作者：www.nenghua.com.cn 发布日期：2015-01-15 22:58 信息来源：http://www.nenghua.com.cn
摘要：感应加热用变频电源是由整流、滤波、逆变及谐振负载电路组成，本文论述了感应加热电源的逆变和负载工作中的频率跟踪技术，具体分析了不同的方法实现锁相环、频率跟踪的工作原理和优缺点，并展望了这项技术的未来发展趋势。
关键词：感应加热；变频电源；频率跟踪；锁相环
1、引言
在工业加热中，感应加热方式越来越受到人们的重视，其特点是以电为能源，通过电磁感应的原理对金属工件进行熔化、透热、表面淬火加热，感应加热环保、节能、自动化程度高。工业感应加热装置主要由变频电源和感应炉组成。变频电源的作用是依靠电力电子功率器件，对50Hz的电网工频电源进行整流、滤波、然后再逆变为需要的频率。变频电源也叫感应加热电源，输出端负载接并联、串联、或串并联谐振电路。逆变输出频率工作在槽路谐振电路的固有频率f0 附近，是负载电路有一个高的效率和较好的功率因数。但是，金属在加热过程中，由冷态到热态电阻是变化的，磁性金属材料过了居里点后，失去磁性，谐振等效参数变化较大，为了能使逆变输出保持和槽路的谐振频率变化一致，必须在感应加热变频电源的逆变控制电路设计有频率跟踪电路，由于各种跟踪方法的不同，形成了逆变跟踪控制技术。
2、模拟锁相环技术
锁相环技术最早应用于广播和通讯方面的电路，现在在感应加热电源上应用比较普遍。锁相环简称PLL。其主要有三个基本单元构成，即鉴相器PD、压控震荡器VCO和低通滤波器LPF。PLL的基本结构见图1所示。
图1 压控振荡器结构框图示意
PLL的工作原理：输入电压ui与输出电压uo通过鉴相器对两个相位进行比较。形成相位误差电压uo'，这个误差电压再经过低通滤波后得到控制电压Ud，控制电压的大小决定了压振振荡器产生的频率高低的偏移大小，这个新的频率偏移信号再次和输入信号ui进入鉴相器比较，形成新的误差电压uo'及滤波后Ud控制电压，直到进入鉴相器的两个信号相同，输出误差电压uo=0，控制电压Ud=0，从而实现了输入信号频率和输出信号频率相同，锁相环实现了锁定，这实质就是频率跟踪过程。
能够实现锁相环功能的集成电路很多，下面仅以国内常用的集成锁相环芯片CD4046为例分析频率跟踪电路技术。4046芯片内集成有2个鉴相器，即PD1和PD2，压控振荡器，外接低通滤波器。按一定的电路接法能组成一个锁相环电路，对负载电流进行频率跟踪。见图2所示。
图2 CD4046组成的锁相环频率跟踪电路
感应加热电源输出到负载电流的为io，经过LEM传感器采样后，送入到过零比较器LM339，变成方波信号，送入到CD4046的14脚，内部接PD2的输入端，PD2的输出端13脚外接R3、R4、C2构成低通滤波器，滤波后的信号输入到9脚，9脚内部接的是压控振荡器的输入端，压控振荡器的输出端为3脚，由3脚输出的信号分为两路，一路接3脚，3脚内是PD2鉴相器输入，另一路去驱动逆变器的功率开关器件，这路是负载电压信号。当负载电流与负载电压信号相位差为零时，锁相环进入锁定状态，频率跟踪实现。PD2由逻辑门控制的四个边沿触发器和三态输出电路组成，为0o相移，并与脉冲的占空比无关，常选用鉴相器PD2来实现无相差的频率跟踪。
电源工作中，负载的等效参数发生变化而引起固有频率f0变化时，由于锁相环有一定范围频率的锁相宽度，这个宽度覆盖了f0的变化范围，锁相环一般不会失锁，所以频率始终是能够跟踪的。
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