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感应加热电源新技术分析

出处:网络整理 发布于:2018-01-03 16:08:22 | 322 次阅读

感应加热电源广泛应用于金属热处理、淬火、退火、透热、熔炼、焊接、热套、半导体材料炼制、塑料热合、烘烤和提纯等场合;利用在高频磁场作用下产生的感应电流引起导体自身发热而进行加热。感应加热与炉式加热、燃烧加热或者电热丝加热相比,具有显着节能、非接触、速度快、工序简单、容易实现自动化等优点。

感应加热电源主要由整流单元、逆变单元、谐振输出单元、和感应器四部分组成。其中整流单元将工频三相交流电压转换成直流电压;逆变单元电能变换成为几千至上百千赫兹的高频电能;谐振输出单元一端连接逆变器,另一端连接感应器,经隔离和阻抗匹配,通过谐振的方法在感应器中产生强大的高频电流。加热时,感应器在工件中感生高频电流,因此导体迅速被加热。早期的感应加热设备中,逆变单元所需的高频逆变器件决定了装置的形式,它经历了从电子管、晶闸管到目前普遍采用IGBT 的发展历程。

在目前主流的 IGBT 式感应加热产品中,仍有较多的电路和结构方式差异。从整流单元看有可控整流方式和不可控整流方式;从逆变单元看有脉宽调制逆变方式和斩波调压逆变方式;从谐振输出单元看有并联谐振方式和串联谐振方式。各种电路和结构方式在效率、功率因数、可靠性等性能上各有差异。

感应加热电源新技术分析

串联与并联

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,当两电压源并联时,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,以至逆变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逆变器之间的电流缓冲环节,使得输入端的AG/DG或DG/DG环节有足够的时间来纠正直流电流的偏差,达到多机并联扩容,晶体管化超音频、高频电流多采用并联逆变器结构,并联逆变器易于模块化、大容量化是其中的一个主要原因。

感应加热电源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,一般采用匹配变压器连接电源和负载感应器,高频、超音频电源用的匹配变压器从磁性材料到绕组结构正在得到进一步的优化改进,同时,从电路拓扑上可以用三无源元件代替二无源元件,以取消变压器,实现高效、低成本匹配。

感应加热电源,晶闸管、晶体管与电子管式在国内均能生产。晶闸管电源已生产应用多年。IGBT电源因其优点更多而更为用户所采用。IGBT电源电效率高、低压,但价格较高,正在逐步取代电子管高频电源。手提式小型高频电源因价廉、方便,在国内应用广泛,甚至进入国外市场。

退火和回火应用

退火将工件加热到适当温度,根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间,然后进行缓慢冷却(冷却速度最慢),目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态,获得良好的工艺性能和使用性能,或者为进一步淬火作组织准备。

使用感应加热代替气体或加热炉进行预热具有多项优点。热传导能够直接进行,这将最大程度地减少热损失和能量损耗,增加生产效率,提升产品质量。

同时,可以对热量进行精确控制,这样可以降低焊接时的温度,从而降低冷却速度。另外,还有利于减少冷裂和淬硬的风险,使用感应加热,您无需再面对热气逼人的火焰,从而改善工作环境,减少对散热系统的需求,降低火灾危险。

感应加热电源新技术分析

感应加热电源是一种低能耗、高效率的金属材料加热电源模块,目前已经在全球40余个国家得到了广泛的工业应用。本文将会通过对感应电源的电路结构分析,进行传统感应电源的工作原理介绍,以便于工程师在对其工作原理进行研究的基础上进行专业技术革新。

通常情况下,传统的感应加热电源在主电路结构方面,主要由以下四个部分来组成的: 不控整流、大电容储能滤波、逆变电路和谐振负载。

在工作的过程中,加热电源通过不可控整流的方式将交流电转变为直流电,然后通过大电容滤波将比较稳定的直流电转化成为逆变电路的供电电源,岁后在逆变侧部分实现系统的逆变输出和功率调节。下图 为传统型号 的感应加 热电源电路 结构图。

感应加热电源新技术分析

从图中我们可以看到,整个电源的加热系统均有DSP数字芯片进行控制。电压电流检测装置对直流母线的电压值和电流值进行检测,随后将数值变送给DSP处理芯片,以快速实现功率反馈。整个负载检测流程包括温度检测和频率跟踪、通过将红外线传感器检测到的温度值变送给DSP,同步实现快速反馈。随后,处理器可以通过检测负载的谐振电流和电压信号反馈给DSP以实现频率跟踪。

当DSP芯片接收到相应的电流电压信号后,将会在内部对电压、电流等反馈信号分别进行A/D变换、保持,并通过数字乘法运算求出实际输出功率与数字给定功率比较,对偏差进行数字PID控制。通过这一数字控制的方式,感应加热电源可以实现电源输出功率的闭环控制和DPLL频率跟踪,故障检测保护电路对缺水、过热过压、过流等故障实时监控,由DSP故障处理子程序比较判断后,以中断方式处理各类故障、并报警显示。

然而,传统的感应加热电源由于大多型号采用的都是大电容无源滤波模式,所以很容易造成输入电流畸变并对电网系统造成谐波污染,因此会导致输入功率因数降低。同时,这种方式也不利于节约用电成本。因此,目前市面上已经开始出现了具有DSP参数校正功能的新型加热电源模块。

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