1 概述
由于感應(yīng)加熱電源是熱處理的重要設(shè)備,,其控制方案歷來備受關(guān)注,。由于熱處理現(xiàn)場作業(yè)條件復(fù)雜,干擾因素較多,,在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量減少干擾源和減弱或消除外界干擾對系統(tǒng)的影響,,因此,根據(jù)實(shí)際情況控制方案不停地在改進(jìn)中,。
感應(yīng)加熱電源逆變器按其負(fù)載補(bǔ)償電容所處的位置不同,,可分為電流型逆變器和電壓型逆變器。電流型逆變器具有電路結(jié)構(gòu)簡單,,電源運(yùn)行可靠,,對負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)及過流保護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn),,圖1即是電流型逆變電路的拓?fù)?。對于電流型電路而言,首先要防止逆變器的瞬間開路,;其次是選取適當(dāng)定時(shí)或定角的超前觸發(fā)方式,;最后,要求逆變器具有較寬的啟動頻率范圍,。
圖1 電流型感應(yīng)加熱電源拓?fù)?
2 控制方案的原理和改進(jìn)
逆變器的控制框圖如圖2所示,。其中Vo為逆變器的輸出電壓信號,經(jīng)過峰值檢測,,與控制給定值比較產(chǎn)生切換裝置的切換信號X1,,當(dāng)X1為高電平時(shí),切換裝置輸出信號X2與它激信號接通,,逆變器工作在它激狀態(tài),,控制信號從它激信號發(fā)生器發(fā)出,電路工作頻率固定,,且由它激信號發(fā)生器控制,;當(dāng)X1為低電平時(shí),X2與自激信號接通,,逆變器工作在自激狀態(tài),,電路工作頻率由負(fù)載本身的固有頻率決定。根據(jù)鎖相環(huán)的閉環(huán)濾波功能,,在鎖相環(huán)反饋電路中進(jìn)行延時(shí),,用來補(bǔ)償系統(tǒng)的固有延遲,調(diào)節(jié)延遲時(shí)間td,,逆變器既可以工作于感性狀態(tài),,也可以工作于容性狀態(tài)。
圖2 逆變器控制電路框圖
3 逆變器瞬間開路的防止與轉(zhuǎn)換的平滑過渡
以全控型器件作為開關(guān)的逆變器的控制通常采用他激轉(zhuǎn)自激的控制策略,,即在開機(jī)或是負(fù)載電壓低于閾值Vco時(shí)采用開環(huán)的定頻控制,,工作于他激狀態(tài),;而當(dāng)輸出負(fù)載電壓大于閥值Vco時(shí)進(jìn)行自動切換,使逆變器工作于頻率閉環(huán),跟蹤負(fù)載頻率的變化,。
但是這種控制方案存在這樣的問題:由于它激信號和自激信號不可能總是同步的,,因此,在切換過程中多數(shù)情況下會產(chǎn)生窄脈沖(低電平),,這個(gè)窄脈沖不可避免地造成逆變器的瞬間開路,;另外,現(xiàn)場的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境較差,,通常都是在惡劣的電磁環(huán)境中工作,,這種控制方案對于外界的抗干擾性能很差,不能滿足系統(tǒng)的抗干擾的要求,。
針對這種情況,在切換電路后級插入一個(gè)鎖相濾波電路,,用以濾除在轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的窄脈沖,同樣,,這種電路對外界干擾產(chǎn)生的尖峰也有很強(qiáng)的抑制能力,。圖3給出了關(guān)鍵點(diǎn)X1及X3在切換前后的波形。從圖3中可以看出,,由于鎖相特性,,切換過程中的窄脈沖被鎖相環(huán)濾掉了。圖3中1路為X1的波形,,2路為X2的波形,,3路為X3的波形。
圖3 控制電路切換波形
圖4給出了逆變器的輸出端電壓在由它激切換到自激時(shí)的波形,。圖5給出了逆變器從自激轉(zhuǎn)到它激時(shí)的波形圖,。由這兩個(gè)波形可以看出,切換過程是一個(gè)平滑過渡過程,,和圖3對比可知,,系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高,前級窄脈沖被鎖相電路濾除了,。
圖4 它激轉(zhuǎn)自激時(shí)輸出端電壓波形
圖5 自激轉(zhuǎn)它激時(shí)輸出端電壓波形
4 精確定時(shí)的實(shí)現(xiàn)
由于逆變器輸出引線電感的存在,,為減小逆變管的電流電壓應(yīng)力,,一般要求逆變器工作于容性換流狀態(tài),。這就要求在槽路電壓過零之前的某個(gè)時(shí)刻(某個(gè)角度)換流,。這就把控制電路分為定時(shí)和定角兩種觸發(fā)方式,。本控制電路中采用定時(shí)觸發(fā)方式。
在傳統(tǒng)的中頻感應(yīng)加熱電源中,,定時(shí)觸發(fā)方式一般是由槽路的電壓和電流合成信號來實(shí)現(xiàn)的。這種電路的定時(shí)是近似的,。而在超音頻感應(yīng)加熱中,,由于控制電路的固有延遲的存在,,使這種近似不再成立。所以,,采用電壓和電流合成的定時(shí)觸發(fā)方式,超前時(shí)間會隨著槽路諧振頻率,,輸出電壓幅值的變化而變化。
利用在鎖相環(huán)的反饋電路中插入延遲環(huán)節(jié),,一方面補(bǔ)償了控制系統(tǒng)的固有延遲,,另一方面可以獲得精確的超前觸發(fā)時(shí)間,。顯然,,控制電路中的這個(gè)延遲環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)與槽路諧振頻率和電壓幅值是相對獨(dú)立的。
5 結(jié)語
通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和后來的現(xiàn)場超音頻感應(yīng)加熱電源的實(shí)際運(yùn)行效果來看,,這種控制電路具有較強(qiáng)的抗干擾能力和平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換能力,,恒定的超前觸發(fā)時(shí)間,和較大的啟動范圍,。