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感應(yīng)加熱爐及電源設(shè)備工作原理(二)

时间:2018-04-05     

1.2、感應(yīng)加熱的負(fù)載特性

把感應(yīng)電爐的線圈看成是原繞組,負(fù)載看成是付繞組,就成了缺乏鐵芯的變壓器。電工原理把這種結(jié)構(gòu)稱為“空心變壓器”,它與真實(shí)變壓器的不同之處在于漏磁通是不可忽略的因素。

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等效電路圖中:Ls1---繞組漏電感;Lm---激磁電感;Ls2---負(fù)載漏電感;R1----繞組電阻;R2----負(fù)載等效電阻。

有別于變壓器的是:由于感應(yīng)線圈產(chǎn)生的磁通并不完全穿過負(fù)載,負(fù)載電流產(chǎn)生的磁通也并不完全穿過感應(yīng)線圈,因而漏磁通所表現(xiàn)出的漏電感Is1和Ls2是不可忽略的。此外,由于磁通路徑是空氣和導(dǎo)磁系數(shù)很小的金屬,需要較大的激磁電流才能產(chǎn)生所需的磁通,所以激磁電感Lm較小。

在等效電路圖2中,Ls1和Ls2是和電阻R1、R2串聯(lián),而Lm是并聯(lián)連接的,故等效電路表現(xiàn)出較大的電感特性。于是,在分析感應(yīng)電爐特性時(shí),可把感應(yīng)電爐看成一個(gè)較大電感L和較小電阻R串聯(lián)的電路,這個(gè)電感和電阻是感應(yīng)線圈和爐料綜合表現(xiàn)出的負(fù)載特性。

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圖3所示的感應(yīng)爐簡(jiǎn)化電路圖中,電感L的感抗X值要比等效電阻R大很多,一般感應(yīng)爐的X/R在4~12范圍內(nèi),多數(shù)情況下在6~10范圍內(nèi)。X/R是衡量電感電阻串聯(lián)電路特性的重要參數(shù),稱為電路的Q值。

由于電路的電感成分很大,必須經(jīng)電容補(bǔ)償后才能正常運(yùn)行。電容補(bǔ)償?shù)穆?lián)接方式有并聯(lián)補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償兩種方式,故采用并聯(lián)補(bǔ)償方式運(yùn)行的逆變器稱為并聯(lián)逆變器而采用串聯(lián)補(bǔ)償方式運(yùn)行的逆變器稱為串聯(lián)逆變器。

經(jīng)電容補(bǔ)償后的負(fù)載電路成為典型的RLC串聯(lián)電路,其振蕩條件為R<2*,基本補(bǔ)償條件下,即R<2X。感應(yīng)線圈經(jīng)電容補(bǔ)償后的負(fù)載電路是一個(gè)高Q值的振蕩電路,故感應(yīng)加熱用的逆變器(無論并聯(lián)逆變器或串聯(lián)逆變器)又通稱為負(fù)載振蕩型逆變器。

感應(yīng)加熱的負(fù)載特性除振蕩性外,還有頻率適應(yīng)性。即特定的感應(yīng)加熱負(fù)載在一定的頻率范圍內(nèi)才能獲得較高的加熱效率。

感應(yīng)加熱負(fù)載對(duì)頻率的適應(yīng)范圍取決于感應(yīng)體尺寸大小。這是因?yàn)樾〕叽绲呢?fù)載與感應(yīng)線圈尺寸的差別較大,在較低頻率下工作需較大的工作磁通,因而漏磁通較大;通俗地講感應(yīng)器耦合較松,由感應(yīng)線圈傳遞到負(fù)載的能量相對(duì)較少,因此效率較低。當(dāng)負(fù)載和感因器結(jié)構(gòu)(直徑、高度、爐襯厚度、材料電阻系數(shù)、導(dǎo)磁系數(shù)等)確定后,隨著運(yùn)行頻率升高,感應(yīng)器的電效率上升,此頻率/效率特性是一條飽和曲線,在一定頻率以上,感應(yīng)器電效率不再增加。然而,頻率偏高后,電容補(bǔ)償量和傳輸損耗都隨之增加。所以,能夠獲得較高感應(yīng)器電效率的一段不太高的頻率范圍稱為感應(yīng)加熱的最佳頻率。


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