感應加熱電源負載感應器模型與恒頻調(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)感應加熱電源因其高效、環(huán)保將得到更加廣泛應用。感應加熱理論雖然已經(jīng)成熟，但是在工程應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:
　　 采用解析法推導了被加熱物體為空心圓柱體負載感應器等效數(shù)學模型；通過求解被加熱物體空心圓柱體渦流場分布，推導了

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。
　　 推導了負載感應器等效電阻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)果表明本文推導的負載感應器數(shù)學模型正確，負載感應器等效電阻和等效電抗計算公式準確。本文推導的負載感應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，具有較大的工程應用價值。
　　 從磁場角度定性分析了負載感應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、被加熱物體的導磁率rμ以及感應加熱線圈半徑3 r之間的關系，指導感應線圈的設計和被加

4、熱物體材料的選擇；指出當被加熱物體為不銹鋼時，從負載感應器電效率的角度來講，應選用鐵素體或馬氏體不銹鋼。
　　 采用微分方程法推導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頻率femin 函數(shù)關系；
　　 并與采用傅立葉級數(shù)法推導得到的最小歸一化開關頻率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的最小歸一化開關頻率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