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感應(yīng)加熱電源的負(fù)載匹配方案
摘要：分析了串聯(lián)諧振型和并聯(lián)諧振型感應(yīng)加熱電源的負(fù)載電路及負(fù)載匹配的重要性，針對不同電源類型對負(fù)載匹配方案進(jìn)行了研究，介紹了多種負(fù)載匹配方法。關(guān)鍵詞：感應(yīng)加熱電源；負(fù)載匹配；串聯(lián)諧振型；并聯(lián)諧振型
1 概述
隨著電力電子技術(shù)及器件的發(fā)展，固態(tài)感應(yīng)加熱電源已在金屬熔煉、透熱、淬火、熱處理、焊接等行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。對于熱處理行業(yè)的大部分負(fù)載來說，感應(yīng)加熱電源設(shè)備須經(jīng)過負(fù)載阻抗匹配后才能正常工作。所謂負(fù)載阻抗匹配就是為了使電源輸出額定功率，而采取的使負(fù)載阻抗等于電源額定阻抗的方法和措施。
對于一臺電源設(shè)備，其額定電壓UN和額定電流IN取決于電源本身，為使電源能輸出額定功率，要求有合適的負(fù)載阻抗Z=ZN=UN/IN與電源匹配，如果Z≠ZN，電源與負(fù)載不匹配，電源利用率就降低。以簡單的直流電壓源為例：電源額定電壓Ud=400V，額定電流Id=400A，額定阻抗|Zd|=1Ω，負(fù)載阻抗|Z|=1Ω時，電源輸出額定功率；|Z|=0.5Ω時，輸出電流為I=Ud/|Z|=400/0.5=800A，電源過載；|Z|=2Ω時，輸出電流為I=Ud/|Z|=400/2=200A，電源輕載。圖1可清楚的表明以上所說情況。
圖1中，線1表示負(fù)載與電源匹配，線2表示電源重載，線3表示電源輕載。電源與負(fù)載不匹配時，為保證不損壞電源設(shè)備，只能降額運行，降低了電源利用率，適當(dāng)?shù)钠ヅ淇梢允闺娫慈β蔬\行，保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，減少故障。在實際中，很少有負(fù)載阻抗恰好等于電源額定阻抗的情況，負(fù)載匹配是感應(yīng)加熱裝置安全可靠經(jīng)濟(jì)運行的一個必不可少的環(huán)節(jié)，是感應(yīng)加熱電源負(fù)載側(cè)設(shè)計的重要內(nèi)容。
2 負(fù)載等效電路分析
感應(yīng)加熱裝置的感應(yīng)器支路可以等效成一個電阻和一個電感串聯(lián)或并聯(lián)的形式[1]，等效的電感、電阻是感應(yīng)器和負(fù)載耦合作用的結(jié)果，其值受感應(yīng)器與負(fù)載耦合程度的影響。等效感應(yīng)器支路是一個感性負(fù)載，功率因數(shù)很低，需加入電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，補(bǔ)償電容器與感應(yīng)線圈的連接方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式，從而形成兩種基本的諧振電路：并聯(lián)諧振電路、串連諧振電路。為了提高效率和保證逆變器安全運行，固態(tài)感應(yīng)加熱電源一般工作在準(zhǔn)諧振狀態(tài)，串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路的特性，見表1。
從表1可以看出，串聯(lián)諧振電路在諧振狀態(tài)下等效阻抗為純電阻，并達(dá)到最小值，并聯(lián)諧振電路在諧振狀態(tài)下等效阻抗達(dá)到最大值，為了獲得最大的電源輸出功率，串聯(lián)諧振電路采用電壓源供電，并聯(lián)諧振電路采用電流源供電，即電壓源型感應(yīng)加熱電源必須匹配串聯(lián)諧振型負(fù)載電路，電流源型感應(yīng)加熱電源必須匹配并聯(lián)諧振型負(fù)載電路，這是電源與負(fù)載的初次匹配措施。
3 負(fù)載匹配方案分析
負(fù)載匹配方法主要分為兩大類：靜電耦合和電磁耦合。靜電耦合主要采用無源元件，通過改變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來改變負(fù)載阻抗。這一方法在一定條件下可以省去匹配變壓器，因此更加經(jīng)濟(jì)、方便。電磁耦合主要采用匹配變壓器，通過變壓器變換阻抗特性進(jìn)行負(fù)載匹配。下面針對不同電路形式進(jìn)行分析。
3.1 并聯(lián)諧振電路負(fù)載匹配方法
[1] [2] [3] [4]
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