【摘 要】
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感应加热是利用电磁感应定律,通过非接触式的加热方式将电能转化为热能。相对于传统加热,具有清洁、无污染、便捷、相对安全等特点,目前在熔炼、淬火等领域已成为常见的加热方式。感应加热由于存在集肤效应、邻近效应、圆环效应,类似于齿轮、工字型轨道等不规则的金属材料工件,使用单一频率对其加热会使工件的尖端和底部温差较大,造成整体淬火硬度差,达不到工艺要求,因此多使用双频感应加热技术来解决此类问题。用于不规则导
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感应加热是利用电磁感应定律,通过非接触式的加热方式将电能转化为热能。相对于传统加热,具有清洁、无污染、便捷、相对安全等特点,目前在熔炼、淬火等领域已成为常见的加热方式。感应加热由于存在集肤效应、邻近效应、圆环效应,类似于齿轮、工字型轨道等不规则的金属材料工件,使用单一频率对其加热会使工件的尖端和底部温差较大,造成整体淬火硬度差,达不到工艺要求,因此多使用双频感应加热技术来解决此类问题。用于不规则导体感应加热的双频电源目前还存在参数设计复杂、负载阻抗匹配度低、以及电流循环串扰等问题,针对此类缺陷,本文以现代机械传动中重要的工件齿轮淬火为对象,利用双极性SPWM的调制方式,以调制波为中频信号,载波为高频信号来实现双频叠加输出。同时在考虑负载随频率变化的前提下将LCCL高阶拓扑作为补偿网络,省去变压器,采用H桥单逆变器,在中、高频谐振频率变化不大的情况下通过设计不同的串联电感Lm的值来改变等效阻抗,以满足不同的功率输出比,从而提升电源的灵活性。本文首先在RC电路滤波特性的基础上对LCCL高阶谐振网络进行降阶等效处理,并分析了中、高频等效电路的工作状态和工作波形。其次,研究了电路中各核心参数对电源整体输出功率的影响,得出了负载侧和逆变侧的功率比关系。另外,使用Maxwell软件对齿轮进行瞬态磁仿真,验证了同步双频加热的优越性。最后,在Matlab-Simulink和PSIM中进行联合仿真并搭建小功率样机,通过实验波形与仿真波形的对比,验证了参数设计方法的可行性和理论推导的正确性。
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