一种单感应器双频输出谐振电路及其设计方法
【专利摘要】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。其参数的设计方法为：首先确定谐振电路拓扑结构，然后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。本发明谐振电路结构简单，各个参数的设计完全依据数学逻辑关系推导，不附加任何的人为假定约束，未忽略任何计算项，参数设计严密，由参数决定的电路谐振频率清楚准确，双频率输出感应加热电源的能量利用率得到了提高，双频率输出谐振电路的可选频率范围也得到了相应的扩展，谐振电路的双频率输出性能得到了提高。
【专利说明】一种单感应器双频输出谐振电路及其设计方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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】
[0006]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。
[0007]本发明的第二个目的是提供上述谐振电路的设计方法。
[0008]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。[0009]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。
[0010]本发明的特点还在于:
[0011]具体步骤如下:
[0012]本技术方案的特点还在于:
[0013]步骤1，谐振电路拓扑结构的设计:谐振电感M和谐振电容Ci5串联后再与谐振电容C26并联而成辅助谐振电路，单感应器I和辅助谐振电路相连，组成谐振电路。
[0014]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。
[0015]上述步骤2中的谐振电路的参数设计方法如下:
[0016]1、建立谐振电路的阻抗表达式；
[0017]
【权利要求】
1.一种单感应器双频输出谐振电路，其特征在于，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。
2.如权利要求1所述的单感应器双频输出谐振电路的参数设计方法，其特征在于，包括谐振电路拓扑结构的设计和参数的设计。
3.如权利要求2所述的单感应器双频输出谐振电路的参数设计方法，其特征在于，具体如下: 步骤1，谐振电路拓扑结构的设计:谐振电感L1和谐振电容C1串联后再与谐振电容C2并联而成辅助谐振电路，单感应器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。
4.如权利要求3所述的单感应器双频输出谐振电路的参数设计方法，其特征在于，步骤2中的参数的设计方法具体如下: (1)建立谐振电路的阻抗表达式；
5.如权利要求4所述的单感应器双频输出谐振电路的参数设计方法，其特征在于，按照以下步骤求参数谐振电容C1和谐振电容C2的值: 首先选定k的值，即确定待输出的两信号频率f\、f2的等级关系；然后设定谐振电容C2的取值，再根据式(9)确定谐振电容C1的值。
6.如权利要求5所述的单感应器双频输出谐振电路的参数设计方法，其特征在于，按照以下步骤求感应器等效电感L与谐振电感L1的值； 将Cp C2的值与k的值代入式(7)，确定L与L1的第一个关系式； 设定信号频率或f2的值；根据公式X1 =碑2 = (2π/, )2，= Ci22 = (Iwf2)2，确定X1或X2的值； 将Q、C2的值代入式(3)，并将X1或X2的值代入式(3)，获得L与L1的第二个关系式；联立上述的两个L与L1的关系式，得到以L与L1为未知量的二元方程组，求解该方程组，可得到L与L1的值。
【文档编号】H05B6/02GK103957615SQ201410133153
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】冷朝霞, 刘庆丰, 田地, 尚麦霞 申请人:西安理工大学