同步双频感应加热电源的研究

双频感应加热电源电路中的高频单元即高频感应加热电源单独工作时，进行仿真扫描，并观察结果如图2b，可见，当高频电路处于稳定状态时，经IGBT并联逆变后的电压为幅值280 V的方波，电流为幅值约270 A的正弦波，电流落后电压20°，电路工作在感性状态。
采用前文所述的双频感应加热电源模型，Simulink仿真图如图3所示。高频电源单元电压输入为280 V，频率200 kHz，变压器变比为7：2；中频电源单元电流源输入为300 A，频率10 kHz。各阻抗元件参数：Ck1=445 nF，Lh=1μH，Cf=3 μF，Ck2=63．6 μF，Lf=2．35μH，采用等效负载：RL=0．1 Ω，LL=1 μH。

仿真输出结果如图4所示。同步双频感应加热电源电路工作达到稳定状态时，等效负载两端的电压呈现中频信号和高频信号叠加的周期振荡波形，电压信号波形的轮廓为中频输出的电压信号轮廓，从该波形还观察到高频信号频率约为中频信号的20倍。
高频感应加热电源单元及中频感应加热电源单元各自输出的波形，幅值及相位差正常，互不干扰。中频单元输出电流存在少量谐波。
在仿真的反复调试中发现，改变电路高频单元中阻抗元件参数，对中频单元输出的电压电流波形影响很小，但改变中频单元中阻抗元件参数，对高频单元的电压电流波形影响相对较大。

5 同步双频感应加热电源硬件试验结果
利用一台已有的MOSFET高频感应加热电源及一台IGBT中频感应加热电源，搭建试验台，高频部分频率198 kHz，功率28．5 kW；中频部分频率10 kHz，功率56 kW。对一件12齿轮的工件进行感应加热淬火，中高频部分同时起动。

试验结果表明达到均匀淬火效果时，加热时间为2．5 s。通过电路示波器观察到电源负载变压器初级电压波形如图5所示，该波形表现为中频电压波形和高频电压波形叠加的周期性振荡波形，其中高频电压信号的频率为中频电压信号频率的20倍。高频成分峰峰值约2 200 V，中频成分峰峰值约750V。

6 结论
对同步双频感应加热电源的电路结构及应用进行了理论分析、仿真研究和硬件试验。同步双频感应加热技术优势可总结如下：同步双频感应加热技术与传统方式相比，具有消耗能源少，需求空间小，产量大的优势。
基于已有的IGBT和MOSFET开关电源搭建了同步双频感应加热电源的样机和试验平台，通过对一件12齿的齿轮工件进行感应加热淬火，从
而进行同步双频感应加热的试验，验证了该双频拓扑结构和参数的正确性，得到的试验波形与仿真波形基本吻合。