KECHUANG LEAGUE   SINCE 2001
HMX
HMX
万流景仰
  • 注册日期2005-09-10
  • 粉丝3
  • 发帖数44
  • 学术分10分
阅读:3745回复:7

功率感应加热的原理分析

正文#
更多 发布于:2014-10-21 05:58
功率感应加热的原理分析
天工精仪 金闻瑞 原创文章,转载请注明本文链接
一.感应加热的要求
感应加热需要一个较强的高频交变磁场,穿过被加热的金属体。对于小型的感应加热,例如加热一个M10的金属螺母,如果传递到金属螺母的能量有100W,则能够将螺母迅速加热到发红,具体计算可以查一下铁的比热容为0.4焦耳/克*℃。将铁加热到1000℃,只需要400焦耳能量,如果有100W的能量传递到10克重的铁螺母,则只需要40秒的时间。(未计算螺母本身对外的热量散失)
100W虽然不算是太大的一个功率,但是要通过空气磁场去传递这样的一个功率,则需要很大的电流来产生这样大的高频磁场,这样也就要求感应线圈里的电流超过数百安培。显然这样大的电流,如果仅仅是简单地用功率管驱动线圈来提供,能效将是非常的低。

二.谐振-产生高频大电流的另一种方法
就像玩秋千一样,如果我们每次都增加一点能量到秋千里,秋千就能荡到很高的地方。同理,如果在一个LC谐振电路里面,不断地添加能量,就能让LC电路内产生强大的高频电流。而每次补充的电流却不是很大。

如上图所示,由电容和电感(感应线圈)构成的LC振荡电路,在这个电路内部,电容和电感互相交替能量,如果没有外界能量补充,则振荡将逐渐衰减。如果一直有能量补充,则振荡能量会越来越大,直到能量的补充和能量的消耗相等。

如果我们每次都在适当的时刻,向这个系统补充能量,则LC振荡回路的能量会越来越大,这样作为电感的感应线圈里的电流就会不断升高到数百安培。例如电容两端放完电时(电容两端电压为零),电感开始向电容充电,从外界另外补充能量向电容充电,则最后电感放完电后,电容的能量达到最大,等于外界补充的能量再加上电感先前储存的能量。(未计较过程的损耗)

三.LC谐振回路内的电压峰值和电流峰值
前面谈到LC谐振回路内的能量会不断上升,当上升到一定程度,则必须加以控制,否则电容两端电压过高,会烧穿控制电路的功率管。
假设我们打算控制LC谐振回路的电压峰值800V(需要选择耐压很高的功率管才能承受),则谐振回路的能量为:
                                
从这个公式可以看出,谐振回路的电流峰值与谐振电容有很大关系。例如我们的谐振电容为10μF,谐振电压峰值控制在600V,感应线圈的电感值为1.2μH,则谐振回路的电流峰值为1732A。很惊人的一个电流值,不是吗?现在你知道应该怎样处理谐振回路的导线和散热了吧。

四.感应能量的传递
虽然谐振回路的电压峰值和电流峰值非常大,上面的例子是600V和1732A。但是这些能量(能量值为3.6J)只是在电容和电感之间互相交替而已,实际到达被加热的零件的能量并不多。或者说,在这个感应加热过程中,需要1732A的电流来传递100W的能量,而未被传递的能量则在谐振回路内振荡,以保持回路中有足够强的电流。没有这么强的电流就没有足够强的磁场,也就传递不了足够多的能量。

五.什么时候补充能量
在振荡的任何时刻都可以向谐振回路补充能量,但是我们通常都是通过电流或者电压方式向谐振回路补充能量,加载到回路的电流或者电压必须是使回路能量增加而非减少,并且每次都是使回路能量增加。所以要求用一个和LC谐振频率相等的脉冲电压或者脉冲电流向回路提供能量。

六.降低谐振回路的损耗
谐振回路的损耗,主要来源于:
1.       电感和电容向外的电场辐射和磁场辐射。
2.       回路导线电流损耗
3.       回路导线涡流损耗
七.谐振回路的散热 (未完成)

八.谐振频率的变化和解决方案
最简单的方法是直接让谐振线圈作为感应加热线圈,但是这样同样带来谐振频率变化的问题。如果被加热的零件是导磁体,那么这个导磁体的大小和居里温度都会使谐振频率变化。
解决方案1:自动频率调节。即检测到谐振频率变化时,将驱动频率调节到谐振频率,常见的有使用锁相环或者用反馈感应形成自激。

解决方案2:谐振线圈不是加热线圈。这种方式使得固定频率驱动能够稳定进行。如下图:

 谐振是由电容和输出变压器的初级构成,而次级输出的电流则进行感应加热。这样,感应加热线圈里面的被加热零件,无论是否导磁,都不会对谐振频率有太大影响。
关注本帖2 评分0

最新关注:

3DA502
初试锋芒
  • 注册日期2013-11-11
  • 粉丝0
  • 发帖数2
  • 学术分0分
沙发#
发布于:2015-01-27 17:56
很生动
回复(0) 关注本帖(0)     评分
haonangqi
初试锋芒
  • 注册日期2015-10-14
  • 粉丝0
  • 发帖数3
  • 学术分0分
板凳#
发布于:2015-10-23 15:04
无图呀
回复(0) 关注本帖(0)     评分
haonangqi
初试锋芒
  • 注册日期2015-10-14
  • 粉丝0
  • 发帖数3
  • 学术分0分
地板#
发布于:2015-10-23 15:04
呀,05年发的,靠。
回复(0) 关注本帖(0)     评分
扎实哥
初试锋芒
  • 注册日期2013-12-06
  • 粉丝0
  • 发帖数3
  • 学术分0分
4次#
发布于:2015-11-08 16:05
无电路图,无图。
回复(0) 关注本帖(0)     评分
17781771460
初试锋芒
  • 注册日期2016-04-20
  • 粉丝0
  • 发帖数1
  • 学术分0分
5次#
发布于:2016-05-04 09:00
怎么看不到公式?
回复(0) 关注本帖(0)     评分
hmpmark
初试锋芒
  • 注册日期2016-08-11
  • 粉丝0
  • 发帖数1
  • 学术分0分
6次#
发布于:2016-08-11 12:12
图呢........求问
回复(0) 关注本帖(0)     评分
sinba
初试锋芒
  • 注册日期2014-08-30
  • 粉丝0
  • 发帖数1
  • 学术分0分
7次#
发布于:2017-06-13 09:04
讲的很容易理解,可惜缺少了图和公式。
回复(0) 关注本帖(0)     评分
游客
返回顶部