感应加热调功方式的探讨
分布，则应该使得在薄板表面沿运动方向上的线圈
投影面积近似相等。
（3）按照上述原则成功地设计了满足温度均匀
分布要求的试验装置；并由数值分析和试验结果的
一致性可知：模型选择合理，计算方法可行。这为横
向磁通感应加热设备的设计奠定了基础。
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netics.1998，34（5）：3110-3113.
感应加热调功方式的探讨
戚宗刚，柳鹏，陈辉明
（浙江大学应用电子系，浙江杭州310027）
摘要：通过对感应加热过程中几种常用的和新型的功率控制方法的比较，分析了每种方法的理论根据和各自的优缺点，提出了选择标准，为不同工艺要求下选择调功方式提供了依据。
关键词：感应加热；调功
中图分类号：TG 155.2文献标识码：A 文章编号：0254-6051（2003）07-0054-04
Research on Pow er M odulation f or induction h eati n g
@I Zon g -g an g ，L I U Pen g ，C~EN ~ui-m i n g
（D e p art m ent o f A pp lied E lectronics ，Zhe j ian g U ni versit y ，~an g zhou Zhe j ian g 310027，Chi na ）
Abstract ：I n t his p a p er ，a cou p le o f nor m all y and ne w l y used p ow er m odulation m et hods a pp lied i n i nduction heat-i n g are anal y zed and com p ared w it h each ot her .T his p a p er has also anal y zed t he advanta g es disadvanta g es o f ever y m et hod and t he t heor y which each m et hod is based on and p rovi des com p rehensi ve standard and a ref erence f or selecti n g m et hods to m eet diff erent comm ands.
K e y words ：i nduction heati n g ；p ow er m odulation
作者简介：戚宗刚（1979.6—）
，男，山东聊城人，硕士生，主要从事感应加热方面的研究工作。联系电话：0571-********，
135********
收稿日期：2003-02-171引言
感应加热技术是利用电磁场在工件表面引起的
漩涡损耗，使工件局部加热，从而完成淬火和金属焊
接等加工。工件加热时，根据工艺要求，必须对加热
装置的输出功率和工作频率加以控制，以便在一定
时间内达到要求的加热温度和透入深度。因此一个
实用的加热装置应该能在较大的功率范围内进行连续调节。2调功方式的基本分类及其特点感应加热电路一般为3大块：整流电路、逆变电路和负载电路。根据不同的功率调节量主要分为以下5种：扫频调功、调压调功、移相调功、脉冲密度调功和输入功率调功。以上几种方法各有特点，分别适合不同的场合，以满足不同的要求。2.1扫频调功扫频调功（PFM ）是基于以下事实：负载上的功45《金属热处理》2003年第28卷第7期
率随着电压（或电流）脉冲的频率变化而变化。在感应加热过程当中，电压（或电流）脉冲的占空比接近于0.5。图1为某个典型负载功率随电压（或电流）
脉冲频率变化的曲线（图中J
为负载谐振频率；J为
负载工作频率；P
为负载谐振状态下的功率；P为负载）。
图1负载功率随电压（或电流）脉冲频率变化的曲线
F i g.1T he variation curve o f load p ow er w it h vo lta g e
（or current）p ulse fre C uenc y
由图1中可以看出加热电路的整流部分就可以用不控整流，而通过调整负载工作的频率来调整功率了。该种方法的最大优点就是简化了设备，降低了成本，扫频部分实现起来也比较简单。但是它也存在着一些难以克服的缺点。具体表现为以下4点：!由于整流一般采用不控整流，这就要求逆变开关元件承受较高的浪涌电压或浪涌电流，对逆变开关元件不利［1］；"如果负载在加热过程中的参数变化比较大，那么系统工作的频率可能会在一个相当大的频域内变化，负载适应性不够好。工件频率在功率调节过程中不断变化，导致集肤深度也随之而改变，在某些应用场合如表面淬火等，集肤深度的变化对热处理效果会产生较大的影响，这在要求严格的应用场合中是不允许的。不过如果负载的G值较高（G为负载的品质因数，表示负载电抗与电阻的比值），或者功率调节范围不是很大，则较小的频率调整就可以达到稳定功率的要求，采用这种办法就比较好；#在具体实践上，用扫频的办法并不是真正调节的负载功率，而是通过调节负载电压或者电流来近似表示功率。众所周知，功率的表达式P=U>I >cos!，式中P为负载上的功率（W），U为负载的电压有效值（V），I为负载电流的有效值（A），!为负载电压与电流的相位角。实际控制时相位角的余弦较难实现，所以就采用了把相位角限制在一定范围内，调节负载电压（或电流）保持恒定的方法来近似实现功率的恒定。因此这种调功方法是比较粗糙的；$在高频的工作场合，如果采用扫频调功，由于没有对
负载工作的相位角给出恒定的控制，在低负载时就会出现负载功率角较大而电流又能满足电流恒定的情况，这样不仅换流时开关器件的拖尾电流或者二极管的反向电流以及并联在开关上的吸收电路的释放电流比较明显，而且开关损耗也十分可观。
另外，除了负载搭配得当可以满负载运行外，负载的功率因数一般并不高。这样即使负载的功率相对恒定，对于整个系统来说，效率也是比较低。!"!调压调功
调压调功就是通过调整整流电路输出电压（或电流）的大小来调整负载功率，负载就通过锁相措施让其工作在谐振或者接近谐振的工作频率处。调整整流电路输出电压（或电流）的方式大致有两种，一种采用晶闸管全控整流，另一种是经不控整流后用斩波器进行调压。晶闸管全控整流的加热电路如图2
所示。
!"#移相调功
移相调功（PSM ）
是通过控制逆变器功率管开通相位来进行调功的。图3a 为移相PSM 调功串连逆
变器的一个典型电路，它与一般的串联逆变电路无
大的差异，差别只在控制电路。图3b 、c 的脉冲序列是固定频率下移相P WM 控制的工作波形。功率管 1（为开关名称）、 4被略窄域工作半周期的脉冲触发开通，
并被略宽于工作半周期的负脉冲关断。它们
的开关波形就可以用略带死区的半周期方波表示。
#%，这样，输出功率就跟脉冲密度联系起来了。因此通过改变脉冲密度就可改变输出功率。不
过从负载上的电压波形看，电压脉冲的宽度改变了，
因此该方式也可以看作是脉宽调节。
PDM 方法的主要优点是：
输出频率基本不变，开关损耗相对较小，易于实现数字化控制，比较适合于
开环工作场合。
65《金属热处理》2 3年第28卷第7期
感应加热调功方式的探讨
作者：戚宗刚， 柳鹏， 陈辉明
作者单位：浙江大学,应用电子系,浙江,杭州,310027
刊名：
金属热处理
英文刊名：HEAT TREATMENT OF METALS
年，卷(期)：2003,28(7)
被引用次数：15次
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