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知道智能感應加熱電源及技術嗎?


在電源方面晶閘管中頻取代機式發電機。20世紀90年代初,國內晶閘管電源廠曾如雨后春筍,遍地開花,經過優越劣汰的競爭,現在生產廠已趨向穩定。目前晶閘管電源又在向IGBT晶體管電源發展,而電子管高頻則將發展為MOSFET晶體管電源,手提晶體管超音頻、高頻電源市場競爭十分激烈,其未來也將是誰的質量高、技術水平高,誰就能站穩腳跟。
國產中頻電源目前都采用并聯諧振型逆變器結構。因此,在研究和開發更大容量的并聯逆變中頻電源的同時,研制結構簡單、易于頻繁起動的串聯逆變中頻電源是國內中頻感應加熱裝置領域有待解決的題目,尤其是在熔煉、鑄造應用中,串聯逆變電源易實現全工況下恒功率輸出(有利于降低電能噸耗)及一機多負載功率分配控制,更值得推廣應用。
在超音頻(10~100kHz)范圍內,由于晶閘管本身開關特性等參數的限制,給研制該頻段的電源帶來了很大的技術難度。固然在80年代浙江大學采用晶閘管倍頻電路研制了50kW/50kHz超音頻電源,采用時間分割電路研制了30kHz的晶閘管超音頻電源,但由于倍頻電路的雙諧振回路耦合使負載呈非線性,時變加熱負載參數與諧振回路參數匹配調試相當復雜,而時間分割電路控制和主回路結構復雜,逆變管利用率低,因此沒有得到很好的推廣應用。
70至80年代初,人們將現代半導體微集成加工技術與功率半導體技術進行結合,相繼開發出一大批全控電力電子半導體器件(GTR、MOSFET、SIT、SITH及MCT等),為全固態超音頻、高頻電源的研制打下了堅實的基礎。
在高頻(100kHz以上)頻段,目前國外正處在從傳統的電子管電源向晶體管化全固態電源的過渡階段。日本某些公司采用SIT,電源水平在80年代末達到了1000kW、200kHz,400kW、400kHz。而在歐美,由于SIT存在高通態損耗(SIT工作于非飽和區)等缺陷,其高頻功率器件以MOSFET為主。隨著MOSFET功率器件的模塊化、大容量化,MOSFET高頻感應加熱電源的容量得到了飛速發展。西班牙采用MOSFET的電流型感應加熱電源制造水平達600kW、400kHz,德國在1989年研制的電流型MOSFET感應加熱電源水平達480kW、50~200kHz,比利時InductoEiphiac公司生產的電流型MOSFET感應加熱電源水平可達1000kW、15~600kHz。浙江大學在90年代研制出20kW、300kHzMOSFET高頻電源,已被成功應用于小型刀具的表面熱處理和飛機渦輪葉片的熱應力考核。
目前,智能感應加熱電源在中頻頻段主要采用晶閘管,超音頻頻段主要采用IGBT,而在高頻頻段,由于SIT存在高導通損耗等缺陷,國際上主要發展MOSFET電源。感應加熱電源雖采用諧振逆變器,有利于功率器件實現軟開關,但是感應加熱電源通常功率較大,對功率器件、無源器件、電纜、布線、接地和屏蔽等均有很多特殊要求。因此,實現感應加熱電源高頻化仍有很多應用基礎技術需要進一步探討,特別是新型高頻大功率器件(如MCT、IGBT及SIT功率器件等)的問世,將進一步促進高頻感應加熱電源的發展。
從電路的角度來考慮感應加熱電源的大容量化,可將大容量化技術分為兩大類:一類是器件的串、并聯;另一類是多橋或多臺電源的串、并聯。在器件的串、并聯方式中,必須認真處理串聯器件的均壓題目和并聯器件的均流題目,由于器件制造工藝和參數的離散性,限制了器件的串、并聯數目,且串、并聯數越多,裝置的可靠性越差。多臺電源的串、并聯技術是在器件串、并聯技術基礎上進一步再容量化的有效手段,借助于可靠的電源串、并聯技術,在單機容量適當的情況下,可簡單地通過串、并聯運行方式得到大容量裝置,每臺單機只是裝置的一個單元(或一個模塊)。
智能感應加熱電源逆變器主要有并聯逆變器和串聯逆變器,串聯逆變器輸出可等效為一低阻抗的電壓源,當兩電壓源并聯時,相互間的幅值、相位和頻率不同或波動時將導致很大的環流,以至逆變器件的電流產生嚴重不均,因此,串聯逆變器存在并機擴容困難;而對并聯逆變器,逆變器輸進真個直流大電抗器可充當各并聯逆變器之間的電流緩沖環節,使得輸進真個AG/DG或DG/DG環節有足夠的時間來糾正直流電流的偏差,達到多機并聯擴容,晶體管化超音頻、高頻電流多采用并聯逆變器結構,并聯逆變器易于模塊化、大容量化是其中的一個主要原因。
智能感應加熱電源的負載對象各式各樣,而電源逆變器與負載是一有機的整體,一般采用匹配變壓器連接電源和負載感應器,高頻、超音頻電源用的匹配變壓器從磁性材料到繞組結構正在得到進一步的優化改進,同時,從電路拓撲上可以用三無源元件代替二無源元件,以取消變壓器,實現高效、低本錢匹配。
感應加熱電源,晶閘管、晶體管與電子管式在國內均能生產。晶閘管電源已生產應用多年。目前IGBT電源因其優點更多而更為用戶所采用。MOSFET電源電效率高、低壓,但價格較高,正在逐步取代電子管高頻電源。手提式小型高頻電源因價廉、方便,在國內應用廣泛,甚至進進國外市場。
超高頻電源(27.12MHz),過往依靠進口,現在國內至少有兩個企業已進行生產,解決了刀片、鋸條等特殊工藝的需要。
隨著感應熱處理生產線自動化控制程度及電源高可靠性要求的進步,必須加強加熱工藝成套裝置的開發。同時感應加熱系統正向智能化控制方向發展,具有計算機智能接口、遠程控制和故障自動診斷等控制性能的感應加熱電源系統正成為下一代的發展目標。
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