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    中频电炉原理
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    中频炉的运行原理与无源逆变技术教学实践

    电气工程类专业教学过程中所采用的电力电子技术教材,均为根据专业规范要求,将本技术相关知识领域中涉及的知识点进行抽象而形成的课程教科书。因此,作为专业课,其知识点是实际工程对象工作原理的抽象,其教学过程中知识点的传授具有高度抽象陛,学生的学习过程必然趣味不足,动力不强电力电子技术课程涉及四大变换及其控制,按照当前本课 程教学所使用的专业教材,以及几乎所有的教学过程,在讲解Dc—Ac的无源逆变部分时,均就电压型、电流型无源逆变电路的工作原理进行讲解、归纳。实际教学过程中对刚刚涉足工程教育环境的大学生而言,因为缺少工程背景,缺少实际对象支 持,即便是教师讲课十分生动,说理十分透彻,教学过程都显得 十分枯燥乏味,学生学习兴趣不浓。实际教学过程中,将教学方法做个变更和学生一起走到现实中来,从现实生活中寻找技术的背景、专业的基础,改变专业课程教学方法,整合相关教学内容,让学生从现实中体验专业课程的真缔,激发学生学习专业课程的积极性与主动性,尽快掌握课程的知识点,其结果是对学生课程学习积极性产生深 刻影响。本文探讨借助于中频电炉具体对象,阐述无源逆变技术教学实施过程。

    、中频电炉的应用简介 

    中频感应加热炉又称中频炉,是电力电子技术无源逆变的典型应用实例,它将工频交流电通过整流、滤波、逆变环节,将50Hz频交流电变换成lkHz~8kHz中频电流。该中频电流通 

    过螺旋线圈产生磁场,当工件置于该磁场时,根据楞次定律,在 

    工件中形成涡流,该涡流产生热效应(0.24i Rt),将工件加热至 

    所需温度。由于集肤效应,工件表层高密度电流使电能转变为热能,二件表层温度升高,从而实现表面加热。电流频率越高,工件表层与内部的电流密度差越大,加热层越薄。在加热层温度超过工件临界点温度后迅速冷却,即可实现金属材料表面淬火,使工件表面淬硬,而工件内部物理性质不变。若工件在进行中频加热处理时,将工件置于含有活性元素介质中,实现工件加热和保温,使介质中活性原子渗入工件表层或形成某种化合物覆盖层,可以改变表层组织和化学成分,从而使零件表面具有特殊的机械或物理、化学性能,即可实现金属材料表面化学热处理。通常在进行化学热处理(又称化学渗)前后均需采用其他合适的热处理,以Z大限度地发挥渗层潜力,达到工件心部与表层在组织结构、性能等方面的Z佳配合。表面淬火和化学热处理均可使工件达到特有的性能,如自行车飞轮表面热处理。经过处理的自行车飞轮其表面很硬且耐磨,其轮齿又具有比较好的柔性,适合于飞轮与链条之间配合与功率传输。也有的中频感应电炉用于稀有金属的垂熔工艺,使粉末状金属成型,如钼、钨等金属的粉末冶金等。这些都是中频电炉的应用案例,借助于这些实例,让学生了解无源逆变技术应用领域,并建立初步兴趣。为实施无源逆变技术的实例教学,从介绍中频电炉的构成与工作原理开始。 

    二、中频电炉系统构成与工作原理。 

    中频电炉主电路采用“交流一直流一交流”变换系统结构, 

    由三相全控桥整流、电感滤波、并联逆变电路组成。整流器采用 

    三相桥式全控整流电路,输出脉动直流电经过大电感滤波转变成恒流输出,以满足并联逆变器的电流源输入要求。逆变器采用单相桥式逆变电路,负载为c—LR并联谐振形式。主电路框图 

    如图1所示。 

    为清晰地说明中频电炉工作原理,按电路结构逐步对电路工作情况进行阐述。 

    三相桥式全控整流及电感滤波电路 

    因后续逆变器对输入电源性质(电流源)需要,三相桥式全控整流电路输出采用电感滤波,考虑到电感电流不能突变,经过电感滤波整流电源具有电流源性质。三相桥式全控整流输出直流电压平均值为: 

    式中 为交流输入相电压有效值,口为触发角。不同 角,其输出直流电压可以连续变化,感性负载时电流连续。当a>90。时整流电路处于逆变状态,负载将向电网回馈能量。 

    三相桥式全控整流输出直流电压经过电感滤波,负载得到平直的直流电压。因电感滤波时电流不可突变,使该电源对后续负载而言具有电流源性质。因此,后续逆变器供电电源可视为电流源。滤波电感使整流桥输出直流电流连续,电流纹波减小,分 

    析时可近似地把整流桥输出电流看成是一平直电流。滤波电感 

    的另一作用是限制中频电流进入工频电网,起隔离高次谐波作 

    用。同时,当无源逆变电路逆变失败时,滤波电感又可起限制浪 

    涌电流作用,可以实施逆变器短路保护。这一节内容是整流电路相关知识的回顾,并将所学整流电路知识与实际工程对象的需求结合,加深对所学知识的理解与掌握,建立不同负载性质对整流电路滤波方法要求的一般概念。 

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