高频感应加热设备应用中的高效节能措施 摘要：我国的高频感应加热设备是五十年代初期引进了前苏联的设备技术，六 十年代我国才有了自己制造的高频感应加热设备，到七十年代有了改进型的新结 构产品。高频感应加热设备耗能高，输出功率低。采用新型高效节能措施对阳极 供电主电路、栅极电路、震荡管及振荡槽路等进行改造，改造后设备运行稳定可靠，故障率大大降低，输出功率提高，产品质量提高，原辅材料利用率提高，维 修费用降低，企业的综合经济效益得了到明显提高。 关键词：高频感应加热设备：振荡管：槽路电容器：高压硅整流：节能措施。 一、现代高效节能型感应加热设备具备的特征 （一）要有适应多种工艺需求的机型，即要有多种功率档次和各种频率档次，要有多种线路形式供用户选用。 （二）要使用高效节能的工业用电子管。 （三）阳极供电主电路要用高压硅整流器和调压装置。 （四）槽路及隔直流电容器要用新型板式、筒式和高压云母电容器其耐压要 高于二十千伏。 有了上述条件设备就调试容易，操作方便，故障率低，耗能低等性能，现代 高效节能型加热设备的效率可达到百分之六十以上，比原来设备高出很多，从经 济效益上讲可提高一倍以上，但与发达国家先比仍存在一些差距，要赶上世界先 进水平还需广大应用界和理论界的同仁一起努力。 二、应用中的高效节能措施 高效节能是国家战略方针，是企业降低成本提高效益有效途径。高频感应加 热的应用，与其他加工手段相比用电容量大，其利用率只有25—45%，当前国家 对节能减排非常重视，电力部门把高频加热节能问题放到首要位置，提高效率对 高效节能是一个综合指标，是由许多方面因素构成的，按照各主要因素性质分别 对待，能达到这一综合指标是有意的。 三、设备的选用 高频感应加热设备对感应加热工作的成败，效率高低，能耗的大小，产品质 量的好坏起着重要作用。高频设备自身的技术指标有功率、频率、线路结构及外 围设施等区别，我们就要根据感应加热工作所需的功率、容量、频率档次、工艺 加工对线路结构的要求进行选择，有几种技术指标的选择进行探讨。 四、关于功率的选择 感应加热设备所需要的功率，要看其被加工件的大小，单个加工时间的长短 而定，也就是要按照工件所耗用高频电能的多少和加工速度来选择设备的功率档次。当前用于淬火、焊接、熔炼等设备从10KW—400KW等，设备标定功率是指 振荡功率，不是工件上吸收的功率，而工件上能够得到的功率只有标定功率的40—70%，选用设备时要加以考虑。对于工件所需功率可以用下式计算，即在一 秒钟的时间内使M公斤的材料温度升高T（℃）所需的功率：P′=4.186MCT （KW），式中的C是材料比热，金属的比热是随着温度的上升变化的特别铁磁 材料更为显著。 五、旧设备的节能改造 旧设备是指八十年代以前生产的部分设备，属于旧式设备的范畴，其共同特 点是：（1）阳极供电采用闸流管整流调压。（2）所使用的电子管为广播发射电 子管。（3）槽路和隔直电容器为罐式的，随着科学技术的发展，为了提高工作
高频链中高频变压器的分析与设计 文章作者：四川成都西南交通大学龙海峰郭世明江苏南京国电南京自动化股份有限公司呙道静文章类型：设计应用文章加入时间：2004年9月6日14:54 文章出处：电源技术应用 摘要：高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器，大大减小了逆变器的体 积和重量。在高频链的硬件电路设计中，高频变压器是重要的一环。叙述了高频变压器的设计过程。 实验结果证明该设计满足要求。 关键词：高频链；高频变压器；逆变器 引言 MESPELAGE于1977年提出了高频链逆变技术的新概念[1]。高频链逆变技术与常规的逆变技术最 大的不同，在于利用高频变压器实现了输入与输出的电气隔离，减小了变压器的体积和重量。近年来， 高频链技术引起人们越来越多的兴趣。 1 概述 图1是传统的逆变器框图。其缺点是采用了笨重庞大的工频变压器和滤波电感，导致效率低，噪 音大，可靠性差。另外，谐波含量大，波形畸变严重，与要求的优质正弦波相差甚远。
图2所示为电压源高频链逆变器的框图，该方案是当今研究的最先进方案[2]，也是本文中采用的方案。采用此方案有其一系列的优点，诸如，以小型的高频变压器替代工频变压器；只有两级功率变换；正弦波质量高；控制灵活等。高频变压器是高频链的核心部件，肩负着隔离和传输功率的重任，其性能好坏直接决定逆变器的性能好坏。不合格的变压器温升高，效率低，漏感严重，输出波形畸变大，直接影响电路的稳定性和可靠性，甚至损坏开关器件，导致实验失败。 2 高频变压器的设计 设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流小，铁耗小。各种磁芯物理性能及价格比如表1所列。铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。本文采用的就是铁氧体材料。 表1 各种磁芯特性比较表
高頻變壓器噪音與裂CORE現象改善專案報告 一、概述: 1.高頻變壓器噪音,指電源單體在正常工作狀況下,人耳能聽到的尖銳的“滋滋”聲.聲音的產生是 由物體的掁動引起的,我們所說的噪音,是指變壓器在正常工作過程中,線圈磁CORE及由線圈和磁CORE所組成的整個變壓器,發生頻率在20KHZ以下的掁動(人耳所能聽到的頻率範圍在 20KHZ以下).應該說高頻變壓器(特別是反馳式)在高頻方波電流的激勵下,線圈將會有電流通斷的變化,磁CORE中的磁場出在不停的進行勵磁消磁的變化,勢必有線圈的伸縮掁動和磁CORE 的伸縮掁動,但電源的正常工作頻率在60KHZ~100KHZ左右,此時掁動產生的聲音超出人耳的聽力範圍,人耳是聽不到的,但當電源在工作過程中有間歇式掁蕩產生時,會引起線圈磁CORE間歇式掁動,特別是此掁蕩頻率接近線圈與磁CORE所組成的整個變壓器的固有掁動頻率時,易引發共掁現象.,此時將引發人耳所能聽到的噪音現象. 2.高頻變壓器的裂CORE指變壓器生產過程中(特別是烘烤後,或冷熱沖擊試驗後)出現的磁CORE 破裂的現象,(如下圖),CORE的破裂肯定是由受力引起的,而此力的產生(通過實驗所得),主要來源於膠固化過程和膠與磁CORE的熱脹冷縮的系數不同而產生的應力引起的. 二、案例、實驗分析: 1.******單體之變壓器25383-0001I,初期出現較為嚴重的異音現象,原工法如下圖: 消除異音的方法主要從: 1>.平衡鐵損與銅損; 2>.使變壓器磁CORE工作在較寬較穩定的Bm範圍. 3>.充分含浸線圈. 4>.緊密粘固磁CORE. 5>.消除電源線路中的間歇掁蕩現象等方面,在線路不變動的情況下有效的解決噪音問題,主 要是使變壓器充分含浸和盡可能的使磁CORE粘接牢固. 實驗一: A. 改變點膠工法,看磁CORE的粘合程度對異音現象的影響用不同的點膠工法做 25383-00001I變壓器4EA,工法如下: a.原工法,即兩邊夾紙片,中柱不點膠,異音現象嚴重. b.中柱塗白膠,兩邊夾紙片,邊柱四點固定,無明顯異音現象. c.中柱不塗膠,兩邊柱夾紙片,塗大格膠,有輕微異音. d.中柱點白膠,兩邊柱夾紙片,塗大格膠,無明顯異音. 由以上實驗可判定,異音現象與磁CORE中柱是否塗膠,即兩磁CORE是否緊密固定有較大關系,所以對點膠工法做如下改變. 通過做如上改變,********單體異音現象基本消除,但中柱所點膠在烘烤固化過程中將很大的應力作用在磁CORE中柱部分產品出現裂CORE現象.
ZD系列中频感应加热电源说明书 一、概述 ZD系列中频加热电源是江苏油田工程院的专利产品。（专利号为97220550. 0） ZD系列中频加热电源应用了现代电力电子技术，重量轻，效率高，具有过流、短路等自动保护功能，并且输出功率由温度控制传感器进行自动调节。采用该中频电源的电加热系统通过对输出电压和频率的调节，可以对最大加热长度范围内的任意长度的负载进行加热，具有使用寿命长，效率高，体积小、重量轻等优点。ZD系列中频加热电源可以应用于地面集输管线感应加热和井下空心抽油杆加热。 二、工作原理 中频电源首先将三相380V交流电整流成直流电，并滤波。然后再运用电力电子器件IGBT，把直流电逆变成频率和占空比连续可调的单相中频交流电。最后通过隔离变压器，将单相中频交流电输送给加热负载。 三、型号说明 Z D －□ 额定容量（kVA） 电源 中频 四、使用条件 1、环境温度：－15℃～＋40℃ 2、空气相对湿度不大于90％
3、使用场所无严重的振动，周围环境无灰尘、腐蚀性气体 4、输入电压：三相四线交流电50Hz，380V±10％，机壳接零 五、技术数据（仅供参考） 型号 ZD-10 ZD-20 ZD-35 ZD-50 额定容量 10kVA 20kVA 35kVA 50kVA 输入电压 380V±10％ 380V±10％ 380V±10％ 380V±10％ 输入电流 5～15A 10～30A 15～55A 20～75A 输出电压 0～240V 0～300V 0～400V 0～500V 装置重量 50kg 80kg 110kg 150kg 加热长度＜200米＜400米＜700米＜1000米 六、安装方法 1、中频感应加热电源与油井的距离R≥15m，对轻烃气含量高的油井要求R≥20 m。 2、中频感应加热电源室内安装时，电源装置左右两侧对墙体的距离应≥1m，电源装置后面对墙体的距离应≥0.5m，不得倾斜。 3、中频感应加热电源室外安装时，应放置在一个相应的防雨外壳内，防雨外壳上下通风，不得倾斜，防雨外壳对其它设备的距离应≥1m。 4、中频电源上部接线柱用四芯铜电缆外接三相380V电网，电源装置机壳用接地线可靠接地； 5、中频电源下部的两个接线柱用单芯铜电缆分别引至加热负载； 中频电源型号四芯输入铜电缆规格接地线规格 相线零线 ZD-10 4 mm2 2.5 mm2 2.5 mm2 ZD-20 6 mm2 4 mm2 4 mm2 ZD-35 10 mm2 6 mm2 6 mm2 ZD-50 16 mm2 10 mm2 10 mm2
项目8电池组件输出特性分析 一、告知（教学内容、目的） 任务告知：设计电路完成电池组件输出特性分析（对比单体电池和组件的输出特性） 1. 分析4个单体电池串联组成的组件输出特性（P,U,I,填充因子）； 2. 分析4个单体电池并联组成的组件输出特性；（P,U,I,填充因子）； 3. 分析4个单体电池2串2并组成的组件输出特性；（P,U,I,填充因子）； (1) 单体电池特性是否一致？ （2）组件最大功率点电压是否单体电池最大功率点电压之和？ （3）最大功率点电流是否与单体电池最大功率点电流一致？ (4) 电池板的温度如何保持不变。 提交问题： 1.分析对比单体电池、4个单体电池串联组件、4个单体电池并联组件、2串2并电池组件输出特性。 2.绘制上述4种情况下的最大功率与开路电压和短路电流乘积的关系（填充因子）。 4. 分析电池组件发电效率与单体电池发电效率关系和影响因素； 分析组件总功率与单体电池功率和的关系（峰值功率） 5. 实验采用4块特性类似单体电池完成组建参数测量。
二、课程引入（原理同项目7） 1.电池组件设计 在生产电池组件之前，就要对电池组件的外型尺寸、输出功率以及电池片的排列布局等进行设计，这种设计在业内就叫太阳能电池组件的板型设计。电池组件板型设计的过程是一个对电池组件的外型尺寸、输出功率、电池片排列布局等因素综合考虑的过程。电池组件不论功率大小，一般都是由36片、72片、54片和60片等几种串联形式组成。常见的排布方法有4片×9片、6片×6片、6片×12片、6片×9片和6片×10片等。 2.太阳能电池组件的性能测试 与硅太阳能电池的主要性能参数类似，太阳能电池组件的性能参数也主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。这些性能参数的概念与前面所定义的硅太阳能电池的主要性能参数相同，只是在具体的数值上有所区别。 1.短路电流I S 当将太阳能电池组件的正负极短路，使U=0时，此时的电流就是电池组件的短路电流，短路电流的单位是A，短路电流随着光强的变化而变化。 2.开路电压Uo 当太阳能电池组件的正负极不接负载时，组件正负极间的电压就是开路电压，开踣电压的单位是V。太阳能电池组件的开路电压随电池片串联数量的增减而变化，36片电池片串联的组件开路电压为21V左右。 3.峰值电流I m 峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池组件输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是A。 4.峰值电压P m 峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是V。组件的峰值电压随电池片串联数量的增减而变化，36片电池片串联的组件峰值电压为17～17.5V。 5.峰值功率Pm 峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳能电池组件在正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：Pm =/m×Um。峰值功率的单位是W。太阳能电池组件的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和组件的工
绕组高频效应及其对损耗的影响 1.集肤效应 1.1集肤效应的原理 图1.1表示了集肤效应的产生过程。图中给出的是载流导体纵向的剖面图，当导体流过电流（如图中箭头方向）时，由右手螺旋法则可知，产生的感应磁动势为逆时针方向，产生进入和离开剖面的磁力线。如果导体中的电流增加，则由于电磁感应效应，导体中产生如图所示方向的涡流。由图可知：涡流的方向加大了导体表面的电流，抵消了中心线电流，这样作用的结果是电流向导体表面聚集，故称为集肤效应。在此引进一个集肤深度〈skin depth〉的概念，此深度的电流密度大小恰好为表面电流密度大小的1/e倍： 一般用集肤深度Δ来表示集肤效应，其表达式为： (1.1) 其中：γ为导体的电导率，μ为导体的磁导率，f为工作频率。 图1.1.集肤效应产生过程示意图 图1.2.高频导体电路密度分布图
高频时的导体电流密度分布情形，大致如图1.2所示，由表面向中心处的电流密度逐渐减小。 由上图及式1.1可知，当频率愈高时，临界深度将会愈小，结果造成等效阻值上升。因此在高频时，电阻大小随着频率而变的情形，就必须加以考虑进去。 1.2影响及应用 在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。此外，为了削弱趋肤效应，在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线，这种多股线束称为辫线。在工业应用方面，利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。 考虑到交流电的集肤效应，为了有效地利用导体材料和便于散热，发电厂的大电流母线常做成槽形或菱形母线；另外，在高压输配电线路中，利用钢芯铝绞线代替铝绞线，这样既节省了铝导线，又增加了导线的机械强度，这些都是利用了集肤效应这个原理。 集肤效应是在讯号线里最基本的失真作用过程之一，也有可能是最容意被忽略误解的。与一般讯号线的夸大宣传所言,集肤效应并不会改变所有的高频讯号,并且不会造成任何相关动能的损失。正好相反，集肤效应会因传导体的不同成分，在传递高频讯号时有不连贯的现象。同样地，在陈旧的线束传导体上，集肤效应助长讯号电流在多条线束上的交互跳动，对于声音造成刺耳的记号。 2邻近效应 图2.1表示了邻近效应的产生过程。A、B两导体流过相同方向的电流IA和IB，当电流按图中箭头方向突增时，导体A产生的突变磁通ΦA-B在导体B中产生涡流，使其下表面的电流增大，上表面的电流减少。同样导体B产生的突变磁通ΦB-A在导体A中产生涡流，使其上表面的电流增大，下表面的电流减少。这个现象就是导体之间的邻近效应。 当流过导体的电流相同，导体之间的距离一定时，如果导体之间的相对面积不同，邻近效应使得导体有效截面面积不同。研究表明:导体的相对面积越大则导体有效截面越大，损耗相对较小。
中频感应加热装置的故障处理 1 引言 某钢管厂管加工前区芯棒淬火中频感应加热装置是80年代末期从德国bbc公司引进的，芯棒原设计直径: d=φ65～φ150mm，炉膛温度:750℃～1300℃。由于生产需要轧制x70、x8 0管线钢，芯棒的直径有时需要提高到172mm，必然提高了中频装置的负荷。该控制系统采用模拟控制，控制器件为分立元件，设备已运行二十年，控制参数劣化严重。在加热φ1 60mm的芯棒时，出现功率上不去，系统过电流跳电，屡次烧逆变侧晶闸管，严重影响生产的正常运行。 2 系统介绍 主回路包括整流变压器、整流器、直流电抗器、逆变器、电容器与感应加热线圈组成的并联负载谐振回路，见图1。整流变压器750kva，10kv/550v;采用晶闸管三相全控整流;电抗器具有平滑作用，滤去高次谐波;逆变器由单相全控桥组成，输出功率600kw，输出电压800 v，电流880a，最大频率2000hz。
图1 主回路电路图 控制系统采用电压、电流双闭环控制，控制框图如图2所示。通过对中频电压的检测，来控制中频输出电压的大小，电压调节器的输出作为电流给定。通过检测三相交流进线电流来作为电流反馈，电流调节器的输出控制整流器的脉冲移相。控制系统检测中频电压、电容器支路电流，通过计算与比较，来控制逆变晶闸管的触发，保证反压时间tβ大于晶闸管关断时间tq。
图2 中频控制系统简图 3 故障处理 通过对系统进行调查，可知在加热φ160芯棒时，中频电压开始大约为250v时，输入电流冲击大，随着加热的进行，输入电流基本徘徊在600a左右。随着给定功率的增加(即给定电压的增加)，输入电流增大，但输入电流不会随着加热的进行而逐步减少，芯棒加热缓慢。为什么在加热初期电流冲击大？为什么随着加热装置的运行，输入电流没有逐步减少？为什么随着给定功率的增加，加热效果不明显，而系统频繁报警过电流？ (1) 针对逆变回路频繁烧晶闸管，初步怀疑主回路晶闸管不良或主回路存在接地或短路现象，导致交流输入电流大，输出功率上不去。通过对中频主回路以及线圈的绝缘进行检查，没有发现异常;对晶闸管进行检查，发现晶闸管的参数有劣化趋势。我们对逆变侧晶闸管全部进行了更换，以彻底排除主回路的异常;但再次运行中频时，现象依旧。 (2) 对负载进行检查，在中频感应加热装置中，如果负载不匹配，如电容与感应线圈不匹配，也会出现输入电流大，输出功率小的现象。我们对感应线圈的感抗进行测试，没有发现异常，
实验三 频率特性分析 一·实验目的 1.掌握频率特性的基本概念，尤其是频率特性的几种表示方法。 2.能熟练绘制极坐标频率特性曲线（奈奎斯特曲线）和对数频率特性曲线，尤其要注意的是在非最小相位系统时曲线的绘制。 3.正确应用频率稳定判别方法，包括奈奎斯特稳定判据和对数稳定判据。 4.熟练正确计算相位裕量和幅值裕量。 5.掌握闭环频率特性的基本知识以及有关指标的近似估算方法。 二·实验内容 1增加开环传递函数零极点个数对奈奎斯特图的影响 1）改变有限极点个数n ，使n=0,1,2,3 Nyquist Diagram Real Axis I m a g i n a r y A x i s -2 -101234 -3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.50 0.511.52n=0 n=1 n=2 n=3 2）改变原点处极点个数v ，当v=1,2,3,4, Nyquist Diagram Real Axis I m a g i n a r y A x i s -2 -1.5 -1 -0.5 00.5 1 1.5 2 -2-1.5 -1 -0.5 00.5 1 1.5 2 System: sys P hase Margin (deg): -32.9Delay Margin (sec): 4.41At frequency (rad/sec): 1.3 Closed Loop Stable? No System: sys P hase Margin (deg): -121Delay Margin (sec): 3.49At frequency (rad/sec): 1.2 Closed Loop Stable? No System: sys P hase Margin (deg): 150Delay Margin (sec): 2.28At frequency (rad/sec): 1.15Closed Loop Stable? No System: sys P hase Margin (deg): 51.8Delay Margin (sec): 0.575 At frequency (rad/sec): 1.57 Closed Loop Stable? Yes v=1 v=2 v=3 v=4
高频感应加热的原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 高频感应加热机的主要用途为：金属热处理、金属淬火、金属退火、金属回火、金属透热、金属的钎焊、银焊、铜焊、金属热型、金属熔炼、金属埋植塑料等。 高频感应加热机是目前对金属、非金属材料加热效率*、速度*快，低耗节能环保型的感应加 热设备。高频机全称“高频感应加热机”，又名高频加热机、高频感应加热设备、高频感应 加热装置、高频加热电源、高频电源、高频焊接机、高周波感应加热机、高周波感应加热器 (焊接器)等，另外还有中频感应加热设备、超高频感应加热设备等。应用范围十分广泛。 高频感应加热机的原理 感应加热是利用导体在高频磁场作用下产生的感应电流(涡流损耗)以及导体内磁场的作用 (磁滞损耗)引起导体自身发热而进行加热的。 当金属导体处在一个高频交变电场中，根据法拉第电磁感应定律，将在金属导体内产生感应 电动势，由于导体的电阻很小，从而产生强大的感应电流。由焦耳—楞次定律可知，交变 磁场将使导体中电流趋向导体表面流通，引起集肤效应，舜间电流的密度与频率成正比，频 率越高，感应电流密度集中于导体的表面，即集肤效应就越严重，有效的导电面积减少，电 阻增大，从而使导体迅速升温。 导体有电流通过时，在其周围就同时产生磁场，高频电流流向被绕制成环状或其它形状的电 感线圈(通常是用紫铜管制作)。由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将被加热的金属 物质放置在感应线圈内，磁束就会贯通整个被加热物质，在被加热物质内部与加热电流相反 的方向产生很大的涡流，由于被加热金属物质的电阻产生焦耳热，使金属物质自身的温度迅
变压器运行特性分析与效率曲线 二、理论分析 2.效率和效率特性 变压器运行时将产生损耗。变压器的损耗分为铜耗和铁耗，每一类又包括基本损耗和杂散损耗。其中铁耗可视为不变损耗。基本铜耗是指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗。杂散铜耗主要是指漏磁场引起电流集肤效应，使绕组的有效电阻增大所增加的铜耗，以及漏磁场在结构部件中所引起的涡流损耗等。 变压器的总损耗为 ''22 k Fe Cu Fe R mI p p p P +=+=∑ 式中，电阻。为归算到二次侧的短路为相数；'' R k m 变压器的输入有功功率为1P ，输出功率为2P ，总损耗功率为P ∑，所以效率为 P P P P P ∑+==2212η 由于电力变压器的效率很高，用直接负载法测量1P 和2P 在算出效率，很难得到准确的结果，因此工程上常采用间接法来计算效率，由空载试验测出铁耗，由短路试验测出铜耗在计算效率。此时效率为 kN O N kN O P I P I S P I P P P 2222221cos 11***+++-=∑-=?η 给定以上的参数即可绘制效率曲线。
图3.变压器的效率曲线 有数学分析 2 = dI dη 可知在变压器的铜耗等于铁耗时，变压器的效率达到最 大。 图4.效率曲线的最大值 说明：图中铁耗与铜耗值与对应的坐标值并不一一对应。 附程序源代码 3.变压器的效率曲线 function xiaolv1 p0=2.4; pk=11.6; sn=1000; j=0.8; a=zeros(1,1000); b=zeros(1,1000); for i=2:1:1000 a(i)=a(i-1)+0.001; b(i)=1-(p0+(a(i)^2)*pk)/(a(i)*sn*0.8+p0+(a(i)^2)*pk); end hold on plot(a,b) xlabel('I2的标幺值 ') ylabel('效率 ') 4.效率曲线的最大值 function xiaolv2 p0=2.4; pk=11.6; sn=1000;
高频开关电源变压器的动态测试 （JP2581B＋JP619B材料功耗测量系统应用笔记之一） 1 引言 目前，对高频开关电源变压器电磁参数‘测试’大约使用两种方法：一种是用LCR表测量一些基本电磁参数，例如，开关电源变压器初次级电感、漏感、分布电容、绕组直流电阻以及匝比、相位等，我们称这种测试方法为’静态’测试；一种是将开关电源变压器放到主机上考核其工作情况，对已经定型生产的开关电源变压器，为考核外购磁芯质量，通过测量变压器工作温升判断磁芯的损耗比较直观简便。前一种方法因在弱场、低频低磁感应强度（例如Bm<0.25mT、f=1kHz）下测量，由于磁性材料特性的非线性、不可逆和对温度敏感，其在强场下工作与在弱场情况下工作电磁特性有很大不同。弱场下测量结果不能反映磁性器件工作在强场下的情况；后一种方法虽随主机在强场下应用，但不能得到被测器件电磁参数。磁芯损耗需要专用仪器才能测量。 高频开关电源变压器的上述测试分析现状影响了此类器件的开发和生产。 需要开发一种仪器或测试系统，这种测试系统能够模拟实际工作条件，完成对高频开关电源变压器主要电磁参数分析，例如，各种负载（包括满载和空载）情况下变压器初级复数阻抗z、有效初级电感L，通过功率Pth、功率损耗PT、传输效率η以及在指定频率下磁芯的传输功率密度等，我们称这种模拟实际工作条件的测试为‘动态’测试。作为磁性器件综合测试系统，还要求具有对磁芯材料功率损耗分析功能。在电磁机器进一步小型化、高频化和采用高密度组装情况下对器件进行‘动态’分析，对加速象高频开关电源之类的电磁器件开发、提高器件质量显得特别重要。 2 测试系统简介 JP2581B＋JP619B材料功耗及器件功率测量系统是一种交流电压、电流和功率精密测量装置。其主要测量功能、指标和测量精度非常适用于磁性材料和磁性器件（例如，开关电源变压器）研究开发和磁芯产品快速检测。该系统配套完整，自成体系，无需用户增加额外投资，系统主要测试功能如下： 1、软磁材料及器件交流功率损耗（总功耗PL , 质量比功耗 Pcm , 体积比功耗 Pcv）测量; 2、磁性材料振幅磁导率μa测量; 3、磁芯（有效）振幅磁导率(μa)e测量; 磁芯因素(AL)e.测量 以上测量均符合IEC367--1（或GB9632--88）标准中推荐的测量方法。 4、电感、电容及组成器件（例如，开关电源变压器）等效电磁参数的动态测量和分析; 5、由测量结果分析器件下列参数： z |z| Ls Rs Lp Rp C Q D。 测试系统具有如下使用、操作特点：
目录 一、三极管特性曲线分析 (1) 1.1三极管结构 (1) 1.2 三极管输入特性曲线 (2) 1.3 三极管输出特性曲线 (2) 二、三极管应用举例 (3) 2.1 三极管在放大状态下的应用 (3) 2.2 三极管在开关状态下的应用 (3) 三、线性电路和非线性电路 (4) 3.1线性电路理论 (4) 3.2 非线性电路理论 (5) 3.3 线性电路的分析应用举例 (6) 3.4 非线性电路的分析应用举例 (7) 四、数字电路和模拟电路 (8) 4.1 数字电路 (8) 4.2 模拟电路 (8) 4.3数字电路和模拟电路区别与联系 (9) 五、总结与体会 (9) 六、参考文献 (10)
三极管输入输出曲线分析 ——谈线性电路与非线性电路 摘要：三极管是电路分析中非常重要的一个元器件。本文主要分析了三极管输入输出特性曲线，介绍了线性电路和非线性电路的理论在分析工具的不同之处。同时，线性电路和非线性电路在分析电路时各有着不同的用处。最后，介绍了数字电路及模拟电路区别与联系。 关键词：三极管；数字电子技术；模拟电子技术 一、三极管特性曲线分析 1.1三极管结构 双极结型三极管是由两个PN结背靠背构成。三极管按结构不同一般可分为PNP和NPN 两种。 图1-1 三极管示意图及符号 PNP型三极管和NPN型三极管具有几乎等同的电流放大特性，以下讨论主要介绍NPN 型三极管工作原理。NPN型三极管其两边各位一块N型半导体，中间为一块很薄的P型半导体。这三个区域分别为发射区、集电区和基区，从三极管的三个区各引出一个电极，相应的称为发射极（E）、集电极（C）和基极（B）。虽然发射区和集电区都是N型半导体，但是发射区的掺杂浓度比集电区的掺杂浓度要高得多。另外在几何尺寸上，集电区的面积比发射区的面积要大。由此可见，发射区和集电区是不对称的。 双极型三极管有三个电极：发射极（E）、集电极（C）、基极（B），其中两个可以作为输入，两个可以作为输出，这样就有一个电极是公共电极。三种接法就有三种组态：共发射极接法（CE）、共基极接法（CC）、共集电极接法（CB）。这里只以共射接法为例分析其输入
高频感应加热设备多用于小型工件的深层加热、红冲、煅压、退火、回火、调质，表面淬火，中等直径的管材加热和焊接、热装配，小齿轮淬火等。下面给大家详细的介绍一下这款设备： 工作原理 可以使金属物体瞬间被加热到所需的任何温度，包括其熔点；不需要象其它加热方式那样，先产生高温后再去加热被它加热的金属物体，可以在金属物中直接产生高温；不但可以使金属物体整体加热，也可以选择性地对每个部位进行局部加热；是一种加热方式的革命，同样是电能加热，它却可以比电炉、电烘箱等节电百分之四十。 特点 高频感应加热机采用IGBT功放，软开关谐振双调控及频率自动跟踪系统，MOSFET器件和独特的变频技术，高频运行稳定。高周波感应加热机具务恒定电流和功率控制功能，极大的优化了金属加热过程。 高频感应加热机，在同等条件下具有比传统的高周波电子管加热设备省电50%，无高周波辐射、无高周波干拢。减少了电力负荷和电力增容，具有100%的满负载设计，高频感应加热机可连续二十四小时不间断工作。 高周波感应加热机，具有自动加热、保温、冷却三段时间功能设定，有利于提高高频感应加热机的加热质量，简化人工操作。可根据功率和频率选择高频感
应加热机电源，高周波频率越高，加热深度越浅，高周波频率越低透热性越好。感应加热机1～20KHZ的高周波频率自动跟踪。 适应行业 高周波感应焊接、高周波感应热处理、高周波感应金属熔炼等。如：硬质合金锯片、金刚石刀具、钻具、车刀、刨刀、铣刀、铰刀等刃具的焊接；标准件、螺栓、电力工具、五金工具、手工工具的热处理； 钳子、扳手、旋具、锤子、斧头、汽车配件、曲轴、连杆、活塞销、曲柄销、链轮、凸轮轴、气门、各种摇臂、摇臂轴；变速箱内各种齿轮、花键轴、传支半轴、各种小轴、各种拨叉等高频淬火的处理。 高频感应加热机的主要用途为 金属热处理、金属淬火、金属退火、金属回火、金属透热、金属的钎焊、银焊、铜焊、金属热型、金属熔炼、金属埋植塑料等。 维护 在空气环境较差的场所使用时，应防止灰尘进入机器内部，绝不能有水溅入机内。要保持冷却水的清洁，定期更换。高温环境应保持空气流通。 以上就是为大家介绍的关于高频感应加热设备的工作原理、特点、适应行业及主要用途的相关内容，希望对大家有所帮助！
课程设计名称：电机与拖动课程设计 题目：变压器运行特性分析计算 专业： 班级： 姓名： 学号：
课程设计成绩评定表
变压器在我们的生活中无处不在，为了适应不同的使用目的和工作条件，现实生活中有很多种类型的变压器，常用的变压器有：电力变压器、特殊用途的电源变压器、测量用变压器、控制变压器，且这些类型的变压器在结构和性能上的差别也很大。虽然这些变压器有所不同，但是它们的基本原理是相同的。本设计通过对变压器的变换关系即电压变换、电流变换、阻抗变换，分析研究出变压器运行时的基本方程式，并通过相应的折算得出变压器的等值电路，从而完成对变压器空载，变压器负载运行，变压器空载合闸，变压器副边突然短路时的分析与计算。为了简化计算、减少计算量，本设计在相应的计算上使用MATLAB软件进行辅助。通过本设计的研究计算能对变压器的分析和计算方法有初步的了解，对变压器出现空载、负载运行、空载合闸、副边突然短路时的电压、电流变化有准确的认识。 关键词：变压器；基本方程式；折算；等值电路；MATLAB计算
1 变压器结构及其组成部分 (1) 1.1变压器的基本结构 (1) 1.1.1铁芯 (1) 1.1.2绕组 (1) 1.1.3油箱和冷却装置 (2) 1.1.4绝缘套管 (2) 1.1.5其他构件 (2) 1.2变压器的额定值 (2) 2变压器的变换关系 (4) 2.1电压变换 (4) 2.2电流变换 (4) 2.3阻抗变换 (5) 3变压器等值电路及其折算关系 (6) 4变压器空载时的分析与计算 (8) 5变压器负载运行时的分析与计算 (9) 6变压器副边突然短路时分析计算 (10) 7结论 (11) 8心得体会 (12) 参考文献 (13)
课程设计名称：电机与拖动课程设计 # 题目：变压器运行特性分析计算 专业： （ 班级： 姓名： 学号：
课程设计成绩评定表
变压器在我们的生活中无处不在，为了适应不同的使用目的和工作条件，现实生活中有很多种类型的变压器，常用的变压器有：电力变压器、特殊用途的电源变压器、测量用变压器、控制变压器，且这些类型的变压器在结构和性能上的差别也很大。虽然这些变压器有所不同，但是它们的基本原理是相同的。本设计通过对变压器的变换关系即电压变换、电流变换、阻抗变换，分析研究出变压器运行时的基本方程式，并通过相应的折算得出变压器的等值电路，从而完成对变压器空载，变压器负载运行，变压器空载合闸，变压器副边突然短路时的分析与计算。为了简化计算、减少计算量，本设计在相应的计算上使用MATLAB软件进行辅助。通过本设计的研究计算能对变压器的分析和计算方法有初步的了解，对变压器出现空载、负载运行、空载合闸、副边突然短路时的电压、电流变化有准确的认识。 关键词：变压器；基本方程式；折算；等值电路；MATLAB计算
、 1 变压器结构及其组成部分 (1) 变压器的基本结构 (1) 铁芯 (1) 绕组 (1) 油箱和冷却装置 (2) 绝缘套管 (2) 其他构件 (2) 变压器的额定值 (2) 2变压器的变换关系 (4) ' 电压变换 (4) 电流变换 (4) 阻抗变换 (5) 3变压器等值电路及其折算关系 (6) 4变压器空载时的分析与计算 (8) 5变压器负载运行时的分析与计算 (9) 6变压器副边突然短路时分析计算 (10) 7结论 (11) 8心得体会 (12) 参考文献 (13) |
摘要：反激变换器的高频运行表明功率变压器寄生参数对变换器的性能影响很大。变压器的寄生参数主要是漏感和分布电容，而设计过程中往往很少考虑分布电容。该文给出了适用于工程分析的变压器高频简化模型，分析高频高压场合变压器寄生参数对反激变换器的影响。继而给出寄生参数的确定方法，并基于此分析，提出控制寄生参数的工程方法，研究不同的绕组绕制方法和绕组位置布局对分布电容大小的影响，并通过实验验证了文中分析的正确性及抑制方法的实用性。 关键词：电力电子；分布电容；反激变换器；变压器；高频高压 0 引言 单端反激变换器具有拓扑结构简单，输入输出隔离，升降压范围宽，易于实现多路输出等优点，在中小功率场合具有一定优势，特别适合作为电子设备机内辅助电源的拓扑结构。变压器作为反激变换器中的关键部件，对变换器的整机性能有着很大影响。随着变换器小型化的发展趋势，需要进一步提高变换器的开关频率以减小变压器等磁性元件的体积、重量[1-3]。但高频化的同时，变压器的寄生参数对变换器工作的影响却不容忽视[4-12]。变压器的寄生参数主要是漏感和分布电容。以往，设计者在设计反激变压器时，往往只对变压器的漏感加以重视。然而，在高压小功率场合，变压器分布电容对反激变换器的运行特性及整机效率会有很大影响，不可忽视[8-13]。对设计者而言，正确的理解这些寄生参数对反激变换器的影响，同时掌握合理控制寄生参数的方法，对设计出性能良好的变压器，进而保证反激变换器高性能的实现颇为重要。为此，文中首先给出变压器寄生参数对反激变换器的影响分析，同时给出这些寄生参数的确定方法，并对变压器的不同绕法以及绕组布局对分布电容的影响进行了研究，对绕组分布电容及绕组间分布电容产生的影响作了分析，最后进行了实验验证。1 变压器寄生参数对反激变换器的影响如图1，给出考虑寄生参数后的高压输入低压输出RCD 箝位反激变换器拓扑。其中，Ll、Lm 分别表示原边漏感和磁化电感，C11 为原边绕组分布电容，C13、C24 表示原边与副边绕组不同接线端之间的分布电容。根据反激变换器的工作原理，反激变压器铁心工作于单向磁化状态，且需要一定的储能能力。为防止铁心饱和，通常在变压器磁路中留有较大气隙，但这会使得变压器有较大漏磁，造成较大的漏感。当功率开关管关断时，由于漏感的存 在，会在开关管上激起很高的电压尖峰[12-14]。漏感能量吸收方法有多种，图1 电路是采用RCD 箝位
a NMOS管的输出特性仿真结果与分析说明，取L=2um,W（单位为um)的值依据自己的学号设定。即NMOS管的宽长比（W/L）等于自己的学号的最后两位数。 图a.1 原理图（W=54u，L=2u）图a.2仿真结果 b.取L=0.5 um, W的值依据自己的学号设定。即NMOS管的宽长比（W/L）等于自己的学号的最后两位数。 图b.1 原理图(W=13.5u,L=0.5u) 图b.2 仿真结果 c：取L=0.5 um, W的值依据自己的学号设定。即NMOS管的宽长比（W/L）等于自己的学号的最后两位数。 图c.1 原理图(W=13.5u,L=0.5u) 图c.2 仿真结果
分析说明：①图a.2的W=54u ，L=2u ，图b.2的W=13.5u ，L=0.5u ，但它们的宽长比相等，从两个仿真图可以计算对比看出：当vdd 大于驱动电压时，id 随着vdd 的变化中，图b.2的漏电流变化增量比图a.2的变化增量大，即长L 取得越大它工作在保和区的漏电流越稳定受它影响小，但是对应相同的vddL 取得大的漏电流小。 ②图b.2和图c.2的宽、长取值都相同，但图c.2的vbs=-0.4v ，而图b.2vbs=0，即图c.2存在体效应，随 着vin （vgs ）增大，源和衬底的电压差增大，导致开启电压vth 增大，过驱动电压降低。 2. 以VG 为参数，对于每种组合结构，画出IX 关于VX 的函数曲线草图和写出解析式,同时采用EDA 软件验证。假设λ=γ=0。 图二.a 当VGS=2V 时PMOS 打开,NMOS 打开 图二.b 当VGS= -2V 时PMOS 打开,NMOS 关断 分析说明： 当VGS=2V ，时PMOS,NMOS 打开,当VDS 较大时也将会有电流流过PMOS 管； 当VGS= -2V 时PMOS 打开,NMOS 关断。22]))[((21|)|(21Vx Vth Vg L W UnCox V V Vx L W UnCox I I Ix thp G DN SP ??+??=+=
摘要：阐述了高频开关电源热设计的一般原则，着重分析了开关电源散热器的热结构设计。 关键词：高频开关电源；热设计；散热器 1 引言 电子产品对工作温度一般均有严格的要求。电源设备内部过高的温升将会导致对温度敏感的半导体器件、电解电容等元器件的失效。当温度超过一定值时，失效率呈指数规律增加。有统计资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％；温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6。所以电子设备均会遇到控制整个机箱及内部元器件温升的要求，这就是电子设备的热设计。而高频开关电源这一类拥有大功率发热器件的设备，温度更是影响其可靠性的最重要的因素，为此对整体的热设计有严格要求。完整的热设计包括两方面：如何控制热源的发热量；如何将热源产生的热量散出去。最终目的是如何将达到热平衡后的电子设备温度控制在允许范围以内。 2 发热控制设计 开关电源中主要的发热元器件为半导体开关管（如MOSFET、IGBT、GTR、SCR等），大功率二极管（如超快恢复二极管、肖特基二极管等），高频变压器、滤波电感等磁性元件以及假负载等。针对每一种发热元器件均有不同的控制发热量的方法。 2.1 减少功率开关的发热量 开关管是高频开关电源中发热量较大的器件之一，减少它的发热量，不仅可以提高开关管自身的可靠性，而且也可以降低整机温度，提高整机效率和平均无故障时间（MTBF）。开关管在正常工作时，呈开通、关断两种状态，所产生的损耗可细分成两种临界状态产生的损耗和导通状态产生的损耗。其中导通状态的损耗由开关管本身的通态电阻决定。可以通过选择低通态电阻的开关管来减少这种损耗。MOSFET的通态电阻较IGBT的大，但它的工作频率高，因此仍是开关电源设计的首选器件。现在IR公司新推出的IRL3713系列HEXFET(六角形场效应晶体管)功率MOSFET已将通态电阻做到3mΩ，从而使这些器件具有更低的传导损失、栅电荷和开关损耗。美国APT公司也有类似的产品。开通和关断两种临界状态的损耗也可通过选择开关速度更快、恢复时间更短的器件来减少。但更为重要的则是通过设计更优的控制方式和缓冲技术来减少损耗，这种方法在开关频率越高时越能体现出优势来。如各种软开关技术，能让开关管在零电压、零电流状态下开通或关断，从而大大减少了这两种状态产生的损耗。而一些生产厂家从成本上考虑仍采用硬开关技术，则可以通过各种类型的缓冲技术来减少开关管的损耗，提高其可靠性。 2.2 减少功率二极管的发热量 高频开关电源中，功率二极管的应用有多处，所选用的种类也不同。对于将输入50Hz交流电整流成直流电的功率二极管以及缓冲电路中的快恢复二极管，一般情况下均不会有更优的控制技术来减少损耗，只能通过选择高品质的器件，如采用导通压降更低的肖特基二极管或关断速度更快且软恢复的超快恢复二极管，来减少损耗，降低发热量。高频变压器二次侧的整流电路还可以采用同步整流方式，进一步减少整流压降损耗和发热量，但它们均会增加成本。所以生产厂家如何掌握性能与成本之间的平衡，达到性价比最高是个很值得研究的问题。 2.3 减少高频变压器与滤波电感等磁性元件的发热