本文介绍了中频感应加热设备的工作原理，主要设计了20kHz/15kW可控硅中频感应加热电源电路部分的整流电路和控制电路，可用于大型机械热加工设备的感应加热电源。整流电路采用三相桥式全控整流电路，其电路结构简单，易于推广；控制策略选用双闭环反馈控制系统，改善了信号迟滞的缺点，为以后研制大功率、超音频的感应加热电源打下了基础。

2  感应加热电源工作原理

感应加热是利用导体处于交变电磁场中产生感应电流（涡流）所形成的热效应使导体本身发热。根据不同的加热工艺要求，感应加热采用的电源的频率有工频（50～60Hz）、中频(60～10000Hz)和高频(高于10000Hz)。感应加热的物体必须是导体，感应加热能在被加热物体内部直接生热，因而热效率高，升温速度快，容易实现整体均匀加热或局部加热。

感应加热是利用交流电建立交变磁场产生涡流对金属工件进行感应加热的。基本工作原理如图2.1所示，图中A为感应线圈（也称负载线圈），B为被加热的金属工件。若线圈A中通以交流电流i1，则在线圈A内产生随时间变化的磁场，置于交变磁场中的被加热工件B要产生感应电动势e2，形成涡流i2，这些涡流使金属工件发热，消耗电能。由上可知，感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属工件，然后在金属内部转变为热能，感应线圈与被加热金属不直接电接触，能量是通过电磁感应传递的。

 图2.1 感应加热基本原理

由电磁感应定律可知，感应电动势 为： 

                          　　　　　             （2.1）

设磁通 对时间t按正弦规律变化，即

 ＝    

则

 ＝－  

     ＝   

                               ＝  　            （2.2）

其中感应电动势的幅值为：

  ＝ ＝2 

为了要使金属工件加热到一定的温度，必须要求金属工件内有足够大的涡流，亦即要求金属工件内有较大的电动势 ，从式（2.2）可知，要增大 有如下两种途径：

（1）增大线圈A中的电流 。增大 即增大金属工件中的交变磁通的最大值 。

（2）增大线圈中电流 的频率。因为金属工件中的感应电动势 正比于磁通变化率，所以 的频率越高，感应电动势 就越大。近代感应加热广泛采用中频及高频电源的原因就在于此，也是成为感应加热电源研究的方向和追求的必然。

3  感应加热电源基本结构及控制策略

    随着电力电子学及功率半导体器件的发展，感应加热电源拓扑结构经过不断的完善，已形成一种固定的AC/DC/AC变换形式，基本结构如图3.1所示。一般由整流器、逆变器及一些控制和保护电路组成。

图3．1感应加热电源的基本结构框图

3.1 整流部分

整流电路是感应加热电源的重要组成部分，其作用是将工频交流电能转换成直流电能。有的整流电路还需要完成功率调节和故障保护的任务。整流电路主要有二极管不控整流、晶闸管相控整流以及新型开关器件的SPWM整流等。      二极管不控整流电路结构简单，不需要额外的控制电路，与晶闸管相控整流电路相比较，提高了功率因数，减小了输入侧的EMI。且其输出电压值适中稳定，较适合作为感应加热电源的整流器。