[发明专利]基于电流补偿的串联型感应加热电源谐振频率可调方法

说明书

本发明提供一种基于电流补偿的串联型感应加热电源谐振频率可调方法。本发明包括如下步骤：(1)可控电流源输出补偿电流；(2)当谐振频率高于或低于给定谐振频率，则可控电流源输出和采样电流同相位或反相位补偿电流；(3)在电容C两端注入补偿电流，调节感应加热系统的谐振频率的大小；(4)使得RLC谐振电路工作在谐振频率下；(5)输出新的谐振频率值，再次重复步骤(1)至步骤(5)的过程，直至终止。本发明可以实现加热深度可控，提高加热效率，提高感应加热工艺水平。

技术领域：

本发明涉及一种基于电流补偿的串联型感应加热电源谐振频率可调方法，属于感应加热领域。

背景技术：

感应加热技术是一种先进的加热技术，它具有传统加热方法所不具备的优点如：加热效率高、速度快、可控性好及易于实现机械化及自动化，在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接、和表面热处理等行业得到广泛的应用。在带钢表面热处理的感应加热基本原理如下：带钢穿过感应线圈，在线圈两端通以高频交流电，产生交变电磁场；受交变磁场的影响，在带钢内部产生高频交变电流(涡流)，涡流因带钢本身阻尼的作用而产生热量，起到加热的目的。由于交变电流有集肤效应，因此高频感应电流集中在带钢表面，使带钢表面的发热最大，其优点是加热速度快。

感应加热技术是通过电磁感应的作用，在带钢上产生感应电流(涡流)，感应加热负载可以等效为阻感负载，所以需要谐振电容，感应加热系统工作在谐振频率下，用以减少无功功率，减小谐波对电网的污染，提高感应加热效率。感应加热主要有串联型谐振逆变器和并联型谐振逆变器两种，而串联型谐振逆变器更具有结构简单，易于频繁启动，功率因数高的优点。

在感应加热过程中，由于集肤效应，被加热工件上的电流密度分布不均匀，外层电流密度大，内层电流密度小，高频交流电流趋于表层。习惯上，将被加热工件内部的电流密度为表面电流密度的1/e称为电流的穿透深度Δ(cm)。

式中：ρ为导体电阻率，Ω·cm；

μ_r为导体相对磁导率；

f为电流频率，Hz。

在感应加热过程中，对与被加热的工件而言，其电阻率和磁导率等物理参数随着温度的变化而变化，所以感应加热负载的感抗也随着温度的变化而变化，使得感应加热谐振频率产生变化。有研究表明，感应加热的频率越高，则电效率越高，电效率接近90％时，增加频率对电效率影响不大；感应加热频率越高，被加热工件温度升高趋于表面，过长的传热时间会在周围的介质中损失过多的热量，热效率越低，选择合适的加热频率至关重要。

目前在感应加热过程中，负载参数变化引起的感抗变化时，谐振频率难以精确控制。频率又与感应加热效率和工件加热工艺质量息息相关。目前改变感应加热谐振频率的方法主要是通过改变谐振电容的电容柱数量来改变谐振电容容量大小，而每调节一柱电容频率改变较大，精确度不高，波动较大。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种基于电流补偿的串联型感应加热电源谐振频率可调方法，实现加热深度可控，提高加热效率，提高感应加热工艺水平。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种基于电流补偿的串联型感应加热电源谐振频率可调方法，该方法包括如下步骤：

(1)谐振频率f_load，与参考频率f_ref的差值经比例积分PI运算后，与采样负载电流i_load相乘，作为可控电流源的输入参考值，可控电流源输出补偿电流i_cmp；