的功率因數校正，常規的電路是可以實現的。但是對於大功率諸如感應加熱電源，還存在很多的實際問題。
  • 感應加熱電源的負載匹配方案
    摘要：分析了串聯諧振型和並聯諧振型感應加熱電源的負載電路及負載匹配的重要性，針對不同圖1中，線1表示負載與電源匹配，線2表示電源重載，線3表示電源輕載。電源與負載不匹配時，為保證不損壞電源設備，只能降額運行，降低了電源利用率，適當的匹配可以使電源全功率運行，保證設備正常運轉，減少故障。在實際中，很少有負載阻抗恰好等於電源額定阻抗的情況，負載匹配是感應加熱裝置安全可靠經濟運行的一個必不可少的環節，是感應加熱電源負載側設計的重要內容。
  • 高頻感應加熱電源自動負載匹配技術應用簡析
    在今天的文章中，我們將會就這種感應加熱電源的自動負載匹配技術的實際應用，展開簡要分析和介紹，希望能夠對各位新人工程師的產品研發和設計工作帶來幫助。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/387048.htm在本方案中，我們以平時比較常見的串聯型固態高頻感應加熱電源為例，來展開自動負載匹配技術的簡析。
  • 基於高頻感應加熱技術電源鎖相控制的應用與分析
    1 概述本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/227196.htm由於感應加熱電源是熱處理的重要設備，其控制方案歷來備受關注。
  • 感應加熱電源哪家好_感應加熱設備廠家排名
    什麼是感應加熱 　　電磁感應加熱，或簡稱感應加熱，是加熱導體材料比如金屬材料的一種方法。它主要用於金屬熱加工、熱處理、焊接和熔化。顧名思義，感應加熱是利用電磁感應的方法使被加熱的材料的內部產生電流，依靠這些渦流的能量達到加熱目的。感應加熱系統的基本組成包括感應線圈，交流電源和工件。
  • 感應加熱用中高頻電源技術的發展歷程與展望
    3、感應加熱用中高頻電源技術的現狀我國感應加熱用中高頻電源從無到有，經過了上述的四個發展階段已在國內形成很大的規模，並已用於冶金、電力、石油、化工、電子等行業的焊接、淬火、熔煉、透熱、保溫等領域，其發展現狀可以概括為以下幾點：(1) 以晶閘管為主功率器件的感應加熱中頻電源已覆蓋了工作頻率為8kHz以下的所有領域
  • 一種新型感應加熱電源雙機並聯拓撲的研究
    現代感應加熱電源正朝著大功率,高頻化方向發展。這對現代電力電子器件來說是一個相當大的挑戰。傳統的方法是採用器件串並聯的方式,但這存在器件之間均流均壓閒難的問題,特別是當器件串並聯很多時,則需要保證精確的同步信號,以避免器件之間的環流損壞電力電子器件。但在很多情況下這很難精確保證。
  • 高頻感應加熱電源的驅動電路設計
    就目前國內的感應加熱電源研發現狀而言，高頻感應加熱電源是主流的研發設計方向，也是很多工程師的工作重點。在今天的文章中，我們將會為大家分享一種基於IR2llO晶片的高頻感應加熱電源驅動電路設計方案，希望能夠通過本次的方案分享，幫助大家更好的完成研發設計工作。
  • 高頻感應加熱電源驅動電路設計方案
    打開APP 高頻感應加熱電源驅動電路設計方案 發表於 2019-05-10 15:03:49 就目前國內的感應加熱電源研發現狀而言，高頻感應加熱電源是主流的研發設計方向，也是很多工程師的工作重點。
  • Marc電磁感應加熱分析
    利用這一功能，使用者可以模擬在特定頻率的電流激勵下線圈周圍的磁場變化並計算被加熱物體上的感應電流，從而進一步預測由於歐姆損耗導致的結構溫度變化，進一步耦合結構分析還可以預測結構上的應力分布、彈塑性變形、應變的變化等。
  • 高頻感應加熱設備的感應線圈製作
    高頻感應加熱也可以稱為高頻電磁感應加熱，或者簡稱感應加熱，是加熱導體材料比如金屬材料的一種方法。它主要用於金屬熱加工、熱處理、焊接和熔化。顧名思義，感應加熱是利用電磁磁場感應的方法使被加熱體或被加熱的材料的內部自身產生電流，形成磁場渦流！依靠這些渦流的能量達到被加熱體被加熱目的。
  • 感應加熱原理
    感應加熱系統的構成感應加熱系統由高頻電源(高頻發生器)、導線、變壓器、感應器組成。其工作步驟：①由高頻電源把普通電源( 220v/50hz)變成高壓高頻低電流輸出，(其頻率的高低根據加熱對象而定，就其包材而言，一般頻率應在480kHZ左右。)②通過變壓器把高壓、高頻低電流變成低壓高頻大電流。
  • 高頻機與感應加熱技術
    這些熱量只有通過熱傳遞的方式（熱傳導、熱對流、熱輻射），才能傳遞到需要加熱的物體上，也才能達到加熱物體的目的。由於這些加熱方式，被加熱的物體是通過吸收外部熱量實現升溫的。因此，它們都屬於間接加熱方式。             我們知道，熱量的自然傳遞規律是：熱量只能從高溫區向低溫區，高溫體向低溫體，高溫部分向低溫部分自然的傳遞。
  • 電磁(感應)加熱輥的結構與控制系統簡述
    電磁（感應）加熱輥的結構與控制系統簡述一、什麼是電磁感應加熱輥？是一種用於工業用材料連續加工生產中，可自身發熱圓柱形輥體。電磁加熱輥具有良好的溫度性能及傳統導熱油所不具備的環保及安全等方面的優勢，特別是部分高溫、高精度材料工藝生產中，是必不可少加熱源，電磁感應加熱輥發明以來很快得到各行業的認可。因電磁加熱輥目前成本相對導熱油輥或其它加熱方式的輥體成本較高，當前市場的普及率並不高。
  • 高壓電纜感應式取電電源分析及設計
    摘要：通過建立高壓電纜感應取電的精確工作模型，推導了取電線圈輸出功率與輸出電壓、負載阻值、磁芯參數及線圈匝數的關係，並提出取電線圈的設計方法。