Matlab的小功率感应加热电源的设计与仿真(2)
感应加热电源是利用感应涡流的热效应对金属进行热处理的装置。与其它加热装置相比具有高效、快速、可局部加热和污染小的优点。由于感应加热系统包含电路、电力电子、控制、锁相等多个环节，给系统的设计带来了一定的难度。系统的仿真分析对系统设计具有重要的指导作用。Matlab是包含了电路、电力电子、通信等工具箱的软件[1]。
感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，在利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。如图1.1：
图1.1 感应电流图示
当交变电流通入感应圈时，感应圈内就会产生交变磁通 ，使感应圈内的工件受到电磁感应电势 。设工件的等效匝数为 。则感应电势： （1.1）
如果磁通是交变得，设 ，则 （1.3）
感应电势E在工件中产生感应电流 使工件内部开始加热，其焦耳热为：
——感应电流有效值（A）；
R——工件电阻（ ）；
t——时间（s）。
这就是感应加热的原理。感应加热与其它的加热方式，如燃气加热，电阻炉加热等不同，它把电能直接送工件内部变成热能，将工件加热。而其他的加热方式是先加热工件表面，然后把热再传导加热内部。
感应加热电源系统包含电路、电力电子、控制、保护等模块，系统的分析和设计具有一定的难度。建立感应加热电源系统的仿真模型，有利于对系统性能进行分析，对于系统参数的设计具有重要的指导作用。本文采用单相全桥路加热模型，最终选定IGBT作为加热装置。感应加热电源的系统构成：该系统主要由主电路和控制电路组成，其中主电路为典型的单相全桥设计，由逆变部分组成，逆变部分是IGBT 组成的逆变电路。负载等效为R、L、C串联电路。
1.4感应加热电源技术发展与趋势
感应加热电源的水平与半导体功率器件的发展密切相关，因此当前功率器件在性能上的不断完善，使得感应加热电源的发展趋势呈现出以下几方面的特点。
(1)高频率
目前，感应加热电源在中频频段主要采用晶闸管，超音频频段主要采用IGBT，而高频频段，由于SIT存在高导通损耗等缺陷，主要发展MOSFET电源。感应加热电源谐振逆变器中采用的功率器件利于实现软开关，但是，感应加热电源通常功率较大，对功率器件，无源器件，电缆，布线，接地，屏蔽等均有许多特殊要求，尤其是高频电源。因此，实现感应加热电源高频化仍有许多应用基础技术需要进一步探讨。
(2)大容量化
从电路的角度来考虑感应加热电源的大容量化，可将大容量化技术分为二大类：一类是器件的串、并联，另一类是多台电源的串、并联器件的均流问题，由于器件制造工艺和参数的离散性，限制了器件的串、并联数目，且串、并联数越多，装置的可靠性越差。多台电源的串、并联技术是在器件串、并联技术基础上进一步大容量化的有效手段，借助于可靠的电源串、并联技术，在单机容量适当的情况下，可简单地通过串、并联运行方式得到大容量装置，每台单机只是装置的一个单元或一个模块。感应加热电源逆变器主要有并联逆变器和串联逆变器，串联逆变器输出可等效为一低阻抗的电压源，当二电压源并联时，相互间的幅值、相位和频率不同或波动时将导致很大的环流以致逆变器器件的电流产生严重不均，因此串联逆变器存在并机扩容困难；而对并联逆变器，逆变器输入端的直流大电抗器可充当各并联器之间的电流缓冲环节，使得输入端的AC/DC或DC/AC环节有足够的时间来纠正直流电源的偏差，达到多机并联扩容。