感應加熱電源技術發(fā)展歷程

感應加熱電源的發(fā)展大致經(jīng)歷了這樣幾個階段：20世紀20年代的電機發(fā)電機（機式中 頻）和真空管（又稱電子管）振蕩器，20世紀60年代的晶閘管（可控硅）感應加熱電源， 20世紀80年代的晶體管感應加熱電源，20世紀90年代中期直至現(xiàn)在的以靜電感應晶體管 （SIT）、場效應晶體管（MOSFET）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）功率器件為核心的新一 代感應加熱電源。

由于數(shù)字電子技術、微電子技術與集成電路、大功率高頻器件，以及大功率元器件（如 陶瓷板形槽路電容器、全膜介質結構的電熱電容器、高頻大功率鐵氧體、陶瓷振蕩管等）的 發(fā)展，使得傳統(tǒng)類型的感應加熱電源（晶閘管SCR中頻感應加熱電源、真空管高頻感應加 熱電源）在效率、可靠性等方面都有了很大的提高，其結構更加緊湊，體積進一步減小。

晶閘管（SCR）中頻感應加熱電源的技術進步，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

① 晶閘管的觸發(fā)電路及控制電路由數(shù)字集成電路替代了絕大部分的晶體管分離元件 電路。

② 主回路釆用頻率掃描方式自動啟動逆變，不需要預充電的附加啟動電路。

③ 具有頻率自動跟蹤和為保持恒功率而自動調節(jié)功率的電路。

④ 采用了全膜介質結構的RFM型電熱電容器組成諧振電容器組以改善功率因素，替代 了中頻RYS電熱電力電容器組，使得設備的結構更緊湊，減小了體積。

真空管（電子管）感應加熱電源的技術進步，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

① 高壓整流及陽壓調節(jié)電路。淘汰了體積較大、故障較多、整流效率低、不易維護的 充汞閘流管整流裝置，取而代之的是三相高壓硅堆三相整流橋；釆用晶閘管三相交流調壓器 接在陽極變壓器低壓側與三相交流電源之間，通過調節(jié)晶閘管的導通角q,來改變加在陽極 變壓器輸入端的三相交流電壓，從而調節(jié)陽壓，進而調節(jié)輸出功率，這就是典型的“晶閘管 三相交流調壓-陽極變壓器升壓-三相高壓硅堆整流”的陽壓調節(jié)電路的結構。

② 保護電路及晶閘管三相交流調壓器的觸發(fā)電路采用了單片微處理器。

③ 采用了陶瓷盤式電容器作槽路電容，替代了容量小的罐式電容器，去掉了罐式電容 器的水冷管路，減小了體積。

④ 陶瓷外殼的（真空）振蕩管將會逐步取代玻璃外殼的（真空）振蕩管，前者具有較 好的電氣性能、不易損壞及體積較小的優(yōu)點。

新一代感應加熱電源的新型功率元器件包括以下幾種：

① 靜電感應晶體管S1T。

② 具有功率大、開關速度快、損耗低的功率半導體器件MOSFET和IGBT。

③ 能浦足髙輝、大容敝、低損耗、很小內部電感、體積小以及容易水冷的電容器。

④ 能夠承受大電流、變比抽頭靈活及容功容現(xiàn)仇載此配的髙頻（達500kHz）鐵氣體磁 心變壓器,這使得研制和生產(chǎn)中、大功率等級的現(xiàn)代劇音頻和高頻感應加熱電源成為可能。

以SIT、MOSFET、I（；BT等為功率器件的感應加熱電源是現(xiàn)代感應加熱電源的主流電 源類型,稱為（個）固態(tài)感應加熱電源?！肮虘B(tài)”感應加熱電源是針對真空管高頻感應加熱 電源來說的，逆變電路的核心器件姑大功率半導體器件₀

現(xiàn)代感應加熱電源具有如下一些特點。

① 由f新型功率器件的問世，其電路結構及實現(xiàn)技術有r很快的發(fā)展。

② 整流及逆變電路的器件多采用模塊器件代替單個功率器件。為了擴大輸出功率，采 用了功率器件的串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)結構。

③ 控制電路及保護電路所采用的器件由原來大量釆用晶體三極管等模擬器件，發(fā)展為 大量采用數(shù)字器件（如比較器、觸發(fā)器、計數(shù)器、定時器、光電隔離器、鎖相環(huán)等）；專用 集成電路的采用也是現(xiàn)代感應加熱電源的又一特點。

④ 新型電路元件，如美國CDE （無感）電容模塊、無感電阻應用于緩沖電路，能大大 提高吸收效果；Mn-Zn大功率鐵氧體應用于功率輸出回路，減少了損耗和電源體積。

⑤ 頻率范圍廣，其范圍為0.1?400kHz,這覆蓋了中頻、超音頻和高頻；輸出功率范 圍為1.5?2000kW，可滿足不同熱處理工藝的需求。

⑥ 轉換效率高，節(jié)能明顯。對于晶體管逆變器的負載功率因數(shù)可接近于1,這可減少輸 入功率22%?30%,減少冷卻水用量44%?70%。

⑦ 具有頻率自動跟蹤和為保持恒功率輸出的自動調節(jié)電路。

⑧ 整臺裝置結構緊湊，外形尺寸小，與真空管電源相比可節(jié)省66%?84%的空間。

⑨ 保護電路完善，可靠性高。感應加熱電源能夠在工件碰觸到感應器、輸出變壓器空 載或過載以及其他誤操作情況下安全運行。電路的安全措施有：直流側電流過流、交流側電 流過流、缺相保護、進線電壓的過壓與欠壓保護、工作頻率超限與功率超限保護等。器件的 安全措施有：逆變橋的橋臂電流不平衡與直通、功率器件的過熱、槽路線圈短路、槽路電容 過壓與槽路電壓超限等。設備的安全措施有：冷卻水的流量與進出口的水溫檢測、電源柜門 與電源的聯(lián)鎖保護等。

⑩ 電源內部或輸出端沒有高壓（相對于真空管電源），因而工作電壓低，安全性高。 采用單相交流電工作的小功率固態(tài)感應加熱電源的直流工作電壓為220-250V,采用三 相交流電源的直流工作電壓為510?560V,而真空管電源的直流工作電壓最高可達13kV 左右。

現(xiàn)代感應加熱電源的功率和頻率范圍很廣，SCR電源、IGBT電源和 MOSFET電源的功率及頻率的對應關系。各種電源間有重疊區(qū)域，可 以綜合考慮后而加以選用。對頻率低于10kHz以下的電源稱為中頻感應加熱電源，頻率在 10?100kHz之間的電源稱為超音頻感應加熱電源，頻率高于100kHz的電源稱為高頻感應 加熱電源。按照功率器件SCR、MOSFET和IGBT的頻率特性及功率容量來看，SCR主要 應用于中頻感應加熱，'功率等級在800kW左右，頻率等級在8kHz左右；就目前IGBT感 應加熱電源的制造水平來看，國際上達到了 1200kW/180kHz,國內為500kW/50kHz, MOSFET感應加熱電源的制造水平國際上大致為1000kW/400kHz,國內為（10?250）kW/ （50 ?400）kHz。

目前已有許多類型和型號的現(xiàn)代感應加熱電源可以滿足各種感應熱處理工藝的需求，不 同的熱處理工藝對頻率、功率等的要求有所不同。