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中頻感應(yīng)加熱器槽路諧震頻率的公式

有沒(méi)有人知道的？: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2017-11-08

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摘要: 在中頻感應(yīng)加熱過(guò)程中, 一方面, 感應(yīng)爐要加工不同的材料, 另一方面, 同一種材料在加熱的過(guò)程中, 它的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生變化; 這兩者都會(huì)使系統(tǒng)的功率因數(shù)發(fā)生改變, 從而影響了系統(tǒng)的工作效率; 文章介紹了影響功率因數(shù)的參數(shù)及諧振頻率跟蹤調(diào)節(jié)器的原理, 給出了詳細(xì)的電壓電流隔離采樣原理圖, 并描述了單片機(jī)內(nèi)部功率因數(shù)檢測(cè)的過(guò)程; 詳細(xì)介紹了一個(gè)實(shí)際的基于系統(tǒng)集成單片機(jī)的控制方案; 實(shí)踐證明, 該方案提高了設(shè)備的功率因數(shù), 擴(kuò)大了設(shè)備的加工對(duì)象。關(guān)鍵詞: 感應(yīng)加熱; 諧振頻率; SOC;中頻感應(yīng)爐金屬易拉罐包裝在目前飲料業(yè)被廣泛采用。在易拉罐制造過(guò)程中 , 有一道蓋子注膠烘干工藝 , 烘干的方法對(duì)所生產(chǎn)易拉罐的質(zhì)量起到很重要的作用。目前所用的蓋子注膠烘干爐全部是傳統(tǒng)電熱管加熱形式。傳統(tǒng)的加熱爐加熱時(shí) , 存在“起褶” 、“起泡”等質(zhì)量問(wèn)題 , 同時(shí)設(shè)備體積大、能耗高、噪音大等缺點(diǎn)。感應(yīng)加熱由于直接對(duì)蓋子本身進(jìn)行加熱 , 所以能消除起皺的質(zhì)量問(wèn)題 , 減少了熱傳導(dǎo)環(huán)節(jié) , 所以具有體積小 , 基本無(wú)噪音 , 節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)?；谝陨显?, 中頻加熱爐替代傳統(tǒng)電熱管烘干爐的趨勢(shì)不可避免 , 具有廣闊的市場(chǎng)前景和社會(huì)效益。國(guó)內(nèi)外也出現(xiàn)了許多中頻感應(yīng)爐 , 如加拿大的 M. Tenti等人成功的研制出 GTO 串聯(lián)逆變中頻感應(yīng)爐[1 ]。K. Manch將 GTR中頻電源的功率級(jí)提高到 300kW[2 ]。日本先后研制出以 SIT、SITH 為功率開(kāi)關(guān)的感應(yīng)加熱電爐[3 ]。在中頻感應(yīng)熔煉爐過(guò)程中 , 當(dāng)被加熱工件的特性比如材質(zhì) ,形狀 , 大小等發(fā)生改變時(shí) , 往往導(dǎo)致功率因數(shù)的改變 , 而目前一般的中頻感應(yīng)加熱器的工作頻率 , 往往由技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試而得 , 由于缺少實(shí)時(shí)系統(tǒng)辨識(shí)功能和實(shí)時(shí)頻率調(diào)節(jié)功能 , 所以一旦調(diào)好 , 實(shí)際工作頻率就不隨被加熱物的改變而改變。當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有工作在諧振頻率上時(shí) , 部分能量就浪費(fèi)在蓄能元件 (主要是線圈) 上 , 使得線圈溫升加大 , 降低了加熱效率 , 有時(shí)甚至不能滿足生產(chǎn)工藝的要求。針對(duì)以上問(wèn)題 , 本文給出了一個(gè)系統(tǒng)諧振頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng) , 使工作頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)諧振頻率 , 從而大大提高了系統(tǒng)的智能化。1 　影響功率因數(shù)的參數(shù) 體現(xiàn)感應(yīng)加熱加熱效率的主要參數(shù)是功率因數(shù)。一般感應(yīng)中頻爐的功率因數(shù)都比較低 , 無(wú)鐵心爐的功率因數(shù)僅為 0105～0125 , 有心爐的功率因數(shù)也僅在 012～019 之間。具體的功率因素和被加熱工件的材質(zhì)有很大關(guān)系。金屬在加熱的過(guò)程中 , 它的導(dǎo)磁率和電導(dǎo)率都會(huì)發(fā)生變化 , 雖然這也會(huì)影響到諧振頻率 f 0 的變化 , 但是 , 由于制蓋機(jī)加熱的溫度不過(guò) 100 ℃左右 , 所以這個(gè)影響因素是次要的 , 可以忽略。所以下面主要分析電感量的變化對(duì)諧振頻率的影響。中頻爐線圈和被加熱工件組成一個(gè)電氣系統(tǒng) , 可以看成是有一個(gè)大電感和一個(gè)小電阻串連的一個(gè)回路 , 當(dāng)外部激勵(lì)電源的頻率與系統(tǒng)本身的諧振頻率相一致時(shí) , 電流與電壓同相 , 功率因數(shù)取得最大值。串聯(lián)中頻爐系統(tǒng)本身的諧　　其中, f 0 是系統(tǒng)的諧振頻率, C是和線圈串連的電力電容,L 是線圈和被加熱工件一起組成系統(tǒng)的電感量, R是系統(tǒng)電阻,取線圈電阻和接線接觸電阻之和,一般很小(一般是毫歐級(jí)) ,當(dāng)工作溫度比較低時(shí),可以忽略不計(jì),此時(shí),上式簡(jiǎn)化成:　　可見(jiàn),影響諧振頻率改變的參數(shù)主要有兩個(gè),即串連的電容和系統(tǒng)的電感。在實(shí)際工作中,電容的變化是被動(dòng)的,通過(guò)切換成不同的容量,來(lái)適應(yīng)由于電感的變化而帶來(lái)的功率因數(shù)的降低。電感的變化是主動(dòng)的, 也即是真正的由外部工作條件的改變而引起變化的變量,是導(dǎo)致系統(tǒng)諧振頻率改變的根本因素。系統(tǒng)電感量有兩部分組成 , 線圈本身的電感和由于工件而產(chǎn)生的附加電感。當(dāng)磁性金屬進(jìn)入線圈中時(shí) , 等效于一個(gè)異型鐵心 , 增大了線圈的電感 , 工件的形狀、材質(zhì)不一樣 , 增強(qiáng)效果也不一樣; 反之亦然. 當(dāng)工件離開(kāi)線圈時(shí) , 線圈的電感會(huì)下降 , 所以在整個(gè)過(guò)程中 , 電感量始終處于波動(dòng)狀態(tài). 這在制蓋機(jī)連續(xù)工作的生產(chǎn)流水線上體現(xiàn)得更為明顯。 2 　諧振頻率跟蹤原理根據(jù)上面影響功率因數(shù)參數(shù)的分析 , 分別是電感、電容及工作頻率。其中 , 由于加工過(guò)程中 , 材料的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生變化[5 ], 不可避免的帶來(lái)了電感的變化 , 同時(shí)也導(dǎo)致了功率因數(shù)的降低。分別通過(guò)調(diào)整其他兩個(gè)參數(shù) %%電容和工作頻率 , 都可以有效的提升功率因數(shù)。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)功率因數(shù)的方法是電容補(bǔ)償。通過(guò)調(diào)節(jié)切換不同的電容組 , 改變系統(tǒng)中電容的容量來(lái)改變系統(tǒng)的諧振頻率 , 使諧振頻率向工作頻率靠攏。電容切換方法技術(shù)成熟 , 實(shí)施方便操作簡(jiǎn)單。但是 , 由于電容的個(gè)數(shù)和組數(shù)有限 , 比如 4 組電容通過(guò)組合 , 只能實(shí)現(xiàn) 16 個(gè)不同容量的狀態(tài) , 分段很粗糙 , 不能將功率因數(shù)提升到一個(gè)理想的水平。同時(shí) , 實(shí)時(shí)性差 , 不能跟隨諧振頻率的改變而快速切換。另一提高功率因數(shù)的途徑是和調(diào)節(jié)電容法相反 , 通過(guò)調(diào)節(jié)工作頻率來(lái)使之向諧振頻率靠攏 , 通過(guò)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)工作頻率 , 最大限度的提升感應(yīng)爐的功率因數(shù)。在這里 ,將作詳細(xì)分析。功率因數(shù)是電流落后與電壓相位角的余弦 cosφ。當(dāng)φ= 0 時(shí), 功率因數(shù)取得最大值, 隨φ的增大, 也即隨著電流落后電壓相位差的增大, 功率因數(shù)逐漸減小, 當(dāng)φ= 90° 時(shí)減小到零。所以, 只要對(duì)系統(tǒng)的電流和電壓波形進(jìn)行采樣, 根據(jù)過(guò)零點(diǎn)的位置, 取得電壓和電流之間的相位差, 就可得到系統(tǒng)實(shí)時(shí)的功率因數(shù)。現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展, 可以方便的實(shí)現(xiàn)連續(xù)的無(wú)級(jí)調(diào)諧。利用單片機(jī)的實(shí)時(shí)處理能力, 對(duì)線圈兩端的電壓和流過(guò)電流的過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行同步采樣, 從而得到系統(tǒng)實(shí)時(shí)的功率, 和給定現(xiàn)實(shí)的理想功率因數(shù)相比較, 得出誤差, 經(jīng)計(jì)算得出系統(tǒng)工作頻率的修正量, 將此修正量轉(zhuǎn)化成 PWM 的形式后, 通過(guò)光耦隔離傳輸?shù)?IG BT逆變器頻率調(diào)節(jié)端, 對(duì)工作頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)在線調(diào)節(jié), 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)諧振頻率的跟蹤, 如圖1所示。調(diào)整策略如下:(1) 當(dāng)系統(tǒng)工作在感性狀態(tài)時(shí), 功率因數(shù)是正的, 否則是負(fù)數(shù);(2) 當(dāng)系統(tǒng)工作在感性狀態(tài)時(shí), 降低電源工作頻率;(3) 當(dāng)系統(tǒng)工作在容性狀態(tài)時(shí), 提高電源工作頻率。本文針對(duì)目前中高頻感應(yīng)加熱器的諧振頻率不能自適應(yīng)調(diào)整的情況 , 提出了利用單片機(jī)控制的方法 , 使之能夠在加熱過(guò)程中能夠自動(dòng)調(diào)整工作頻率 , 從而使電路工作在最佳的狀態(tài)。實(shí)踐證明這種方法可自動(dòng)適應(yīng)不同材質(zhì) , 不同形狀的加熱物體 , 提高了設(shè)備的功率因數(shù) , 擴(kuò)大了設(shè)備的加工對(duì)象。: 回答者：網(wǎng)友

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