金属易拉罐包装在目前饮料业被广泛采用。在易拉罐制造过程中 , 有一道盖子注胶烘干工艺 , 烘干的方法对所生产易拉罐的质量起到很重要的作用。目前所用的盖子注胶烘干炉全部是传统电热管加热形式。传统的加热炉加热时 , 存在“起褶” 、“起泡”等质量问题 , 同时设备体积大、能耗高、噪音大等缺点。感应加热由于直接对盖子本身进行加热 , 所以能消除起皱的质量问题 , 减少了热传导环节 , 所以具有体积小 , 基本无噪
音 , 节能等优点。基于以上原因 , 中频加热炉替代传统电热管烘干炉的趋势不可避免 , 具有广阔的市场前景和社会效益。国内外也出现了许多中频感应炉 , 如加拿大的 M. Tenti等人成功的研制出 GTO 串联逆变中频感应炉[1 ]。K. Manch将 GTR中频电源的功率级提高到 300kW[2 ]。日本先后研制出以 SIT、SITH 为功率开关的感应加热电炉[3 ]。

  在中频感应熔炼炉过程中 , 当被加热工件的特性比如材质 ,形状 , 大小等发生改变时 , 往往导致功率因数的改变 , 而目前一般的中频感应加热器的工作频率 , 往往由技术人员现场调试而得 , 由于缺少实时系统辨识功能和实时频率调节功能 , 所以一旦调好 , 实际工作频率就不随被加热物的改变而改变。当系统没有工作在谐振频率上时 , 部分能量就浪费在蓄能元件 (主要是线圈) 上 , 使得线圈温升加大 , 降低了加热效率 , 有时甚至不能满足生产工艺的要求。针对以上问题 , 本文给出了一个系统谐振频率自动跟踪系统 , 使工作频率自动跟踪系统谐振频率 , 从而大大提高了系统的智能化。

1 　 影响功率因数的参数
      体现感应加热加热效率的主要参数是功率因数。一般感应中频炉的功率因数都比较低 , 无铁心炉的功率因数仅为 0105～0125 , 有心炉的功率因数也仅在 012～019 之间。具体的功率因素和被加热工件的材质有很大关系。金属在加热的过程中 , 它的导磁率和电导率都会发生变化 , 虽然这也会影响到谐振频率 f 0 的变化 , 但是 , 由于制盖机加热的温度不过 100 ℃左右 , 所以这个影响因素是次要的 , 可以忽略。所以下面主要分析电感量的变化对谐振频率的影响。

     中频炉线圈和被加热工件组成一个电气系统 , 可以看成是有一个大电感和一个小电阻串连的一个回路 , 当外部激励电源的频率与系统本身的谐振频率相一致时 , 电流与电压同相 , 功率因数取得最大值。串联中频炉系统本身的谐
　　其中, f 0 是系统的谐振频率, C是和线圈串连的电力电容,L 是线圈和被加热工件一起组成系统的电感量, R是系统电阻,取线圈电阻和接线接触电阻之和,一般很小(一般是毫欧级) ,当工作温度比较低时,可以忽略不计,此时,上式简化成:
　　 可见,影响谐振频率改变的参数主要有两个,即串连的电容和系统的电感。在实际工作中,电容的变化是被动的,通过切换成不同的容量,来适应由于电感的变化而带来的功率因数的降低。电感的变化是主动的, 也即是真正的由外部工作条件的改变而引起变化的变量,是导致系统谐振频率改变的根本因素。
    系统电感量有两部分组成 , 线圈本身的电感和由于工件而产生的附加电感。当磁性金属进入线圈中时 , 等效于一个异型铁心 , 增大了线圈的电感 , 工件的形状、材质不一样 , 增强效果也不一样; 反之亦然. 当工件离开线圈时 , 线圈的电感会下降 , 所以在整个过程中 , 电感量始终处于波动状态. 这在制盖机连续工作的生产流水线上体现得更为明显。

  2 　 谐振频率跟踪原理

  根据上面影响功率因数参数的分析 , 分别是电感、电容及工作频率。其中 , 由于加工过程中 , 材料的磁导率和电导率会发生变化[5 ], 不可避免的带来了电感的变化 , 同时也导致了功率因数的降低。分别通过调整其他两个参数 %%电容和工作频率 , 都可以有效的提升功率因数。

   传统调节功率因数的方法是电容补偿。通过调节切换不同的电容组 , 改变系统中电容的容量来改变系统的谐振频率 , 使谐振频率向工作频率靠拢。电容切换方法技术成熟 , 实施方便操作简单。但是 , 由于电容的个数和组数有限 , 比如 4 组电容通过组合 , 只能实现 16 个不同容量的状态 , 分段很粗糙 , 不能将功率因数提升到一个理想的水平。同时 , 实时性差 , 不能跟随谐振频率的改变而快速切换。

  另一提高功率因数的途径是和调节电容法相反 , 通过调节工作频率来使之向谐振频率靠拢 , 通过无级调节工作频率 , 最大限度的提升感应炉的功率因数。在这里 ,将作详细分析。

  功率因数是电流落后与电压相位角的余弦 cosφ。当φ= 0 时, 功率因数取得最大值, 随φ的增大, 也即随着电流落后电压相位差的增大, 功率因数逐渐减小, 当φ= 90° 时减小到零。所以, 只要对系统的电流和电压波形进行采样, 根据过零点的位置, 取得电压和电流之间的相位差, 就可得到系统实时的功率因数。

     现代电子技术的发展, 可以方便的实现连续的无级调谐。利用单片机的实时处理能力, 对线圈两端的电压和流过电流的过零点进行同步采样, 从而得到系统实时的功率, 和给定现实的理想功率因数相比较, 得出误差, 经计算得出系统工作频率的修正量, 将此修正量转化成 PWM 的形式后, 通过光耦隔离传输到 IG BT逆变器频率调节端, 对工作频率进行实时在线调节, 从而实现对谐振频率的跟踪, 如图1所示。调整策略如下:
(1) 当系统工作在感性状态时, 功率因数是正的, 否则是负数;
(2) 当系统工作在感性状态时, 降低电源工作频率;
(3) 当系统工作在容性状态时, 提高电源工作频率。