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感应加热作为一种加热手段,相比传统的加热方式有许多优点。随着工业技术的发展,感应加热技术被越来越多的应用到各种工业加热场合。本论文研究的感应熔样机主要是利用感应加热方式为X射线荧光光谱分析仪提供质量较高的分析试样,解决了传统上用电阻炉熔融法制样中存在的缺点。
本文以超音频感应熔样机为研究对象,概括介绍了感应加热的基本理论以及对感应加热电源的发展状况做了总结,提出了本文的现实意义和主要工作内容。
超音频感应熔样机系统整体上分为主电路和控制系统两个部分。主电路部分包括整流器、逆变器和谐振电路,它们各自涉及到的调功方式、逆变元件和谐振方式问题都在论文中做了详细的说明。通过分析比较确定了采用调压调功的方式进行功率调节、绝缘栅晶体管(IGBT)作为逆变元件及采用串联谐振的电路形式,接下来进一步确定了主电路中所用到的元器件的参数,为下一步样机的制作提供依据。
控制部分主要包括了整流侧和逆变侧的控制。整流侧的控制指通过调节晶闸管的导通角来达到功率调节的目的。逆变侧的控制是整个控制系统的核心部分,在逆变侧控制系统中要实现频率的自动跟踪、IGBT的驱动以及保护及整个系统控制功能的管理策略等问题。通过分析确定了实现这些功能的核心元器件并设计出合适的外围电路。
在本系统中用可编程控制器(PLC)来实现设备机械部分的动作及闭环控制。在试样加热的过程中坩埚内会产生大量的气泡,通过PLC使坩埚在加热过程中左右摆动及自身旋转,气泡排出,大大提高了样片的质量。输出闭环控制主要是指PLC通过对导通角大小的维持电流、功率和温度的恒定。
根据以上分析与设计,最后完成了一台3.6kW,开关频率在40kHz左右的超音频串联感应加热样机。实验证明样机工作性能稳定,输出波形满足要求。对于要求最高温度在1250℃的试样,样机在2分32秒即可达到,达到了研制样机的目的,从而也验证了本文理论研究与设计方案的可行性与正确性。