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作者：www.www.pcmenaggio.com 發(fā)布日期：2015-01-15 22:58 信息來(lái)源：http://www.www.pcmenaggio.com
摘要：感應加熱用變頻電源是由整流、濾波、逆變及諧振負載電路組成，本文論述了感應加熱電源的逆變和負載工作中的頻率跟蹤技術(shù)，具體分析了不同的方法實(shí)現鎖相環(huán)、頻率跟蹤的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)，并展望了這項技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：感應加熱；變頻電源；頻率跟蹤；鎖相環(huán)
1、引言
在工業(yè)加熱中，感應加熱方式越來(lái)越受到人們的重視，其特點(diǎn)是以電為能源，通過(guò)電磁感應的原理對金屬工件進(jìn)行熔化、透熱、表面淬火加熱，感應加熱環(huán)保、節能、自動(dòng)化程度高。工業(yè)感應加熱裝置主要由變頻電源和感應爐組成。變頻電源的作用是依靠電力電子功率器件，對50Hz的電網(wǎng)工頻電源進(jìn)行整流、濾波、然后再逆變?yōu)樾枰念l率。變頻電源也叫感應加熱電源，輸出端負載接并聯(lián)、串聯(lián)、或串并聯(lián)諧振電路。逆變輸出頻率工作在槽路諧振電路的固有頻率f0 附近，是負載電路有一個(gè)高的效率和較好的功率因數。但是，金屬在加熱過(guò)程中，由冷態(tài)到熱態(tài)電阻是變化的，磁性金屬材料過(guò)了居里點(diǎn)后，失去磁性，諧振等效參數變化較大，為了能使逆變輸出保持和槽路的諧振頻率變化一致，必須在感應加熱變頻電源的逆變控制電路設計有頻率跟蹤電路，由于各種跟蹤方法的不同，形成了逆變跟蹤控制技術(shù)。
2、模擬鎖相環(huán)技術(shù)
鎖相環(huán)技術(shù)最早應用于廣播和通訊方面的電路，現在在感應加熱電源上應用比較普遍。鎖相環(huán)簡(jiǎn)稱(chēng)PLL。其主要有三個(gè)基本單元構成，即鑒相器PD、壓控震蕩器VCO和低通濾波器LPF。PLL的基本結構見(jiàn)圖1所示。
圖1 壓控振蕩器結構框圖示意
PLL的工作原理：輸入電壓ui與輸出電壓uo通過(guò)鑒相器對兩個(gè)相位進(jìn)行比較。形成相位誤差電壓uo'，這個(gè)誤差電壓再經(jīng)過(guò)低通濾波后得到控制電壓Ud，控制電壓的大小決定了壓振振蕩器產(chǎn)生的頻率高低的偏移大小，這個(gè)新的頻率偏移信號再次和輸入信號ui進(jìn)入鑒相器比較，形成新的誤差電壓uo'及濾波后Ud控制電壓，直到進(jìn)入鑒相器的兩個(gè)信號相同，輸出誤差電壓uo=0，控制電壓Ud=0，從而實(shí)現了輸入信號頻率和輸出信號頻率相同，鎖相環(huán)實(shí)現了鎖定，這實(shí)質(zhì)就是頻率跟蹤過(guò)程。
能夠實(shí)現鎖相環(huán)功能的集成電路很多，下面僅以國內常用的集成鎖相環(huán)芯片CD4046為例分析頻率跟蹤電路技術(shù)。4046芯片內集成有2個(gè)鑒相器，即PD1和PD2，壓控振蕩器，外接低通濾波器。按一定的電路接法能組成一個(gè)鎖相環(huán)電路，對負載電流進(jìn)行頻率跟蹤。見(jiàn)圖2所示。
圖2 CD4046組成的鎖相環(huán)頻率跟蹤電路
感應加熱電源輸出到負載電流的為io，經(jīng)過(guò)LEM傳感器采樣后，送入到過(guò)零比較器LM339，變成方波信號，送入到CD4046的14腳，內部接PD2的輸入端，PD2的輸出端13腳外接R3、R4、C2構成低通濾波器，濾波后的信號輸入到9腳，9腳內部接的是壓控振蕩器的輸入端，壓控振蕩器的輸出端為3腳，由3腳輸出的信號分為兩路，一路接3腳，3腳內是PD2鑒相器輸入，另一路去驅動(dòng)逆變器的功率開(kāi)關(guān)器件，這路是負載電壓信號。當負載電流與負載電壓信號相位差為零時(shí)，鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定狀態(tài)，頻率跟蹤實(shí)現。PD2由邏輯門(mén)控制的四個(gè)邊沿觸發(fā)器和三態(tài)輸出電路組成，為0o相移，并與脈沖的占空比無(wú)關(guān)，常選用鑒相器PD2來(lái)實(shí)現無(wú)相差的頻率跟蹤。
電源工作中，負載的等效參數發(fā)生變化而引起固有頻率f0變化時(shí)，由于鎖相環(huán)有一定范圍頻率的鎖相寬度，這個(gè)寬度覆蓋了f0的變化范圍，鎖相環(huán)一般不會(huì )失鎖，所以頻率始終是能夠跟蹤的。
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