CN101925208A - 一种中频电源感应加热装置的最大功率因数控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中频电源感应加热装置的最大功率因数控制方法。其步骤是：利用电流互感器测量中频电源电流；控制器根据逆变器控制脉冲计算中频电源电压；将中频电源电流和电压进行相位比较，计算中频电源功率因数；控制器根据此功率因数值去控制中频电源感应加热装置频率，使中频电源感应加热装置保持最大的功率因数值。本发明可使中频电源感应加热装置保持最大的功率因数值，一般都可以达到97％以上。

Description

一种中频电源感应加热装置的最大功率因数控制方法

技术领域

本发明涉及一种中频电源感应加热装置，特别涉及一种中频电源感应加热装置的最大功率因数控制方法。

背景技术

在中频感应加热过程中，体现感应加热加热效率的主要参数是功率因数。功率因素和被加热工件的材质有很大关系。金属在加热的过程中，它的导磁率、电感量和电导率都会发生变化，会影响到谐振频率的变化。外部激励电源的频率与系统本身的谐振频率相一致时，电流与电压同相，功率因数取得最大值。当被加热工件的特性比如材质，形状，大小、温度等发生改变时，往往导致功率因数的改变，而目前一般的中频感应加热器的工作频率往往为现场经验调整，有些装置具有自动频率跟踪，但是由于传统控制方法不能有效跟踪谐振频率。当系统没有工作在谐振频率上时，电源功率就会大大降低。部分能量就浪费在蓄能元件(主要是线圈)上，使得线圈温升加大，降低了加热效率，有时甚至不能满足生产工艺的要求。传统的功率因数控制方法一般采用锁相环对谐振频率进行跟踪，对线圈两端的电压和流过电流的过零点进行同步采样，从而得到系统实时的功率因数，但是由于采用电压和电流直接采样，在电流波形或电压波形不为正弦波时跟踪非常困难，而在中频电源运行中电流电压波形往往比较差，故传统锁相环控制功率因数控制一般只能做到90％左右。

发明内容

为了解决中频电源感应加热功率因数控制存在的上述技术问题，本发明提出一种中频电源感应加热装置的最大功率因数控制方法。本发明可使工作频率自动跟踪系统谐振频率，使系统功率因数始终保持在较高水平，从而大大提高了系统的效率。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

1)利用电流互感器测量中频电源电流；

2)控制器根据逆变器控制脉冲的周期以及占空比和直流电压值计算中频电源电压；

3)将中频电源电流和电压进行相位比较，计算中频电源功率因数；

4)控制器根据此功率因数值去控制中频电源感应加热装置频率，使中频电源感应加热装置保持最大的功率因数值。

上述的中频电源感应加热装置的最大功率因数控制方法，所述步骤3)是比较中频电源电压和中频电源电流相位的超前和滞后，根据相位超前或滞后情况外部电路输出一个信号来指示中频电源处于感性或容性，中频电源电流滞后中频电源电压则中频电源为感性，电源频率向下调整；中频电源电流超前中频电源电压则中频电源为容性，电源频率向上调整。

本发明的技术效果在于：本发明利用控制器输出的控制脉冲计算中频电源电压，克服了采用传统的锁相环对谐振频率进行跟踪时，在电流波形或电压波形差时跟踪非常困难，功率因数控制难以达到很高的问题，采用本发明方法可使功率因数达到97％以上。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为R-L-C串联谐振电路图。

图2为实现本发明的系统结构图。

具体实施方式

下面以R-L-C串联谐振电路说明功率因数控制方法的原理，系统原理如图1所示，图中R、L、C分别为电源谐振回路的电阻、电感和电容，系统谐振频率由谐振回路电感和电容共同决定如下面公式所示：

当电路产生谐振时(X_L＝X_C)：

当f＜f0时，电抗XL＜XC，电路呈电容性。

当f＝f0时，电抗XL＝XC，电路呈电阻性。谐振时，电路阻抗Z0＝R为最小，产生最大的电流。

当f＞f0时，电抗XL＞XC，电路为容性

其中f为中频电源输出频率，XL为系统感抗，XC为系统容抗。

可见，影响谐振频率改变的参数主要有两个，即串连的电容和系统的电感。在实际工作中，电容的变化通过切换成不同的容量，来适应由于电感的变化而带来的谐振频率变化。电感由外部工作条件的改变而引起功率因数降低，必需要求动态调整电源输出频率才能使系统保持为谐振状态，使系统保持最大功率因数，达到最大加热效率。

本发明中频电源感应加热装置的最大功率因数控制步骤如下：

1)利用电流互感器测量中频电源电流；

2)控制器根据逆变器控制脉冲的周期以及占空比和直流电压值计算中频电源电压；

3)将中频电源电流和电压进行相位比较，计算中频电源功率因数；

4)控制器根据此功率因数值去控制中频电源感应加热装置频率，使中频电源感应加热装置保持最大的功率因数值。

上述的中频电源感应加热装置的最大功率因数控制方法，所述步骤3)是比较中频电源电压和中频电源电流相位的超前和滞后，根据相位超前或滞后情况外部电路输出一个信号来指示中频电源处于感性或容性，中频电源电流滞后中频电源电压则中频电源为感性，电源频率向下调整；中频电源电流超前中频电源电压则中频电源为容性，电源频率向上调整。

实现本发明的系统主电路结构如图2所示，主要以下几部分组成：三相不可控整流单元、单相全桥逆变单元、控制器、变压器传输单元和感应加热部分。

中频加热电源的基本构成是一个简单的LC串联电路，当该电路的电源频率工作在电路的自然谐振点时，系统呈现出纯电阻特性，电源的输入功率能最大化的转化成感应圈存储的磁场能量。本系统通过微机控制实时追踪最大功率因数，使电源始终工作在自然谐振点，当电源频率调节到电路的自然谐振点时，电源的输出电流大小完全取决于逆变器输出电压的大小。通过控制逆变单元的导通比，就控制了逆变器的输出电压，也就实现了输入/输出功率的调节。

在该方法中中频电流由中频互感器测出，中频电压采用控制器内部计算模拟输出，通过功率因数比较计算电路对电压和电流的相位比较计算，计算出中频电源功率因数，控制器通过此功率因数值去控制中频电源感应加热装置频率，从而使中频电源感应加热装置保持最大的功率因数值，一般都可以达到97％以上。此功率因数值和给定现实的理想功率因数相比较，得出误差，经计算得出系统工作频率的修正量，对工作频率进行实时在线调节，从而实现对谐振频率的跟踪。

Claims (2)

1.一种中频电源感应加热装置的最大功率因数控制方法，包括以下步骤

1)利用电流互感器测量中频电源电流；

2)控制器根据逆变器控制脉冲的周期以及占空比和直流电压值计算中频电源电压；

3)将中频电源电流和电压进行相位比较，计算中频电源功率因数；

4)控制器根据此功率因数值去控制中频电源感应加热装置频率，使中频电源感应加热装置保持最大的功率因数值。

2.根据权利要求1所述的中频电源感应加热装置的最大功率因数控制方法，所述步骤3)是比较中频电源电压和中频电源电流相位的超前和滞后，根据相位超前或滞后情况外部电路输出一个信号来指示中频电源处于感性或容性，中频电源电流滞后中频电源电压则中频电源为感性，电源频率向下调整；中频电源电流超前中频电源电压则中频电源为容性，电源频率向上调整。

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