钢轨焊接接头感应加热电源三维数学模型及其控制策略研究

任鑫润; 吕其兵

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2024.02.07

焊接设备 | 浏览量 : 106 下载量: 103 CSCD: 0

PDF
导出
分享给微信好友或者朋友圈

分享
收藏
专辑

钢轨焊接接头感应加热电源三维数学模型及其控制策略研究
Research on Three-dimensional Mathematical Model and Control Strategy of Rail Welding Joint Induction Heating Power Supply
- 角色： First author 第一作者
- 机构：
  西南交通大学材料科学与工程学院，四川成都 610031
- 简介：任鑫润（1998—），男，硕士研究生，主要从事中频感应加热电源方面的研究。
任鑫润
，
- 角色： Corresponding author 通讯作者
- 机构：
  西南交通大学材料科学与工程学院，四川成都 610031
- 邮箱： xnjdlvqibing@163.com
- 简介：吕其兵（1967—），男，博士，教授。E-mail：xnjdlvqibing@163.com。
吕其兵
2024年54卷第2期页码：44-51
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.02.07

扫描看全文

引用

阅读全文PDF
任鑫润，吕其兵.钢轨焊接接头感应加热电源三维数学模型及其控制策略研究［J］.电焊机，2024，54（2）：44-51.

REN Xinrun, LV Qibing.Research on Three-dimensional Mathematical Model and Control Strategy of Rail Welding Joint Induction Heating Power Supply[J].Electric Welding Machine, 2024, 54(2): 44-51.
任鑫润，吕其兵.钢轨焊接接头感应加热电源三维数学模型及其控制策略研究［J］.电焊机，2024，54（2）：44-51. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.02.07.

REN Xinrun, LV Qibing.Research on Three-dimensional Mathematical Model and Control Strategy of Rail Welding Joint Induction Heating Power Supply[J].Electric Welding Machine, 2024, 54(2): 44-51. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.02.07.

摘要

钢轨焊接接头必须进行焊后正火处理以提高接头性能，感应加热正火方式相对于火焰加热正火方式具有自动化程度高、正火质量稳定、作业环境好等优势，在钢轨现场焊接接头正火中越来越得到认可。重点研究了钢轨焊接接头感应加热电源的交流侧调功的PFM、PWM、PFM&PWM三种控制方法，通过建立三种控制方法的数学模型和MATLAB三维可视化分析，发现PFM&PWM控制方法在功率开关器件的开关损耗和功率调整过程中频率变化方面具有优势。基于此，提出了基于PFM&PWM控制方法的钢轨焊接接头感应加热电源的控制策略，并结合数学模型说明了其控制轨迹，同时，设计了基于TMS320F28335 DSP芯片的软硬件，实现了该控制策略的控制波形。为钢轨焊接接头感应加热电源的优化控制提供了理论支持，有助于提高钢轨焊接接头的性能和稳定性。

译

Abstract

In order to improve the performance of welded joints, the rail welding joint must be normalized after welding. Compared with the flame heating normalization method, the induction heating normalization method has the advantages of high degree of automation, stable normalizing quality, good working environment and so on. It is more and more recognized in rail field welding joint normalization. This paper focuses on the analysis of the PFM, PWM, PFM&PWM three AC side power regulation methods, the establishment of the mathematical model of the three control methods, and the use of MATLAB software to carry out three-dimensional visualization analysis of the mathematical model. The results show that the PFM&PWM control method has the advantages of less switching loss and less frequency change during power adjustment compared with the other two control methods. The control strategy of rail welding joint induction heating power supply based on PFM&PWM control method is proposed, and its control track is illustrated by combining with the three-dimensional mathematical model of rail welding joint induction heating power supply; The software and hardware based on TMS320F28335 are designed to realize the control waveform of the control strategy.

译

关键词

钢轨焊接接头; 感应加热电源; MATLAB; 三维数学模型; PFM&PWM

译

Keywords

rail welding joint; induction heating power supply; MATLAB; three-dimensional mathematical model; PFM & PWM

译

0 引言

为了保证钢轨焊接接头的质量，焊后热处理是一项非常重要的作业流程^［

1］。目前我国有两种线上焊接正火处理方法，一是火焰正火，二是电正火。火焰正火是指采用适当配比的氧乙炔混合气体燃烧，通过钢轨加热器完成热量从钢轨表面传导至钢轨内部，达到正火目的。电正火时，钢轨正火感应加热电源输出一定频率的交变电流，电流通入仿形正火线圈时会在线圈的内部产生与电流频率相同的交变磁场^{［参考文献 2

百度学术

2］}，当钢轨处在仿形线圈内时，将会在钢轨内部产生涡流，钢轨本身存在电阻，涡流会使钢轨发热，达到电正火的目的^{［参考文献 3-8

3-8］}。火焰正火受人为因素、环境因素、气源质量影响大，相较而言，电正火的自动化程度高，作业环境良好。

译

电正火方法的核心在于感应加热电源的控制。感应加热电源的输出功率、频率和相位等参数对钢轨焊接接头的正火效果有着直接的影响。因此，研究多参数实时调节和控制的感应加热电源具有重要的现实意义。本文重点研究了钢轨焊接接头感应加热电源的交流侧调功的PFM、PWM、PFM&PWM三种控制方法。建立了三种控制方法的数学模型，并利用MATLAB进行三维可视化分析。提出了基于PFM&PWM的钢轨焊接接头感应加热电源控制策略，并设计了基于TMS320F28335DSP芯片的软硬件，实现了该控制策略的控制波形。这为钢轨焊接接头感应加热电源的优化控制提供了新的思路，有助于提高钢轨焊接接头的性能和稳定性，为铁路轨道的安全与稳定运行提供有力保障。

译

1 钢轨焊接接头感应加热电源的加热功率控制方法

钢轨焊接接头感应加热电源的主电路如图1所示，其本质上为AC-DC-AC的变换形式。钢轨焊接接头感应加热电源由整流器、滤波器、逆变器及其相关的控制、保护、驱动电路等构成。输入为三相的工频交流电，经过三相整流环节进行整流、再经过滤波器进行滤波得到较为平滑的直流电，直流电再经过H全桥逆变器得到交流电压施加在负载两端。

译

图1 钢轨焊接接头感应加热电源的基本结构框图

Fig.1 Block diagram of rail joint induction heating power supply

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

由图1可以看出，逆变器的输出端经过无功补偿电容与降压变压器的一次侧相连，二次侧连接在感应线圈两端，感应线圈中穿过钢轨。与逆变器输出端相连的整个负载电路等效为一个RLC串联电路如图2所示。

译

图2 负载等效电路

Fig.2 Equivalent circuit of the load

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

1.1 交流侧调功

交流侧调功主要有三种加热功率控制方法：脉冲频率调制（PFM）、脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率与脉冲宽度混合调制（PFM&PWM）。

译

1.1.1 脉冲频率调制（PFM）

PFM是通过改变逆变器输出交流电压的频率^［

9］，使得等效RLC串联负载的功率因数改变，从而达到调节逆变器输出功率（即钢轨焊接接头的加热功率）的目的。PFM输出电压、输出电流、功率开关器件的控制脉冲的波形如图3所示。由图3可知，功率开关器件的关断电流较大，使得功率开关器件的开关损耗很大，不利于感应加热电源的长时间工作；同时，PFM在调功过程中使得频率改变较大，钢轨的加热深度改变较大，不利于钢轨焊接接头全断面加热的均匀性。

译

图3 PFM波形

Fig.3 Waveform diagram of PFM

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

1.1.2 脉冲宽度调制（PWM）

PWM是将逆变器输出的交流电压频率设置为等效RLC串联负载的谐振频率，通过调节逆变器输出交流脉冲电压的宽度来调节电源输出功率的大小。PWM输出电压、输出电流、功率开关器件的控制脉冲的波形以及各阶段导通的功率器件如图4所示。由图4可知，逆变器输出的交流电压频率由RLC串联负载电路参数发生改变导致的变化很小，但功率开关器件的开通和关断电流较大，使得功率开关器件的开关损耗较大，热效率不高。

译

图4 PWM波形

Fig.4 Waveform diagram of PWM

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

1.1.3 脉冲频率与脉冲宽度混合调制（PFM&PWM）

PFM&PWM通过改变逆变器输出交流脉冲电压的频率和脉冲宽度来改变逆变器的输出功率^［

10］。PFM&PWM的输出电压、输出电流、功率开关器件的控制脉冲波形以及各阶段导通的功率器件如图5所示。在钢轨焊接接头感应加热电源通过脉冲频率与脉冲宽度混合调制方法改变输出功率时，使左侧上桥臂功率开关器件的驱动脉冲信号与电流的相位保持一致^{［参考文献 11

百度学术

11］}，通过改变右侧下桥臂功率开关器件的驱动脉冲信号与左侧上桥臂功率开关器件的驱动脉冲信号的相位差来改变输出功率。

译

下载: | 高精图 | 低精图

图5 PFM&PWM波形

Fig.5 Waveform diagram of PFM&PWM

2 钢轨焊接接头感应加热电源的三维数学模型

对于图5a，等效RLC串联负载电路两端的电压 $u_{0}$ 的傅里叶级数展开式为：

$u_{0} = \sum_{n = 1,3, 5 \dots}^{\infty} \frac{4 U_{d}}{n π} c o s \frac{n β}{2} s i n (n ω t + \frac{n β}{2})$

（1）

式中　 $U_{d}$ 为逆变器直流侧母线电压； $β$ 为移相角的大小； $ω$ 为逆变器功率开关器件的开关角频率。

由电路理论分析可知：等效RLC串联负载电路在 $u_{0}$ 激励下，总的有功功率等于各次谐波单独激励下的有功功率之和，但对于三次及三次以上的谐波电压，由于这些高次谐波电压的电压幅值与谐波次数成反比、频率高导致等效RLC串联负载的阻抗很大（PFM&PWM控制方法是在负载谐振频率附近进行频率调节，所以基波频率接近负载谐振频率，而高次谐波远大于负载谐振频率，导致感抗很大、容抗很小，总合起来的电抗很大），所以在这些高次谐波电压激励下的谐波电流很小，导致在这些高次谐波电压激励下产生的有功功率很小。因此，逆变器输出的加热功率主要是基波电压激励下产生的有功功率。

等效RLC串联负载电路两端的电压的基波分量 $u_{01}$ 为：

$u_{01} = \frac{4 U_{d}}{π} c o s \frac{β}{2} s i n (ω t + \frac{β}{2})$

（2）

在一般情况（即左侧上桥臂功率开关器件的驱动脉冲信号与电流的相位没有受控保持一致）下，基波电压激励下产生的基波电流 $i_{01}$ 为：

$i_{01} = \frac{4 U_{d}}{π |Z|} c o s \frac{β}{2} s i n (ω t + \frac{β}{2} - φ)$

（3）

式中　 $Z$ 为负载阻抗； $φ$ 为基波电压与基波电流的相位差；不难求出 $φ$ 为：

$φ = t a n^{- 1} (\frac{ω L - 1 / ω C}{R})$

（4）

在基波电压激励下的有功功率 $P_{01}$ 为：

$P_{01} = \frac{8 U_{d}^{2}}{R π^{2}} \cdot \frac{{(c o s \frac{β}{2})}^{2}}{1 + Q^{2} {(\frac{ω}{ω_{0}} - \frac{ω_{0}}{ω})}^{2}}$

（5）

式中　 $ω_{0} = \frac{1}{\sqrt[]{L C}}$ 为负载电路的谐振角频率， $Q = \frac{ω_{0} L}{R} = \frac{1}{R ω_{0} C}$ 为负载电路的品质因数。

令 $P_{M} = \frac{8 U_{d}^{2}}{R π^{2}}$ ，对 $P_{01}$ 进行标幺化处理，得到：

$\frac{P_{01}}{P_{M}} = \frac{{(c o s \frac{β}{2})}^{2}}{1 + Q^{2} {(\frac{ω}{ω_{0}} - \frac{ω_{0}}{ω})}^{2}}$

（6）

对于图5b，等效RLC串联负载电路两端的电压 $u_{0}$ 的傅里叶级数展开式为：

$u_{0} = \sum_{n = 1,3, 5 \dots}^{\infty} \frac{4 U_{d}}{n π} c o s \frac{n β}{2} s i n (n ω t - \frac{n β}{2})$

（7）

同样可以推导出式（6）所示的数量关系。

译

综上，对于特定 $Q$ 值的负载电路，可以绘制出 $P_{01} / P_{M}$ 与 $ω / ω_{0}$ 和 $β / 2$ 的三维曲面，例如，对于 $Q = 2.308 7$ ，钢轨焊接接头感应加热电源的三维数学模型如图6所示。

图6 钢轨焊接接头感应加热电源的三维数学模型

Fig.6 Three-dimensional mathematical model of rail joint induction heating power supply

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

对于钢轨焊接接头感应加热电源的PFM控制方法：功率开关器件的开关频率和负载谐振频率的关系可分为感性PFM和容性PFM。由于PFM调功方法时的 $β$ 为0，所以PFM控制方法的数学模型如图7中的蓝色线所示。其中，虚线表示开关频率小于谐振频率的容性PFM，实线表示开关频率大于谐振频率的感性PFM。

图7 PFM控制方法的数学模型

Fig.7 The mathematical model of PFM control method

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

对于钢轨焊接接头感应加热电源的PWM控制方法：由图4可以看出，这时功率开关器件的开关频率和负载谐振频率相等。所以PWM控制方法的数学模型如图8中的实线所示。

译

图8 PWM控制方法的数学模型

Fig.8 The mathematical model of PWM control method

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

对于钢轨焊接接头感应加热电源的感性PFM &PWM控制方法：由图5a可以看出，这时的左侧上桥臂功率开关器件的驱动脉冲信号与电流的相位保持一致，即满足：

译

$\frac{β}{2} = t a n^{- 1} (\frac{ω L - 1 / ω C}{R})$

（8）

将式（8）与式（6）联立，便可以得到钢轨焊接接头感应加热电源的感性PFM&PWM控制方法的三维数学模型，如图9中的实线所示。

译

图9 PFM&PWM控制方法的三维数学模型

Fig.9 Mathematical model of PFM&PWM control method

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

对于钢轨焊接接头感应加热电源的容性PFM &PWM控制方法：由图5b可以看出，这时的左侧上桥臂功率开关器件的驱动脉冲信号与电流的相位保持一致，即满足：

译

$\frac{β}{2} = - t a n^{- 1} (\frac{ω L - 1 / ω C}{R})$

（9）

将式（9）与式（6）联立，便可以得到钢轨焊接接头感应加热电源的容性PFM&PWM控制方法的三维数学模型，如图9中的虚线所示。

译

图10是钢轨焊接接头感应加热电源三种控制方法的三维数学模型的主视图，从主视图可以看出：调整相同的功率幅度（例如从最大功率到最大功率的80%），就功率开关器件的开关频率变化幅度而言，黑色线代表的PFM&PWM功率控制方法比蓝色线代表的PFM功率控制方法要小。从设备的角度来说，调功过程中的频率变化幅度小更有利于系统的稳定工作；从工艺的角度来说，调功过程中的频率变化幅度小更有利于对正火加热深度均匀性的控制。所以，PFM&PWM功率控制方法比PFM功率控制方法更好。从主视图还可以看到：在调功过程中，PWM功率控制方法的频率不变，但是这种功率控制方法使得逆变器的开关损耗很大。综上，PFM&PWM功率控制方法和PFM、PWM控制方法相比具有较大的优势。

译

图10 三种控制方法的三维数学模型主视图

Fig.10 Main view of 3D mathematical model of three control methods

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

3 钢轨焊接接头感应加热电源的控制策略及控制动作实现

3.1 控制策略

由上述讨论可知，PFM&PWM功率控制方法和PFM、PWM控制方法相比具有较大的优势。为方便对感性PFM&PWM功率控制方法的控制策略进行分析，结合钢轨焊接接头感应加热电源三种控制方法的三维数学模型俯视图（见图11）和控制策略相对应的流程（见图12）进行说明：

译

图11 三种控制方法的三维数学模型俯视图

Fig.11 Top view of 3D mathematical model of three control methods

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

图12 控制策略流程

Fig.12 Flow diagram of control strategy

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

①对于电源未启动阶段，由于负载电路中没有电流，所以需要扫频启动，即在移相角为零的情况下，钢轨焊接接头感应加热电源的输出脉冲电压的频率从高到低变化。在频率从高到低变化的过程中，当频率高于谐振频率时，负载电流由于阻抗的逐渐变小而变大，然后当频率继续减小低于谐振频率时，负载电流由于阻抗的开始变大而变小。所以在扫频阶段，当控制核心检测到负载电流开始变小时，就将使能频率控制环路对频率进行校正直到左侧上桥臂功率开关器件的驱动脉冲信号与负载电流的相位保持一致。

译

②当相位保持一致后，再对功率进行检测，当功率不符合要求时：调整移相角，频率控制环路再对频率进行校正直到左侧上桥臂功率开关器件的驱动脉冲信号与负载电流的相位保持一致；当功率符合要求时则调整过程结束。

译

③然后继续检测相位是否保持一致，若相位不一致，则进行频率校正；若相位一致，则重复步骤②。控制轨迹如图11中的黑色首尾连接的带箭头实线所示，图中的白点为设置的目标功率工作点。

译

需要说明的是：即使在经过一番校正过程之后功率输出达到目标要求，由于钢轨焊接接头温度的改变会导致负载谐振频率的改变进而导致左侧上桥臂功率开关器件的驱动脉冲信号与负载电流的相位未保持一致，这时将执行步骤③，整个感应加热过程中一直保持动态调节。

译

3.2 基于控制策略的DSP控制实现

3.2.1 DSP控制系统硬件

DSP控制系统硬件原理如图13所示，本设计采用的DSP芯片是TMS320F28335，与普通的定点DSP相比，该芯片的运算速度更快、外设功能更加强大。利用到的DSP外设模块有：Enhanced Pulse Width Modulator（ePWM）、Enhanced Capture（eCAP）、Ana

译

图13 DSP控制系统硬件原理

Fig.13 DSP control system hardware schematic diagram

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

log-to-Digital Converter（ADC）、Serial Communications Interface（SCI）等。ePWM模块产生四路可调频移相的控制脉冲信号控制功率开关器件的通断。eCAP模块检测左侧上桥臂功率开关器件的驱动脉冲信号与负载电流的相位差，利用该相位差进行调频锁相。ADC模块对直流母线电压值和负载电路电流值进行检测，计算得到实际功率与设定功率进行比较，利用功率误差对移相角进行调节。

译

3.2.2 DSP控制系统软件

通过PLC与该DSP控制系统的通讯对感应加热过程的启停进行控制。

译

（1）主程序。

译

主程序是整个控制系统软件最重要的部分，主要包括系统时钟的初始化、各种外设的初始化、中断的初始化等，其流程如图14所示。

译

图14 主程序流程

Fig.14 Flow chart of the main program

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

（2）eCAP中断服务子程序。

译

eCAP中断服务子程序主要是对左侧上桥臂功率开关器件的驱动脉冲信号与负载电流的相位差进行检测后对控制功率开关器件开通关断的控制脉冲信号的频率进行调节，在相位满足要求后再根据采集到的电压值、电流值以及程序设定的移相角计算出实际输出功率，根据实际功率和目标功率的差值对移相角进行调节。该中断发生在左侧上桥臂功率开关器件控制脉冲信号每隔整数倍周期的下降沿处，其流程如图15所示。

译

图15 eCAP中断服务子程序流程

Fig.15 Flow chart of the eCAP interrupt service routine

下载: 原图 | 高精图 | 低精图

3.2.3 基于控制策略的控制波形

图16是基于控制策略的功率开关器件控制波形。图16a为扫频阶段的波形，DSP将2 kHz、移相角为0的脉冲电压信号改变为1.5 kHz、移相角为0的脉冲电压信号；图16b为移相角调整阶段的波形，DSP将1.5 kHz、移相角为 $0.1 π$ 的脉冲电压信号改变为1.5 kHz、移相角为 $π / 3$ 的脉冲电压信号；图16c为调频阶段的波形，DSP将1.5 kHz、移相角为 $π / 3$ 的脉冲电压信号改变为2 kHz、移相角为 $π / 3$ 的脉冲电压信号；可以看出DSP可以实现控制策略中的一系列控制动作。

下载: | 高精图 | 低精图

图16 控制过程中的波形

Fig.16 The waveform in the control process

4 结论

（1）PFM&PWM调功方式在加热功率调节时，由于频率变化小，使得电源系统更加稳定、加热深度变化小，有利于钢轨正火质量的保证。

译

（2）PFM&PWM调功方式与PWM调功方式相比，由于部分开关器件的零电流开通、零电流关断，大大降低了开关损耗，有利于提升电源加热效率。

译

（3）基于提出的控制策略开发的DSP软硬件能够实现PFM&PWM调功控制。

译

（4）SiC等新型功率半导体器件的快速发展为降低器件开关损耗、提高电源加热效率带来了巨大机遇。为进一步优化感应加热电源的性能表现，可对新型功率半导体器件取代现阶段使用的IGBT进行研究。逆变电路采用了较为简单且采用的H全桥形式，如果想进一步提高感应加热电源的工作性能，可对新的拓扑结构进行研究。

译

参考文献

黄丹. 新型钢轨闪光焊工艺及焊接接头的性能研究［D］. 四川：西南交通大学，2019. [百度学术]

HUANG D. Study on New Rail Flash Welding Process and Properties of Welded Joints［D］. Sichuan：Southwest Jiaotong University，2019. [百度学术]

李德民. 超音频感应加热电源的设计与实现［D］. 山东：青岛科技大学，2022. [百度学术]

LI D M. Design and Implementation of Super Audio Frequency Induction Heating Power Supply［D］. Shandong：Qingdao University of Science & Technology，2022. [百度学术]

何月. 感应加热电源设计及其控制策略研究［D］. 安徽：安徽工业大学，2019. [百度学术]

HE Y. Research on Induction Heating Power Supply Design and Its Control Strategy［D］. Anhui：Anhui University of Technology，2019. [百度学术]

袁清晨. 电磁感应加热锅炉电源设计与控制研究［D］.湖北：湖北民族大学，2019. [百度学术]

YUAN Q C. Research on Design and Control of Electromagnetic Induction Heating Boiler Power Supply［D］. Hubei：Hubei Minzu University，2019. [百度学术]

薛有. 电磁感应加热采暖电源设计与研究［D］.内蒙古：内蒙古科技大学，2019. [百度学术]

XUE Y. Design and Research of Electromagnetic Heating Power Supply［D］. Inner Mongolia：Inner Mongolia University of Science & Technology，2019. [百度学术]

孟琨. 应用于注塑机的电磁感应加热电源的研究与设计［D］. 山东：山东科技大学，2020. [百度学术]

MENG K. Research and Design of Electromagnetic Induction Heating Power Used in Injection Machine［D］. Shandong：Shandong University of Science and Technology，2020. [百度学术]

陈松. 智能变频电磁感应加热系统的研究［D］. 吉林：长春工业大学，2020. [百度学术]

CHEN S. Research on intelligent frequency conversion electromagnetic induction heating system［D］. Jilin：Changchun University of Technology，2020. [百度学术]

吴梦香，苏淑靖，郭杨盛，等. 嵌入式感应加热电源测控系统研究［J］. 电子设计工程，2023，31（1）：179-183. [百度学术]

WU M X，SU S J，GUO Y S，et al. Research on embedded induction heating power measurement and control system［J］. Electronic Design Engineering，2023，31（1）：179-183. [百度学术]

方旭. 面向主动热成像的大功率脉冲式感应加热电源研制［D］. 浙江：中国计量大学，2018. [百度学术]

FANG X. The Development of High-power Pulsed Induction Heating Power Supply for Active Thermography［D］. Zhejiang：China Jiliang University， 2018. [百度学术]

吴一帆. 电磁采暖系统设计与控制策略研究［D］. 四川：电子科技大学，2020. [百度学术]

WU Y F. Research and Design of Electromagnetic Heating System And Control Strategy［D］. Sichuan：University of Electronic Science and Technology of China，2020. [百度学术]

吕宏，黄玉水，张仲超. 感应加热电源的PWM-PFM控制方法［J］. 电力电子技术，2003，37（1）：8-11. [百度学术]

LV H，HUANG Y S，ZHANG Z C. PWM-PFM Hybrid Control Method for Inductive Heating Device［J］. Power Electronics，2003，37（1）：8-11. [百度学术]

编辑部网址：http：//www.71dhj.com [百度学术]

摘要

Abstract

In order to improve the performance of welded joints

the rail welding joint must be normalized after welding. Compared with the flame heating normalization method

the induction heating normalization method has the advantages of high degree of automation

stable normalizing quality

good working environment and so on. It is more and more recognized in rail field welding joint normalization. This paper focuses on the analysis of the PFM

PWM

PFM&PWM three AC side power regulation methods

the establishment of the mathematical model of the three control methods

and the use of MATLAB software to carry out three-dimensional visualization analysis of the mathematical model. The results show that the PFM&PWM control method has the advantages of less switching loss and less frequency change during power adjustment compared with the other two control methods. The control strategy of rail welding joint induction heating power supply based on PFM&PWM control method is proposed

and its control track is illustrated by combining with the three-dimensional mathematical model of rail welding joint induction heating power supply; The software and hardware based on TMS320F28335 are designed to realize the control waveform of the control strategy.

关键词

钢轨焊接接头感应加热电源MATLAB三维数学模型PFM&PWM

Keywords

rail welding jointinduction heating power supplyMATLABthree-dimensional mathematical modelPFM & PWM

references

黄丹. 新型钢轨闪光焊工艺及焊接接头的性能研究［D］. 四川：西南交通大学，2019.

HUANG D. Study on New Rail Flash Welding Process and Properties of Welded Joints［D］. Sichuan：Southwest Jiaotong University，2019.

李德民. 超音频感应加热电源的设计与实现［D］. 山东：青岛科技大学，2022.

LI D M. Design and Implementation of Super Audio Frequency Induction Heating Power Supply［D］. Shandong：Qingdao University of Science & Technology，2022.

何月. 感应加热电源设计及其控制策略研究［D］. 安徽：安徽工业大学，2019.

HE Y. Research on Induction Heating Power Supply Design and Its Control Strategy［D］. Anhui：Anhui University of Technology，2019.

袁清晨. 电磁感应加热锅炉电源设计与控制研究［D］.湖北：湖北民族大学，2019.

YUAN Q C. Research on Design and Control of Electromagnetic Induction Heating Boiler Power Supply［D］. Hubei：Hubei Minzu University，2019.

薛有. 电磁感应加热采暖电源设计与研究［D］.内蒙古：内蒙古科技大学，2019.

XUE Y. Design and Research of Electromagnetic Heating Power Supply［D］. Inner Mongolia：Inner Mongolia University of Science & Technology，2019.

孟琨. 应用于注塑机的电磁感应加热电源的研究与设计［D］. 山东：山东科技大学，2020.

MENG K. Research and Design of Electromagnetic Induction Heating Power Used in Injection Machine［D］. Shandong：Shandong University of Science and Technology，2020.

陈松. 智能变频电磁感应加热系统的研究［D］. 吉林：长春工业大学，2020.

CHEN S. Research on intelligent frequency conversion electromagnetic induction heating system［D］. Jilin：Changchun University of Technology，2020.

吴梦香，苏淑靖，郭杨盛，等. 嵌入式感应加热电源测控系统研究［J］. 电子设计工程，2023，31（1）：179-183.

WU M X，SU S J，GUO Y S，et al. Research on embedded induction heating power measurement and control system［J］. Electronic Design Engineering，2023，31（1）：179-183.

方旭. 面向主动热成像的大功率脉冲式感应加热电源研制［D］. 浙江：中国计量大学，2018.

FANG X. The Development of High-power Pulsed Induction Heating Power Supply for Active Thermography［D］. Zhejiang：China Jiliang University， 2018.

吴一帆. 电磁采暖系统设计与控制策略研究［D］. 四川：电子科技大学，2020.

WU Y F. Research and Design of Electromagnetic Heating System And Control Strategy［D］. Sichuan：University of Electronic Science and Technology of China，2020.

吕宏，黄玉水，张仲超. 感应加热电源的PWM-PFM控制方法［J］. 电力电子技术，2003，37（1）：8-11.

LV H，HUANG Y S，ZHANG Z C. PWM-PFM Hybrid Control Method for Inductive Heating Device［J］. Power Electronics，2003，37（1）：8-11.

编辑部网址：http：//www.71dhj.comhttp://www.71dhj.com

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

暂无数据