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
初，感应加热设备才有一定的应用，但因其与其它加热方式相比在节能和无环境污染等方面的显著优势，近几年来得到了长足的发展，已经广泛应用于钢铁、石油、化工、有色金属、汽车、机械、和军工产品的零部件热处理方面，且随着感应加热技术的进一步发展，其市场应用前景将越来越广阔。
金属感应热处理中的加热目标是将金属加热到特定温度分布，比如热轧，不仅要求表面达到一定的温度，而且要求工件加热温度均匀，即工件径向与轴向温差小。在此特定温度下进行轧制既能保证能源的合理利用，又能使轧制力在正常范围内以方便轧制。又如在淬火加热中，除了表面温度要求外，对加热层厚度也有不同要求。所有这些都要求加热功率、加热时间等工艺参数选择合理。而在实际生产中，生产过程的复杂性以及人工控制的不精确性和随机性，可能就会产生两种不希望出现的情况：一是加热功率过大，加热时间过短。虽然钢坯的表面温度已达到要求，但钢坯内部却没达到工艺温度分布要求，将会影响后续工艺。如在轧制过程中，如果钢坯没被加热透，硬度较大，不仅对热成型的成品、半成品的质量造成很大影响，损坏产品信誉，而且会使轧制钢坯的轧锟逐渐产生裂纹，严重缩短轧锟的寿命，导致轧锟仅在短短数月甚至是一个月左右就不能再用。而轧锟成本一般比较高，会给工厂造成较大的损失；二是加热功率过小，加热时间过长。这种情况不仅会增加氧化皮含量，而且浪费能源。在能源价格日益上涨和能源危机日趋严重情况下，应尽可能避免这种现象发生，以节约能源，造福后世。同时加热时间过长也会降低工厂的生产率，增加产品的成本。
总而言之，加热炉内的加热温度，一方面影响加热炉的能耗和工件烧损，另一方面又影响后续工艺。将工件温度控制在合理的范围内，既可保证产品的性能，又可使加热炉和后续设备的总能耗最低。因此，如何在复杂的生产过程中有效地控制加热温度是当前迫切需要解决的问题。要有效地控制加热温度，其中最关键的是在确定钢坯表面温度的同时，也确定钢坯的芯部温度，然而就目前的测温技术而言，很难用仪器直接测量出被加热钢坯的芯部温度。目前的做法是热处理完毕之后，在室温状态下通过解剖方法测定组织状态和残留应力分布情况下来进行估算。这种算法不仅耗费大量人力、物力、和时间，而且所得的仅是某一零件、某一具体工艺条件下的最后情况，很难获得直接推广应用的规律性成果。故目前感应加热热处理工艺大多数还是建立在定性分析基础上，凭经验制定的，生产力迅速发展要求的高质量、低成本相去甚远。
1.2 感应加热的优点
1）加热速度快：用电磁感应加热时，温度上升的速度远比用石油或煤气加热的速度快得多；2）铁屑损耗少：快速加热能有效地降低材料损耗。而用煤气为燃料的装置，加热速度慢，损耗很大；
3)启动快：在有些加热装置中，有很多耐火材料，加热启动时它们吸收热量，即装置的热惯性大。感应加热不存在这类问题，因而启动快；
4)节能：不工作时感应加热电源可以关闭，因为感应加热启动快的特点，而对其他装置来说，由于启动慢，不工作时，也必须维持一定的加热温度；
5）生产效率高：由于加热时间短，感应加热可以提高生产效率，降低成本。除此之外，感应加热还有便于控制、易于实现自动化、减少设备占地面积、工作环境安静、安全、洁净、维护简单等优点。
第二章感应加热基本原理
2.1 感应加热原理及主要特点
2.1.1 电磁感应与涡流发热
感应加热实质是利用电磁感应在导体内产生的涡流发热来加热工件的电加热，它是依靠感应器通过电磁感应把电能传递给被加热的金属，电能在金属内部
转变为热能，达到加热金属的目的。以加热圆柱形工件为例，其原理如图2.1，电流通过线圈产生交变的磁场，当磁场内磁力通过待加热金属工件时，交变的磁力线穿透金属工件形成回路，故在其横截面内产生感应电流，此电流称为涡流，可使待加热工件局部迅速发热，进而达到工业加热的目的。
感应加热基本原理可以用电磁定理和焦耳一楞次定理来描述，电磁感应定理内容为：当穿过任何一闭合回路所限制的面的磁通量随时间发生变化时，在回路上就会产生感应电动势e: d e dt
φ=- 需要加热的金属工件自成回路，在横截面内产生感应电流，此电流称涡流，并用表示f I ，其值取决于感应电动势E 和涡流回路的阻抗Z ：
22f L
E I Z R X ==+
式中：
E ——感应电动势等效值；
R ——涡流回路内的电阻;
L X ——涡流回路内的感抗；
由于Z 值很小，涡流If 可以达到很高的数值，在此电流流动时，为克服导体本身的电阻而产生焦耳热，因而能在极短时间里加热工件到很高的温度。
感应电动势使工件导体中产生涡流i ，进而产生焦耳热Q 。这一过程可用焦耳一楞次定律表达为：
2Q i Rt = （2.3）
感应加热的加热过程是电磁感应过程和热传导过程的综合体现，电磁感应过程具有主导作用，它影响并在一定程度上决定着热传导过程。热传导过程中所需要的热能是由电磁感应过程中所产生的涡流功率提供的。应当指出，对磁铁材料来讲，除涡流产生热效应外，还有磁滞热效应，但这部分热量比涡流产生的热量小得多，故在以后的讨论中我们将忽略此部分的
热量。
2.1.2 集肤效应及透入深度
众所周知，直流电流经导体时，电流在导体截面上是均匀分布的，而当给一个圆形断面直导线通以交流电时，这时电流在导体截面上的分布将不再是均匀的，导体表面上各点的电流密度最大，而在导体中心轴线上电流密度最小，由外表面向内层以幂指数规律逐渐递减，这种现象叫做集肤效应，也称表面效应或趋肤效应。在感应加热中，电源电流是交流电，工件中的感应电流也是交流电流，因此同样具有集肤效应，在此效应作用下，工件中的电流密度分布是不均匀的，以圆柱形工件为例，设表面的电流Io ，沿工件半径方向x 方向的电流密度为：
x r D I I e δ-= （2.4）
当 x=δ，x D I I =，即为表面层密度的36.8%，把电流密度为Io/e 的σ层称为电流透入深度。可以计算出，在σ层中放出的能量为86.5%。在设计使用时，认为金属被加热的能量先在 层产生，内层金属靠传热传导而被加热。实际上工件表面σ的地方，电流密度就差不多降到零。电流透入深度σ可按下式计算：
σ 式（2.5）中：
ρ——工件的电阻率（cm •Ω），一般来说金属的温度越高，其电阻率越大，当温度从0o C 升高到0(850~900)C 时，钢的电阻率增加4~5倍，而且可大致认为，在0(850~900)C 温度范围内，各类钢的电阻率几乎相等，约为410cm -•Ω；
μ——工件的相对磁导率，真空中和非铁磁性物质其取值1，磁铁性物质在居里点以下时远大于1，居里点以上时接近1；
f ——电源频率（Hz ）；
由式（2.5）可以看出，电流透入深度取决于电流频率f 、零件材料的电阻率ρ和磁导率μ。在材料ρ和μ一定时，可以通过调节f 来调节δ，也就是说对于工件的加热厚度可以方便的通过调节电源频率加以控制，频率越高，工件的加热厚度就越薄，这种性质在工业金属热处理方面获得广泛的应用。
需要说明的是，对磁铁物质而言，式2.5表示材料在失磁前的涡流透入深度，称为“冷态的涡流透入深度”，随材料温度的上升，会导致ρ增大和μ下降，从而使涡流分布平缓，透入深度增大。当温度上升到磁性转变点时，由于其中μ急剧下降，可使涡流透入深度增大几倍至几十倍。材料在失去磁性后的涡流透入深度称为“热态的涡流透入深度”，对于钢铁材料在0
800C 热态时的涡流透入深度δ热可按式2.6求出：
δ热
2.1.3圆环效应
圆环形的导体通过高频（或中频）交变电流时所产生的磁场在环内空间集中，环外分散，见图2.2。.环内的磁通不仅穿过环外空间，同时也穿过环形导体自身，这样就使环形导体外侧交链的磁通多于内侧，于是环形导体外侧产生较大的感应电动势，迫使电流在环形导体内侧的电流透入深度层中流过，这种现象称为电流的圆环效应或环状效应。环状效应使感应器上的电流密度集到感应器内侧，对加热零件外表面十分有利，但对加热零件内孔时，此效应使感应器电流远离加热零件表面，是有害的。
如图2.2，在圆环导体中通以交流电时，所产生的磁通在环内空间集中，环外分散，最大电流密度分布在环状导体内侧，这种现象叫环状效应，也叫圆环效应。圆环效应的实质是环形感应器的临近效应。
图2.2 圆环效应
2.1.4 透入式加热和传导式加热
当感应线圈刚刚接通电源，工件温度开始明显升高前的瞬间，涡流在零件中的透入深度是符合冷态分布式（2.5）的。由于越趋近零件表面涡流强度越大，因此表面升温也越快。当表面出现已超过失磁温度的薄层时，加热层就被拆分成两层：外层的失磁层和与之毗邻的未失磁层。失磁层内的材料导磁率μ的急剧下降，造成了涡流强度的明显下降，从而使最大的涡流强度出现在失磁层和未失磁层的交界处。涡流强度分布的变化，使两层交界处的升温速度比表面的升温速度更大，因此使失磁层不断向纵深移动，零件就这样得到逐层而
连续的加热，直到热透深度δ
为止。这种加热方式称为透入式加热。
热
当失磁的高温层厚度超过热态的涡流透入深度δ
后，继续加热时，热量基本上是依靠
热
在厚度为δ
的表层中析出，而在此层内越靠近表面，涡流强度和所得的能量越大。同时，热
由于热传导的作用，加热层的厚度将随时间的延长而不断增大。当零件的加热层厚度远远大于材料在该电流频率下热态的涡流透入深度时，那么这种加热层就是主要依靠传导式方式获得的，其加热过程及沿截面的温度分布特性与用外热源加热（如在炉内加热或火焰加热）的基本相同，为热传导加热方式。
热总是从温度高的地方向温度低的方向转移，称之为热传递。从微观来看，就是区域分子受到外界能量冲击后，由能量高的区域分子传递至能量低的区域分子。热传递主要有三种方式：传导、对流和辐射。固体的热传递方式就是热传导。热传导是指完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。从微观角度看，热传导是依靠物体中分子、原子或自由电子等微观粒子的热运动而进行的热能传输过程。其基本定律是傅里叶定律，级单位时间内通过单位截面积的导热能量与温度梯度成正比。
dT q k dx
=- q 表示热流密度，k 为导热系数，“-”号表示热量流向温度降低的方向。
在感应加热过程中，由于生电流焦耳热作为内热源来加热工件表面，然后依据传热导作用，使加热工件的温度由表层向内层逐层升高。
2.1.5 感应加热的能量参数
在一定时间内涡流透入层的温度，以及加热层向心部的发展速度，均取决于单位时间内向零件单位表面积所提供的能量，即比功率0P 。决定感应加热速度和最终温度的最基本参数是加热比功率和加热时间，他们的数值大小可以表征零件所获得的能量，故称为感应加热的能量参数。比功率可用下式表示：
0L P P S =
式（2.8）中
L P —零件被加热表面所得的功率（kw ）;
S —零件同时被加热的表面积（2cm ）；
比功率的理论值对于不同的加热规范有一定的范围，比如在同时加热的中频淬火中，常采用的比功率是（0.8~1.5）2kw cm 。实际选择比功率时要考虑集体因数的影响。实际运行中0P 的大小可由下式确定：
002
P K I =式（2.9）中
0K —决定于感应线圈和零件几何尺寸的系数；
2I —感应器中的电流
由式（2.9）可知，在频率f 一定时，加热过程中零件的ρ和μ的变化，将使比功率0P
发生变化。在其他参数一定时，0P 子，它反映材料在一定温度下对电磁的吸收能力。另外，在一般的感应加热条件下，零件材料的ρ和μ的变化，反过来又将引起感应器中电流2I 的表变化。这是因为负载的阻抗随着
ρ的变化而发生改变引起的。由式2.9可知，加热比功率0P 与22I 成正比，因而引起加热比
功率的显著变化。22I 对比功率的影响是通过改变电磁强度而实现的。此零件在加热过程中
比功率的变化来自于三方面：（1;(2)电磁场强度的改变（2I 的
改变）；（3）电流频率的影响，在2I 和ρμ相同条件下，0P 和f 成正比。由于比功率在加热过程中是变化的，所以在许多情况下常常采用平均比功率（在整个加热周期内比功率的平均值）表征其大小。
另一个重要能量参数——加热时间的作用是明显的，即在一定的平均比功率下，加热时间越长，工作所获得的总能量就越多。由于涡流透入过程的进展和热传导的作用，加热时间越长，加热深度也就越深。
改变加热比功率的大小和加热时间的长短，就可以调节加热速度、最终的加热温度及加热的深度。
第三章 感应加热器磁通方向的选择
感应加热方式基本可分为纵向磁通感应加热与横向磁通感应加热。其感应加热器也分为纵向磁通结构与横向磁通感应结构。
3.1 纵向磁通感应加热
由感应线圈中电流所产生的磁通方向与受热物件被加热表面平行的感应加热称之为纵向磁通感应加热。传统的纵向磁通感应加热，线圈围绕工件，如图2-1所示。交变电流产生沿工件轴向的交变磁通，交变磁通所引起的涡流平行于金属板横截面，利用涡流的焦耳热，使板材温度升高。由于磁通平行于加热工件的轴向，因此，这种加热方式称为纵向磁通感应加热。
图3.1a 是圆柱形感应器产生纵向磁通的结构图，图3.1b 是矩形感应器产生纵向磁通的结构图。
图3.1纵向磁通感应加热器示意图
但随着金属冶金工业的发展，对金属板材进行加热的需求越来越广泛，纵向磁通感应加热自身的局限性也日益明显。
由涡流分布公式及透入深度公式可知，如果要得到较高的加热效率必须使带材料厚度d 与集肤深度δ之比大于3，否则，会因涡流的相互抵消而导致加热效率降低。
因此，对于一定厚度的带材，要取得较好的加热效率，就要增大频率以减小集肤深度。被加热的带材愈薄，则要求集肤深度愈小，而要减小集肤深度则要增大频
率。事实上，对于带材，若采用纵向磁通感应加热，其频率要超过10kHz。在d
很小的情况下，即便增大加热的频率与电流，也难以达到所需的温度。例如，采用纵向磁通感应加热对于磁铁性板材能够加热的最小厚度0.8mm。铝板为4mm，而非磁铁性钢板只能达到12mm，因此纵向磁通感应加热主要应用于中厚板和圆柱形金属材料。
3.2横向磁通感应加热
横向磁通感应加热，其重要应用领域之一是对金属板坯、中厚板或带材加热，如图3-1所示：（a）铜板焊接，（b）钢排焊接，（c）金属带材加热。横向磁通感应加热研究较少，但工业需求又与日俱增。
由感应线圈中电流所产生的磁通方向与受热物件被加热表面垂直的感应加热称之为横向磁通感应加热。如图3-3.
这种加热装置包含对称防置在金属带材两侧的两组线圈，两组线圈中的交变电流产生垂直于工件表面的交变磁通（横向磁通），感应出的涡流平行于板材表面，在板材截面上涡流并不存在相互抵消的问题，因此对频率的要求大大降低了。频率的降低使得无功率相应降低，节约了能源，同时由于线圈并不围绕工件，使得磁通感应加热装置放置灵活，因此尤其适合连续的热处理过程与工件的局部加热。
第四章感应加热器设计技术
4.1感应加热电源
系统原理图见图4.1
图2.4系统原理结构
（1）感应加热电源技术发展现状
感应电源按频率范围可分为以下等级：500Hz以下为低频，1-10KHz为中频；20KHz以上为超音频和高频。感应加热电源发展与电力电子器件的发展密切相关。1970年浙大研制成功国内第一台100KW/1KHz晶闸管中频电源以来，国产KGPS 系列中频电源已覆盖了中频机组的全部型号。在超音频电源方面，日本在1986年就利用SITH研制出100KW/60KHz的超音频电源，此后日本和西班牙又在1991年相继研制出500KW/50KHz和200KW/50KHz的IGBT超音频电源。国内在超音频领域与国外还有一定差距，但发展很快，1995年浙大研制出50KW/50KHz的IGBT 超音频电源，北京有色金属研究总院和本溪高频电源设备厂在1996年联合研制出100KW/20KHz的IGBT电源。在高频这一频段可供选择的全控型器件只有静电感应晶闸管（SITH）和功率场效应晶闸管（MOSFET），前者是日本研制的3KW～200KW，20KHz～300KHz系列高频电源,后者由欧美采用MOSFET研制成功输出频率为200～300KHz,输出功率为100～400KW的高频电源。与国外相比，国内导体高频电源存在较大差距，铁岭高频设备厂1993年研制成功80KW/150KHz的SIT 高频电源，但由于SIT很少进入国际化流通渠道，整机价格偏高，并没有投入商业运行。现在，电力电子应用国家工程中心设计研制出了5～50KW/100～400KHz 高频MOSFET逆变电源。上海宝钢1420冷轧生产线于1998年引进了日本富士公司的71～80KHz,3200KW高频感应加热电源，是目前世界上最为先进的逆变电源。
总体说来，国内在感应加热电源的设计开发和产品化方面虽有发展，但远不能适应我国工业发展的要求，对于应用范围越来越广泛的高频感应加热电源领域的研究尤为薄弱，处于刚刚起步阶段。
（1）感应加热电源技术发展与趋势
感应加热电源的水平与半导体功率器件的发展密切相关，因此当前功率器件在性能上的不断完善，使得感应加热电源的发展趋势呈现出以下几方面的特点。
①高频率
目前，感应加热电源在中频频段主要采用晶闸管，超音频频段主要采用IGBT，而高频频段，由于SIT存在高导通损耗等缺陷，主要发展MOSFET电源。感应加热电源谐振逆变器中采用的功率器件利于实现软开关，但是，感应加热电源通常功率较大，对功率器件，无源器件，电缆，布线，接地，屏蔽等均有许多特殊要求，尤其是高频电源。因此，实现感应加热电源高频化仍有许多应用基础技术需要进一步探讨。
②大容量化
从电路的角度来考虑感应加热电源的大容量化，可将大容量化技术分为二大类：一类是器件的串、并联，另一类是多台电源的串、并联器件的均流问题，由于器件制造工艺和参数的离散性，限制了器件的串、并联数目，且串、并联数越
多，装置的可靠性越差。多台电源的串、并联技术是在器件串、并联技术基础上进一步大容量化的有效手段，借助于可靠的电源串、并联技术，在单机容量适当的情况下，可简单地通过串、并联运行方式得到大容量装置，每台单机只是装置的一个单元或一个模块。感应加热电源逆变器主要有并联逆变器和串联逆变器，串联逆变器输出可等效为一低阻抗的电压源，当二电压源并联时，相互间的幅值、相位和频率不同或波动时将导致很大的环流以致逆变器器件的电流产生严重不均，因此串联逆变器存在并机扩容困难；而对并联逆变器，逆变器输入端的直流大电抗器可充当各并联器之间的电流缓冲环节，使得输入端的AC/DC或DC/AC 环节有足够的时间来纠正直流电源的偏差，达到多机并联扩容。
③负载匹配
感应加热电源多用于工业现场，其运行工况比较复杂，它与钢铁、冶金和金属热处理行业具有十分密切的联系，他的负载对象各式各样，而电源逆变器与负载是一有机的整体，负载直接影响到电源的运行效率和可靠性。对焊接、表面热处理等负载，一般采用匹配变压器连接电源和负载感应器，对高频、超音频电源用的匹配变压器要求漏抗很小，如何实现匹配变压器的高输入效率，从磁性材料选择到绕组结构的设计已成为一重要课题，另外，从电路拓扑上负载结构以三个无源元件代替原来的二哥无源元件以取消匹配变压器，实现高效、低成本隔离匹配。
④智能化控制
随着感应热处理生产线自动化控制程度及对电源可靠性要求的提高，感应加热电源正向智能化控制方向发展。具有计算机智能接口、远程控制、故障自动诊断等控制性能的感应加热电源正成为下一代发展目标。
3.2 感应加热电源电路的主回路结构
感应加热电源主电路图，如图3.2所示
如图3.2所示，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。 1d C 、d L 和d C (C1、C2)构成Ⅱ型滤波器。两个电解电容C1，
C2串联以减小单个电容的承受的电压，R2 , R3起均压作用。R1为限流电阻，
当系统开始上电时，由于电容两端电压为零，故刚开始对电容充电时，电流将很
大，加上限流电阻R1后则就电流不会很大了。当电容两端电压达到一定数值时，
交流接触器K1闭合，将限流电阻短接。系统即可正常工作。
逆变器采用单相变逆变桥，经变压器和串联谐振电路相接。利用轮流驱动单
相对角的两组IGBT 工作，把恒定的直流电压变成10 Hz ～10 kHz 方波电压输出
给负载。
3.2.1主回路的等效模型
（1）从图3.2可知，开始工作时，首先给电容C 充电。电路等效为一个一
阶RC 零状态响应电路，把整流器理想化为一个直流电压源。如右下图所示，开
关S 闭合前电路处于零初始状态，即
0)0(=-C u 。在0=t 时刻，开关S 闭合，电
路接入直流电压源S U 。根据基尔霍夫电压
定律（KVL ），有
S C R U u u =+ 把dt du C i iR u C R ==,代入，得电路微分方程 S C C U u dt du RC
=+ 求解微分方程得出：
图3.2a 主回路等效电路1
)1(ττt S t S S C e U e U U u ---=-=
τt S C e R U d t
d u C i -== （2）C u 以指数形式趋近于它的最终恒定值S U ，达到该值后，电压和电流
不再变化，电容相当于开路，电流为零。
当电解电容C 充满电后，相当一个直流电压源。1T 和4T 导通时，整流后的直
流电开始给负载供电，电流的流向1T —R —L —4T —1T ，则主回路等效于一个一
阶RL 零状态响应电路。电路图如右下图。
开关S 接通后，i （+0）=i （-0）=0,电路的微分方程为
s u iR dt
di L =+ 初始条件为i （+0）＝0时，电流i 的通解
为 ： i ＝'i ＋τt
Ae -
式中 τ＝R
L 为时间常数。 特解'
i ＝R u s ，积分常数 A ＝－'i （+0）＝－R
u s 所以 i ＝R
u s （1－τt e -） （3） 1T 继续导通，电压源提供的电流为0，此时，电感储存的能量通过1
T 和续流二极管D o2形成回路，等效为一个一阶RL 零输入响应电路。如右下图所
示。电路在开关S 动作之前电压和电流已恒定不变，电感中有电流
)0(0
00-==i R U I 。具有初始电流0I 的电感L 和电阻R 连接，构成一个闭合回路。在t >0时，根据KVL ，有
0=+L R u u
而,Ri u R =dt di L
u L =，电路的微分方程为 0=+Ri dt di L
图3.2b 主回路等效电路2
其特征根为 L R p -= 故电流为 t L R Ae i -=
电阻和电感上电压分别为： t L R R e RI Ri u -==0
t L R L e RI dt
di L u --==0 （4）当1T 和4T 关断，2T 和3T 到通时，电感的自感电流比整流电流大，通过二极管2D 、3D 续流，等效为一个RLC 二阶零输入响应电路。如下图所示，为RLC 串联电路，假设电容原已充电，其电压为0U ，电感中的
初始电流为0I 。则t =0时，开关S 闭合，
此电路的放电过程即是二阶电路的零输
入响应。在指定的电压、电流参考方向
下，根据KVL 可得
0=++-L R C u u u
dt du C i C -=，电压dt du RC Ri u C R -==，22dt u d LC dt di L u C L -==。把它们代入上式，得 02
2=++C C C u dt du RC dt u d LC 上式以c u （令c u =pt Ae 以方便求解）为未知量的RLC 串联电路放电过程的微分方程。求解后，特征方程为
012=++RCp LCp
解出特征根为
LC
L R L R p 1)2(22
-±-= 根号前有正负两个符号，所以p 有两个值。为了兼顾这两个值，电压c u 可以写成 c u =t p t p e A e A 2121+
图3.2d 主回路等效电路4
其中 LC
L R L R p 1)2(221-+-= LC L R L R p 1)2(222---
= 可见，特征根1p 和2p 仅与电路参数和结构有关，而与激励和初始储能无关。
根据给定的两个初始条件结合电压c u 的表达式，可得
021U A A =+ C
I A p A p 02211-=+ 将解得的1A 和2A 代入电压c u 的表达式 c u =t p t p e A e A 2121+，就可以得到RLC 串联电路零输入响应的表达式：
t LC L R L R t LC L R L R C e P P C I U P e P P C I U P u )1)2(2(12002)1)2(2(2100122----+--++-+=
感应加热器的设计主要确定感应线圈的各种参数，包括感应线圈的长度，内径、匝数，通过线圈电流的终端电压、电流强度、频率。
4.1 感应加热器的参数选择
4.1.1感应加热器的截面形状选择
在进行感应加热时，感应线圈因为自身的电阻也会在电流的情况下发热，如果不加以冷却，会导致感应线圈不断升温，感应线圈温度在不断上升的时候电阻率也不断的上升，导致更严重的升温。为了防止感应线圈温度过高，线圈一般采用铜管，铜管中通过水冷，这样可以有效的降温感应线圈的温度，并且提高线圈载流密度。对于铜管的截面的选择，主要考虑到电流的圆环效应。从图4.1中可以看出，矩形铜管的电流区比圆形铜管的更能靠近加热件。因此矩形感应线圈和工件之间的距离要比相同的圆形铜管间隙要小，所以实用上常选择矩形的铜管。 对于铜管感应器上电流透入深度，由于在水冷情况下ρ、μ两值基本保持不变，因此可用公式4.1计算：
cu f
δ= （4.1） 从技术经济指标考虑，选用铜管的最佳壁厚为 1.57cu δ∆=。再厚则是浪费，实际
应用中一般取 1.3cu δ∆≥。
图4.1矩形截面与圆形环状效应的示意图
4.1.2 感应加热器频率的选择
感应加热电源的频率由被加热的工件参数和热处理的要求决定，工件参数包括工件材料性质、工件几何机构参数，热处理要求表面淬火热处理、退火透热处理、回火热处理和熔炼等。对各种热处理方式的频率要求也不同，表面退火热处理频率高，加入深度小，其它热处理方式要求频率低，透热深度要求大。
表4.1给出了用于有色金属的典型频率选择，作为通过感应圈的电流频率设计依据。
4.1.3 感应加热器几何参数的选择
（1）感应加热器绕组的长度选择
感应圈绕组的长度很大程度取决于所选择的加工方式和被加热金属。对于一般情况来说，采用工件最长长度加25-75毫米来作为感应圈的长度是足够的。
（2）感应圈内径的选择
一般来说，感应圈的内径等于工件的直径加上空气间隙，一般情况下空气间隙由表4.2确定。
4.2感应加热器终端电压电流匝数的确认
感应加热器终端电压、电流和匝数等主要参数的确认是基于一系列理论上的，并使用以实验为基础的修正系数而得到修正曲线。这些参数包括感应加热终端电压，感应加热器电流，感应加热器匝数。这种设计方法使用了效率、功率因数和匝数平方所反映的阻抗等一系列公式。
感应加热器的效率定义为：
100%w c P P η=
⨯ 其中：η=感应线圈效率；
w P =输入工件的总功率；
c P =感应圈终端的总功率
感应圈功率因数定义为：
cos ()
c c P VA φ=
其中：cos φ=感应圈功率因数；
c P =感应圈终端的总功率；
()c VA =感应圈终端伏安数。
感应圈匝数平方的阻抗定义为：
2222()()()
c c c c c c c VA E Z N I N N VA == 其中：
2c Z N =感应圈匝数平方的阻抗； ()c VA =感应圈终端伏安数；
c E =感应圈终端电压；
c I =感应圈电流；
c N =感应圈匝数。
感应加热器的设计一般采用近似设计法。近似法就是根据工艺给出的要求，利用曲线得出感应加热器效率、感应加热器功率因数及感应加热匝数平方的阻抗，然后代入公式来确定感应加热器的功率电压，电流和匝数。
下面以铝为例说明感应加热器的设计过程
图4.2给出了感应长度为250毫米，相对导磁率为1，温升范围在20摄氏度到540摄氏度，工作材料为铝的感应圈效率与工件直径d 的关系曲线。
图4.3给出了感应圈长度635毫米，相对导磁率为1，温升范围在20摄氏度到540摄氏度，工件材料为铝感应圈与工件直径d的关系曲线。
图4.3感应线圈长度为1270毫米，相对导磁率为1，温升范围在20摄氏度到540摄氏度，工件材料为铝的感应圈效率与工件直径d的关系曲线。
图4.5给出了感应圈长度为250毫米，相对导磁率为1，温升范围在20摄氏度到540摄氏度，工作材料为铝的感应圈功率因数与工件直径d的关系曲线。
图4.5感应线圈长度为250毫米功率因数与直径的关系
图4.6给出了感应线圈长度为635毫米，相对磁导率为1，温升范围在20摄氏度到540摄氏度，工作材料为铝的感应圈功率因数与工件直径d的关系曲线。
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
电磁感应加热器的制作方法
电磁感应加热器的制作方法 一、引言 电磁感应加热器是通过电磁感应原理实现加热的设备，它可以将电能转化为热能，广泛应用于工业生产和日常生活中。本文将介绍电磁感应加热器的制作方法。 二、材料准备 制作电磁感应加热器需要准备以下材料： 1. 铜线：用于制作发电线圈； 2. 铁芯：用于增强磁场； 3. 电容器：用于储存电能； 4. 散热器：用于散热； 5. 控制电路：用于控制电磁感应加热器的工作。 三、制作过程 1. 制作发电线圈： 将铜线绕在一个绝缘材料上，绕成线圈状。线圈的大小和形状可以根据具体需求进行设计。绕好线圈后，将线圈两端的铜线固定好，确保其不松动。 2. 安装铁芯：
将制作好的发电线圈放入铁芯中。铁芯可以是一个铁环，也可以是其他形状的铁块。铁芯的作用是增强磁场，提高电磁感应加热器的效果。 3. 连接电容器： 将电容器与发电线圈连接起来。电容器可以储存电能，使电磁感应加热器在供电中断时仍能继续工作。 4. 安装散热器： 将散热器安装在电磁感应加热器的发电线圈和电容器附近，用于散热。由于电磁感应加热器在工作过程中会产生一定的热量，散热器的存在可以有效降低设备的温度，保证其正常运行。 5. 连接控制电路： 将控制电路与发电线圈和电容器连接起来。控制电路可以根据需要设计，用于控制电磁感应加热器的工作状态和加热功率。 四、工作原理 电磁感应加热器的工作原理是利用电磁感应现象，即当导体在磁场中运动时，会产生感应电动势，从而产生感应电流，进而产生热能。具体来说，当电磁感应加热器通电后，发电线圈中的电流会产生磁场，磁场会使铁芯磁化，进而产生感应电流。感应电流在发电线圈中流动时，会产生磁场，磁场的变化又会产生感应电流，如此循环
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
中频电炉原理
中频电炉原理 中频电炉是一种利用电磁感应原理加热金属材料的设备，广泛应用于钢铁、有 色金属、机械制造等行业。它具有加热速度快、能耗低、操作简便等优点，因此受到了广泛的关注和应用。下面我们就来了解一下中频电炉的工作原理。 中频电炉采用了电磁感应加热的原理。当电源加电后，中频电炉内的线圈产生 交变磁场，金属坩埚内的金属材料就处于交变磁场中。金属材料在交变磁场中会产生涡流，涡流会使金属材料发热，从而达到加热的目的。这种加热方式具有加热速度快、能耗低、加热均匀等优点。 中频电炉的主要部件包括电源系统、电磁感应线圈、金属坩埚和冷却系统。电 源系统提供所需的电能，电磁感应线圈产生交变磁场，金属坩埚用于容纳金属材料，冷却系统用于冷却电炉和线圈，确保设备正常运行。 在中频电炉的工作过程中，金属材料受到电磁感应加热后，温度迅速上升，达 到所需的加热温度。这种加热方式不仅速度快，而且对金属材料的化学成分影响小，因此被广泛应用于金属材料的加热、熔炼和热处理等工艺过程中。 中频电炉的工作原理简单易懂，但在实际应用中需要注意一些问题。首先，要 合理选择电炉的工作频率，不同的金属材料对应的工作频率不同，需要根据具体情况进行选择。其次，需要合理设计电磁感应线圈，以确保金属材料能够受到均匀的加热。最后，要注意冷却系统的设计和运行，确保设备能够长时间稳定运行。 总之，中频电炉是一种应用广泛的加热设备，其工作原理是基于电磁感应加热 的原理。它具有加热速度快、能耗低、加热均匀等优点，因此在金属材料的加热、熔炼和热处理等工艺中得到了广泛的应用。在实际应用中，需要注意合理选择工作频率、合理设计电磁感应线圈和注意冷却系统的设计和运行，以确保设备能够稳定、高效地运行。
中频电磁感应加热器设计
中频电磁感应加热器设计 中频电磁感应加热器是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的加热设备。其主要特点是加热效率高、操作稳定、加热均匀等，被广泛应用于金属熔炼、热处理、烘干等领域。本文将介绍中频电磁感应加热器的设计要点和关键技术。 首先，中频电磁感应加热器的设计要点之一是选取合适的工作频率。一般中频电磁感应加热器的工作频率在1kHz到100kHz之间，选择合适的频率可以提高加热效果。频率过低会导致加热器体积庞大、功率损耗大；频率过高会导致加热效率下降、设备成本增加。因此，在设计中频电磁感应加热器时，需要综合考虑加热物质的导电性和加热深度等因素，选取合适的工作频率。 其次，中频电磁感应加热器的设计关键技术之一是电路设计。中频电磁感应加热器主要由功率电源、逆变器和感应线圈等组成。功率电源是提供电能的源头，逆变器负责将直流电能转换为交流电能，感应线圈则负责产生磁场。在电路设计时，需要考虑功率电源的输出功率、逆变器的工作效率和稳定性，以及感应线圈的参数选择和布置方式等。 第三，中频电磁感应加热器的设计还需要注意冷却系统的设计。由于加热过程中会产生大量热量，为了保证设备的正常运行，需要设计有效的冷却系统进行热量排放。一般可以采用风冷或水冷方式进行冷却，具体选择要根据加热器的功率和工作环境来确定。同时，还需要设计适当的温度控制系统，监测和控制加热温度，以保证加热质量和安全性。 最后，中频电磁感应加热器的设计还需考虑安全性和可靠性。在设计中，需要遵循相关的国家标准和安全规范，确保电路设计合理、绝缘性能
良好、接地可靠等。此外，还需要进行充分的试验和验证，确保设备的性 能稳定可靠，安全使用。 综上所述，中频电磁感应加热器的设计是一个综合考虑电磁感应原理、电路设计、冷却系统、安全性和可靠性等多个方面的过程。只有合理设计 并注意以上关键要点和技术，才能保证中频电磁感应加热器的高效、稳定 和安全运行。
中频感应加热(1)
中频感应加热 1. 简介 中频感应加热是一种广泛应用于工业领域的加热方法，它 通过感应电磁场产生的涡流在导体内部产生热量。这种加热方式具有高效率、快速和均匀加热的特点，被广泛应用于金属熔化、淬火、烧结和焊接等工艺中。 2. 工作原理 中频感应加热是利用电磁感应原理进行加热的方法。通过 输入交流电源，产生中频电流，再通过电感线圈产生交变的磁场。当导体（通常是金属）进入感应区域时，磁场穿过导体产生涡流。涡流在导体内部产生阻力，从而产生热量。 中频感应加热的关键是控制电磁场和涡流的频率和强度。 频率选择合适的范围，可以保证磁场的穿透深度和涡流的密度，从而实现高效率的加热。通常，中频感应加热的频率在 1000Hz到100kHz之间。 3. 设备构成 中频感应加热设备包括以下几个主要部分：
3.1 电源系统 电源系统是中频感应加热设备的核心部分，它负责将交流 电源转换为中频电流。电源系统通常由调频装置、电容器、电感线圈和整流装置等组成。调频装置将输入电源转换为可调频率的交流电流，电容器和电感线圈组成并调节感应加热的电路。 3.2 加热线圈 加热线圈是产生电磁场的装置，它通常是由铜盘或铜管制成。加热线圈的形状和结构可以根据不同的工件形状和加热要求进行设计。 3.3 冷却系统 冷却系统用于冷却电源系统和加热线圈，防止过热。冷却 系统通常由水冷或风冷形式存在，根据加热功率和环境条件进行选择。 3.4 控制系统 控制系统用于监控和控制加热过程。它通常包括温度传感器、压力传感器和电流传感器等用于监测加热过程中的参数。
通过这些传感器获取到的数据，控制系统可以实时调整电源输出，并保持加热的稳定性和均匀性。 4. 应用领域 中频感应加热在工业领域有广泛的应用，以下是一些典型的应用领域： 4.1 金属熔化 中频感应加热是一种常用的金属熔化方法。通过控制加热时间和加热功率，可以实现对金属的精确熔化和保持合适的温度。 4.2 淬火 中频感应加热可以实现对金属的快速加热和冷却，适用于金属材料的淬火工艺。通过控制加热时间和冷却速度，可以实现对金属材料的硬化和强度提升。 4.3 烧结 中频感应加热可以用于金属粉末的烧结工艺。通过加热和压力的作用，可以使金属粉末颗粒之间结合，形成致密的金属材料。
(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 .
电力电子技术课程设计中频加热电源主电路设计
电力电子技术课程设计 题目中频加热电源主电路设计 学院 专业班级 学号 学生姓名 指导老师
目录 1 设计内容和设计要求 (3) 1.1 设计内容 1.2 设计要求 2 中频加热电源 (4) 2.1 中频加热电源基本原理 2.2 中频加热电源基本结构 3 整流电路的设计 (6) 3.1 整流电路的选择 3.2 三相桥式全控整流电路 3.3 整流电路参数计算 4 逆变电路的设计 (10) 4.1 逆变电路的选择 4.2逆变电路参数计算 5 保护电路的设计 (14) 5.1过电压保护 5.2 过电流保护 6 设计结果分析 (18) 6.1 仿真结果 6.2 主电路原理图 6.3 结果分析 7 设计心得体会 (23) 8 参考文献 (24)
1 设计内容和设计要求 1.1 设计内容 1) 额定中频电源输出功率PH=100kw，极限中频电源输出功率 P HM=1.1 P H=110kW； 2) 电源额定频率f =1kHz； 3) 逆变电路效率h=95% 4) 逆变电路功率因数：cosj =0.866，j =30o； 5) 整流电路最小控制角amin =15o； 6) 无整流变压器，电网线电压UL=380V； 7) 电网波动系数A=0.95～1.10。 1.2 设计要求 1) 画出中频感应加热电源主电路原理图； 2) 完成整流侧电参数计算； 3) 完成逆变侧电参数计算； 4) 利用仿真软件分析电路的工作过程； 5）编写设计说明书，设计小结。
2 中频加热电源 2.1 中频加热电源基本原理 感应加热利用导体处于交变的电磁场中产生感应电流，即涡流，所形成的热效应使导体本身发热。根据不同的加热工艺的要求，感应加热采用的电源的频率有工频（50HZ），中频（60-10000HZ），高频（高于10000HZ）。感应加热本身的物体必须是导体，感应加热能在被加热物体内部直接生热，因而热效率高，升温速度快，容易实现整体均匀加热或局部加热。 感应加热利用交流电建立交变磁场涡流对金属工件进行感应加热，基本工作原理如图1，A为感应线圈，B为被加热工件，若线圈A 中通以交流电流i1，则线圈A内产生随时间变化的磁场，置于交变磁场中的被加热工件B要产生感应电动势e2，形成涡流i2，这些涡流使金属工件发热，因此，感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属工件，然后在金属工件内部转换成热能，感应线圈与被加热工件不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。
中频加热线圈的结构设计
中频加热线圈的结构设计 中频加热线圈是一种常用于电磁感应加热设备中的元件，它主要 用于将电能转化为热能。中频加热线圈的结构设计对于提高加热效率、降低能耗、保证设备安全等方面具有重要意义。以下将对中频加热线 圈的结构设计进行详细介绍。 首先，中频加热线圈的结构设计应考虑到所需加热的物品的形状 和尺寸。线圈一般采用导电材料制成，可以是铜管、铜带或者铜线等。线圈的形状可以是圆形、矩形、椭圆形等根据加热物品的形状而定。 线圈的内部直径、厚度和绕制圈数等参数也需要根据加热物品的尺寸 和加热要求来确定。 其次，中频加热线圈的结构设计需要考虑导线的排列方式。根据 导线之间的关系，可大致分为平行排列、螺旋排列和层叠排列等方式。平行排列适用于较长的导线，将导线平行的绕制在一起，能够较均匀 地分布磁力线。螺旋排列适用于加热较小的物品，导线以螺旋状绕制 在一起，能够集中磁力线使得加热更加均匀。层叠排列适用于需加热
较大的物品，将导线从内向外按层次绕制，能够实现对不同部位的加热控制。 此外，线圈之间的绕制方式也是中频加热线圈结构设计的重要考虑因素。常见的绕制方式有对称绕制、脉冲绕制和扭绕绕制等。对称绕制是指线圈的两侧对称地绕制导线，保证线圈整体结构均匀。脉冲绕制是指导线以脉冲状的方式绕制，使得线圈的磁场分布更加均匀。扭绕绕制是指导线在绕制线圈时，采用扭绕的方式进行，使得导线之间的间隔更加均匀，提高加热的效果。 最后，中频加热线圈的结构设计还需要考虑线圈的绝缘保护。由于中频加热过程中会产生较高的温度和电压，因此需要采取相应的绝缘措施保证设备安全。常见的绝缘材料有氧化铝陶瓷、硅橡胶、纳米绝缘胶带等，这些材料具有较高的绝缘性能和耐高温性能，能够有效地降低线圈的漏电风险。 综上所述，中频加热线圈的结构设计需要综合考虑加热物品的形状和尺寸、导线的排列方式、线圈之间的绕制方式以及绝缘保护等因素。通过合理设计线圈的结构，可以提高加热效率、降低能耗，并保
中频加热炉工艺流程
中频加热炉工艺流程 引言：中频加热炉是一种常用于金属材料加热的设备。它采用中频电磁感应加热原理，具有加热速度快、效率高、能耗低的特点，被广泛应用于钢铁、有色金属、机械制造等行业。下面将介绍中频加热炉的工艺流程。 一、原料准备 在进行中频加热之前，首先需要准备待加热的原料。原料可以是钢坯、铝坯、铜坯等金属材料。在准备原料时，需要检查原料的尺寸、成分和表面质量等指标，确保原料符合加热要求。 二、装料 装料是将准备好的原料放入中频加热炉的关键步骤。在装料过程中，需要注意原料的摆放方式和位置，以保证加热均匀和高效。同时，还需要注意装料的密度和数量，避免过多或过少，影响加热效果。 三、选择加热模式 中频加热炉有多种加热模式可供选择，如单面加热、双面加热、自由加热等。根据不同的加热需求和加热对象，选择合适的加热模式是确保加热效果的关键。 四、设置加热参数 在进行中频加热之前，需要根据原料的性质和加热要求，设置合适
的加热参数。这些参数包括加热功率、加热时间、加热温度等。合理设置加热参数可以提高加热效率和产品质量。 五、开启加热 当装料和设置好加热参数后，可以开始加热过程。打开中频加热炉的电源，启动加热设备，将电磁感应加热器工作温度调至设定值。加热过程中，需要监控加热温度和加热时间，及时调整加热功率，确保加热效果和产品质量。 六、冷却处理 在完成加热后，需要对加热过的材料进行冷却处理。冷却处理可以采用自然冷却或强制冷却的方式。根据不同的材料和加热要求，选择合适的冷却方式是确保产品性能的重要环节。 七、质量检验 冷却处理完成后，需要对加热过的材料进行质量检验。质量检验可以包括外观检查、尺寸测量、化学成分分析等。通过质量检验，可以确保产品的质量和性能符合要求。 八、包装出库 经过质量检验合格的产品，可以进行包装和出库。包装过程中，需要注意防潮、防锈和防损等措施，确保产品的完好无损。出库前还可以对产品进行最后一次检查，确保产品符合客户的需求。
电磁感应加热器
电磁感应加热器 电磁感应加热器是一种新型的加热设备，它利用电磁感应的原理来 实现快速高效的加热过程。本文将介绍电磁感应加热器的工作原理、优势和应用领域。 一、工作原理 电磁感应加热器的工作原理可以简单地理解为通过感应线圈中通电 产生的磁场来感应加热器内的加热体，从而将电能转化为热能。具 体来说，电磁感应加热器由感应线圈和加热体两部分组成。 感应线圈位于加热器的底部，通过外部电源供电，形成交变电流。 当通电后，感应线圈中的电流会产生一个交变磁场。 加热体则位于感应线圈的上方，它通常采用导电材料制成，如铜或铝。当感应线圈中的电流产生磁场时，磁场会穿过加热体，使加热 体内部的导电颗粒发生运动。由于导电颗粒的运动会产生摩擦，从 而产生热量。这样，电能就被转化为了热能。 二、优势 1. 高效快速：电磁感应加热器的加热速度非常快，通常只需几秒钟。这是因为电磁感应加热器直接将热量传递给了加热体，而不需要通 过传导或对流等方式来传热，因此加热效率非常高。
2. 精确控制：由于电磁感应加热器的加热过程是通过调节电流大小 和频率来实现的，因此可以非常精确地控制加热温度和加热时间。 这对于一些对加热过程有特殊要求的应用非常重要。 3. 安全环保：相比传统的加热方式，电磁感应加热器具有更高的安 全性。由于加热体是通过电磁感应的方式加热的，因此不会产生明 火或烟雾等危险物质，更加环保。 4. 适用范围广：电磁感应加热器可以用于各种不同材料的加热，包 括金属材料和非金属材料。而且，由于加热体的形状可以根据具体 需求进行设计，因此可以满足不同加工过程的要求。 三、应用领域 1. 工业加热：电磁感应加热器在工业领域应用非常广泛。比如，它 可以用于金属热处理、焊接、熔炼等工艺中，可以提高生产效率和 产品质量。 2. 食品加热：电磁感应加热器可以用于食品加热领域。由于加热速 度快，可以减少加热时间，从而保持食品的口感和营养成分。 3. 医疗器械：电磁感应加热器在医疗器械方面也有广泛应用。比如，它可以用于医疗床或手术台的加热，从而提供患者更加舒适的体验。
中频感应加热器的设计研究论文(可编辑)
中频感应加热器的设计研究论文 目录 1 绪论9 1.1 感应加热器的发展9 1.2感应加热的工作原理10 1.3 感应加热电源技术发展现状与趋势22 1.4感应加热电源的工作原理24 2 感应加热电源及其实现方案研究25 2.1 串并联谐振电路的比较25 2.2 串联谐振电源工作原理26 2.3 电路的功率调节原理28 2.4 本课题设计思路及主要设计内容28 3 感应加热电源电路的主回路设计30 3.1 主电路的主要设计技术参数30 3.2 感应加热电源电路的主回路结构30 主电路结构框图如图3.1所示: 30 3.2.1主回路的等效模型32 3.2.2 整流部分电路分析35 3.2.3逆变部分电路分析37 3.3 系统主回路的元器件参数设定 39
3.3.1整流二极管和滤波电路元件选择 39 3.3.2 IGBT和续流二极管的选择40 3.3.3槽路电容和电感的参数设定41 4 控制电路的设计43 4.1 控制芯片SG3525A 44 4.1.1内部逻辑电路结构分析44 4.1.2芯片管脚及其功能介绍46 4.2 电流互感器48 5 驱动电路的设计50 5.1 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)对驱动电路的要求 50 5.1.1 门极电压对开关特性的影响及选择50 5.1.2门极串联电阻对开关特性的影响及选择50 5.2 IGBT过压的原因及抑制51 5.3 IGBT的过流保护53 5.3.1设计短路保护电路的几点要求53 5.4 集成光电隔离驱动模块HCPL-316J 53 5.4.1器件特性54 5.4.2芯片管脚及其功能介绍54 5.4.3 内部逻辑电路结构分析55 5.4.4器件功能分析56 5.4.5驱动电路需要注意的问题58 6 辅助直流稳压电源59