谐振电路之感应加热

电子电容全能解 2024-08-31 14:56:52

感应加热是一个通过电磁感应给导体加热的过程,该导体通常是金属。涡流产生在金属内部,电阻导致焦耳热。电感加热由电感组成,高频交流电经过电感。磁滞损耗也在材料中会产热。交流频率取决于加热对象尺寸,材料类型,耦合(工作线圈和被加热对象)和穿透深度。

铁和他的合金对感应加热的响应最好,因为他们的铁磁性。感应加热的好处有高效,安全,加热速度快。确定是铜,铝,玻璃不能作为灶面。拿开被加热的对象,那么没有能量传输,所以效率高。

基本电路,谐振电路。谐振电路由电感,电容,电阻组成。当电路接通,能量在电感和电容间来回传递。

谐振电感阻抗XL=jwL (1)

电容阻抗Xc=1/jwC (2)

电路阻抗|Z|= sqrt(R² + (ωL -1/ωC)²) (3)

谐振频率点产生在fo=1/2*pi*sqrt(L*C),此时电路阻抗Z=R.

此时我们定义Q= ω0L/R= 1/(ω0RC)。再结合(3)式,我们可以得到

|Z|=sqrt(R² + Q²(ω/ω0 - ω0 /ω)²)

我们看一下功率或电流对频率的响应曲线,如下。

谐振电路通过减少开关损耗提高了变流器的效率,并且广泛应用在工业。

上面是一种电感加热的典型应用,输入可以是单相和三相整流(二极管、晶闸管、IGBT都行),经过整流后得到Vdc, 后级由IGBT或其他快开关管做开关器件,与谐振腔一起形成串列谐振电路。b是a图的等效电路图,c是最终的简化图。IGBT减少开通损耗(0.5V二极管的压降电压开通),所以IGBT需要低导通压降的管子(注意:对于IGBT来说,开关损耗和导通压降是对立的,需要两者的平衡,这个可以根据具体的应用工况,需要合适的管子)。二极管减少反向恢复损耗。

下图是谐振电路的工作模态。

to--t1,t0前一刻S1开通,电流开始继续上升.电流流向谐振腔。

t1--t2,电流开始下降后,关断S1,此时有关断损耗,可以通过加吸收电容来降低关断损耗。此区间D2开始续流,由电感储能给谐振腔电路继续提供电流。

t2--t3,当谐振腔电路电感能量耗完,开始由电容给电感提供电流或能量。在t2前一刻,开通S2,电流流过S2.

t3--t4,在t3时刻,由电容提供的电流开始下降,此时关断S2,此处有关断损耗。由D1开始续流,电流流向母线电容。然后进入下一个周期。

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