感应加热电源以其具有加热效率高、速度快、可控性好及自动化水平高等优点，已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和外表热处置等行业得到普遍的应用。目前国内的高频感应加热电源比拟缺乏，特别是控制技术的研讨程度较低，因此对其频率跟踪及功率调理的数字化控制的研讨具有实践意义。
本文主要研讨高频串联谐振式感应加热电源的控制办法。扼要引见了感应加热的根本原理和工作特性。经过了对串联谐振式和并联谐振式感应加热电源的剖析与比拟，选用了串联谐振主电路。该主电路采用品闸管三相全控桥整流电路，IGBT单相全桥逆变电路。然后对锁相环原理停止了细致的剖析，提出一种数字锁相环（DPLL）的完成办法，并采用数字信号处置器（DSP）加以完成。接着设计以TMS320F2407为控制中心的硬件控制平台，包括了采样电路、维护电路、相位补偿电路、键盘显现电路等外围电路。在此根底上编制了系统的程序，并在TMS320F2407 DSP平台上停止调试，实考证明了该算法能够完成频率跟踪，并可产生移相角可调的基准臂和移相臂的驱动信号。完成了样机，并对其停止了整机联调，本文还给出了软硬件完成计划和实验结果河北工业大学硕士学位论文
3线圈的设计。感应加热时工件中产生的涡流也是交变电流，由于集肤效应，沿横截面由外表至中心按指数规律
衰减。涡流在导体截面由外到里的散布规律是：
其中，
δ——距外表
X处的电流密度；
0δ——表层的电流密度；
f——电源频率(Hz )；
c——光速；
ρ——工件的电阻率；
ru——相对磁导率。
工程中普通近似以为在导体从外表至某一深度的范围内电流是平均散布的。这一深度取电流值为外表值(即大涡流强度)的0.368(1/e)处，此深度定义为电流的透入深度，近似以为电流和热效应全集中在这一范围内。电流透入深度能够近似计算为：
50300/()()rfummρΔ=×（1.6）
可见，工件的加热厚度能够便当的经过调理频率来加以控制。频率越高，工件的加热厚度就越薄。
1-1-2 感应式加热技术的特性自工业上开端应用感应加热技术以来，已过去将近八十年了。在这期间，感应加热理论和感应加
热安装都有很大开展，感应加热的应用范畴亦随之扩展，其应用范围越来越广。究其缘由，主要是感应加热具有如下一些特性[3]：
(1)加热温度高，而且是非接触式加热；
(2)加热效率高—节能；
(3)加热速度快—被加热物的外表氧化少；
(4)温度容易控制—产质量量稳定，省能；
(5)能够部分加热—产质量量好，节能；
(6)容易完成自动控制—省力；
(7)作业环境好—简直没有热、噪声和灰尘；
(8)作业占地少—消费效率高；
(9)能加热外形复杂的工件；
(10)工件容易加热平均—产质量量好。
§1-2 感应加热电源的开展与现状
19世纪初人们发现了电磁感应现象，得知处于交变磁场中的导领会产生感应涡流惹起导体发热。1890年世界上感应熔炼炉呈现，感应加热作为一种新型技术于二十世纪初问世，自此感应加热的理论和实践应用都得以快速的生长和开展，无论是工农业消费中还是日常生活中都得以大量的应用。
高频感应加热电源控制系统的研讨
41-2-1 功率器件的开展与现状感应加热电源是感应加热的关键设备之一，感应加热电源的开展与电力电子学及电力半导体器件
的开展亲密相关。
上世纪初玻璃管汞弧整流器的创造标志着电力电子学的来源，而50年代末半导体硅晶闸管的呈现则标志着以固态半导体器件为中心的现代电力电子学的开端。在50年代前，感应加热电源主要有：工频感应熔炼炉、电磁倍频器、中频发电机组和电子管振荡器式高频电源。50年代末硅晶闸管的呈现惹起了感应加热电源技术致使整个电力电子学的一场反动，感应加热电源及应用得到了飞速开展。直到七十年代以前，由于当时的电力电子技术尚处在传统阶段，感应加热电源中的整流、逆变全部由晶闸管组成，工作频率较低，工作频率低，噪音高，控制系统普通采用分立元件构成。目前国外在中频(150Hz~10kHz)范围内，晶闸管中频感应加热安装己完整取代了传统的中频发电机组和电磁倍频器。国外安装的大容量已达数十兆瓦，国内也己构成200Hz ~8kHz，功率为100kW~3000kW系列产品，能够装备5t熔炼炉及更大容量的保温炉，也适用于各种金属透热，外表淬火等热处置工艺[4]。
在超音频(10kHz~100kHz)频段内，由于晶闸管自身开关特性等参数的限制，给研制该频段的电源带来了很大的技术难度，它必需经过改动电路拓扑构造才有可能完成。
晶体管超音频感应加热电源在1985年面世，其容量为25kW/50kHz，由于单管容量小而采用了多管并联技术，功率晶体管开关速度遭到存储时间限制(sμ级)及它存在的致命的二次击穿问题，限制了它的推行运用。
功率MOS晶体管开关时间远远小于双极型晶体管，其频率为200kHz左右，功率可达数千瓦，不存在二次击穿问题，具有矩形完整区、驱动功率小、易并联等优点，十分合适于高频大功率感应加热电源应用。但是，MOS管用于高速开关时关于电源工艺的请求更为严厉，而且高压MOS晶体管通态损耗较大。
自1983年美国GE公司创造了功率器件——隔离门极双极型晶体管(IGBT)，它综合了MOS管高速、易驱动与双极型晶体管通态压降低的优点，IGBT构造除增加一N层外十分像MOS管构造，因而在其通态压降低的同时开关速度加快。如今，IGBT已开展到第三代，性能得到了很大的进步和完善，且已完成模块化。大功率高速IGBT己成为众多加热电源的器件，频率高达300kHz，功率高达兆瓦级的电源已可完成。
国内在90年代，清华大学电力电子厂研制出的IPS系列电流型并联感应加热超音频电源逆变电路采用IGBT。频率范围在30kHz~50 kHz，大功率达250kW。而日本的采用IGBT的感应加热电源的研制程度为1200kW/50kHz。由于国内研讨起步低，与国外的研制程度仍有相当大的间隔。
在高频(100kHz以上)频段，目前国外正处在从传统的电子管电源向晶体管化全固态电源的过渡阶段，以模块化、大容量MOSFET功率器件为主。比利时Inducto Elphiac公司消费的电流型MOSFET感应加热电源程度可达1000kW/15~600kHz。
应用于高频电源的另一功率器件为静电感应晶体管(SIT)，主要以日本为主，电源程度在80年代末到达了1000kW/200kHz[5], 400kW/400kHz
[6], SIT开关速度比MOSFET快，但存在很大的通态损耗，制造工艺复杂、本钱高，难以向市场进一步推行。相似的静电河北工业大学硕士学位论文
5感应晶闸管(SITH)也是高频大功带领域的一种较为理想的元件，但目前还处于开发研讨阶段。
国内开端研制感应加热电源较早，但是和国外相比还有不少差距。在容量上，中频电源国外高容量为10MVA，而国内为2MVA；在控制技术手腕上，国外大量采用集成电路，数字显现，微机控制，国内则大局部是分立元件和继电器控制，只要少局部采用集成电路控制或微机控制；在工作频率上，国外根本没有空白，而国内10kHz~100kHz的超音频频段内根本属于空白，高频100kHz以上以电子管为主；在消费手腕上，国外普通采取规范化大范围消费，而国内仍处于手工业作坊阶段；在工艺构造上，国内几十年不变，采用角钢焊接等技术，工艺落后，外观质量差。
1-2-2 电路拓扑的开展与现状20世纪50年代前，感应加热电源主要为：工频感应熔炼炉、电磁倍频器、中频发电机组和电子管振荡器式高频电源。这类传统安装效率较低(普通为50%~60%)、热惯性大、寿命短(4000 6000h)、工作频率可调范围极小，不能满足不同工艺、不同负载的请求。
随着电力电子学及功率半导体器件的开展，感应加热电源拓扑构造经过不时的完善，己构成了一种固定的AC/DC/AC变换方式，普通由整流器、滤波器、逆变器及一些控制和维护电路组成。
感应加热的负载是感应线圈和被加热工件，它们能够等效为一个电感和电阻串联，负载呈理性。实践应用中为了进步功率因数和逆变器的输出功率，普通采用加补偿电容的办法，使补偿后的负载在电源的工作频率上谐振。感应加热电源依据补偿方式分为两种，并联谐振式(电流型)电源和串联谐振式(电压型)电源[7]。
并联谐振式(电流型)电源大的优点是能够使系统在空载或短路状况下工作，能够防止因短路而惹起的系统损毁;此外电路构造也具备升压的作用，这样能够满足系统一次侧的高电压请求。由于器件开展的限制和控制电路维护功用的不很完善，加之比拟合适模块化，并联谐振型感应加热电源一度是研讨的主流。国产中频电源目前大局部采用并联谐振型逆变器构造。
随着新型器件的不时呈现以及控制电路的逐步完善，串联谐振型电源由于构造简单，易于频繁起动而成为研讨的热点并得到普遍的应用。特别是在熔炼、铸造应用中，串联逆变电源容易完成全工控下恒功率输出(有利于降低电能吨耗)及一机多负载功率分配控制，更值得推行应用。
1-2-3 控制技术的开展与现状A．数字化控制技术优缺陷
数字控制技术是随着现代微电子技术的开展而开展起来的。随着大范围集成电路ASIC、现场可编程逻辑器件FPGA及数字信号处置器DSP技术的开展，感应加热电源的控制逐步由模仿控制转向数字控制，即向数字化方向开展。感应加热电源完成数字化可带来以下益处：
⑴许多高级复杂的算法有可能经过数字控制器件得以完成。如含糊控制、神经网络控制、无差拍
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