基于单管电路的变频感应加热系统设计.pdfVIP

摘要

与传统的加热技术相比，电磁感应加热技术展现的优势包括高效、绿色、安全等。

其常见结构通常分为全桥、半桥和单管谐振等。桥式逆变器所含器件较多，且其频率受

主控电路限制。单管谐振只含有一个开关管，且频率大小由负载的等效电感和电容决定，

能够设计较高的频率，从而使系统整体体积变小，建造器件所需材料变少，整体使用更

方便快捷。本文针对单管感应加热电源进行相关的研究与设计，相关内容如下：

首先比较三种常用的电磁感应加热电源主电路，分别分析其拓扑结构并对比各电路

优缺点，最终选择单管谐振电路作为感应加热系统的主回路拓扑。同时对比分析整流侧

调功、逆变侧调功等功率调节方式的特点，加热系统的传统整流控制没有考虑对电网的

谐波污染，抗干扰差以及容错性低等问题，整流侧选择改进PWM调功的控制方式，逆

变侧则采用PID闭环控制方式对载波频率进行控制，进而可以控制输出的电压频率，完

成逆变侧的调频，确保负载工作在谐振或准谐振状态。并且针对电路的特点在其主要器

件的选取与相关参数计算方面进行设计。

其次，在上述理论基础上，在Matlab-simlink和Multisim软件里进行控制电路的搭

建并仿真，得出电路的工作特性曲线，验证加热电源设计的合理性和可行性。同时根据

仿真参数设计了加热体的具体参数，并利用ANSYS-Maxwell软件中的饱和磁感应强度

曲线选取合适材料，而后对其涡流损耗和电感值进行计算对比，通过调整导线与铁管距

离比较涡流损耗，找到趋肤效应的最佳距离，在该距离下整个系统效率最大。

最后，搭建感应加热系统的样机，对所设计的变频感应加热控制电路进行了实验验

证。通过分析波形发现，改进后的整流变换器与传统变换器相比，能减少谐波对电网的

影响，并且可以稳定谐振电路的输入电压，且在负载变化时能够反应迅速，最终实际实

验结果与仿真结果基本相似。表明所设计的控制电路具有较好的控制效果，且能够达到

所要的功率。

关键词：感应加热；单管谐振；PID控制；PWM整流器

Abstract

Comparedwiththetraditionalheatingtechnology,theadvantagesofelectromagnetic

inductionheatingtechnologyincludehighefficiency,green,andsafet.Itscommonstructureis

usuallydividedintofullbridge,halfbridgeandsingletuberesonance.Thebridgeinverter

containsmanydevices,anditsfrequencyislimitedbythemaincontrolcircuit.Thesingle-tube

resonancecontainsonlyoneswitchingtube,andthefrequencysizeisdeterminedbythe

equivalentinductanceandcapacitanceoftheload,whichcandesignahigherfrequency,sothat

theoverallvolumeofthesystemissmaller,thematerialrequiredfortheconstructionofthe

deviceisless,andtheoveralluseismoreconvenientandquick.Inthisthesis,therelevant

researchanddesignofsingle-tubeinductionheatingpowersupplyarecarriedout,andthe

correspondingcontentsareasfollows:

Firstly,theth