串联谐振电路发生谐振时,电感绕组的电压 ,电容上的最大电压 。串联谐振负载全桥逆变器的等效负载R为15 ,串联谐振电路的品质因数为:
(3.12)
Q值的选择与功率的增益及电容器两端承受的电压有关,其值一般较小,大约选取Q 3。
——串联谐振回路的谐振频率(HZ);
——串联谐振回路的特征阻抗( );
在Q值及R已知的情况下,特征阻抗为: =3*15=45
为谐振频率,当逆变器的开关频 近似等于回路的谐振频率 时,获得最大输出功率。功率6KW,开关频率 =25KHZ,品质因数(谐振回路的品质因数为谐振回路的特性阻抗与回路电阻之比。)Q=3时,R=15 , ,串联谐振电路L、C分别是:
通过相关的参数计算,可以设计出相应的主电路与控制电路来加热工件,满足设计要求。通过了一定的分析,深刻理解了感应加热电源的原理工作,按照本文的原始参数条件,选择了加热频率、确定了加热时间、感应加热器尺寸、加热功率,计算了电参数、冷却水,不过系统的稳定性以及功率等参数无法控制,为了控制功率,下面引入了频率跟踪和PID控制,之后在Matlab中的Simulink内建立里仿真系统。具体见下文。
3.5 锁相环频率跟踪
3.5.1 使用频率跟踪的意义
在感应加热电源加热过程中,由于温度的文化,炉料的变化等因素的影响,使得负载等效参数和固有谐振频率也会发生变化。对于晶闸管中频逆变器而言,为了保证感应加热电源逆变器件能够可靠交流,在较高的功率因数工作下,要求随着负载固有频率变化,逆变器的输出频率也发生变化。也就是说,控制电路要求具有自动频率跟踪功能。换句话说,锁相环提高了系统的稳定性,实际使用时感应电源的负载是不断变化的,要求感应加热电源具有频率自动跟踪的能力。如果逆变侧不进行频率跟踪会出现两个问题:IGBT不能很好的工作在软开关状态,承受的电压和电流应力打,开关损耗大;逆变器工作频率与谐振电路的固有频率不相等,逆变器回路流过较大的无功电流,功率因数下降。达不到最大功率输出。频率跟踪的目的是保证逆变器的开关频率与负载固有谐振频率相等,电压和电流在相位上保持一致。
最常用的频率跟踪方法是使用锁相环做频率跟踪。数字锁相环除了具有数字电路固有的可靠性高、体积小、价格低等优点,还在一定程度上克服了模拟锁相环遇到的困难。数字锁相环简称DPLL,它实质上是一个相位差自动纠偏调节系统,在广播通信、频率合成、自动控制以及时钟同步等技术领域有着广泛的应用。当参考输入信号Vi(t)与输出信号Vo(t)之间有相位差时,鉴相器输出与相位差大小成比例的信号Vd(t),经数字环路滤波器滤波后产生的控制电压Vc(t)作用于数字压控振荡器的输入端,使输出信号Vo(t)发生变化,直至两者的相位差为零,达到同频同相位置。锁相环是指一种电路或者模块,它用于在通信的接收机中,其作用是对接收到的信号进行处理,并从其中提取某个时钟的相位信息。或者说,对于接收到的信号,仿制一个时钟信号,使得这两个信号从某个角度来看是同步的,所以很形象地称为——锁相器。
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