感应加热电源的负载匹配方案

图2等效阻抗ZD=L/RC，其中C=C1＋C2＋C3，通过开关的开、合可以改变电容值，从而改变负载电路等效阻抗，此法简单易行，是实践中常用方法之一，但属于有级调节，调节时要求断电。另外，C的变化会引起电路谐振频率发生变化，负载谐振频率受工艺要求限制，当频率超出范围时应配合匹配电感的方法来抵消频率的变化。注意，所有匹配方法都应考虑频率的变化，处理方法类似，以后不再叙及。

    图3等效阻抗ZD=LCs/〔RC(C＋Cs)〕，可见加入Cs后，阻抗成Cs/(C＋Cs)倍变化，可使原来的等效阻抗变小，适用于阻抗相对电源来说高的负载。

图4是串并联负载电路，电路仍工作在并联谐振状态，工作情况与并联谐振电路类似，Cs的加入使容性阻抗增加。该电路优点是启动容易，通常作为晶闸管感应加热电源的起动电路，单纯作为负载匹配措施则较少使用。

3.1.2 匹配电感元件

一般分为两种情况，分别如图5及图6所示。以上两种电路形式是通过加入可变电抗器改变感应线圈支路的电感，进而改变等效阻抗值，

图5串联电感的方式只能增加感应器支路的电感，图6的连接方式可以增大支路电感，也可以减小支路电感。由于并联谐振属于电流谐振，并联支路中流过谐振电流，达到电源电流的Q（Q=ω0L/R）倍，谐振电路等效电感增加会增加铜损。

感应加热电源负载匹配方法中利用电感匹配的方法可以归纳为以下几种。

——利用带铁心的多抽头电抗器，改变抽头调节电抗值，属于有级调节，调节时要求断电。由于制作工艺上的原因，抽头的数量受到限制，无法做到?调。

——采用动铁心电抗器，移动铁心与线圈的相对位置来改变电抗值，属于无级调节，调节时无须断电，可以跟随负载阻抗的变化，匹配效果好，容易组成稳定感应线圈上的电压，或恒温、恒功率自动控制系统，但铁心动作须经过一套传动系统，故障率较高，且须建立协调控制模型。

——采用动圈式变压器的形式，一次线圈与感应线圈并联，二次侧绕组自身短接，移动一次绕组与二次绕组的相对位置，便可以改变一次侧的等值电抗，属于无级调节。变压器必须采用空心变压器，一二次绕组相对位置的变化也须经过一套传动装置，故障率高，同样须建立控制模型。

——用磁饱和电抗器作为Lf，通过调节直流激磁电流来改变电抗值，属于无级调节。该方法无移动、旋转部件，也无触点控制，安全可靠，维护工作量小。

——增减感应线圈的匝数。在感应线圈的几何形状不变的条件下（感应线圈的长度和直径不变），感应线圈的电感与其匝数N的平方成正比，当匝数N增减时，感应线圈的电感L和工件的等效阻抗也会相应增减，从而改变负载的等效阻抗。

——改变感应线圈与被加热工件的耦合情况。感应器与被加热工件耦合的紧密程度直接影响感应器支路等效阻抗，从而影响谐振电路等效阻抗，但是，当感应器与工件的间隙增大，耦合较松时会降低加热效率，匹配效果有限。

3.1.3 匹配电阻元件

负载匹配的根本目的是尽量使电源额定功率全部用于工件加热，也就是提高电源效率的问题，因此，在负载匹配的问题中，应结合有利于提高电源效率综合进行分析。在电路中加入电阻可方便地使负载阻抗与电源相匹配，但装置的损耗增加，加热效率降低，没有根本解决问题，不是可行的负载匹配方法。

3.1.4 匹配变压器

利用电磁耦合进行负载匹配是通过变压器的变阻抗特性实现的，这在感应加热中非常普遍，采用的电路形式主要有两种，如图7及图8所示。变压器变阻抗特性以图7为例说明如下：变压器副边电路工作在谐振状态，等效阻抗ZD=L/RC，通过变比为n:1的变压器后，变压器原边的等效阻抗ZD=n2L/RC（忽略变压器漏抗的影响），可见阻抗成n2倍变化。

图7电路中感应器支路所需无功容量由并联电容器提供，负载电路工作在准谐振状态，匹配变压器通过少量无功功率，所需容量较小，

《感应加热电源的负载匹配方案(第2页)》