【摘 要】
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感应加热技术以其加热效果好、效率高、节能环保等优越的性能优势被广泛应用于工业、民用、商用各领域。感应加热电源的输出特性对负载的波动非常敏感,而磁性元件的物理特性随温度变化明显,尤其是当温度到达居里点时,磁性元件的磁导率会发生突变,因此在熔炼、废气处理等加热温度达到居里点的工业场景时,会影响电源的正常运行,甚至存在损坏电源的可能。传统研究均通过变频以实现调频控制,而较大的频率波动会降低磁性元件的利用
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感应加热技术以其加热效果好、效率高、节能环保等优越的性能优势被广泛应用于工业、民用、商用各领域。感应加热电源的输出特性对负载的波动非常敏感,而磁性元件的物理特性随温度变化明显,尤其是当温度到达居里点时,磁性元件的磁导率会发生突变,因此在熔炼、废气处理等加热温度达到居里点的工业场景时,会影响电源的正常运行,甚至存在损坏电源的可能。传统研究均通过变频以实现调频控制,而较大的频率波动会降低磁性元件的利用率、增加磁性元件的损耗,增加器件选型的困难,且还会影响系统的体积和成本。因此,本文提出一种基于新型可控开关电容(Switch-Controlled Capacitor,SCC)的LCL感应加热电源,在不改变工作频率的情况下适应感应加热负载特性波动的问题。本文首先介绍新型可控开关电容SCC的拓扑结构,并详细分析了其工作原理,对其进行数学模型的建立,推导SCC等效容抗的计算式。通过定量分析验证,验证了该SCC拓扑作为可变容抗的可行性。其次,基于SCC的LCL感应加热电源的新型拓扑提出适应负载等效电感变化的自动调谐控制。首先对基于SCC的LCL感应加热电源的自动调谐工作原理进行详细的分析,并对其工作模态进行了详实的阐述;最后通过仿真验证了自动调谐控制及频率跟踪保护控制的有效性。再次,基于该感应加热电源的自动调谐特性,对其提出适应负载等效电感变化的调功控制。首先对LCL感应加热电源的输出特性进行详细分析,可得其输出特性对负载等效容抗的变化敏感,且其在谐振时输出电流最大,其值随电感匹配比相关,不能保持稳定。进而提出基于SCC的LCL感应加热电源的分段式调功控制,在最大输出功率满足调功时,采用电流闭环控制保持调功控制;在最大输出功率不满足调功时,采用整流电路控制实现调功控制。并通过仿真实验验证了基于SCC的LCL感应加热电源的调功控制策略的有效性。最后,对所提出的LCL感应加热电源进行硬件设计和软件设计,并搭建了小功率实验样机,进一步验证了针对波动负载特性的基于SCC的LCL感应加热电源拓扑及控制策略的有效性及可行性。
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