中频感应加热负载分析

中频感应加热电源的组成中频感应加热电源的组成由电工原理知道，处于交变磁场中的导体会产生感应电动势，进而形成涡流引起导体材料发热。

实践证明，在50Hz交流电流形成的交变磁场中，导体材料所产生的感生电流不足以使导体材料加热到所需温度（例如1200℃）。

如果提高频率就可以增加发热效果。

中频感应加热电源是一种将三相工频（50Hz）交流电转变为单相中频交流电的装置。

目前应用较多的中频感应加热电源的工作原理是，通过整流电路先将三相交流电整流成可调的直流电，经电抗器滤波后，经过逆变器变换成频率较高的交流电供给负载。

中频电源的主电路有若干种，但大部分用的是并联逆变中频电源，原理图如图6-25所示。

图6-25 中频感应加热电源主电路原理图直流电源由工频交流电源经三相可控整流后得到。

在直流侧串有大电感L d，从而构成电流型逆变电路。

单相逆变电桥由四个快速晶闸管桥臂构成，电抗器L1～L用来限制晶闸管导通时的d i ／d t。

VT1、VT4和VT2、VT3以中频(500～5000Hz)轮流导通，就可在负载上得到中频交流电。

中频电炉负载是一个感应线圈，图中L和R串联即为其等效电路。

因为功率因数很低，故并联补偿电容器C，电容C和L、R构成并联谐振电路。

所以这种逆变电路被称为并联谐振式逆变电路。

负载换相方式要求负载电流超前于电压，因此补偿电容应使负载过补偿，使负载电路工作在容性小失谐情况下。

可以看出，补偿电容C也起到换流电容的作用。

对于这种换流电容和负载并联的逆变电路，也称作并联逆变电路。

广泛用于金属冶炼、中频淬火的中频电源装置。

2．工作原理因为并联谐振式逆变电路属电流型，故其交流波形接近矩形波，其中包含基波和各奇次谐波。

因基波频率接近负载电路谐振频率，故负载电路对基波呈现高阻抗，而对谐波呈现低阻抗，谐波在负载电路上几乎不产生压降，因此负载电压波形接近正弦波。

图6-26是该逆变电路的工作波形。

在交流电流的一个周期内，有两个稳定导通阶段和两个换相阶段。

中频感应加热设备的成套分析详解电源系统是中频感应加热设备最重要的组成部分，主要包括电源模块、变流器和输出电缆。

电源模块负责提供稳定的电源供应，通常采用半桥或全桥电路。

变流器将高频电源转换为交流电源，并通过输出电缆传输到感应线圈。

水冷系统主要用于冷却感应线圈和电源模块，以防止设备过热损坏。

水冷系统包括水泵、冷却器、水管和冷却水箱等组件。

感应线圈是中频感应加热设备中的核心部件，通过电磁感应产生强烈的磁场，从而使工件发生加热。

感应线圈一般采用多匝线圈，并且需要根据工件的尺寸和形状进行设计和制造。

工件夹具用于固定和支撑待加热的工件，保证工件与感应线圈之间的距离和位置的稳定性。

根据不同的工艺要求，工件夹具可以采用手动、气动或液压的方式进行操作。

温度控制装置主要用于控制和调节加热工艺的温度。

温度控制装置通常由温度传感器、控制器和执行机构组成。

通过实时监测工件的温度，并与设定的温度进行比较，从而调整加热功率和时间，以实现精确的温度控制。

中频感应加热设备的工作原理是基于电磁感应现象。

当交流电通过感应线圈时，会在感应线圈周围产生一个强烈的变化磁场。

当将待加热的导电体（一般为金属）放置在感应线圈中时，导电体内部的自由电子会受到磁场的作用，产生感应电流。

根据洛伦兹力定律，感应电流会在导电体内部产生阻尼损耗，并转化为热能，从而使导电体发生加热。

中频感应加热设备的加热功率主要取决于工频和感应线圈的设计参数。

在工频相对低的情况下，感应线圈的匝数可以较多，从而产生较大的磁场，实现较高的加热功率。

而在高频情况下，感应线圈的匝数相对较少，但加热效率更高。

总之，中频感应加热设备是一种高效、精确的加热设备，广泛应用于金属工业中的各种加热工艺。

通过合理设计和调整设备的参数，可以实现高效、稳定的加热效果，从而提高生产效率和产品质量。

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。

中频感应加热设备常见故障与维修技巧【摘要】中频感应加热设备在透热、熔炼、淬火、焊接等领域都有广泛的应用，然而由于设备的功率很大，电子元件很容易由于过热而产生故障。

【关键词】中频感应加热设备；故障；维修技巧中频电源广范应用于熔炼透热淬火焊接等领域，不同的应用领域对中频电源有不同的要求，因此中频电源的控制电路和主电路有不同的结构形式，只有在熟练掌握这些电路的基本工作原理和功率器件的基本特性的基础上，才能快速准确地分析判断故障原因采取有效的措施排除故障。

在此对常见故障及其维修技巧进行探讨。

1.常见故障分析1.1开机设备不能正常起动（1）故障现象起动时直流电流大、直流电压和中频电压低、设备声音沉闷过流保护。

分析处理逆变桥有一桥臂的晶闸管可能短路或开路造成逆变桥三臂桥运行。

用示波器分别观察逆变桥的四个桥臂上的晶闸管，管压降波形若有一桥臂上的晶闸管的管压，降波形为一线，该晶闸管已穿通；若为正弦波，该晶闸管未导通，更换已穿晶闸管，并查找晶闸管未导通的原因。

（2）故障现象起动时直流电流大、直流电压低、中频电压不能正常建立。

分析处理补偿电容短路断开电容用万用表查找短路电容更换短路电容。

1.2 设备能起动但工作状态不对（1）故障现象设备空载能起动但直流电压达不到额定值、直流平波电抗器有冲击声并伴随抖动。

分析处理关掉逆变控制电源，在整流桥输出端上接上假负载，用示波器观察整流桥的输出波形，可看到整流桥输出缺相波形缺相的原因可能是：流触发脉冲丢失；触发脉冲的幅值不够宽度太窄，导致触发功率不够造成晶闸管时通时不通；双脉冲触发电路的脉冲时序不对或补脉冲丢失；晶闸管的控制极开路短路或接触不良。

（2）故障现象设备能正常顺利起动，当功率升到某一值时过压或过流保护。

分析处理分两步查找故障原因：先将设备空载运行，观察电压能否升到额定值；若电压不能升到额定值并且多次在电压某一值附近过流保护，这可能是补偿电容或晶闸管的耐压不够造成的，但也不排除是电路某部分打火造成的；若电压能升到额定值，可将设备转入重载运行，观察电流值是否能达到额定值；若电流不能升到额定值，并且多次在电流某一值附近过流保护，这可能是大电流干扰，要特别注意中频大电流的电磁场对控制部分和信号线的干扰。

中频感应加热电源常见故障与维修中频电源广范应用于熔炼透热淬火焊接等领域不同的应用领域对中频电源有不同的要求因此中频电源的控制电路和主电路有不同的结构形式只有在熟练掌握这些电路的基本工作原理和功率器件的基本特性的基础上才能快速准确地分析判断故障原因采取有效的措施排除故障在此仅对典型电路和常见故障进行探讨1 开机设备不能正常起动1.1故障现象起动时直流电流大直流电压和中频电压低设备声音沉闷过流保护分析处理逆变桥有一桥臂的晶闸管可能短路或开路造成逆变桥三臂桥运行用示波器分别观察逆变桥的四个桥臂上的晶闸管管压降波形若有一桥臂上的晶闸管的管压降波形为一线该晶闸管已穿通若为正弦波该晶闸管未导通更换已穿晶闸管查找晶闸管未导通的原因1.2故障现象起动时直流电流大直流电压低中频电压不能正常建立分析处理补偿电容短路断开电容用万用表查找短路电容更换短路电容1.3故障现象重载冷炉起动时各电参数和声音都正常但功率升不上去过流保护分析处理1逆变换流角太小用示波器观看逆变晶闸管的换流角把换流角调到合适值2炉体绝缘阻值低或短路用兆欧表检测炉体阻值排除炉体的短路点3炉料钢铁相对感应圈阻值低用兆欧表检测炉料相对感应圈的阻值若阻值低重新筑炉1.4故障现象零电压它激无专用信号源起动电路不好起动分析处理1电流负反馈量调整得不合适2与电流互感器串联的反并二极管是否击穿3信号线是否过长过细4信号合成相位是否接错5中频变压器和隔离变压器是否损坏特别要注意变压器匝间短路重新调整电流负反馈量更换已损坏的部件1.5故障现象零电压它激扫频起动电路不好起动分析处理1扫频起始频率选择不合适重新选择起始频率2扫频电路有故障用示波器观察扫频电路的波形和频率排除扫频电路故障1.6故障现象起动时各电参数和声音都正常升功率时电流突然没有电压到额定值过压过流保护分析处理负载开路检查负载铜排接头和水冷电缆2. 设备能起动但工作状态不对2.1 故障现象设备空载能起动但直流电压达不到额定值直流平波电抗器有冲击声并伴随抖动分析处理关掉逆变控制电源在整流桥输出端上接上假负载用示波器观察整流桥的输出波形可看到整流桥输出缺相波形缺相的原因可能是1整流触发脉冲丢失2触发脉冲的幅值不够宽度太窄导致触发功率不够造成晶闸管时通时不通3双脉冲触发电路的脉冲时序不对或补脉冲丢失4晶闸管的控制极开路短路或接触不良2.2 故障现象设备能正常顺利起动当功率升到某一值时过压或过流保护 分析处理分两步查找故障原因1先将设备空载运行观察电压能否升到额定值若电压不能升到额定值并且多次在电压某一值附近过流保护这可能是补偿电容或晶闸管的耐压不够造成的但也不排除是电路某部分打火造成的2若电压能升到额定值可将设备转入重载运行观察电流值是否能达到额定值若电流不能升到额定值并且多次在电流某一值附近过流保护这可能是大电流干扰要特别注意中频大电流的电磁场对控制部分和信号线的干扰3. 设备正常运行时易出现的故障3.1 故障现象设备运行正常但在正常过流保护动作时烧毁多支KP 晶闸管和快熔分析处理过流保护时为了向电网释放平波电抗器的能量整流桥由整流状态转 到逆变状态这时如果а1500就有可能造成有源逆变颠覆烧毁多支晶闸管和快熔,开关跳闸并伴随有巨大的电流短路爆炸声对变压器产生较大的电流和电磁力冲击严重时会损坏变压器3.2 故障现象设备运行正常但在高电压区内某点附近设备工作不稳定直流电压表晃动设备伴随有吱吱的声音这种情况极容易造成逆变桥颠覆烧毁晶闸管分析处理这种故障较难排除多发生于设备的某部件高压打火1连接铜排接头螺丝松动造成打火2断路器主接头氧化导致打火3补偿电容接线桩螺丝松动引起打火补偿电容内部放电阻容吸收电容打火(4)水冷散热器绝缘部分太脏或炭化对地打火(5)炉体感应线圈对炉壳炉底板打火炉体感应线圈匝间距太近匝间打火或起弧固定炉体感应线圈的绝缘柱因高温炭化放电打火6晶闸管内部打火3.3故障现象设备运行正常但不时地可听到尖锐的嘀—嘀声同时直流电压表有轻微地摆动分析处理用示波器观察逆变桥直流两端的电压波形可看到逆变周期性短暂一个周波失败或不定周期短暂失败并联谐振逆变电路短暂失败可自恢复周期性短暂失败一般是逆变控制部分受到整流脉冲地干扰非周期性短暂失败一般是由中频变压器匝间绝缘不良产生3.4故障现象设备正常运行一段时间后设备出现异常声音电表读数晃动设备工作不稳定分析处理设备工作一段时间后出现异常声工作不稳定主要是设备的电气元器件的热特性不好可把设备的电气部分分为弱电和强电两部分分别检测先检测控制部分可预防损坏主电路功率器件在不合主电源开关的情况下只接通控制部分的电源待控制部分工作一段时间后用示波器检测控制板的触发脉冲看触发脉冲是否正常在确认控制部分没有问题的前提下把设备开起来待不正常现象出现后用示波器观察每支晶闸管的管压降波形找出热特性不好的晶闸管若晶闸管的管压降波形都正常这时就要注意其它电气部件是否有问题要特别注意断路器电容器电抗器铜排接点和主变压器3.5故障现象设备工作正常但功率上不去分析处理设备工作正常只能说明设备各部件完好功率上不去说明设备各参数调整不合适影响设备功率上不去的主要原因有1整流部分没调好整流管未完全导通直流电压没达到额定值影响功率输出2中频电压值调得过高过低影响功率输出3截流截压值调节得不当使得功率输出低4炉体与电源不配套严重影响功率输出5补偿电容器配置得过多或过少都得不到电效率和热效率最佳的功率输出即得不到最佳的经济功率输出6中频输出回路的分布电感和谐振回路的附加电感过大也影响最大功率输出3.6故障现象设备运行正常但在某功率段升降功率时设备出现异常声音抖动电气仪表指示摆动分析处理这种故障一般发生在功率给定电位器上功率给定电位器某段不平滑跳动造成设备工作不稳定严重时造成逆变颠覆烧毁晶闸管故障现象设备运行正常但旁路电抗器发热烧毁分析处理造成旁路电抗器发热烧毁的主要原因有1旁路电抗器自身质量不好2逆变电路存在不对称运行造成逆变电路不对称运行的主要原因来源于信号回路3.8故障现象设备运行正常经常击穿补偿电容分析处理故障原因1中频电压和工作频率过高2电容配置不够3在电容升压电路中串联电容与并联电容的容量相差太大造成电压不均击穿电容4冷却不好击穿电容3.9故障现象设备运行正常但频繁过流分析处理设备运行时各电参数波形声音都正常就是频繁过流当出现这样的故障时要注意是否是由于布线不当产生电磁干扰和线间寄生参数耦合干扰如强电线与弱电线布在一起工频线与中频线布在一起信号线与强电线中频线汇流排交织在一起等4. 直流平波电抗器故障现象设备工作不稳定电参数波动设备有异常声音频繁出现过流保护和烧毁快速晶闸管分析处理在中频电源维修中直流平波电抗器故障属较难判断和处理的故障直流平波电抗器易出现的故障有1用户随意调整电抗器的气隙和线圈匝数,改变了电抗器的电感量影响了电抗器的滤波功能使输出的直流电流出现断续现象导致逆变桥工作不稳定逆变失败烧毁逆变晶闸管随便调小电抗器的气隙和减少线圈匝数在逆变桥直通短路时会降低电抗器阻挡电流上升的能力烧毁晶闸管随意改变电抗器的电感量还会影响设备的起动性能2电抗器线圈松动电抗器的线圈若有松动在设备工作时电磁力使线圈抖动线圈抖动时电感量突变在轻载起动和小电流运行时易造成逆变失败3电抗器线圈绝缘不好对地短路或匝间短路打火放电造成电抗器的电感量突跳和强电磁干扰使设备工作不稳定产生异常声音频繁过流烧毁晶闸管造成线圈绝缘层绝缘不好短路的原因有 a. 冷却不好温度过高导致绝缘层绝缘变差打火炭化 b. 电抗器线圈松动线圈绝缘层与线圈绝缘层之间线圈绝缘层与铁心之间相对运动摩擦造成绝缘层损坏 c. 在处理电抗器线圈水垢时把酸液渗透到线圈内酸液腐蚀铜管并生成铜盐破坏绝缘层5. 晶闸管故障现象更换晶闸管后一开机就烧毁晶闸管分析处理设备出故障烧毁晶闸管在更换新晶闸管后不要马上开机首先应对设备进行系统检查排除故障在确认设备无故障的情况下再开机否则就会出现一开机就烧毁晶闸管的现象在压装新晶闸管时一定要注意压力均衡否则就会造成晶闸管内部芯片机械损伤导致晶闸管的耐压值大幅下降出现一开机就烧毁晶闸管的现象5.2故障现象更换新晶闸管后开机正常但工作一段时间又烧毁晶闸管分析处理发生此类故障的原因有1控制部分的电气元器件热特性不好2晶闸管与散热器安装错位3散热器经多次使用或压装过小台面晶闸管造成散热器台面中心下凹导致散热器台面与晶闸管台面接触不良而烧毁晶闸管4散热器水腔内水垢太厚导热不好造成元件过热烧掉5快速晶闸管因散热不好温度升高同时晶闸管的关断时间随着温度地升高而增大最终导致元件不能关断造成逆变颠覆烧掉晶闸管6晶闸管工作温度过高门极参数降低抗干扰能力下降易产生误触发损坏晶闸管和设备7检查阻容吸收电路是否完好5.3故障现象更换新晶闸管后设备仍不能正常工作烧晶闸管分析处理设备出现故障后烧掉晶闸管换上新晶闸管后经静态检测设备一切正常但仍不能正常稳定工作易烧晶闸管这时要特别注意脉冲变压器电源变压器中频变压器中频隔离变压器是否出现初级线圈与次级线圈之间线圈与铁心之间匝与匝之间是否绝缘不好6. 结束语中频电源的故障现象是多种多样千奇百怪的对具体故障要做具体分析随着中频电源技术的发展和功率的增大中频电源维修人员必须要具备相当的电路理论基础知识和丰富的实践经验最后我们一定要切记在更换晶闸管后一定要仔细检测设备即使在故障排除后也要对设备进行系统检查。

中频感应炉功率计算方法
中频感应炉是一种常见的金属热处理设备，其功率计算方法是热处理过程设计中的重要内容。

中频感应炉的功率计算方法可以从以下几个方面来考虑：
1. 根据炉子的负载情况来计算功率。

炉子的负载可以通过炉子的容积和金属材料的密度来计算，根据负载容积和炉子的设计功率可以计算出炉子的功率。

2. 根据金属材料的特性来计算功率。

金属材料的电导率和磁导率是影响功率的重要因素，根据金属材料的电磁特性来对功率进行计算。

3. 根据炉子的效率来计算功率。

炉子的效率是指炉子能够将电能转化成热能的比例，通过测量炉子的电能输入和热能输出来计算炉子的效率，从而得出炉子的功率。

综合以上几个方面，可以得出中频感应炉的功率计算公式：
P=V×ρ×σ×B×f×η
其中，P表示功率，V表示炉子的容积，ρ表示金属材料的密度，σ表示金属材料的电导率，B表示磁场强度，f表示频率，η表示炉子的效率。

此外，还需要考虑炉子的加热时间、金属材料的初始温度等因素，以确定合适的功率计算方法，从而保证炉子的工作效率和加热效果。

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《工业加热》第37卷2008年第2期56高频感应加热属于直接加热方式，高频电源在加热线圈上，其周围会产生一交变的磁场，磁性或非磁性的加工物件由于电磁感应，将在不同深度产生感应电流，而使加工物体的温度升高。

感应加热具有加热时间短，效率高，便于控制温度，保证加热质量，改善劳动条件，易于组合自动化生产，因此在金属热处理、焊接及冶金工业中得到越来越广泛的应用。

在感应加热的设计中，系统的频率、功率、加工物高频感应加热过程的负载电气特性分析焦俊生（铜陵学院电气工程系，安徽铜陵244000）摘要：高频感应加热系统由于它的独特优点，已广泛应用于工业生产中。

介绍了高频感应加热电源系统的特点，分析了感应加热的集肤效应特性，给出它的电感性负载阻抗理论模型，最后实验验证了在不同温度下，负载的电感与电阻随温度变化趋势，证实了理论分析结论。

关键词：感应加热；高频；负载中图分类号：TM924.5文献标志码：A文章编号：1002-1639(2008)02-0056-03Analysis of Load Electrical Characteristics for Induction Heating Systems of High FrequencyJIAO Jun-sheng（Tongling College ，Electrical Engineering Dept.，Tongling244000，China ）Abstract:Induction heating systems of high frequency have been widely used and rapidly developed in the industrial applications because of their distinctive advantages.Characteristics of power system were introduced in induction heating with high frequency.Features of skin effect were analyzed about induction heating system.Theory model of impedance was put forward with inductive load.And finally,experimental results at different temperature show that the change trend varied with it for value of inductance and resistance and the conclusion is correct.Key words:induction heating ；high frequency ；load收稿日期：2007-10-15；修回日期：2007-12-29作者简介：焦俊生（1968—），男，工学硕士，讲师，研究方向为电力电子的应用技术.（上接第49页）心中频感应炉无磁性期感应加热的一些规律性：吸收力弱，加热慢且电热效率＝0.157。

管道中频感应加热热处理的优点及应用摘要：我国目前广泛采用中频感应加热炉对钢材和有色金属材料进行加热和热处理，感应加热热处理炉在钢管尤其是石油钢管的调质热处理中得到了应用并不断发展。

近几年，中频感应热处理在电力建设施工现场中厚壁管道焊后热处理中也开始逐渐推广。

本文介绍了现场钢管的中频感应热处理的原理、工艺流程、设备、实施方案以及优势。

该热处理方式加热速度快，效率高；加热温度易于控制，设备损耗少；经该热处理得到的管道接头具有良好的力学性能和使用寿命。

关键词：电力建设；焊后热处理；中频感应中频感应加热炉在钢管尤其是石油钢管的调质热处理方面应用比较广泛。

近年来，为了提高施工质量，降低成本，减少投资，改善劳动条件，中频感应热处理在电力建设施工现场大径厚壁管道接头焊后热处理中也开始逐渐推广。

如在锅炉和汽机房过热、再热蒸汽管道和四大管道中P91/92材质焊接接头的焊后热处理中广泛使用。

一、中频感应加热的原理感应加热的基本原理：中频感应加热的原理与一般电气设备中产生的涡流及涡流引起的发热的原理基本相同，比如家中常见的电磁炉等电气设备基本采用涡流传导给物品加热，感应线圈与被加热物件不直接接触，能量通过电磁感应传递。

常规的远红外加热器是通过加热片对管道进行辐射热传导的，传递速度慢且热量损失严重。

而中频感应加热是利用感应线圈把交流电能传递给要加热的金属管道工件，然后电能在金属管道内部转变为热能，管件本身就是发热源。

有实验证明：电源频率越低，透热深度越深，内外壁温差越小，温度场越均匀。

感应线圈与中频电源之间的连接母线应注意散热，以防止过高的温度而破坏导线的绝缘。

二、中频感应热处理操作过程金属管道焊接热处理使用设备：型号RLPC-7200的中频远红外一体化热处理设备。

该中频热处理装置输入电源为380V三相五线制频率50HZ，中频电源输出频率为1000HZ～2000HZ并联谐振，最大输出总功率为400KW（远红外10×30KW＋中频100KW），中频感应加热线圈采用截面≥100mm2 高温绝缘软铜线，绝缘电压大于交流750V 的电缆线，长度一般为30-60米，能基本满足目前火电厂基建和检修过程中对高合金钢大管径厚壁管的热处理需求。

有关“中频电源”负载重的原因
有关“中频电源”负载重的原因如下：
1.电源容量不足：中频电源的容量应该与负载的容量相匹配。

如果电源容量不足，就会
导致中频电源负载重。

2.负载过重：如果中频电源所带负载过重，超过了电源的承受能力，就会导致中频电源
负载重。

3.负载特性不佳：有些负载的阻抗变化较大，或者存在非线性特性，这会导致中频电源
的工作状态发生变化，从而引起中频电源负载重。

4.电源设计不当：如果中频电源的设计存在缺陷或者不合理的地方，也会导致中频电源
负载重。

课题五中频感应加热电源中频电源装置是一种利用晶闸管元件把三相工频电流变换成某一频率的中频电流的装置，广泛应用在感应熔炼和感应加热的领域。

本课题介绍与中频感应电源相关的知识：中频感应加热装置的基本原理、三相桥式全控整流电路、触发电路、触发电路与主电路同步、无源逆变的基本概念、并联谐振逆变电路等内容。

一、本课题学习目标与要求1．了解中频感应加热装置的基本原理及应用。

2．掌握中频感应加热装置的组成、各部分电路（三相桥式整流电路、触发电路、并联谐振逆变电路、保护电路）的工作原理。

3．理解输出电压、电流和晶闸管两端电压波形，以三个波形为基础，推导出有关电量，从而能够正确选择晶闸管等元件。

4．能利用波形分析电路故障。

5．掌握触发电路与主电路电压同步的概念以及实现同步的方法。

6．了解常用的中频感应加热装置的使用注意事项。

7．熟悉中频感应加热装置的安装、调试，简单的故障维修方法。

8．了解三相有源逆变电路工作原理及有源逆变电路的应用。

二、主要概念提示及难点释疑1．学习三相整流电路时应注意的几点（1）α=0°的地方——自然换相点为相邻相电压（或线电压）的交点。

它距相电压波形的原点30°，距对应线电压原点60°。

（2）α=0°时，相当于二极管电路不可控整流情况，单相整流电路输出电压波形为正弦电压正半周波形，三相半波整流电路输出电压波形为三相相电压的正向包络线，而三相桥式整流电路输出电压波形是三相相电压的正负包络线，即六个线电压的正向包络线。

2．负载性质不同的三相半波可控整流电路的特点（1）电阻性负载（移相范围α=0°~150°）0°≤α≤30°时，一个周期内，三个晶闸管轮流导电，每个晶闸管导通角120°，电流连续。

输出电压平均值αcos 17.12d U U =。

晶闸管两端电压波形由3段组成：第1段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为u T1=0 第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，u T1=u u -u v =u uv ，为一段线电压 第3段，在VT3导通期间，u T1=u u -u w =u uw 为另一段线电压， 如果增大控制角α,将脉冲后移,整流电路的工作情况相应地发生变化。

中频异形感应加热感应圈技术分析一、引言中频异形感应加热技术是现代金属热处理领域中的一项关键技术，广泛应用于机械制造、汽车、航空航天等行业。

它利用中频电流产生的交变磁场来加热金属材料，实现对金属的快速、均匀加热。

感应圈作为感应加热系统的核心部件，其设计直接影响到加热效果和能效。

本文旨在对中频异形感应加热感应圈的设计原理、特点、设计要点及应用进行详细分析。

二、中频异形感应加热原理中频异形感应加热基于法拉第电磁感应定律，即当导体（金属材料）放置于变化的磁场中时，导体内部会产生感应电流（涡流）。

这些涡流在金属内部流动时会因电阻而产生热量，从而达到加热目的。

中频指的是电源频率通常在1kHz至10kHz之间，这个频率范围适合深度加热和快速熔化金属。

三、感应圈的特点1. 形状多样：感应圈的形状根据被加热工件的形状而定，可以是圆形、方形、矩形等，也可以是更复杂的几何形状。

2. 材料选择：感应圈通常采用高导电性材料如铜或铜合金制作，以减少能量损耗。

3. 散热设计：由于感应圈在工作过程中会产生热量，因此需要良好的散热设计来保证其稳定运行。

四、感应圈设计要点1. 几何尺寸：感应圈的内径应略大于被加热工件的外径，以确保磁场能够充分覆盖工件。

2. 线圈匝数：线圈的匝数会影响磁场的强度和深度，通常需要根据加热需求进行优化设计。

3. 线圈截面：线圈的截面形状和大小会影响其电流承载能力和磁场分布，常见的有圆形、矩形等。

4. 冷却系统：感应圈需要配备有效的冷却系统，以排除工作中产生的热量，保证设备的连续稳定运行。

五、感应圈的应用中频异形感应加热感应圈的应用非常广泛，包括但不限于以下几个领域：1. 金属热处理：如淬火、退火、正火等。

2. 金属熔炼：如铜、铝等非铁金属的熔炼。

3. 焊接和钎焊：提供金属连接处的局部加热。

4. 塑性成形：如锻造前的金属预热。

六、结论中频异形感应加热感应圈是实现高效、精确热处理的关键组件。

通过对感应圈的设计优化，可以实现对各种形状工件的快速、均匀加热，满足现代工业对金属加工精度和效率的要求。

中频感应加热炉温度控制系统的数学建模摘要：通过对中频感应加热炉温度控制系统的数学建模，可以更精确的对温度进行控制，从而得到电源功率与温升的最佳方案，使电能得到最高效的利用，从而在最快的时间内达到所需要的最准确的温度，减少工件的废品率，并提高生产效率。

本文运用电磁学及热学的知识，研究中频感应加热炉温度控制系统电源输出功率与被加热材料电涡流的关系；电涡流与发热量的关系；发热量与温升的关系。

从而得出电源的输出功率与被加热材料温升的电-热学模型。

数学模型中运用金属材料学的知识考虑材料电阻、比热随温度变化而变化的影响，得出在这些条件影响下的数学模型。

简化得出的加热炉温度控制系统为一阶惯性系统。

以某中频感应加热炉为例，计算各环节的数学关系并建立其温度控制系统的数学模型。

这些研究工作为系统的仿真、技术培训及控制优化提供了理论基础。

关键词：中频感应加热炉；温度控制系统；数学模型；感应线圈；涡流；发热量；温升The mathematical modeling of temperature control system about medium frequency induction heatingfurnaceAbstract：Based on the medium frequency induction heating furnace temperature control system modeling, can be more accurate temperature control, so as to obtain the power and temperature rise is the best solution, so that electricity can be the most efficient use, resulting in the fastest time to meet the needs of the most accurate temperature, reduce the reject rate, and improve production efficiency. In this paper, using the electromagnetic and thermal knowledge, study of the medium frequency induction heating furnace temperature control system power supply and the material to be heated electric eddy current; eddy current and heat; heat and temperature relationship. Thus the power output and the material to be heated temperature electro thermal model. A mathematical model using metal material science knowledge considering material, heat resistance changes with temperature effects obtained in these conditions, mathematical model. Simplify the heating furnace temperature control system as an inertial system. A medium frequency induction heating furnace as an example, the mathematical relationship between the calculated to establish the mathematical model of the temperature control system. The research on the system provides theoretical basis for simulation, technical training and Control optimization theoretical basis .Keywords：Medium frequency induction heating furnace;Temperature control System;Mathematic model;Induction coil;Eddy current;Calorific value目录1 绪论.........................................................................................................................1.1 感应加热的基本原理..................................................................................1.2 感应加热炉的作用......................................................................................1.3 数学模型和一般建模方法..........................................................................1.3.1 数学模型的定义及分类...................................................................1.3.2 一般的建模方法...............................................................................1.4 常规加热炉的数学模型..............................................................................1.4.1 简易的加热炉温度系统数学模型...................................................1.4.2 连续加热炉的数学模型...................................................................1.5 课题研究的内容和目的..............................................................................1.6 论文安排 (1)2 中频感应加热炉系统结构分析............................................................................2.1 中频感应加热炉系统总体结构.................................................................2.2 中频电源的结构分析 (1)2.3 加热炉的结构分析 (1)2.4 被加热材料的输送装置 (1)3 中频感应加热炉温度控制系统的数学建模 (1)3.1 中频感应加热炉温度控制系统的结构 (1)3.2 加热炉感应线圈的数学模型 (1)3.2.1 温度对加热炉感应线圈电阻的影响 (1)3.2.2 线圈电流与电源输出功率的关系 (2)3.2.3 电源输出功率与线圈磁感应强度的关系 (2)3.2.4 感应线圈数学模型的简化 (2)3.3 被加热材料涡流的数学模型 (2)3.3.1 感应线圈与被加热材料涡流的关系 (2)3.2.2 被加热材料涡流的简化数学模型 (2)3.3 被加热材料涡流与热功率的关系模型 (2)3.4 被加热材料电阻率随温度变化对系统的影响 (2)3.4.1 材料被加热部分受温度影响下的电阻 (2)3.4.2 受温度影响下的的简化值 (2)3.4.3 电阻随温度变化对材料涡流的影响 (2)3.4.4 电阻随温度变化对材料自发热的影响 (2)3.5 热功率与发热量的关系 (3)3.5.1 传送速度与加热时间的关系 (3)3.5.2 材料发热量的数学模型 (3)3.5.3 传送速度为时材料发热量的数学模型 (3)3.6 被加热材料出口温度的数学模型 (3)3.6.1 发热量与出口温度的关系 (3)3.6.2 出口温度的简化数学模型及传递函数 (3)3.6.3 材料比热随温度变化对材料导热的影响 (3)3.7 中频感应加热炉温度控制系统的数学模型 (3)3.7.1 温度控制系统的框图 (3)3.7.2 中频感应加热炉温度控制系统的数学模型 (3)3.7.3 中频感应加热炉温度控制系统的S传递函数 (3)3.8 本章小结 (3)4 某型号的中频感应加热炉温度控制系统数学模型 (3)4.1 某型号中频感应加热炉结构 (3)4.2 A加热炉各参数及说明 (4)4.3 A加热炉温度控制系统的数学模型 (4)4.3.1 A加热炉感应线圈的数学模型 (4)4.3.2 A加热炉材料涡流的数学模型 (4)4.3.3 A加热炉材料涡流与热功率的关系 (4)4.3.4 A加热炉I材料（自发热）环节的传递函数 (4)4.3.5 A加热炉材料（热导）环节模型 (4)4.3.6 A加热炉的数学模型 (4)5 总结与展望 (4)参考文献 (4)1 绪论1.1 感应加热的基本原理感应加热的基础是法拉第发现的电磁感应现象，即交变的电流会在导体中产生感应电流使导体周围产生感应磁场，被加热的材料(即坯料)的内部在磁场的作用下产生电涡流,依靠这些涡流的能量达到加热目的。