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感应加热的原理

感应加热的原理

感应加热的原理感应加热是一种利用磁场感应现象将电能转化为热能的加热方法。

它通过将交流电流通过盘形线圈,产生变化的磁场,从而在加热物体内部产生涡流,使物体发热。

感应加热广泛应用于许多领域,包括炉前加热、旅馆房间加热、食品加热等。

本文将介绍感应加热的原理及其应用。

一、感应加热的基本原理感应加热的原理是基于法拉第电磁感应定律,即当磁通量发生变化时,经过一个导体的闭合回路中会产生感应电动势。

在感应加热中,交流电作为能量源输入线圈中,通过线圈产生的磁场作用下,使得物体内部产生涡流。

涡流在物体中产生的能量损失将转化为热能,使物体温度升高。

二、感应加热的工作原理感应加热设备一般由交流电源、工作线圈及物体构成。

交流电通过线圈产生变化的磁场,磁场的变化进而导致物体内部涡流的产生。

涡流在物体内部流动时,因为存在电阻,会产生焦耳热,使物体加热。

感应加热的工作原理可以总结为以下几个步骤:1. 交流电源输出电流,通过线圈产生变化的磁场;2. 变化的磁场作用于物体,使物体内部产生涡流;3. 涡流在物体内部流动,导致电能转化为热能,物体温度升高;4. 物体温度升高,完成加热。

感应加热的原理可以简述为通过改变磁场来产生涡流,涡流内部产生能量损耗从而转化为热能。

三、感应加热的应用1. 冶金行业:感应加热广泛应用于冶金行业,如金属熔炼、钢铁加热等。

感应加热可以通过调节线圈电流和频率来实现对金属的精确加热,提高熔炼效率,提高产品质量,减少能源消耗。

2. 工业加热:感应加热设备也被广泛应用于工业加热中,如热处理、钎焊、热斑检测等。

感应加热设备具有快速、高效、节能等特点,可以提高工业生产效率。

3. 食品加热:感应加热在食品加热领域也有广泛应用。

感应加热设备可以快速均匀地加热食品,提高食品生产效率,同时避免了传统加热方法中可能引入的烟雾、异味等问题。

4. 医疗器械:感应加热技术也应用于医疗器械领域,如超声波输送器、生物材料加热器等。

感应加热可以精确控制温度,避免对生物材料的损伤,提高手术质量和安全性。

一种感应加热用的谐振电容组的制作方法

一种感应加热用的谐振电容组的制作方法

一种感应加热用的谐振电容组的制作方法本发明涉及一种感应加热用的谐振电容组的制作方法,具体包括以下步骤:
1. 准备电容器和电缆。

选择合适的电容器和电缆,电容器应具备良好的耐高温性能和稳定的电容值,电缆应具备良好的耐高温性能和导电性能。

2. 对电容器进行加工。

将电容器进行清洗、烘干等处理,确保表面光洁无划痕,然后在电容器表面喷涂隔热涂料,以提高电容器的耐高温性能。

3. 制作电缆连接头。

将电缆的一端进行剥皮处理,然后焊接接线柱,制成电缆连接头。

4. 组装电容组。

将电缆连接头连接到电容器的两个端子上,然后将电容器与电缆用绝缘胶带进行紧固,以保证电容组整体结构的牢固性。

5. 测试电容组性能。

使用电容测试仪对电容组进行测试,检测其电容值是否符合要求,以及是否存在漏电等问题。

通过以上步骤,本发明制作的感应加热用的谐振电容组具备稳定的电容值和良好的耐高温性能,可广泛应用于感应加热设备中。

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感应电炉工艺流程

感应电炉工艺流程

感应电炉工艺流程一、引言感应电炉是一种利用感应加热原理进行加热的设备,广泛应用于钢铁、有色金属、机械制造等行业。

本文将介绍感应电炉的工艺流程,包括原料准备、加热过程、冷却处理等环节。

二、原料准备在感应电炉工艺流程中,首先需要准备好加工所需的原料。

原料可以是金属坯料、合金粉末等,根据具体产品要求进行选择。

同时,需要对原料进行筛选、称量、配料等操作,确保原料质量符合要求。

三、装料装料是感应电炉工艺流程中的重要环节。

在装料前,需要将感应电炉进行预热,提高炉温,以便更好地进行加热。

然后,将原料按照一定比例装入感应电炉中。

装料时应注意均匀分布,避免出现堆积现象,以保证加热效果的均匀性。

四、加热过程加热是感应电炉工艺流程的核心环节。

在加热过程中,感应电炉通过电磁感应原理,将电能转化为热能,使原料加热至所需温度。

加热过程中需要控制加热时间、加热温度、加热功率等参数,以确保产品的质量和性能。

五、温度控制温度控制是感应电炉工艺流程中的关键环节。

在加热过程中,需要实时监测和控制原料的温度。

通常采用红外测温仪、热电偶等设备进行温度测量,然后通过调节加热功率,控制加热温度在设定范围内。

六、冷却处理在感应电炉工艺流程中,加热完成后需要对产品进行冷却处理。

冷却处理的目的是使产品达到所需的组织结构和性能。

冷却处理方法有多种,如水淬、风冷、自然冷却等,根据具体产品要求进行选择。

七、产品检验产品检验是感应电炉工艺流程中的最后一步。

通过对产品进行外观检查、尺寸测量、化学成分分析等多项检验,确保产品的质量和性能符合要求。

同时,还可以进行无损检测、力学性能测试等更加严格的检验,以提高产品的可靠性和安全性。

八、总结感应电炉工艺流程是一系列复杂的操作和控制过程,需要严格按照工艺要求进行操作。

只有在每个环节都做好控制和监测,才能确保产品质量的稳定性和一致性。

感应电炉工艺流程的优化和改进,对提高生产效率和产品质量具有重要意义。

感应加热的原理与应用论文

感应加热的原理与应用论文

感应加热的原理与应用论文引言感应加热是一种利用电磁感应原理实现加热的技术,它在许多领域中得到了广泛应用。

本文将介绍感应加热的基本原理、应用领域以及其在现代工业中的作用。

感应加热的原理感应加热是基于电磁感应现象的一种加热方式。

当变化的电流通过线圈时,会在周围产生变化的磁场。

当导体置于这个变化的磁场中时,由于导体中存在自由电荷,自由电荷受到磁场的作用而发生运动,从而使导体产生热量。

感应加热的原理可简化为以下几个步骤: 1. 通过交流电源提供变化的电流。

2. 电流通过线圈产生变化的磁场。

3. 将待加热的导体置于磁场中。

4. 自由电荷在磁场的作用下发生运动产生热量。

感应加热的优势感应加热具有许多优势,使得它在工业中得到广泛应用。

以下是感应加热的一些优势: - 快速加热:感应加热可以在短时间内将导体加热到需要的温度,节省了时间。

- 高效率:感应加热由于直接作用于导体,能量转化效率高。

- 均匀加热:感应加热可以实现导体的均匀加热,避免了局部过热或过冷的问题。

- 精确控制:感应加热可以通过调节电流的大小和频率来精确控制加热温度。

- 清洁环保:感应加热没有明火和燃烧产物,无污染,对环境友好。

感应加热的应用领域感应加热的应用领域非常广泛,下面列举了几个重要的应用领域:- 金属加热:感应加热广泛应用于金属的加热和熔化过程,如金属锻造、熔炼和淬火等。

- 塑料加热:感应加热可用于塑料的各种加工过程,如塑料焊接、塑料热合和塑料热成型等。

- 医疗器械:感应加热被应用于医疗器械的消毒和无菌处理,确保医疗器械的卫生安全。

- 食品加热:感应加热可以用于食品的加热和烹饪过程,如感应炉和感应灶等。

感应加热在现代工业中的作用感应加热在现代工业中发挥着重要的作用,以下是几个示例: - 金属加工:感应加热可以用于金属的锻造、热处理和焊接等工艺,提高了生产效率和产品质量。

- 电子制造:感应加热广泛应用于电子元件的焊接和回流焊等工艺,确保了电子产品的质量和可靠性。

感应加热的工作原理

感应加热的工作原理

感应加热的工作原理
感应加热是目前应用较广的一种电热加工方式,它利用焦耳热和温差放电将电能转化为热能,使工件迅速升温,起到热作用的效果。

它具有高效、高质、高稳定性的特点,在机械制造、冶金炼造、化工、医药等各个领域中都有广泛的应用。

感应加热的工作原理主要是借助于感应电磁场产生涡流,从而造成工件的加热。

在交流电源的作用下,感应线圈中的交变电流会产生交变磁场,根据法拉第电磁感应定律,当工件处于感应线圈内时,工件中也会产生磁场,这种相互作用引起了工件中的涡流。

涡流是指流体或其他物质的循环,通常是由运动状态的变化引起的。

涡流是感应加热的基础和核心,涡流的大小和热量是成正比例的。

当工件处于交变磁场中时,工件内部就会产生电流,这就是涡流。

涡流的大小随电磁场的强弱变化,当电磁场的频率越高时,涡流的密度就会越大,涡流产生的热量也会增加。

涡流会使工件发生感应加热,涡流越强热量就越大,工件的温度就会升高。

涡流的产生需要两个首要条件:一是电磁场,二是电导率。

电磁场是指交变磁场,当磁场强度在发生改变时才会产生涡流。

电导率是指工件对电流的导电性,电导率越高,涡流就会越大,产生的热量也会更多。

感应加热的工作原理简单易于理解,但是涡流作用是复杂的,需要考虑很多细节因素,如电磁场的强度、频率、波形、材料等,这些因素会对加热效果造成不同
程度的影响。

为了实现高效加热,需要采取合适的电磁场调节方法,并选用合适的感应加热设备。

总之,感应加热是一种高效、高稳定、高品质的加热方式,具有广泛的应用前景。

感应加热技术的不断创新和发展,将会为工业生产带来更多更好的贡献。

感应加热的工作原理

感应加热的工作原理

感应加热的工作原理感应加热是一种通过电磁感应原理实现加热的技术。

它广泛应用于许多领域,如工业加热、医疗设备、家用电器等。

本文将详细介绍感应加热的工作原理及其应用。

一、电磁感应基本原理电磁感应是指在一个导体中,当它处于一个变化的磁场中时,会产生感应电流。

根据法拉第电磁感应定律,感应电流的大小与导体受到的磁场变化速率成正比。

感应加热利用了这一原理,通过变化的磁场产生感应电流,进而使导体加热。

二、感应加热的基本原理感应加热的基本原理是利用交变磁场通过感应线圈产生感应电流,然后由感应电流在导体内部生成焦耳热,使导体加热。

具体而言,感应加热系统由直流电源、感应线圈和工件构成。

当在感应线圈中通以交变电流时,产生的交变磁场穿透工件,根据法拉第电磁感应定律,在工件内部产生感应电流。

由于导体的电阻使感应电流在导体内部通过转化成热量,从而使工件加热。

三、感应加热的优势与应用感应加热相较于传统的加热方式具有许多优势。

首先,感应加热快速且高效,能够在短时间内将工件加热至所需温度,节省了能源和时间。

其次,感应加热的加热均匀性好,能够使导体内部均匀受热,避免了局部过热或不足的情况。

此外,感应加热还具有安全可靠、操作简单等特点。

感应加热广泛应用于许多行业和领域。

其中,工业加热是主要的应用领域之一。

例如,金属加热、焊接、淬火等工艺都常使用感应加热技术。

此外,感应加热还应用于医疗设备,如高频电刀、疼痛治疗仪等。

家用电器方面,感应加热也得到了广泛应用,如感应炉、电热水壶等。

四、感应加热的发展趋势随着科技的不断进步和发展,感应加热技术也在不断创新与发展。

一方面,感应加热的效率和精度不断提高,为各行各业带来了更高的加热效果和精确控制。

另一方面,感应加热的节能环保特性也备受重视,各种新材料和工艺的应用使得感应加热更加节能环保,减少了对环境的影响。

总结起来,感应加热利用了电磁感应原理,通过交变磁场产生感应电流,进而使导体加热。

它具有快速、高效、加热均匀等优势,并广泛应用于工业加热、医疗设备、家用电器等领域。

感应加热电源原理及其负载变压器结构制作

感应加热电源原理及其负载变压器结构制作1感应加热的原理1.1电磁感应和感应加热感应加热是电热应用的一种较好形式,它是利用电磁感应的原理将电能转变为热能。

当交变电流Ii流入感应圈时,感应圈内便产生交变磁通φ,使置于感应圈中的工件(图1中为钢管)受到电磁感应而产生感应电势e。

如果磁通φ是呈正弦变化的,即φ=φMsinωt,则e的有效值E=4.44fφM(伏)感应电势E在工件中产生电流i2,i2使工件内部(确切地说,是工件近表面的电流透入深度△层)开始加热,其焦耳热为:式中:I2 感应电流的有效值(安);R工作电阻(欧);t 时间(秒)。

为了使金属能加热到一定温度,在金属内必须有足够大的电流I2,为此在金属内必须感应出足够大的电势E。

由于感应电势E与磁通φM、频率f成正比,为了获得必须的感应电势,可以提高电源频率。

同样的发热效果,频率越高,所需的磁通φM 及感应圈中的电流I1就可以减小,所以近代的感应加热广泛采用中频和高频电源。

另外,金属截面越大,那么在同样磁通密度的情况下,通过金属的φ也就越大,于是感应电势E以及金属内感应得到的功率也越大。

1.2电磁感应的三个效应(1)集肤效应:直流电流流经导体时,电流在导体截面上是均匀分布的,但交流电流流经导体时,电流沿导体截面的分布是不均匀的,最大电流密度出现在导体的表面层。

这种电流集聚于表面的现像叫做集肤效应。

电流频率越高,集肤效应也越显著。

以上是导体本身通过交变电流时,电流在导体中产生的集肤现象。

另一种情况是导体在交变的电磁场中,也就是置于感应圈中的工件。

由于感应圈的中间产生交变的电磁场,使工件中产生的涡流也是交变电流,它沿截面的分布也是集聚在表面一层。

由电磁场理论知道,电流密度是由表面向中心近似地按一指数函数迅速下降。

其电流透入深度其中:ρ 导体或工件的电阻率(欧·厘米)μr 相对磁导率f 频率(Hz)在△层中所产生的热量为导体中总功率的0.865。

电磁感应加热原理

电磁感应加热原理电磁感应是现代科学中重要的一个概念,它在电磁学和物理学的研究中起着举足轻重的作用。

而电磁感应加热原理则是利用电磁感应效应进行加热的一种方法。

本文将详细介绍电磁感应加热原理及其应用领域。

一、电磁感应简介电磁感应是指当导体处于电磁场中时,由于磁通量的变化,导体内产生电流的现象。

根据法拉第电磁感应定律,当一个导体或线圈穿过磁场中的磁通量发生变化时,会在导体中产生感应电动势。

这个电动势可以使导体中的自由电子流动,并产生电流。

二、电磁感应加热原理电磁感应加热原理就是利用电磁感应效应产生的电流来进行加热。

当感应电动势产生时,导体内的自由电子开始流动,而电子在导体内的移动过程中会发生碰撞,从而形成热能。

这种转化的过程即为电磁感应加热。

在电磁感应加热中,一般采用交流电源作为能量输入源。

当交流电通过线圈时,会在线圈周围形成交变磁场。

而处于磁场中的导体则会感应出电流,从而将电能转化为热能。

这就是电磁感应加热的基本原理。

三、电磁感应加热的应用领域1. 工业加热电磁感应加热广泛应用于工业生产中的各个领域,如钢铁热处理、金属冶炼、塑料熔融等。

由于电磁感应加热的加热速度快、效率高、控制方便等优势,使其成为工业加热领域的首选技术。

2. 家用电器电磁感应加热也被广泛应用于家用电器领域,如电磁炉、电磁加热炉等。

这些家电借助电磁感应原理,将电能转化为热能,实现快速加热的效果。

相比传统的燃气炉具,电磁感应加热具有更高的安全性和节能效果。

3. 医疗领域在医疗领域,电磁感应加热也被广泛应用于多种疗法中,如介入性电磁感应导管热消融治疗、电磁感应高温疗法等。

这些疗法利用电磁感应原理,通过对人体局部加热,实现治疗效果。

4. 环境保护电磁感应加热技术还可以应用于环境保护领域。

例如,电磁感应加热技术可以用于土壤热处理,将有机废弃物中的有害物质转化为无害物质。

此外,电磁感应加热也可以用于油污的清洗处理,将油污中的油脂分离出来,达到环境净化的目的。

感应加热器的设计制造与使用维护

感应加热器的设计制造与使用维护
一.感应器材料的选择。
1.有效圈材料:纯铜 T1,T2, T3 .一般用T2 无氧
铜 TU0,TU1,TU2 一般选TU1.另外还有单晶铜可供选择。
2.导磁体 硅钢片 0.2-0.35 需磷化 。铁氧体 铁氧粉 可
加工导磁体 。
3.绝缘材料 聚四弗乙烯 0.5 、1 、2 大材。
4.螺钉螺栓 不锈钢(无磁性)黄铜H624.胶 502 504 陨石胶。
5.感应器固定板,环氧板。
二.感应器的设计 设计软件,CAD CXCA
SOLIDWORKS 仿照设计,经验设计,理论计算设计。

三.感应器制造
1.成型,手工敲管,弯管,线切割,车,铣,锯,加工中心,钻 ,铸造。
接头形式,45°斜接。套管接。搭接。

2.焊接,氧焊 有紫铜焊黄铜焊,银焊,磷铜焊。
3.表面处理,喷砂,硝酸洗。
4.校正 平台,方箱,高度尺,橡胶锤。
5.感应器的试漏与流量检测,。感应器的试漏要在高于感应器工作压力的
情况下试压,一般是 1、5倍压力,感应器流量是在工作压力下检测的,
要大于设计的额定流量。0.8-1.2MPA是工作压力,最后,感应器还要试
机,试机时,功率从小到大时间由短到长依次进行,并根据检测结果进
行整改。

四.感应器的维护与保养
1.感应器应该按照规格或产品型号编号,建履历表并建生产记录表。感
应器的损坏1.被撞,一般可以修复,
2.导磁体脱落 504粘,临时用陨石胶粘。
3.漏水,可以用黄铜焊,银焊,紫铜焊补。为了提高感应器寿命,建议降
功率,拉远距离,降冷却水温度,加冷却水压力。提高设计与制造水平。

感应加热石墨

感应加热石墨1. 引言感应加热是一种通过电磁感应原理实现的加热方式,它可以在没有接触的情况下将能量传递给物体。

在工业生产和科学研究中,感应加热被广泛应用于金属、陶瓷等材料的加热过程中。

然而,在某些特殊的应用领域,如半导体材料生长、化学反应等,对非金属材料的加热需求也日益增多。

本文将重点介绍感应加热在石墨材料中的应用。

2. 石墨及其特性2.1 石墨概述石墨是一种由碳元素构成的非金属材料,具有特殊的晶体结构和物理化学性质。

它由六角形排列的碳原子层堆叠而成,层与层之间通过弱范德华力相互连接。

这种结构使得石墨具有很高的导电性、导热性和机械强度。

2.2 石墨的导电性由于碳原子之间共享电子形成了π键,石墨具有很高的电子流动性。

石墨晶体中的电子能够在层与层之间自由传导,因此石墨表现出优异的导电性能。

这使得石墨成为一种理想的导电材料,广泛应用于电池、电极、导线等领域。

2.3 石墨的导热性石墨的导热性与其晶体结构密切相关。

由于石墨层之间仅通过弱范德华力相互连接,因此在平行于层面的方向上,热量传递速度较快。

而在垂直于层面的方向上,由于范德华力较弱,热量传递速度较慢。

这种各向异性使得石墨在导热方面表现出特殊的性能。

3. 感应加热原理感应加热是利用交变电流通过线圈产生交变磁场,并将能量传递给物体来实现加热的过程。

具体而言,感应加热包括以下几个步骤:3.1 交变电流通过线圈产生交变磁场当交变电流通过线圈时,根据法拉第电磁感应定律,线圈周围会产生一个交变磁场。

这个交变磁场的大小和方向随着电流的变化而变化。

3.2 交变磁场穿透到物体中交变磁场可以穿透到靠近线圈的物体中。

当物体是导电材料时,由于导体内部存在自由电子,交变磁场将导致自由电子受到力的作用。

3.3 自由电子受力并发生运动受到交变磁场作用的自由电子将受到洛伦兹力的作用,并发生运动。

这个运动过程将导致自由电子之间碰撞,并将能量传递给其他原子或分子。

3.4 能量传递至整个物体通过自由电子之间的碰撞和能量传递过程,物体内部的温度不断上升。

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感应加热DIY教程 总体架构: 串联谐振2.5KW 锁相环追频ZVS,MOSFET全桥逆变; 磁芯变压器两档阻抗变换,水冷散热,市电自耦调压调功,母线过流保护。 在开始制作之前,有必要明确一些基础性原理及概念,这样才不至于一头雾水。 一.加热机制(扫盲用,高手跳过) 1.1涡流,只要是金属物体处于交变磁场中,都会产生涡流,强大的高密度涡流能迅速使工件升温。这个机制在所有电阻率不为无穷大的导体中均存在。

1.2感应环流,工件相当于一个短路的1匝线圈,与感应线圈构成一个空心变压器,由于电流比等于匝比的反比,工件上的电流是感应线圈中电流的N(匝数)倍,强大的感应短路电流使工件迅速升温。这个机制在任何导体中均存在,恒定磁通密度情况下,工件与磁场矢量正交的面积越大,工件上感生的电流越大,效率越高。由此可看出,大磁通切割面积的工件比小面积的工件更容易获得高温。

1.3磁畴摩擦(在铁磁体内存在着无数个线度约为10-4m的原本已经磁化了的小区域,这些小区域叫磁畴),铁磁性物质的磁畴,在交变磁场的磁化与逆磁环作用下,剧烈摩擦,产生高温。这个机制在铁磁性物质中占主导。

由此可看出,不同材料的工件,因为加热的机制不同,造成的加热效果也不一样。其中铁磁物质三中机制都占,加热效果最好。铁磁质加热到居里点以上时,转为顺磁性,磁畴机制减退甚至消失。这时只能靠剩余两个机制继续加热。

当工件越过居里点后,磁感应现象减弱,线圈等效阻抗大幅下降,致使谐振回路电流增大。越过居里点后,线圈电感量也跟着下降。LC回路的固有谐振频率会发生变化。致使固定激励方式的加热器失谐而造成设备损坏或效率大减。

二.为什么要采用谐振?应采用何种谐振? 2.1先回答第一个问题。我曾经以为只要往感应线圈中通入足够强的电流,就成一台感应加热设备了。也对此做了一个实验,见下图。 实验中确实有加热效果,但是远远没有达到电源的输出功率应有的效果。这是为什么呢,我们来分析一下,显然,对于固定的工件,加热效果与逆变器实际输出功率成正比。对于感应线圈,基本呈现纯感性,也就是其间的电流变化永远落后于两端电压的变化,也就是说电压达到峰值的时候,电流还未达到峰值,功率因数很低。我们知道,功率等于电压波形与电流波形的重叠面积,而在电感中,电流与电压波形是错开一个角度的,这时的重叠面积很小,即便其中通过了巨大的电流,也是做无用功。这是如果单纯的计算P=UI,得到的只是无功功率。

而对于电容,正好相反,其间的电流永远超前于电压变化。如果将电容与电感构成串联或并联谐振,一个超前,一个滞后,谐振时正好抵消掉。因此电容在这里也叫功率补偿电容。这时从激励源来看,相当于向一个纯阻性负载供电,电流波形与电压波形完全重合,输出最大的有功功率。这就是为什么要采取串(并)补偿电容构成谐振的主要原因。

2.2第二个问题,LC谐振有串联谐振和并联谐振,该采用什么结构呢。 说得直白一点,并联谐振回路,谐振电压等于激励源电压,而槽路(TANK)中的电流等于激励电流的Q倍。串联谐振回路的槽路电流等于激励源电流,而L,C两端的电压等于激励源电压的Q倍,各有千秋。

从电路结构来看: 对于恒压源激励(半桥,全桥),应该采用串联谐振回路,因为供电电压恒定,电流越大,输出功率也就越大,对于串联谐振电路,在谐振点时整个回路阻抗最小,谐振电流也达到最大值,输出最大功率。串联谐振时,空载的回路Q值最高,L,C两端电压较高,槽路电流白白浪费在回路电阻上,发热巨大。

对于恒流源激励(如单管电路),应采用并联谐振,自由谐振时LC端电压很高,因此能获得很大功率。并联谐振有个很重要的优点,就是空载时回路电流最小,发热功率也很小。值得一提的是,从实验效果来看,同样的谐振电容和加热线圈,同样的驱动功率,并联谐振适合加热体积较大的工件,串联谐振适合加热体积小的工件。

三. 制作过程 明白了以上原理后,可以着手打造我们的感应加热设备了。我们制作的这个设备主要由调压整流电源、锁相环、死区时间发生器、GDT电路、MOS桥、阻抗变换变压器、LC槽路以及散热系统几大部分组成,见下图。 我们再来对构成系统的原理图进行一些分析,如下: 槽路部分:

从上图可以看出,C1、C2、C3、L1以及T1的次级(左侧)共同构成了一个串联谐振回路,因为变压器次级存在漏感,回路的走线也存在分布电感,所以实际谐振频率要比单纯用C1-C3容量与L1电感量计算的谐振频率略低。图中L1实际上为1uH,我将漏感分布电感等加在里面所以为1.3uH,如图参数谐振频率为56.5KHz。

从逆变桥输出的高频方波激励信号从J2-1输入,通过隔直电容C4及单刀双掷开关S1后进入T1的初级,然后流经1:100电流互感器后从J2-2回流进逆变桥。在这里,C4单纯作为隔直电容,不参与谐振,因此应选择容量足够大的无感无极性电容,这里选用CDE无感吸收电容1.7uF 400V五只并联以降低发热。

S1的作用为阻抗变换比切换,当开关打到上面触点时,变压器的匝比为 35:0.75,折合阻抗变比为2178:1;当开关打到下面触点时,变压器匝比为24:0.75,折合阻抗变比为1024:1。为何要设置这个阻抗变比切换,主要基于以下原因。(1)铁磁性工件的尺寸决定了整个串联谐振回路的等效电阻,尺寸越大,等效电阻越大。(2)回路空载和带载时等效电阻差别巨大,如果空载时变比过低,将造成逆变桥瞬间烧毁。

T2是T1初级工作电流的取样互感器,因为匝比为1:100,且负载电阻为100Ω,所以当电阻上电压为1V时对应T1初级电流为1A。该互感器应有足够小的漏感且易于制作,宜采用铁氧体磁罐制作,如无磁罐也可用磁环代替。在调试电路时,可通过示波器检测J3两端电压的波形形状和幅度而了解电路的工作状态,频率,电流等参数,亦可作为过流保护的取样点。

J1端子输出谐振电容两端的电压信号,当电路谐振时,电容电压与T1次级电压存在90°相位差,将这个信号送入后续的PLL锁相环,就可以自动调节时激励频率始终等于谐振频率。且相位恒定。(后文详述)

L1,T1 线圈均采用紫铜管制作,数据见上图,工作中,线圈发热严重,必须加入水冷措施以保证长时间安全工作。为保证良好的传输特性以及防止磁饱和,T1采用两个 EE85磁芯叠合使用,在绕制线圈时需先用木板做一个比磁芯舌截面稍微大点的模子,在上面绕制好后脱模。如下图: PLL锁相环部分: 上图为PLL部分,是整个电路的核心。关于CD4046芯片的结构及工作原理等,我不在这里详述,请自行查阅书籍或网络。 以U1五端单片开关电源芯片LM2576-adj为核心的斩波稳压开关电路为整个PLL板提供稳定的,功率强劲的电源。图中参数可以提供15V2A的稳定电压。因为采用15V的VDD电源,芯片只能采用CD40xx系列的CMOS器件,74系列的不能在此电压下工作。

CD4046 锁相环芯片的内部VCO振荡信号从4脚输出,一方面送到U2为核心的死区时间发生器,用以驱动后级电路。另一方面回馈到CD4046的鉴相器输入B端口3 脚。片内VCO的频率范围由R16、R16、W1、C13的值共同决定,如图参数时,随着VCO控制电压0-15V变化,振荡频率在20KHz- 80KHz之间变化。

从谐振槽路Vcap接口J1送进来的电压信号从J4接口输入PLL板,经过R14,D2,D3构成的钳位电路后,送入 CD4046的鉴相器输入A端口14脚。这里要注意的是,Vcap电压的相位要倒相输入,才能形成负反馈。D2,D3宜采用低结电容的检波管或开关管如 1N4148、1N60之类。

C7、C12为CD4046的电源退耦,旁路掉电源中的高频分量,使其稳定工作。 现在说说工作流程,我们选用的是CD4046内的鉴相器1(XOR异或门)。对于鉴相器1,当两个输人端信号Ui、Uo的电平状态相异时(即一个高电平,一个为低电平),输出端信号UΨ为高电平;反之,Ui、Uo电平状态相同时(即两个均为高,或均为低电平),UΨ输出为低电平。当Ui、Uo的相位差Δφ在0°-180°范围内变化时,UΨ的脉冲宽度m亦随之改变,即占空比亦在改变。从比较器Ⅰ的输入和输出信号的波形(如图4所示)可知,其输出信号的频率等于输入信号频率的两倍,并且与两个输入信号之间的中心频率保持90°相移。从图中还可知,fout不一定是对称波形。对相位比较器Ⅰ,它要求Ui、Uo的占空比均为50%(即方波),这样才能使锁定范围为最大。如下图。 由上图可看出,当14脚与3脚之间的相位差发生变化时,2脚输出的脉宽也跟着变化,2脚的PWM信号经过U4为核心的有源低通滤波器后得到一个较为平滑的直流电平,将这个直流电平作为VCO的控制电压,就能形成负反馈,将VCO的输出信号与14脚的输入信号锁定为相同频率,固定相位差。

关于死区发生器,本电路中,以U2 CD4001四2输入端与非门和外围R8,R8,C10,C11共同组成,利用了RC充放电的延迟时间,将实时信号与延迟后的信号做与运算,得到一个合适的死区。死区时间大小由R8,R8,C10,C11共同决定。如图参数,为1.6uS左右。在实际设计安装的时候,C10或C11应使用68pF的瓷片电容与5-45pF的可调电容并联,以方便调整两组驱动波形的死区对称性。

下图清晰地展示了死区的效果。

关于图腾输出,从死区时间发生器输出的电平信号,仅有微弱的驱动能力,我们必须将其输出功率放大到一定程度才能有效地推动后续的GDT(门极驱动变压器)部分,Q1-Q8构成了双极性射极跟随器,俗称图腾柱,将较高的输入阻抗变换为极低的输出阻抗,适合驱动功率负载。 R10.R11为上拉电阻,增强CD4001输出的“1”电平的强度。有人会问设计两级图腾是否多余,我开始也这么认为,试验时单用一级 TIP41,TIP42为图腾输出,测试后发现高电平平顶斜降带载后比较严重,分析为此型号晶体管的hFE过低引起,增加前级8050/8550推动后,平顶斜降消失。

GDT门极驱动电路:

上图为MOSFET的门极驱动电路,采用GDT驱动的好处就是即便驱动级出问题,也不可能出现共态导通激励电平。 留适当的死区时间,这个电路死区大到1.6uS。而且MOSFET开关迅速,没有IGBT的拖尾,很难炸管。而且MOS的米勒效应小很多。

电路处于ZVS状态,管子2KW下工作基本不发热,热击穿不复存在。 从 PLL板图腾柱输出的两路倒相驱动信号,从GDT板的J1,J4接口输入,经过C1-C4隔直后送入脉冲隔离变压器T1-T4。R5,R6的存在,降低了隔直电容与变压器初级的振荡Q值,起到减少过冲和振铃的作用。从脉冲变压器输出的±15V的浮地脉冲,通过R1-R4限流缓冲(延长对Cgs的充电时间,减缓开通斜率)后,齐纳二极管ZD1-ZD8对脉冲进行双向钳位,最后经由J2,

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