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高頻機的感應加熱是發展的大勢所在

2017-08-07
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提高,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。

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,甚至進入國外市場。

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,逆變器輸入端的直流大電抗器可充當各并聯逆變器之間的電流緩沖環節,使得輸入端的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。
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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、低成本匹配。

目前,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、接地和屏蔽等均有許多特殊要求。因此,實現感應加熱電源高頻化仍有許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。
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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。
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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問題和并聯器件的均流問題,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)。
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