中频感应加热器的设计研究
设计总说明:
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的应用。
1831年法拉第发现了电磁感应现象，并建立了电磁感应定律，奠定了感应加热的理论基础。而感应加热就是将材料放在高频磁场内(例如放到通有高频电流的线圈内部)，则磁力线切割材料，在材料中产生感应电动势，从而产生涡流。涡流也是高频电流。由于材料具有电阻，结果使材料发热，利用感应涡流的热效应进行加热。中频感应加热则是采用加热线圈通高频电流产生的磁力线集中在被加热物上、由电磁的感应作用，产生涡旋电流，将被加热物加热。
感应加热与其它的加热方式，如燃气加热，电阻炉加热等不同，它把电能直接送工件内部变成热能，将工件加热。而其他的加热方式是先加热工件表面，然后把热再传导加热内部。
因此在感应加热中存在着三个效应——集肤效应、近邻效应和圆环效应。
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集肤效应：当交变电流通过导体时，沿导体截面上的电流分布式部均匀的，最大电流密度出现在导体的表面层，这种电流集聚的现象称为集肤效应。
近邻效应——当两根通有交流电的导体靠得很近时，在互相影响下，两导体中的电流要重新分布。当两根导体流的电流是反方向时，最大电流密度出现在导体内侧；当两根导体流的电流是同方向时，最大电流密度出现在导体外侧，这种现象称为近邻效应。
避孕套保质期多久圆环效应：若将交流电通过圆环形线圈时，最大电流密度出现在线圈导体的内侧，这种现象称为圆环效应。
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感应加热则是综合利用这三种效应。在感应线圈中置以金属工件，感应线圈两端加上交流电压，产生交流电流，在工件中产生感应电流女同69。此两电流方向相反，情况与两根平行母线流过方向相反的电流相似。当电流和感应电流相互靠拢时，线圈和工件表现出邻近效应，结果，电流集聚在线圈的内侧表面，电流聚集在工件的外表面。这时线圈本身表现为圆环效应，而工件本身表现为集肤效应。
本设计基于感应加热的原理，研制了20KW中频感应加热器。
本设计中感应加热器采用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的开通和关断，实现DC-AC的转换。
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设计中采用的芯片主要是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的控制性能，具有宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。在中小容量变频电源的设计中，采用自关断器件的脉宽调制系统比非自关断器件的相控系统具有更多的优越性。第一代脉宽调制器SG3525A应用于交流电机调速、UPS电源以及其他需要PWM脉冲的领域。其外围电路可对串联谐振式逆变电源进行多功能控制，实现H桥式IGBT脉宽调制PWM信号的生成和逆变电源的保护功能，以及变频电源工作过程中谐振频率的跟踪控制。
SG3525脉宽调制型控制器是美国通用电气公司的产品，作为SG3524的改进型，更适合于运用MOS管作为开关器件的DC/DC变换器，它是采用双级型工艺制作的新型模拟数字混合集成电路，性能优异，所需外围器件较少。它的主要特点是：输出级采用推挽输出，双通道输出，占空比0-50%可调，热干面配料每一通道的驱动电流最大值可达200mA，灌拉电流峰值可达500mA。可直接驱动功率MOS管，工作频率高达400KHz，具有欠压锁定、过压保护和软启动等功能。该电路由基准电压源、震荡器、误差放大器、PWM比较器与锁存器、分相器、欠压锁定输出驱动级，软启动及关断电路等组成，可正常工作的温度范围是0-700℃。基准电压为5.1 V士1%，工作电压范围很宽，为8V到35V。 由于HCPL-316J具有快的开关速度（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的驱动。其内部集成集电极-发射极电压（UGE）欠饱和检测电路及故障状态反馈电路。HCPL316J 是一种简单的智能型驱动器芯片。用户可根据需要灵活设置高电平输入、高电平输出和低电平输入、高电平输出的输入方式,自动复位或通过控制复位,故障自动关断,光耦隔离,CMOS/TTL 千怎么组词电平兼容,集成的退饱和电压检测，有回滞的低电压闭锁(UVLO) ,软关断IGBT 技术及隔离的故障反馈信号。迪拜大厦IGBT栅极最大驱动电流可达2. 5 A ,最大驱动电流= 150 A , =1 200 V ,最大开关速度为500 ns ,较宽的工作电压范围为15～30 V。
