感應(yīng)加熱電源技術(shù)發(fā)展歷程

感應(yīng)加熱電源的發(fā)展大致經(jīng)歷了這樣幾個(gè)階段：20世紀(jì)20年代的電機(jī)發(fā)電機(jī)（機(jī)式中 頻）和真空管（又稱電子管）振蕩器，20世紀(jì)60年代的晶閘管（可控硅）感應(yīng)加熱電源， 20世紀(jì)80年代的晶體管感應(yīng)加熱電源，20世紀(jì)90年代中期直至現(xiàn)在的以靜電感應(yīng)晶體管 （SIT）、場(chǎng)效應(yīng)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(yīng)加熱電源。

由于數(shù)字電子技術(shù)、微電子技術(shù)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(zhì)結(jié)構(gòu)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(yīng)加熱電源（晶閘管SCR中頻感應(yīng)加熱電源、真空管高頻感應(yīng)加 熱電源）在效率、可靠性等方面都有了很大的提高，其結(jié)構(gòu)更加緊湊，體積進(jìn)一步減小。

晶閘管（SCR）中頻感應(yīng)加熱電源的技術(shù)進(jìn)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(dòng)啟動(dòng)逆變，不需要預(yù)充電的附加啟動(dòng)電路。

③ 具有頻率自動(dòng)跟蹤和為保持恒功率而自動(dòng)調(diào)節(jié)功率的電路。

④ 采用了全膜介質(zhì)結(jié)構(gòu)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(shè)備的結(jié)構(gòu)更緊湊，減小了體積。

真空管（電子管）感應(yīng)加熱電源的技術(shù)進(jìn)步，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

① 高壓整流及陽(yáng)壓調(diào)節(jié)電路。淘汰了體積較大、故障較多、整流效率低、不易維護(hù)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(diào)壓器 接在陽(yáng)極變壓器低壓側(cè)與三相交流電源之間，通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角q,來改變加在陽(yáng)極 變壓器輸入端的三相交流電壓，從而調(diào)節(jié)陽(yáng)壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出功率，這就是典型的“晶閘管 三相交流調(diào)壓-陽(yáng)極變壓器升壓-三相高壓硅堆整流”的陽(yáng)壓調(diào)節(jié)電路的結(jié)構(gòu)。

② 保護(hù)電路及晶閘管三相交流調(diào)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(huì)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(diǎn)。

新一代感應(yīng)加熱電源的新型功率元器件包括以下幾種：

① 靜電感應(yīng)晶體管S1T。

② 具有功率大、開關(guān)速度快、損耗低的功率半導(dǎo)體器件MOSFET和IGBT。

③ 能浦足髙輝、大容敝、低損耗、很小內(nèi)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(dá)500kHz）鐵氣體磁 心變壓器,這使得研制和生產(chǎn)中、大功率等級(jí)的現(xiàn)代劇音頻和高頻感應(yīng)加熱電源成為可能。

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

現(xiàn)代感應(yīng)加熱電源具有如下一些特點(diǎn)。

① 由f新型功率器件的問世，其電路結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)技術(shù)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(gè)功率器件。為了擴(kuò)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(jié)構(gòu)。

③ 控制電路及保護(hù)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(jì)數(shù)器、定時(shí)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(yīng)加熱電源的又一特點(diǎn)。

④ 新型電路元件，如美國(guó)CDE （無感）電容模塊、無感電阻應(yīng)用于緩沖電路，能大大 提高吸收效果；Mn-Zn大功率鐵氧體應(yīng)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(zhuǎn)換效率高，節(jié)能明顯。對(duì)于晶體管逆變器的負(fù)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(dòng)跟蹤和為保持恒功率輸出的自動(dòng)調(diào)節(jié)電路。

⑧ 整臺(tái)裝置結(jié)構(gòu)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(hù)電路完善，可靠性高。感應(yīng)加熱電源能夠在工件碰觸到感應(yīng)器、輸出變壓器空 載或過載以及其他誤操作情況下安全運(yùn)行。電路的安全措施有：直流側(cè)電流過流、交流側(cè)電 流過流、缺相保護(hù)、進(jìn)線電壓的過壓與欠壓保護(hù)、工作頻率超限與功率超限保護(hù)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(shè)備的安全措施有：冷卻水的流量與進(jìn)出口的水溫檢測(cè)、電源柜門 與電源的聯(lián)鎖保護(hù)等。

⑩ 電源內(nèi)部或輸出端沒有高壓（相對(duì)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(yīng)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(dá)13kV 左右。

現(xiàn)代感應(yīng)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(duì)應(yīng)關(guān)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(duì)頻率低于10kHz以下的電源稱為中頻感應(yīng)加熱電源，頻率在 10?100kHz之間的電源稱為超音頻感應(yīng)加熱電源，頻率高于100kHz的電源稱為高頻感應(yīng) 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(yīng)用于中頻感應(yīng)加熱，'功率等級(jí)在800kW左右，頻率等級(jí)在8kHz左右；就目前IGBT感 應(yīng)加熱電源的制造水平來看，國(guó)際上達(dá)到了 1200kW/180kHz,國(guó)內(nèi)為500kW/50kHz, MOSFET感應(yīng)加熱電源的制造水平國(guó)際上大致為1000kW/400kHz,國(guó)內(nèi)為（10?250）kW/ （50 ?400）kHz。

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