高频感应加热装置作为一种非接触式加热设备,具有加热效率高、工作环境好、节能环保等一系列优点,在金属件的淬火和熔炼中有着广泛应用。铁基催化剂作为一种非金属材料,目前主要采用传统的热熔融法进行生产,收得率低且品质不高,而在高频感应加热工艺下能大大提高其成分均匀性和催化活性。此外,工业上应用的高频感应加热装置普遍存在控制精度不高的问题。针对这一情形,结合数字化和智能化控制技术对内部电路结构进行优化,设计一套适用于非金属材料的高频感应加热装置,在今后的进一步研究中具有指导意义。本文以4kW/250kHz的高频感应加热装置为研究对象,首先介绍了系统的结构组成及各个部分的工作原理,并对所包含的不同电路类型的工作特性进行了对比分析,确定了系统的整体设计方案。主电路部分采用单相不可控桥式整流加电容滤波的形式得到直流电压,选择MOSFET功率开关器件组成的串联谐振逆变电路进行逆变过程,并在输出端接入隔离变压器与负载相连。控制部分采用脉冲宽度调制法对功率进行调节,同时对负载工作频率进行跟踪使其保持在谐振状态,并以此设计了基于ATmega128单片机的数字锁相环和模糊PID控制器。然后根据给定的技术指标确定了主电路的元器件参数以及控制部分各模块的电路结构,并给出了频率跟踪模块和功率控制模块的程序流程图。最后在Simulink仿真环境下建立了高频感应加热系统的仿真模型,对输出电压和电流波形进行观察。同时根据电磁场和温度场的相关理论得到的数学模型和边界条件,利用ANSYS软件建立了系统负载的有限元模型,并在不同工况下进行数值分析,观察物料的温度分布情况。仿真结果显示,系统的输出电压和电流波形在不同的移相角下保持相同的相位关系,表明锁相环实现了谐振频率的有效跟踪,验证了设计的合理性;物料在供电频率越高的情况下温度上升速度越快,表面与心部温差越大,集肤效应越明显,且供电频率处于200kHz至250kHz时系统加热效率最好。