感應加熱電源及技術

　　淬火感應加熱設備廠家在(zai)電源(yuan)方面晶閘(zha)管(guan)中頻取代(dai)機式發(fa)電機。20世紀 90年代(dai)初，國(guo)內晶閘(zha)管(guan)電源(yuan)廠曾如雨(yu)后春筍(sun)，遍地開花(hua)，經過優(you)勝劣汰(tai)的競爭，現在(zai)生產廠已趨(qu)向(xiang)穩定。目前晶閘(zha)管(guan)電源(yuan)又在(zai)向(xiang) IGBT晶體(ti)管(guan)電源(yuan)發(fa)展，而電子管(guan)高頻則將發(fa)展為MOSFET晶體(ti)管(guan)電源(yuan)，手提晶體(ti)管(guan)超(chao)音頻、高頻電源(yuan)市場(chang)競爭十(shi)分激烈，其(qi)未來也將是(shi)誰的質(zhi)量高、技術水平(ping)高，誰就能(neng)站穩腳跟。

　　國(guo)產(chan)中(zhong)頻(pin)(pin)(pin)電源(yuan)目前都采用(yong)(yong)并聯諧振(zhen)型逆變(bian)器結構。因此，在(zai)研究和開發(fa)更大容量的(de)并聯逆變(bian)中(zhong)頻(pin)(pin)(pin)電源(yuan)的(de)同時，研制結構簡單、易于頻(pin)(pin)(pin)繁(fan)起動的(de)串聯逆變(bian)中(zhong)頻(pin)(pin)(pin)電源(yuan)是國(guo)內中(zhong)頻(pin)(pin)(pin)感應(ying)加(jia)熱裝置領域有待解決的(de)問題，尤其是在(zai)熔煉、鑄(zhu)造應(ying)用(yong)(yong)中(zhong)，串聯逆變(bian)電源(yuan)易實(shi)現全工況下恒功率(lv)輸出 （有利于降低電能噸耗）及一(yi)機多負載功率(lv)分(fen)配控制，更值得推廣(guang)應(ying)用(yong)(yong)。

　　在超(chao)音(yin)(yin)(yin)頻(pin) （10～100kHz）范(fan)圍(wei)內，由于晶閘管(guan)本身(shen)開(kai)關特(te)性(xing)等參數(shu)的(de)(de)限制，給研制該頻(pin)段的(de)(de)電(dian)(dian)源帶來(lai)了(le)很(hen)大的(de)(de)技術難度。雖然在 80年(nian)代浙江大學采(cai)(cai)用(yong)晶閘管(guan)倍頻(pin)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)研制了(le)50kW /50kHz超(chao)音(yin)(yin)(yin)頻(pin)電(dian)(dian)源，采(cai)(cai)用(yong)時間(jian)分割電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)研制了(le)30kHz的(de)(de)晶閘管(guan)超(chao)音(yin)(yin)(yin)頻(pin)電(dian)(dian)源，但(dan)由于倍頻(pin)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)的(de)(de)雙諧振(zhen)回(hui)路(lu)(lu)(lu)耦(ou)合使負載呈非線性(xing)，時變加熱負載參數(shu)與(yu)諧振(zhen)回(hui)路(lu)(lu)(lu)參數(shu)匹配(pei)調試相當復雜(za)(za)，而時間(jian)分割電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)控制和主回(hui)路(lu)(lu)(lu)結(jie)構復雜(za)(za)，逆變管(guan)利用(yong)率(lv)低，因此沒有得到(dao)很(hen)好的(de)(de)推廣(guang)應用(yong)。

　　70至80年代(dai)初(chu)，人們將(jiang)現代(dai)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)微(wei)集成(cheng)加工技術(shu)與功(gong)率半(ban)導(dao)體(ti)(ti)技術(shu)進行結(jie)合(he)，相(xiang)繼(ji)開發(fa)出(chu)一大批全控電力電子半(ban)導(dao)體(ti)(ti)器件 （GTR、MOSFET、SIT、SITH及MCT等），為全固態超(chao)音頻、高頻電源的研制打下了堅(jian)實的基礎。

　　在高頻 （100kHz以上）頻段(duan)，目前國(guo)外正處在從(cong)傳統(tong)的電子(zi)管電源(yuan)向晶(jing)體管化全固態電源(yuan)的過(guo)渡階段(duan)。日本某(mou)些公司采用SIT，電源(yuan)水(shui)平(ping)在80年代(dai)末達到了1000kW、200kHz， 400kW、400kHz。

　　而在(zai)歐美，由于SIT存在(zai)高(gao)通態損耗 （SIT工作于非飽和(he)區）等缺陷，其(qi)高(gao)頻(pin)功率器(qi)(qi)件(jian)(jian)以MOSFET為主(zhu)。隨著MOSFET功率器(qi)(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)模塊化、大(da)容(rong)量化， MOSFET高(gao)頻(pin)感(gan)(gan)應(ying)(ying)加熱電(dian)源(yuan)的(de)(de)(de)容(rong)量得到了(le)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)。西班牙采用MOSFET的(de)(de)(de)電(dian)流(liu)型感(gan)(gan)應(ying)(ying)加熱電(dian)源(yuan)制(zhi)(zhi)(zhi)造水(shui)平達(da)600kW、400kHz，德國在(zai)1989年研(yan)制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)電(dian)流(liu)型MOSFET感(gan)(gan)應(ying)(ying)加熱電(dian)源(yuan)水(shui)平達(da)480kW、50～200kHz，比(bi)利時I nductoEiphiac公司生產的(de)(de)(de)電(dian)流(liu)型MOSFET感(gan)(gan)應(ying)(ying)加熱電(dian)源(yuan)水(shui)平可達(da)1000kW、15～600kHz。浙江大(da)學在(zai) 90年代研(yan)制(zhi)(zhi)(zhi)出 20kW、300kHz MOSFET高(gao)頻(pin)電(dian)源(yuan)，淬火感(gan)(gan)應(ying)(ying)加熱設備(bei)廠家已被成功應(ying)(ying)用于小型刀具(ju)的(de)(de)(de)表(biao)面熱處理和(he)飛(fei)機渦輪葉片的(de)(de)(de)熱應(ying)(ying)力考核。

　　目(mu)前，感(gan)(gan)應加熱(re)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)在(zai)中頻(pin)(pin)頻(pin)(pin)段主(zhu)要(yao)采(cai)(cai)用(yong)晶(jing)閘(zha)管，超音(yin)頻(pin)(pin)頻(pin)(pin)段主(zhu)要(yao)采(cai)(cai)用(yong)IGBT，而在(zai)高(gao)頻(pin)(pin)頻(pin)(pin)段，由于SIT存在(zai)高(gao)導通(tong)損耗(hao)等缺陷，國際上主(zhu)要(yao)發展MOSFET電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)。感(gan)(gan)應加熱(re)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)雖(sui)采(cai)(cai)用(yong)諧(xie)振(zhen)逆變(bian)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，有(you)利于功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件實(shi)現軟開關，但(dan)是感(gan)(gan)應加熱(re)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)通(tong)常(chang)功(gong)(gong)率(lv)(lv)較大，對(dui)功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件、無源(yuan)(yuan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件、電(dian)(dian)(dian)纜、布(bu)線、接地和屏(ping)蔽等均有(you)許多(duo)特殊要(yao)求。因(yin)此，實(shi)現感(gan)(gan)應加熱(re)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)高(gao)頻(pin)(pin)化仍有(you)許多(duo)應用(yong)基礎(chu)技(ji)術(shu)需(xu)要(yao)進(jin)一(yi)(yi)步探討，特別是新型高(gao)頻(pin)(pin)大功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件 （如MCT、IGBT及SIT功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件等）的問(wen)世，將進(jin)一(yi)(yi)步促進(jin)高(gao)頻(pin)(pin)感(gan)(gan)應加熱(re)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的發展。

　　從電(dian)路的(de)(de)角度來考慮感(gan)應加熱電(dian)源的(de)(de)大(da)容(rong)量(liang)(liang)(liang)(liang)化，可(ke)將大(da)容(rong)量(liang)(liang)(liang)(liang)化技(ji)術(shu)(shu)(shu)分為兩大(da)類:一類是(shi)器(qi)件的(de)(de)串(chuan)(chuan)(chuan)、并(bing)聯(lian)(lian);另一類是(shi)多橋或多臺(tai)電(dian)源的(de)(de)串(chuan)(chuan)(chuan)、并(bing)聯(lian)(lian)。在器(qi)件的(de)(de)串(chuan)(chuan)(chuan)、并(bing)聯(lian)(lian)方(fang)式中，必須(xu)認真處(chu)理串(chuan)(chuan)(chuan)聯(lian)(lian)器(qi)件的(de)(de)均(jun)(jun)壓問(wen)(wen)題(ti)和并(bing)聯(lian)(lian)器(qi)件的(de)(de)均(jun)(jun)流問(wen)(wen)題(ti)，由于(yu)器(qi)件制(zhi)造工藝和參數的(de)(de)離散性，限制(zhi)了器(qi)件的(de)(de)串(chuan)(chuan)(chuan)、并(bing)聯(lian)(lian)數目，且串(chuan)(chuan)(chuan)、并(bing)聯(lian)(lian)數越(yue)(yue)多，裝(zhuang)(zhuang)置的(de)(de)可(ke)靠(kao)(kao)性越(yue)(yue)差。多臺(tai)電(dian)源的(de)(de)串(chuan)(chuan)(chuan)、并(bing)聯(lian)(lian)技(ji)術(shu)(shu)(shu)是(shi)在器(qi)件串(chuan)(chuan)(chuan)、并(bing)聯(lian)(lian)技(ji)術(shu)(shu)(shu)基礎(chu)上進一步再(zai)容(rong)量(liang)(liang)(liang)(liang)化的(de)(de)有效手段，借助于(yu)可(ke)靠(kao)(kao)的(de)(de)電(dian)源串(chuan)(chuan)(chuan)、并(bing)聯(lian)(lian)技(ji)術(shu)(shu)(shu)，在單(dan)機(ji)容(rong)量(liang)(liang)(liang)(liang)適(shi)當的(de)(de)情況下(xia)，可(ke)簡(jian)單(dan)地通過(guo)串(chuan)(chuan)(chuan)、并(bing)聯(lian)(lian)運行方(fang)式得(de)到(dao)大(da)容(rong)量(liang)(liang)(liang)(liang)裝(zhuang)(zhuang)置，每臺(tai)單(dan)機(ji)只是(shi)裝(zhuang)(zhuang)置的(de)(de)一個單(dan)元 （或一個模(mo)塊(kuai)）。

　　感(gan)應加熱電(dian)源逆(ni)(ni)變器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)主(zhu)要(yao)有(you)并聯(lian)逆(ni)(ni)變器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)串聯(lian)逆(ni)(ni)變器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，串聯(lian)逆(ni)(ni)變器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)輸(shu)出(chu)可(ke)等(deng)效為一低(di)阻抗的(de)(de)電(dian)壓源，當兩電(dian)壓源并聯(lian)時(shi)(shi)，相互間的(de)(de)幅值、相位和(he)頻(pin)(pin)率不(bu)同(tong)或(huo)波動(dong)時(shi)(shi)將導致(zhi)很大的(de)(de)環(huan)流，以至逆(ni)(ni)變器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)電(dian)流產生(sheng)嚴重不(bu)均，因此，串聯(lian)逆(ni)(ni)變器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)存(cun)在并機(ji)擴容困難(nan);而對(dui)并聯(lian)逆(ni)(ni)變器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，逆(ni)(ni)變器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)(de)直流大電(dian)抗器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)可(ke)充(chong)當各并聯(lian)逆(ni)(ni)變器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)之間的(de)(de)電(dian)流緩(huan)沖環(huan)節，使得輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)(de)AG/DG或(huo)DG/DG環(huan)節有(you)足(zu)夠的(de)(de)時(shi)(shi)間來(lai)糾正直流電(dian)流的(de)(de)偏差，達到多機(ji)并聯(lian)擴容，晶體管化超音頻(pin)(pin)、高頻(pin)(pin)電(dian)流多采用并聯(lian)逆(ni)(ni)變器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)結構(gou)，并聯(lian)逆(ni)(ni)變器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)易(yi)于模塊化、大容量化是(shi)其中的(de)(de)一個主(zhu)要(yao)原因。

　　感(gan)應(ying)加熱電(dian)(dian)源(yuan)的(de)負(fu)載(zai)對象各(ge)式(shi)各(ge)樣，而電(dian)(dian)源(yuan)逆變(bian)器(qi)(qi)與負(fu)載(zai)是一(yi)有機的(de)整體，一(yi)般采用匹配(pei)(pei)變(bian)壓器(qi)(qi)連接(jie)電(dian)(dian)源(yuan)和(he)負(fu)載(zai)感(gan)應(ying)器(qi)(qi)，高(gao)頻、超(chao)音頻電(dian)(dian)源(yuan)用的(de)匹配(pei)(pei)變(bian)壓器(qi)(qi)從磁性材料到(dao)繞(rao)組結(jie)構(gou)正在得到(dao)進一(yi)步的(de)優(you)化改進，同(tong)時(shi)，從電(dian)(dian)路(lu)拓撲(pu)上可以(yi)用三無源(yuan)元(yuan)件代替二(er)無源(yuan)元(yuan)件，以(yi)取消變(bian)壓器(qi)(qi)，實現高(gao)效、低成本匹配(pei)(pei)。

　　感應(ying)加熱電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)，晶閘(zha)管(guan)(guan)、晶體管(guan)(guan)與電(dian)(dian)子管(guan)(guan)式在國內(nei)均能生產。晶閘(zha)管(guan)(guan)電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)已生產應(ying)用多(duo)年。目前 IGBT電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)因其優點更多(duo)而更為用戶所采用。MOSFET電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)電(dian)(dian)效(xiao)率高(gao)、低壓，但(dan)價格較高(gao)，正在逐(zhu)步取代(dai)電(dian)(dian)子管(guan)(guan)高(gao)頻(pin)電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)。手提式小型高(gao)頻(pin)電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)因價廉、方(fang)便，在國內(nei)應(ying)用廣(guang)泛，甚至(zhi)進入(ru)國外市場。

　　超(chao)高頻電(dian)源 （27.12MHz），過去依(yi)賴進口，現在國內至少有(you)兩個企業已進行生產，解決(jue)了(le)刀片、鋸(ju)條(tiao)等特殊(shu)工藝的需要。

　　隨著感(gan)(gan)應(ying)熱(re)處理生產線自(zi)動化(hua)(hua)控制程度及電(dian)源(yuan)高可(ke)靠性要求的提(ti)高，淬火感(gan)(gan)應(ying)加(jia)熱(re)設備廠(chang)家必須加(jia)強加(jia)熱(re)工藝成(cheng)套裝置(zhi)的開發(fa)。同時(shi)感(gan)(gan)應(ying)加(jia)熱(re)系統正(zheng)向智能化(hua)(hua)控制方(fang)向發(fa)展，具有計算機智能接口(kou)、遠程控制和故(gu)障(zhang)自(zi)動診(zhen)斷等控制性能的感(gan)(gan)應(ying)加(jia)熱(re)電(dian)源(yuan)系統正(zheng)成(cheng)為下(xia)一代的發(fa)展目標。