[发明专利]一种单感应器双频输出谐振电路及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于感应加热电源技术领域，具体涉及一种单感应器双频输出谐振电路；本发明还涉及这种谐振电路的设计方法。

背景技术

感应加热装置是利用电磁感应原理把电能转化为热能的设备，在感应加热应用中，感应线圈与被加热工件不直接接触，线圈中的交变电流产生相同频率的交变磁场，交变磁场在被加热工件内部产生感应电流（电涡流），使工件加热。现有的研究表明，感应线圈中的电流频率是决定工件加热性能的重要因素。由于电流频率与工件的加热厚度（透入深度）成反比，频率影响到感应电流的大小及工件的升温速度，因此，在处理表面不规则几何形状的加热工件时，仅用单一频率的感应电流对不同部分的处理效果将不一致，严重影响工件的处理质量。对此类复杂几何表面工件的热处理问题研究表明，双频率输出的感应加热方式是目前国内外采取的解决问题的途径。

为实现双频率能量的传递，可以采取双感应器和单感应器两种谐振电路输出结构。双感应器结构中，两感应器如何设计、相对位置如何安置等都是不可避免的重要问题，因此，为保障复杂几何表面工件不同部位的均匀受热，单感应器结构是更合适的谐振电路输出结构。

单感应器双频输出的技术目前主要可分为三类：第一类为由双逆变器输出双频信号叠加于单感应器，此类方法控制复杂，输出电路为非理想谐振；第二类为单逆变器分时双频输出，通过分时改变输出电路的谐振电容实现不同频率的输出；第三类为单逆变器同步双频输出。

单逆变器同步双频输出采用复合谐振电路进行所需频率信号的选择输出，谐振电路的选频特性取决于电路的参数设置，设定电路阻抗最小是谐振电路进行参数设计遵循的基本原则。而复合谐振电路由于元件数多，涉及需设定的电感、电容元件参数多，问题求解复杂。一般处理的方法是，人为限定辅助元件参数取小值，在计算过程中，忽略取值较小的项，以此来降低参数设计问题的复杂性。这种设计方法，由于一些计算项的忽略，影响到谐振电路选频特性的准确性，降低了能量的利用率，还因为电感、电容参数取值的人为约束，限制了谐振电路选频特性的范围，降低了谐振电路双频率输出的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种单感应器双频输出谐振电路，解决了现有技术中存在的谐振电路结构复杂，双频输出不同步，谐振电路选频性能差的问题。

本发明的第二个目的是提供上述谐振电路的设计方法。

本发明所采用的技术方案是，一种单感应器双频输出谐振电路，包括相连的单感应器和辅助谐振电路，单感应器由感应器等效电感L和感应器等效电阻R相互串联而成；辅助谐振电路由谐振电感L₁和谐振电容C₁串联后再与谐振电容C₂并联而成。

本发明的第二个技术方案是，上述单感应器双频输出谐振电路的设计方法，包括谐振电路拓扑结构的设计和参数的设计。

本发明的特点还在于：

具体步骤如下：

本技术方案的特点还在于：

步骤1，谐振电路拓扑结构的设计：谐振电感L₁4和谐振电容C₁5串联后再与谐振电容C₂6并联而成辅助谐振电路，单感应器1和辅助谐振电路相连，组成谐振电路。

步骤2，谐振电路参数的设计，根据谐振电路的阻抗特性，建立电路的谐振角频率方程，求得谐振电路参数，谐振电路的参数包括感应器等效电感L、谐振电感L₁、谐振电容C₁、谐振电容C₂的值。

上述步骤2中的谐振电路的参数设计方法如下：

1、建立谐振电路的阻抗表达式；