中频感应加热负载分析
中频感应加热负载分析
1前言
感应加热是电热的一种好的形式。置于交变磁场中的金属工件，由于电磁感 应而直接在工件自身产生涡流发热。感应加热具有加热时间短，效率高，便于控 制温度，保证加热质量，改善劳动条件，易于组合自动线生产，因此得到越來越 广泛的应用。
通常，在150〜10x103 HZ 频段的感应加热称为中频感应加热。
中频感应加热负载有熔炼、透热、淬火、焊接以及烧结等。本文主要分析普 遍应用的熔炼、透热和淬火负载，如图1所示。
图1负载示意图
2负载等效电路
由图1可知，中频感应加热负载有一个共同特点，就是均由一个具有很大电 感的空心线圈与被加热工件组成工作负载。因此，它是一个功率因数很低的感性 负载。
我们常把具有很大电感的线圈叫做感应器。感应器是将电能转换为热能的关 键。当在感应器内通以中频大电流而产生强磁场时，便在被加热工件中感应出很 大涡流。为分析方便，我们把中频感应加热负载等效为一个变压器，感应器视为 原边绕组，工件视为副边绕组，于是便得到了负载等效电路，如图2所示，其中 ri> Xi 表示感应器的电阻与电抗，Xu 表示互感抗，r 2> X2表示被加热工件的电
阻与电抗。
(a)熔炼
(c)淬火
关系图2负载等效电路
当感应器输入中频电压U时：
求解，可得
P为阻抗变换系数则J7==E（ri4-/?2r2）+j（xi—
由此可知：
负载电阻rf=ri+p2r2
负载电抗Xf=Xi-p2X2
负载阻抗
负载功率因数COS0 —・ yr
V ri+^r
有功功率p y=I2lrf 无功功率Pw=I2lXf 负载品质因数
Q与COS 0
对中频感应加热负载来说，通常因此，cos 0很低，典型负载的
Q 值和UOS ❾值见表1。
对中频感应加热负载來说，通常xr,因此，cos 很低，典型负载的Q 值和cos 值见表lo
3负载振荡回路
从表1可知，中频感应加热负载为cos 值很低的感性负载。为提 高功率因数，有效利用电源容量，采用中频电容器补偿无功功率，这样 便组成了振荡回路。
根据补偿形式，可分为串联振荡回路和并联振荡回路。
3.1串联振荡回路
(1)串联振荡回路如图3所示。
求解，可得 设 P 为阻抗变换系数 则
由此可知： 负载
电阻 r=r+pr 负载电抗x=x-px 负载阻抗 负载功率因数
有功功率p=ir
无功功率p=lx 负载品质因数
Q 与cos 关系
求解，可得 设 P 为阻抗变换系数 r=r+pr 负载电抗x=x-px 负载阻抗 P=lr 无功功率P=lx 负载品质因数 负载电阻 有功功率 对中频感应加
则 由此可知: 负载功率因数 Q 与cos 关系
热负载来说，通常
由此可见，在谐振时，电源电压U 全部加在电阻上，而串联电容两
由图3,可得
:
图3串联振荡回路
』严十（3乙一寻）Z«=£ /严
+
当电路出现谐振时,
Z=r
Uc=U.=QU
COS0 =
Z
端电压Uc和电感端电压U L其值相等，方向相反，均为电源电压的Q倍, 因此，串联谐振为电压谐振。
(2)串联振荡回路的频率特性
根据上述分析，我们可得到串联振荡回路的阻抗和电流：
假定L、C和r值不变(Q为常数)时，在输入电压U条件下，可绘制Z 与:［随3的变化情况，如图4。
图4串联振荡的频率特性
从图4可知，当3=0时，由于容抗的阻挡，I=0o当频率逐渐增大而容抗逐渐变小，感抗逐渐增大，电流也逐渐增大，回路呈容性。当G)=G)o 时，电路处于谐振状态，电流达到最大值，U C=U L=QU,回路为纯电阻负载。当3继续增大，因容抗小于感抗，电流下降，此时回路呈感性。
上述分析可用表2和图5來综合描述。
表2
(a) (b) (c)
图5矢量图
如果考虑L、C和r的变化情况，此时:
―U二几
〃1+◎（計沙J1+0（計紳
由此，可得到不同Q值下回路的谐振曲线变化情况，如图6所示。
图6儿种Q值下的谐振曲线
由图6可知，串联振荡电路中参数变化对频率的影响，完全体现在Q值上。
对晶闸管中频电源串联逆变器，需要它的负载为容性，其超前功率因数角为20。〜45。，为获得容性负载，中频电容必须过补偿，即工作频率必须低于谐振固有频率如。
在中频机组供电情况下，要特别注意补偿电容器问题，千万不能使机组、'自激〃，以免损坏电机绝缘。此时，除了负载补偿外，还应考虑中频发电机的内阻抗等。
3.2并联谐振回路
(1)并联谐振回路如图7所示。
图7并联振荡回路
考虑L 》r,则
当电路谐振时,
Z=Z O = T ^(7 r Z=Z 严兀=Q»
式中:
Ic =(^aCU= Qfo
由此可知，在谐振时负载阻抗为纯等效电阻负载，电源仅供给有功 电流工0。在振荡回路中的电流很大，为输出电流工。的Q 倍，因此并联 谐振为电流谐振。
(2)并联振荡回路的频率特性
根据分析串联振荡回路的方法，我们同样可以得出并联振荡回路频 率特性相类似的结果。
在Q 值不变(即电路L 、C 和r 不变)条件下负载阻抗Z 、工与频率 的关系如图8所示。
z=—
c
r U UC
•/>*+£ r=s z=—r~
图8并联振荡的频率特性电路在不同频率时的特性见表3和图9。
表3
(a) (b) (c)
图9矢量图
根据回路阻抗
L/C
J"豳一農y Jl+Q監—紳
w2—Wj
当Q值变化时，则通频带变大或缩小。Q值降低，通频带增
大；Q值增大，通频带缩小。
对晶闸管中频电源并联逆变器，必须运行在超前角30。左右，因此, 负载跟串联振荡回路一样也为容性，但工作频率s应大于负载振荡回路的固有频率COoo
对中频机组供电情况，为有效利用电源装置的容量。一般希望运行在负载的谐振频率接近于机组的固有频率（固定频率），但由于在加热过程中负载参数随温度变化而改变，因此，需要通过不断改变电容器C值來调节负载谐振频率如和功率因数CO5 J
4负载在加热过程中的变化
中频感应加热负载在加热过程中的变化受多方面因素影响，反映在负载振荡回路中的参数变化相当复杂，详细分析是比较困难的。这里就实际运行中的几个典型参数变化情况作简要说明。
通过前面的分析可知，中频感应加热负载实际上应由感应器，被加热工件和补偿电容器三部分组成，如图7所示。被加热工件有磁性材料（如铁等）和非磁性材料（如铜等）之分。不同性质的工件对温度变化的反应是不一样的。对非磁性工件而言，其在加热过程中导磁率⑴=1）不变, 则电感Ls也几乎不变，而电阻G则随温度升高而增大。对磁性工件来说，加热过程中温度变化所引起的电参数变化非常复杂，图10示出了铁磁材料p和p的温度变化曲线。由图丄0可知，在磁性变态点之前，电阻系数p和导磁率卩均在变化，一般称这种状态为冷态。当工件温度达到磁性变态点以上时，p和p均趋于稳定，这种状态称为热态。冷态加热开始时，P儿乎不变，即S也儿乎不变，此
时电阻“随P的上升而增大，当温度接近磁性变态点时，导磁率卩有明显下降，这不仅使Ls 急剧减小，同时由于渗透深度的迅速增大，因此“也减小。
图10磁性材料P和P温度变化曲线
在C和3均为不变条件下，负载阻抗Z随温度的变化参见图llo
图11负载阻抗温度变化曲线
由图可知，冷态阻抗小，热态阻抗大，这就是晶闸管中频熔炼设备为什么热炉起动容易，冷炉起动困难的原因。
图11所示的负载阻抗变化规律，对我们分析负载电路特性非常有用。根据这种特性，我们可以在电源设计时采取措施，实现恒功率输出, 还有频率自动跟踪，功率因数自动调节等。
5结语
通过对负载形式、等效电路、振荡回路以及温度变化对负载阻抗的影响
等均作了分析计算，给出了图表或提出了经验数据。
中频感应加热电源 原理
中频感应加热电源原理 中频感应加热电源是一种常用的加热设备，它利用中频电流的感应作用将电能转化为热能。该电源的工作原理主要包括电源单元、谐振电路、功率变换单元和控制单元等几个关键部分。 电源单元是提供电能的装置，通常由三相交流电源和整流电路组成。交流电源通过整流电路将交流电转化为直流电，然后进一步进行滤波，以保证电源稳定。谐振电路是中频感应加热电源的核心部分，它由电容器和电感器组成。谐振电路的作用是将直流电转化为中频交流电，并将其输出到功率变换单元。 功率变换单元主要由功率开关管和输出变压器组成，其作用是将中频交流电通过功率开关管的控制进行变换，使其达到所需的电压和电流。功率开关管可以根据负载的变化来调整输出功率，从而实现对加热过程的控制。输出变压器则是将电源提供的中频交流电转化为适用于加热设备的高电压和高电流。 控制单元是中频感应加热电源的智能化部分，它通过传感器实时监测加热过程中的温度、电流和电压等参数，并根据设定的加热要求进行调节。控制单元可以实现加热功率的精确控制和加热时间的设定，从而提高加热效率和产品质量。 中频感应加热电源具有许多优点。首先，它具有高效率和节能的特点。由于中频电流只在工件表面产生感应加热效应，因此加热效率
较高，可以减少能量的浪费。其次，中频感应加热电源具有快速加热和均匀加热的特点。由于电磁感应的作用，加热速度快且加热均匀，可以提高生产效率和产品质量。此外，中频感应加热电源还具有操作简便、自动化程度高等特点，可以提高工作环境的安全性和操作的便利性。 中频感应加热电源广泛应用于金属加热、焊接和热处理等领域。在金属加热方面，中频感应加热电源可以用于钢铁、铜、铝等金属材料的加热和熔炼。在焊接方面，中频感应加热电源可以实现金属材料的局部加热，从而实现高效的焊接。在热处理方面，中频感应加热电源可以用于金属材料的淬火、回火和退火等工艺，以改善材料的性能和延长使用寿命。 中频感应加热电源是一种高效、节能的加热设备，其工作原理简单明了。通过合理的电源单元、谐振电路、功率变换单元和控制单元的组合，可以实现对加热过程的精确控制，从而提高生产效率和产品质量。中频感应加热电源在金属加热、焊接和热处理等领域有着广泛的应用前景。
2吨中频感应加热炉技术参数大全
2吨中频感应加热炉技术参数大全 2吨中频感应加热炉是西安科信感应加热设备有限公司的节能型中频炉，根据逆变谐振的不同分为普通2吨并联中频炉和2吨串联中频炉而2吨串联中频炉又分为单台2吨串联中频炉和2吨一拖二中频炉。 2吨中频感应加热炉由1200KW中频电源、2台2吨钢壳或者铝壳中频炉，钢壳中频炉有装磁轭。根据倾炉的不同，要求用户自行选配液压倾炉或者机械倾炉。选配普通6脉冲整流变压器或者12脉冲整流变压器、选配全套水冷却系统。 一、普通经典线路2吨并联中频炉 2吨并联中频炉的1200KW中频电源采用可控硅中频电源或12脉中频电源由选配，负载采用并联谐振。12脉中频电源消除了5、7高次谐波，大大减少了电网的谐波干扰。 普通经典线路2吨并联中频炉技术参数设备配置 二、进步线路超级快速节能型串联线路2吨串联中频炉 1、单台2吨串联中频炉 单台2吨串联中频炉是串联逆变中频电炉，是串联逆变熔炼炉，由600KW中频电源采用KGPS 中频电源或12脉中频电源选配，2吨串联逆变中频炉是最节能的中频炉型：功率因数高于0.95。效率高。负载始终满功率输出，有效的缩短熔炼时间。 进步线路2吨串联中频炉技术参数设备配置 串联中频炉 型号： GWT-2T/1200KW 6脉整流电源 铝壳炉体 三相进线660v 中等配置 12脉整流电源 铝壳炉体 三相进线660v 高等配置 12脉整流电源 钢壳炉体 三相进线660v 超高配置 设备型号GWT-2/1200 技术指标（6脉）技术指标（12脉） 中频电源额定功率1200KW 频率1000Hz 1200KW频率1000Hz 中频电源进相电压3*660V 6*660V 中频电源整流形式3相6脉整流6相12脉整流 中频电源启动方式零电压启动或者扫频启动扫频启动 启动成功率100%（含重载）100%（含重载） 额定电压2800V 2800V 额定容量2T 2T 额定温度1600℃1600℃ 配中频电源规格KGPS-2/1200中频电源KGPS-2/1200中频电源 配中频炉规格GW-2钢壳或者铝壳中频炉GW-2钢壳或者铝壳中频炉熔化率2T/H 2T/H 直流电流1400A 700A 交流电流1150 A 575 A 功率因数≥0.85 ≥0.85 倾炉方式：选配减速机或者液压选配减速机或者液压 水冷电缆两根两根
中频加热电源技术说明
技术说明
中频加热电源技术说明 一、设备特点及应用： KGPS系列感应加热晶闸管变频装置时利用晶闸管将三相工频交流电（50HZ）变换成几百或几千赫兹的单相交流电。设备具有控制方便、效率高、运行可靠、劳动强度低等特点。中频感应加热技术常常应用于自动化生产线，不仅提高产品的产量，而且提高的产品的质量。 我公司生产的KGPS系列感应加热晶闸管变频装置采用了全数字电路控制，扫描式启动方式，无需任何中间继电器、同步变压器等配件元件。此线路负载适应力强，可重载启动，应用于黑色金属和有色金属（钢、铸钢、不锈钢、铜、铝、金、银、合金钢等金属）的冶炼、真空冶炼、锻件的加热和钢管的弯曲、挤压成型、工件的预热、工件表面火、退火、回火等热处理、金属零件的焊接、粉末合金、输送高温工件的管道加热、晶体生长等不同场合。 二、安装方法： 1.本装置对安装基础无特殊要求，但安装环境得参照本装置的使用条件，应安装在通风良好，不受雨水侵袭的室内，柜体与周围墙壁应保持1米以上的距离，保证柜体能fang便开启，维修，调试有足够的使用空间。 2.装置在出场前均按其技术条件经过出厂调试，但在运输过程中，由于不可避免的震动，肯能有线头松脱，螺丝松动和受潮等现象，应对上述现象进行检查、维护。 3.三相电源进线从柜顶接线柱或柜底电缆沟输入，中频输出线均从柜底电缆沟输出，有导线连接处应保持良好的接触。 4.本装置柜底内部设有接地螺栓，安装时必须良好的接地（要求连接电源变压器中性线）。
三、主回路工作原理： 晶闸管中频电源是一种将工频电能变为高频电能的变频器。它把工频交流电整流后，由逆变电路变换为较高频率的输出电流，且频率的变化范围不受电网频率的限制。其电路可分为三大部分：整流、逆变、控制及保护部分。每一部分具体电路原理分述如下： i.整流电路原理： 1)整流电路的要求 中频装置中整流电路的负载是逆变电路，逆变电路输出的有功功率是由整流电路提供的，所以要求整流电路的输出电压在规定范围内能够连续平滑的调节。中频感应加热的负载变化很大，整流电路能够自动限制输出功率、电压、电流以及通过整流电路对系统进行过电流、过电压保护。 中频电源大都采用三相全桥式整流电路，这是因为它的电压调节大，而移相控制角α（α＝９０°－０°）变化范围小，有利于系统进行自动调节。三相全控桥式整流电路的电压脉动频率较高，减轻了直流滤波环节的负担。另外，它还可以工作在有源逆变状态，当中频逆变电路颠覆时，将储存在滤波电抗器中的能量通过有源逆变方式返回网侧，使逆变电路得到保护。 2)三相全控桥式整流电路的工作原理 三相全控桥式整流电路主要是实现交流——直流变换。三相全控桥式整流电路是将输入线电压为３８０Ｖ、５７５Ｖ或６６０Ｖ工频交流电经三相全控桥式整流 电路转换为０——５１０Ｖ或０——８９０Ｖ的直流电，通过控制全控整流可控硅的导通角大小，实现输出０——５１０Ｖ或０——８９０Ｖ连续可调的直流电压输出。简明电路如图一所示。三相全控桥式整流电路的6只晶闸管可分成两组，SCR1、SCR3、SCR5为共阴极组；SCR4、SCR6、SCR2为共阳极组。在任何导电时刻，电流总是从某一相流入，先经过共阴极组的晶闸管、直流平波电抗器Ld、负载Rd，再经过共阳极组的晶闸管，由另一相流出。 图一三相全控桥式整流电路
中频感应加热电源设计
洛阳理工学院 毕业设计（论文） 题目中频感应加热电源的设计 姓名王强 系（部）电气工程与自动化系 专业应用电子技术 指导教师张刚 2013 年6月1 日
中频感应加热电源的设计 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
Design Of Induction Heating Power Of MediumFrequency ABSTRACT Induction heating power is equipped with lots of advantages such as high heating efficiency, fast speed, good controllability, which is prone to make heating of high and partial temperature ，and realize mechanization and automation. At present metal melting, work piece heat penetration, quenching, welding, casting, elbow piece, surface heating processing has been widely applied. Induction heating of medium frequency and development, current situation, and tendency related technology has been studied，and have made quite comprehensive and in the profound elaboration foundation, this article has carried on the design to main circuit and the inversion control of the 2.5kHz/250kW silicon-controlled rectifier intermediate frequency induction heating power. This design is used for big facility of mechanical heating processing. Structure of rectification circuit is easy, which makes power popularized easily. Three-phase bridge rectification circuit is used in Rectification circuit. Rectification circuit uses feedback control of two closed loop, improving the disadvantages. The foundation for inventing induction heating power of big power and super audio is made. KEY WORDS:Controllable silicon medium power,Induction heating,Inverter,Protect circuit 目录
功率可调中频感应加热电源控制系统的设计实施方案1.doc
功率可调中频感应加热电源控制系统的设 计实施方案1 毕业设计论文 课题：功率可调中频感应加热电源 控制系统地设计 院（系）： 专业： 学生姓名： 学号： 摘要 中频感应加热以其加热效率高、速度快，可控性好及易于实现机械化、自动化等优点，已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和表面热处理等行业得到广泛地应用. 本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应地硬件电路，研制了20KW中频感应加热电源. 本设计中感应加热电源采用IGBT作为开关器件，可工作在10 Hz～10 kHz频段.它由整流器、滤波器、和逆变器组成.整流器采用不可控三相全桥式整流电路.滤波器采用两个电解电容和一个电感组成Ⅱ型滤波器滤波和无源功率因数校正.逆变器主要由PWM控制器SG3525A控制四个IGBT地开通和关断，实现
DC-AC地转换. 设计中采用地芯片主要是PWM控制器SG3525A和光耦合驱动电路HCPL-316J.设计过程中程充分利用了SG3525A地控制性能，具有宽地可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流.由于HCPL-316J具有快地开关速度（500ns），光隔离，故障状态反馈，可配置自动复位、自动关闭等功能，所以选择其作为IGBT地驱动. 对原理样机地调试结果表明，所完成地设计实现了设计任务规定地基本功能.此外，为了满足不同器件对功率需要地要求，设计了功率可调.这部分超出了设计任务书规定地任务. 关键词：感应加热电源；串联谐振；逆变电路；IGBT 目录 引言(1) 1 绪论(2) 1.1 感应加热地工作原理2 1.2 感应加热电源技术发展现状与趋势(3) 2 感应加热电源实现方案研究(5) 2.1 串并联谐振电路地比较(5) 2.2 串联谐振电源工作原理7 2.3 电路地功率调节原理(8)
感应加热电源的调功率方法
感应加热电源的调功率方法 田志明 侯西伦 摘要：本文论述了感应加热电源常见的几种功率大小调节的方法，从原理到电路的实现上 进行了较详细的分析。 关键词：感应加热 中频电源 功率调节 1. 前言 感应加热在现代工业加热中已得到广泛的应用，感应加热电源的一般电路组成为AC-DC-AC ，见图1所示。与之相匹配的负载有熔炼炉、透热炉、淬火炉等。这些负载是变化的，这就需要感应加热电源输出到负载上的功率也需要进行大小的调节。如何调节功率大小，这与负载主电路的（见图2）形式和被加热金属料的要求有关，下面对此进行分别讨论。 图1 感应加热电源及负载组成框图及典型波形 图2 感应加热电源常见负载谐振电路 (a) 并联电路 (b) 串联电路 (c)串并联电路 (d)串并联升压电路 2. 整流部分调功方法 众所周之，大功率感应加热电源有很大一部分电路采用三相晶闸管组成全桥或半桥整流电路。对于全桥晶闸管电路，输出的直流电压有： αcos 35.12U U d = 整流输出功率为： d d I U P =
这里U d 是整流后的直流电压，I d是直流电流，P为直流功率，cosα为整流部分的功率因数，改变功率因素α可改变直流功率。调整整流控制脉冲电路的α角可改变输出功率。 晶闸管全桥整流电路中控制α角变化的电路较多，早期有分立元件，KJ004（KC004）专用集成电路，TC785，TC787等专用电路，也有用单片机控制的，下面用一种目前正在工业现场运行的成熟产品的数字化控制α角触发电路说明其工作原理。图3是西安产的中频电源控制电路中整流触发角α控制线路框图。图4给出了具体电路。 图3 数字化调节整流相位角电路框图 图4 数字化调节整流相位角实际电路图 工作原理：三相同步来之于三相输入工频电压的取样信号，用来复位数字计数器，脉冲宽度调节电路是对前面形成的触发脉冲定宽窄。末级驱动电路的功能是放大，隔离，组成双脉冲信号等。压控振荡器（V/f）是用PI调节器的输出电压V K的高低控制频率大小的变化，
中频电磁感应加热器设计
摘要 本文以感应加热为研究对象，简要介绍了感应加热的基本原理和特点，阐述了感应加热技术的现状及其发展趋势。本文主要研究了感应加热器的设计方法。感应加热器是利用工件中的涡流的焦耳效应将工件加热，这种加热方式具有效率高、控制精确、污染少等特点，在工业生产中得到了广泛的应用。如何设置感应线圈的参数使之满足被加热工件中性能要求普遍关注的问题。 传统的设计方法是利用线圈在整个电路中的等效电阻地位，利用一系列电磁学公式计算出线圈的性能参数。然而这种基于实验的系统设计方法却耗时费力，并且测量成本高。因此，近似模拟方法对于感应加热器的设计和研究具有重要意义。 本文的主要工作是建立感应加热器的近似设计方法。从感应加热理论的一系列经过实验数据修正过的理论曲线为依据，根据工艺要求得出相关物理参数，并通过计算得到感应器的设计参数。 关键词： 第一章绪论 1.1 国内外感应加热的发展与现状 随着现代科学技术的发展，对机械零件的性能和可靠性要求越来越高，金属零件的性能和质量除材料成分特新外，更与其加热技术密不可分。例如，加热速度的快慢不仅影响生产效率而且影响产品的氧化程度，局部温度过冷或过热可能导致产品变形甚至损坏等。由于感应加热具有热效率高，便于控制等优点，目前在金属材料加工，处理等方面得到广泛应用。 在工业发达国家，感应加热研究起步较早，应用也更为广泛。1890年瑞士技术人员发明了第一台感应熔炼炉——开槽式有芯炉，1916年美国人发明了闭槽式有芯炉，感应加热技术开始进入实用化阶段。1966年，瑞士和西德开始利用可控硅半导体器件研制感应加热装置。从此感应加热技术开始飞速发展，并且被广泛用于生产活动中。 在我国，感应加热技术起步比较晚，与世界发达国家相比存在较大的差距。直到80年代
图解中频炉工作原理
图解中频炉工作原理 中频炉采用中频电源进行感应加热，熔炼保温，中频电炉主要用于熔炼碳钢，合金钢，种钢，也可用于铜，铝等有色金属的熔炼和提温。设备体积小，重量轻，率高，耗电少，熔化升温快，炉温易控制，生产率高。 中频炉般是在工厂铸造及热处理中使用，中频炉现在已经逐步替代了燃煤炉、燃气炉、燃油炉及普通电阻炉，成为了工厂铸造及热处理的新宠。 一、中频炉工作原理 中频炉通过可控硅的整流逆变产生中频电源，送到炉体线圈上，炉体（线圈）中间产生中频电磁场，从而使炉体内的金属产生涡流，涡流再使金属产生大量的热能使得金属熔化。 中频炉主要由电源、感应圈及感应圈内用耐火材料筑成的坩埚组成。坩埚内盛有金属炉料，相当于变压器的副绕组，当感应圈接通交流电源时，在感应圈内产生交变磁场，其磁力线切割坩埚中的金属炉料，在炉料中就产生了感应电动势，由于炉料本身形成闭合回路，此副绕组的点是仅有匝而且是闭合的。所以在炉料中同时产生感应电流，感应电流通过炉料时，对炉料进行加热促使其熔化。 中频炉也是种电磁炉，工作过程如下：先是通过个逆变电源，把三相交流电整流（用晶闸管）变成单相直流电，然后由逆变桥逆变成种500-1000Hz的中频脉冲交流电，再通过炉胆内的铜圈形成磁场，磁场使圈内的钢材产生涡流，涡流流过被加热的钢材，产生热量，从而达到熔炼钢材的目的。中频电炉般频率为800-20000Hz。
二、中频炉工作原理图解 本机的主电路框图如图所示。整流器采用三相桥式控整流电路，逆变器采用单相桥式逆变电路，负载为并联谐振形式，直流滤波环节为大电感滤波，以满足并联逆变器的输入要求。 交——直——交变换器 1、三相桥式控整流电路
中频感应加热炉技术方案
500kw×2中频感应加热炉技术方案 一、加热工艺及技术要求 1。1用途：与2500吨压力机配套，锻造汽车前桥的坯料加热； 1.2 工件材质:中碳钢 1。3 加热温度:1250℃ 1.4 温差要求：径向温差≤60℃，首尾温差≤80℃； 1。5 加热部位:整体加热 1。6 典型坯料尺寸: 【注】：应厂方要求，按2台500kw组合加热方式。 二、总体设计方案概述： 2。1、功率：中频加热炉2台总功率1000KW，标称频率500hz。 2。2、配置感应器型号与结构：GTR-190×2500,基本参数如下: 2.3、炉子结构：按照厂方要求，炉体做成双工位，每一个工位500kw，组合加热，它们之间错开一个时间节拍，互补进料，交替出料，组合加热时的节拍180秒，单独运行时的节拍为360秒. 2。4、备料方式:采用地面提升机将坯料提升到储料架上.储料台一次可储存4 颗料； 2。5、进料方式：采用气缸推料，步进式进料方法； 2.6、出料方式:出料端采用辊道接送坯料； 2。7、温度检测与分选：出炉口装有红外测温仪，对出炉坯料超高温、超低温、正常温度进行三分选 2。8、整体结构如图示： 三、供电变压器： 3.1、为二台中频炉供电的变压器必须是专用整流变压器，这是因为大功率变频器会对
电网产生谐波污染,因为整流变压器采用Y/△接法，阀侧Y-12和△-11的线电压相位相差30°使二台中频电源的Y组整流和△组整流电压纹波也有30°相位差，两组六相脉动波合成12相脉动波。这两个电流波形在变压器网侧绕组当中的合成电流波形能有效抑制5次、7次谐波的产生。 3.2、整流变压器与二台中频电源的接法图示: 3。3 、ZS-1250-10/0.38整流变压器技术参数： ●额定容量:1250KVA；网侧额定电压：10±5%（KV） 3Φ/ 50HZ ●阀侧Ⅰ额定容量：625(KVA) ●阀侧Ⅰ额定输出电压:380（V） ●阀侧Ⅱ额定容量: 625（KVA) ●阀侧Ⅱ额定输出电压：380 （V) ●连接组别： D do yn11； ●阻抗压降：Uk=7％ ●网侧、阀侧之间加屏蔽,减少谐波对网侧的冲击。 ●具有低损耗、高可靠、低噪音、低温升等优点。 ●具有轻瓦斯报警,重瓦斯跳闸；油温报警，跳闸;压力释放等保护。 3.4、变压器采用的技术标准： ●GB/T18494。1—2001 «工业用变流变压器» ●JB/T8636—1997 «电力变流变压器»。 四、中频炉的水冷却系统: 4。1、冷却水是中频炉的“生命"，硬水受热后易产生污垢堵塞管道.因此建议中频电源柜和电容器部分采用软水冷却器来冷却。 4。2、FL—350B闭式冷却器:该冷却机组可同时用来冷却二台500kw的中频电源。它以 纯水(软化水)为冷却介质，以蛇形铜管为散热器，全封闭式循环水，利用风机的作用将热 量带走,必要时还可以通过喷淋器喷水增强冷却效果。回水总管安装了水温传感器，运行时 可对冷却效果进行全过程控制.它冷却原理如图示: 4.3、 FL—350B软水冷却机技术参数：
中频感应加热
中频感应加热 ZD系列中频感应加热电源说明书 一、概述 ZD系列中频加热电源是江苏油田工程院的专利产品。(专利号为97220550. 0) ZD系列中频加热电源应用了现代电力电子技术，重量轻，效率高，具有过流、短路等自动保护功能，并且输出功率由温度控制传感器进行自动调节。采用该中频电源的电加热系统通过对输出电压和频率的调节，可以对最大加热长度范围内的任意长度的负载进行加热，具有使用寿命长，效率高，体积小、重量轻等优点。ZD 系列中频加热电源可以应用于地面集输管线感应加热和井下空心抽油杆加热。 二、工作原理 中频电源首先将三相380V交流电整流成直流电，并滤波。然后再运用电力电子器件IGBT，把直流电逆变成频率和占空比连续可调的单相中频交流电。最后通过隔离变压器，将单相中频交流电输送给加热负载。 三、型号说明 Z D , ? 额定容量(kVA) 电源 中频 四、使用条件 1、环境温度:,15?,，40? 2、空气相对湿度不大于90, 3、使用场所无严重的振动，周围环境无灰尘、腐蚀性气体
4、输入电压:三相四线交流电 50Hz，380V?10,，机壳接零 五、技术数据(仅供参考) 型号 ZD-10 ZD-20 ZD-35 ZD-50 额定容量 10kVA 20kVA 35kVA 50kVA 输入电压 380V?10, 380V?10, 380V?10, 380V?10, 输入电流 5,15A 10,30A 15,55A 20,75A 输出电压 0,240V 0,300V 0,400V 0,500V 装置重量 50kg 80kg 110kg 150kg 加热长度 ,200米 ,400米 ,700米 ,1000米 六、安装方法 1、中频感应加热电源与油井的距离R?15m，对轻烃气含量高的油井要求 R?20m。 2、中频感应加热电源室内安装时，电源装置左右两侧对墙体的距离应?1m，电源装置后面对墙体的距离应?0.5m，不得倾斜。 3、中频感应加热电源室外安装时，应放置在一个相应的防雨外壳内，防雨外壳上下通风，不得倾斜，防雨外壳对其它设备的距离应?1m。 4、中频电源上部接线柱用四芯铜电缆外接三相380V电网，电源装置机壳用接地线可靠接地; 5、中频电源下部的两个接线柱用单芯铜电缆分别引至加热负载; 中频电源型号四芯输入铜电缆规格接地线规格 相线零线 ZD-10 4 mm2 2.5 mm2 2.5 mm2 ZD-20 6 mm2 4 mm2 4 mm2 ZD-35 10 mm2 6 mm2 6 mm2 ZD-50 16 mm2 10 mm2 10 mm2 七、操作方法
加热感应负载匹配
加热感应负载匹配 随着电力电子技术及器件的开展，固态感应加热电源已在金属熔炼、透热、淬火、热处理、焊接等行业得到越来越广泛的应用。对于热处理行业的大局部负载来说，感应加热电源设备须经过负载阻抗匹配后才能正常工作。所谓负载阻抗匹配就是为了使电源输岀额定功率，而采取的使负载阻抗等于电源额定阻抗的方法和措施。 h Id h 图1 不同负载情况下的负载电流 对于一台电源设备，其额定电压UN和额定电流IN取决于电源本身，为使电源能输岀额定 功率，要求有适宜的负载阻抗Z=ZN=UN/IN与电源匹配，如果Z K ZN,电源与负载不匹配，电源 利用率就降低。以简单的直流电压源为例：电源额定电压Ud=400V,额定电流ld=400A，额定阻 抗|Zd|=1 Q ,负载阻抗|Z|=1 Q时，电源输岀额定功率；|Z|=0.5 Q时，输岀电流为 匸Ud/|Z|=400/0.5=800A ，电源过载；|Z|=2 Q 时，输岀电流为l=Ud/|Z|=400/2=200A ，电源轻载。图1可清楚的说明以上所说情况。图1中，线1表示负载与电源匹配，线2表示电源 重载，线3表示电源轻载。电源与负载不匹配时，为保证不损坏电源设备，只能降额运行，降低了电源利用率，适当的匹配可以使电源全功率运行，保证设备正常运转，减少故障。在实际中，很少有负载阻抗恰好等于电源额定阻抗的情况，负载匹配是感应加热装置平安可靠经济运行的一个必不可少的环节，是感应加热电源负载侧设计的重要内容。
图2 匹配电審方法之一 图3 朋配也容方法之二 圈4 匹配业容方法■之三 2负载等效电路分析感应加热装置的感应器支路可以等效成一个电阻和一个电感串联或 并联的形式［1］，等效的电感、电阻是感应器和负载耦合作用的结果，其值受感应器与负载耦合程度的影响。等效感应器支路是一个感性负载，功率因数很低，需参加电容器进行无功补偿，补偿电容器与感应线圈的连接方式有串联和并联两种形式，从而形成两种根本的谐振电路：并联谐振电路、串连谐振电路。为了提高效率和保证逆变器平安运行，固态感应加热电源一般工作在准谐振状态，串联谐振电路和并联谐振电路的特性，见表1。
中频感应加热负载分析
中频感应加热负载分析 1前言 感应加热是电热的一种好的形式。置于交变磁场中的金属工件，由于电磁感应而直接在工件自身产生涡流发热。感应加热具有加热时间短，效率高，便于控制温度，保证加热质量，改善劳动条件，易于组合自动线生产，因此得到越来越广泛的应用。 通常，在150～10×103 Hz频段的感应加热称为中频感应加热。 中频感应加热负载有熔炼、透热、淬火、焊接以及烧结等。本文主要分析普 遍应用的熔炼、透热和淬火负载，如图1所示。 (a)熔炼(b)透热(c)淬火 图1负载示意图 2负载等效电路 由图1可知，中频感应加热负载有一个共同特点，就是均由一个具有很大电 感的空心线圈与被加热工件组成工作负载。因此，它是一个功率因数很低的感性负载。 我们常把具有很大电感的线圈叫做感应器。感应器是将电能转换为热能的关键。当在感应器内通以中频大电流而产生强磁场时，便在被加热工件中感应出很大涡流。为分析方便，我们把中频感应加热负载等效为一个变压器，感应器视为 原边绕组，工件视为副边绕组，于是便得到了负载等效电路，如图2所示，其中r1、x1表示感应器的电阻与电抗，x12表示互感抗，r2、x2表示被加热工件的电阻与电抗。
图2负载等效电路当感应器输入中频电压U时： 求解，可得 设ρ为阻抗变换系数 则 由此可知： 负载电阻r f=r1+ρ2r2 负载电抗x f=x1-ρ2x2 负载阻抗 负载功率因数 有功功率P y=I21r f 无功功率P w=I21x f 负载品质因数 Q与cos关系
对中频感应加热负载来说，通常x f r f，因此，cos很低，典型负载的Q值和cos值见表1。 求解，可得设ρ为阻抗变换系数则由此可知：负载电阻r=r+ρr负载电抗x=x-ρx负载阻抗负载功率因数 有功功率P=Ir无功功率P=Ix负载品质因数Q与cos关系对中频感应加热负载来说，通常xr，因此，cos很低，典型负载的Q值和cos 值见表1。 表1 求解，可得设ρ为阻抗变换系数则由此可知：负载电阻 r=r+ρr负载电抗x=x-ρx负载阻抗负载功率因数有功功率 P=Ir无功功率P=Ix负载品质因数Q与cos关系对中频感应加热负载来说，通常xr，因此，cos很低，典型负载的Q值和cos值见表1。 cos值0.05 3负载振荡回路 从表1可知，中频感应加热负载为值很低的感性负载。为提 高功率因数，有效利用电源容量，采用中频电容器补偿无功功率，这样 便组成了振荡回路。 根据补偿形式，可分为串联振荡回路和并联振荡回路。 3.1串联振荡回路 (1)串联振荡回路如图3所示。
(完整版)中频感应加热炉温度控制系统的数学建模大学毕业设计
中频感应加热炉温度控制系统的数学建模 摘要：通过对中频感应加热炉温度控制系统的数学建模，可以更精确的对温度进行控制，从而得到电源功率与温升的最佳方案，使电能得到最高效的利用，从而在最快的时间内达到所需要的最准确的温度，减少工件的废品率，并提高生产效率。本文运用电磁学及热学的知识，研究中频感应加热炉温度控制系统电源输出功率与被加热材料电涡流的关系；电涡流与发热量的关系；发热量与温升的关系。从而得出电源的输出功率与被加热材料温升的电-热学模型。数学模型中运用金属材料学的知识考虑材料电阻、比热随温度变化而变化的影响，得出在这些条件影响下的数学模型。简化得出的加热炉温度控制系统为一阶惯性系统。以某中频感应加热炉为例，计算各环节的数学关系并建立其温度控制系统的数学模型。这些研究工作为系统的仿真、技术培训及控制优化提供了理论基础。 关键词：中频感应加热炉；温度控制系统；数学模型；感应线圈；涡流；发热量； 温升
The mathematical modeling of temperature control system about medium frequency induction heating
furnace Abstract：Based on the medium frequency induction heating furnace temperature control system modeling, can be more accurate temperature control, so as to obtain the power and temperature rise is the best solution, so that electricity can be the most efficient use, resulting in the fastest time to meet the needs of the most accurate temperature, reduce the reject rate, and improve production efficiency. In this paper, using the electromagnetic and thermal knowledge, study of the medium frequency induction heating furnace temperature control system power supply and the material to be heated electric eddy current; eddy current and heat; heat and temperature relationship. Thus the power output and the material to be heated temperature electro thermal model. A mathematical model using metal material science knowledge considering material, heat resistance changes with temperature effects obtained in these conditions, mathematical model. Simplify the heating furnace temperature control system as an inertial system. A medium frequency induction heating furnace as an example, the mathematical relationship between the calculated to establish the mathematical model of the temperature control system. The research on the system provides theoretical basis for simulation, technical training and Control optimization theoretical basis .