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浅谈中频感应加热电源的设计及原理

浏览次数: 50 发布日期: 2019-08-19 15:11:46

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随着现在工业科技的法杖,感应设备也在发展,中频感应加热电源也在不断地更新和进步,那么感应加热电源技术发展现状与趋势是什么?中频感应加热电源的设计及原理的什么?针对这些问题,中频感应加热设备厂家德道电子工作人员为我们详细介绍了相关内容:


中频感应加热设备


感应加热电源技术发展现状与趋势

1、感应加热电源技术发展现状

感应电源按频率范围可分为以下等级:500Hz以下为低频,1-10KHz为中频;20KHz以上为超音频和高频。感应加热电源发展与电力电子器件的发展密切相关。1970年浙大研制成功国内第一100KW/1KHz晶闸管中频电源以来,国产KGPS系列中频电源已覆盖了中频机组的全部型号。在超音频电源方面,日本在1986年就利用SITH研制出100KW/60KHz的超音频电源,此后日本和西班牙又在1991年相继研制出500KW/50KHz和200KW/50KHz的IGBT超音频电源。国内在超音频领域与国外还有一定差距,但发展很快,1995年浙大研制出50KW/50KHz的IGBT超音频电源,北京有色金属研究总院和本溪高频电源设备厂在1996年联合研制出100KW/20KHz的IGBT电源。在高频这一频段可供选择的全控型器件只有静电感应晶闸管(SITH)和功率场效应晶闸管(MOSFET),前者是日本研制的3KW~200KW,20KHz~300KHz系列高频电源,后者由欧美采用MOSFET研制成功输出频率为200~300KHz,输出功率为100~400KW的高频电源。与国外相比,国内导体高频电源存在较大差距,铁岭高频设备厂1993年研制成功80KW/150KHz的SIT高频电源,但由于SIT很少进入国际化流通渠道,整机价格偏高,并没有投入商业运行。现在,电力电子应用国家工程中心设计研制出了5~50KW/100~400KHz高频MOSFET逆变电源。

总体说来,国内在感应加热电源的设计开发和产品化方面虽有发展,但远不能适应我国工业发展的要求,对于应用范围越来越广泛的高频感应加热电源领域的研究尤为薄弱,处于刚刚起步阶段。

2、感应加热电源技术发展与趋势

感应加热电源的水平与半导体功率器件的发展密切相关,因此当前功率器件在性能上的不断完善,使得感应加热电源的发展趋势呈现出以下几方面的特点。

①大容量化

从电路的角度来考虑感应加热电源的大容量化,可将大容量化技术分为二大类:一类是器件的串、并联,另一类是多台电源的串、并联器件的均流问题,由于器件制造工艺和参数的离散性,限制了器件的串、并联数目,且串、并联数越多,装置的可靠性越差。多台电源的串、并联技术是在器件串、并联技术基础上进一步大容量化的有效手段,借助于可靠的电源串、并联技术,在单机容量适当的情况下,可简单地通过串、并联运行方式得到大容量装置,每台单机只是装置的一个单元或一个模块。感应加热电源逆变器主要有并联逆变器和串联逆变器,串联逆变器输出可等效为一低阻抗的电压源,当二电压源并联时,相互间的幅值、相位和频率不同或波动时将导致很大的环流以致逆变器器件的电流产生严重不均,因此串联逆变器存在并机扩容困难;而对并联逆变器,逆变器输入端的直流大电抗器可充当各并联器之间的电流缓冲环节,使得输入端的AC/DC或DC/AC环节有足够的时间来纠正直流电源的偏差,达到多机并联扩容。

②高频率

目前,感应加热电源在中频频段主要采用晶闸管,超音频频段主要采用IGBT,而高频频段,由于SIT存在高导通损耗等缺陷,主要发展MOSFET电源。感应加热电源谐振逆变器中采用的功率器件利于实现软开关,但是,感应加热电源通常功率较大,对功率器件,无源器件,电缆,布线,接地,屏蔽等均有许多特殊要求,尤其是高频电源。因此,实现感应加热电源高频化仍有许多应用基础技术需要进一步探讨。

③智能化控制

随着感应热处理生产线自动化控制程度及对电源可靠性要求的提高,感应加热电源正向智能化控制方向发展。具有计算机智能接口、远程控制、故障自动诊断等控制性能的感应加热电源正成为下一代发展目标。  
 
④负载匹配

感应加热电源多用于工业现场,其运行工况比较复杂,它与钢铁、冶金和金属热处理行业具有十分密切的联系,他的负载对象各式各样,而电源逆变器与负载是一有机的整体,负载直接影响到电源的运行效率和可靠性。对焊接、表面热处理等负载,一般采用匹配变压器连接电源和负载感应器,对高频、超音频电源用的匹配变压器要求漏抗很小,如何实现匹配变压器的高输入效率,从磁性材料选择到绕组结构的设计已成为一重要课题,另外,从电路拓扑上负载结构以三个无源元件代替原来的二哥无源元件以取消匹配变压器,实现高效、低成本隔离匹配。

中频感应加热电源的设计及原理

中频感应加热电源原理:当通过导体环路所包围的磁通量发生变化时,环路中就会产生感应电势,同样,处于交变磁场中的导体,受电磁感应的作用也产生感应电势,在导体中形成感应电流(涡流),感应电流克服导体本身的电阻而产生焦耳热,用这一热量加热导体本身,使其升温、熔化,达到各种热加工的目的,这就是中频感应加热的原理。

中频感应加热电源的优点

1、加热速度快

2、氧化脱炭少。由于中频感应加热的原理为电磁感应,其热量在工件内自身产生,由于该加热方式升温速度快,所以氧化极少,加热效率高,工艺重复性好。

3、加热均匀。温控精度高 感应加热易实现加热均匀,芯表温差小的要求。应用温控系统可实现对温度的精确控制。低耗能、无污染 感应加热与其它加热方式相比,加热效率高、能耗低、无污染;各项指标均可满足用户要求。透热条件下,由室温加热到1100℃的耗电量小于360。

4、感应加热的线圈与被加热物(金属)的关系就如同变压器的1次侧、2次侧线圈的关系一样。由加热线圈通高频电流产生的磁力线集中在被加热物上、由电磁的感应作用,产生涡旋电流,将被加热物加热。在这个时候,根据钢材的种类和形状选择适当的交流电流的频率、功率、加热时间、保持时间、线圈的形状等,就能使各种钢材得到适当的品质特性。

中频感应加热电源的特点

1、恒功率输出,以确保电源变压器容量得到100%利用。

2、功率因数始终大于0 96,无高次谐波干扰,对电网无污染。

3、采用数字锁相技术,频率稳定度高。

4、具有多重保护功能。

5、采用先进的多频点预置技术具有100%的成功启动率。

6、采用全封闭内循环水冷系统,确保设备安全。

中频感应加热电源的应用范围

1、锻造前、热挤压,热轧、蓝脆下料等坯料透热。

2、热处理,包括零件的淬火,回火等工艺过程。

3、 钎焊

4、熔炼黑色、有色及稀贵金属

5、 高温烧结钨、钼等难熔金属,粉末冶金等。

6、拉制单晶硅的稳定电源。

以上就是关于中频感应加热电源的设计及原理的内容介绍,通过以上内容我们知道了中频感应加热电源的设计及原理,以及感应加热设备的节能降耗,缩减成本发展趋势。

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