感應(yīng)加熱電源負載感應(yīng)器模型與恒頻調(diào)功研究.pdf

1、能源和環(huán)保問題日益嚴重，世界各國在開發(fā)新能源、治理環(huán)境的同時，大力提倡節(jié)能、環(huán)保。固態(tài)感應(yīng)加熱電源因其高效、環(huán)保將得到更加廣泛應(yīng)用。感應(yīng)加熱理論雖然已經(jīng)成熟，但是在工程應(yīng)用中還有些問題需要解決，本文對被加熱物體為空心圓柱體的負載感應(yīng)器等效模型和串聯(lián)諧振逆變電源恒頻功率調(diào)節(jié)方式進行了深入研究。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 采用解析法推導(dǎo)了被加熱物體為空心圓柱體負載感應(yīng)器等效數(shù)學(xué)模型；通過求解被加熱物體空心圓柱體渦流場分布，推導(dǎo)了

2、被加熱物體等效電阻b R和等效電抗b X解析表達式；并對2r1 δ≥10（1 r :空心圓柱體內(nèi)徑,δ :透入深度）時的b R和b X 進行了簡化，簡化后的b R和b X 計算公式中不再含有貝塞爾函數(shù)，公式更加簡單；指出當12r δ≥10且w δ≥ 4（w：空心圓柱體厚度）時被加熱物體等效電阻b R和等效電抗b X 相等。
　　 推導(dǎo)了負載感應(yīng)器等效電阻R和等效電抗X 計算公式，并對其進行了仿真（采用ANSOFT MAXWELL

3、 2D/3D 有限元仿真軟件進行仿真）和實驗驗證，仿真和實驗結(jié)果表明本文推導(dǎo)的負載感應(yīng)器數(shù)學(xué)模型正確，負載感應(yīng)器等效電阻和等效電抗計算公式準確。本文推導(dǎo)的負載感應(yīng)器等效電阻和等效電抗計算公式物理意義明確，計算公式簡單，使用方便，具有較大的工程應(yīng)用價值。
　　 從磁場角度定性分析了負載感應(yīng)器等效電阻和等效電感大小與線圈匝數(shù)N、流過線圈的電流頻率f、被加熱物體的導(dǎo)磁率rμ以及感應(yīng)加熱線圈半徑3 r之間的關(guān)系，指導(dǎo)感應(yīng)線圈的設(shè)計和被加

4、熱物體材料的選擇；指出當被加熱物體為不銹鋼時，從負載感應(yīng)器電效率的角度來講，應(yīng)選用鐵素體或馬氏體不銹鋼。
　　 采用微分方程法推導(dǎo)出了采用恒頻移相調(diào)功方式和恒頻不對稱電壓消除法功率調(diào)節(jié)方式時，串聯(lián)諧振逆變電源實現(xiàn)零壓開通的最小歸一化開關(guān)頻率femin 函數(shù)關(guān)系；
　　 并與采用傅立葉級數(shù)法推導(dǎo)得到的最小歸一化開關(guān)頻率femin解析表達式進行對比，仿真和實驗結(jié)果表明采用微分方程法推導(dǎo)的最小歸一化開關(guān)頻率femin 準確。<

5、br>　　 詳細分析了串聯(lián)諧振逆變電源的兩種恒頻率功率調(diào)節(jié)方式的工作模態(tài)；從最小歸一化開關(guān)頻率femin、效率以及功率調(diào)節(jié)范圍等方面對串聯(lián)諧振逆變電源的兩種恒頻率調(diào)功方式進行了對比，指出恒頻移相調(diào)功方式調(diào)功范圍寬，適合應(yīng)用在直流母線電壓變化范圍大，寬范圍調(diào)功場合，恒頻不對稱電壓消除法調(diào)功范圍窄。當調(diào)功范圍為（0.25-1）Pn（Pn為額定功率），采用恒頻不對稱電壓消除法調(diào)功方式時電源效率比采用移相調(diào)功方式時高，尤其頻率高采用MOSFE