感應(yīng)加熱電源新技術(shù)分析

感應(yīng)加熱電源廣泛應(yīng)用于金屬熱處理、淬火、退火、透熱、熔煉、焊接、熱套、半導(dǎo)體材料煉制、塑料熱合、烘烤和提純等場(chǎng)合；利用在高頻磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的感應(yīng)電流引起導(dǎo)體自身發(fā)熱而進(jìn)行加熱。感應(yīng)加熱與爐式加熱、燃燒加熱或者電熱絲加熱相比，具有顯著節(jié)能、非接觸、速度快、工序簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。

感應(yīng)加熱電源主要由整流單元、逆變單元、諧振輸出單元、和感應(yīng)器四部分組成。其中整流單元將工頻三相交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓；逆變單元電能變換成為幾千至上百千赫茲的高頻電能；諧振輸出單元一端連接逆變器，另一端連接感應(yīng)器，經(jīng)隔離和阻抗匹配，通過諧振的方法在感應(yīng)器中產(chǎn)生強(qiáng)大的高頻電流。加熱時(shí)，感應(yīng)器在工件中感生高頻電流，因此導(dǎo)體迅速被加熱。早期的感應(yīng)加熱設(shè)備中，逆變單元所需的高頻逆變器件決定了裝置的形式，它經(jīng)歷了從電子管、晶閘管到目前普遍采用IGBT 的發(fā)展歷程。

在目前主流的 IGBT 式感應(yīng)加熱產(chǎn)品中，仍有較多的電路和結(jié)構(gòu)方式差異。從整流單元看有可控整流方式和不可控整流方式；從逆變單元看有脈寬調(diào)制逆變方式和斬波調(diào)壓逆變方式；從諧振輸出單元看有并聯(lián)諧振方式和串聯(lián)諧振方式。各種電路和結(jié)構(gòu)方式在效率、功率因數(shù)、可靠性等性能上各有差異。

感應(yīng)加熱電源新技術(shù)分析

串聯(lián)與并聯(lián)

感應(yīng)加熱電源逆變器主要有并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器，串聯(lián)逆變器輸出可等效為一低阻抗的電壓源，當(dāng)兩電壓源并聯(lián)時(shí)，相互間的幅值、相位和頻率不同或波動(dòng)時(shí)將導(dǎo)致很大的環(huán)流，以至逆變器件的電流產(chǎn)生嚴(yán)重不均，因此，串聯(lián)逆變器存在并機(jī)擴(kuò)容困難;而對(duì)并聯(lián)逆變器，逆變器輸入端的直流大電抗器可充當(dāng)各并聯(lián)逆變器之間的電流緩沖環(huán)節(jié)，使得輸入端的AG/DG或DG/DG環(huán)節(jié)有足夠的時(shí)間來糾正直流電流的偏差，達(dá)到多機(jī)并聯(lián)擴(kuò)容，晶體管化超音頻、高頻電流多采用并聯(lián)逆變器結(jié)構(gòu)，并聯(lián)逆變器易于模塊化、大容量化是其中的一個(gè)主要原因。

感應(yīng)加熱電源的負(fù)載對(duì)象各式各樣，而電源逆變器與負(fù)載是一有機(jī)的整體，一般采用匹配變壓器連接電源和負(fù)載感應(yīng)器，高頻、超音頻電源用的匹配變壓器從磁性材料到繞組結(jié)構(gòu)正在得到進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)，同時(shí)，從電路拓?fù)渖峡梢杂萌裏o(wú)源元件代替二無(wú)源元件，以取消變壓器，實(shí)現(xiàn)高效、低成本匹配。

感應(yīng)加熱電源，晶閘管、晶體管與電子管式在國(guó)內(nèi)均能生產(chǎn)。晶閘管電源已生產(chǎn)應(yīng)用多年。IGBT電源因其優(yōu)點(diǎn)更多而更為用戶所采用。IGBT電源電效率高、低壓，但價(jià)格較高，正在逐步取代電子管高頻電源。手提式小型高頻電源因價(jià)廉、方便，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛，甚至進(jìn)入國(guó)外市場(chǎng)。

退火和回火應(yīng)用

退火將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻（冷卻速度最慢），目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。

使用感應(yīng)加熱代替氣體或加熱爐進(jìn)行預(yù)熱具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。熱傳導(dǎo)能夠直接進(jìn)行，這將最大程度地減少熱損失和能量損耗，增加生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

同時(shí)，可以對(duì)熱量進(jìn)行精確控制，這樣可以降低焊接時(shí)的溫度，從而降低冷卻速度。另外，還有利于減少冷裂和淬硬的風(fēng)險(xiǎn)，使用感應(yīng)加熱，您無(wú)需再面對(duì)熱氣逼人的火焰，從而改善工作環(huán)境，減少對(duì)散熱系統(tǒng)的需求，降低火災(zāi)危險(xiǎn)。

感應(yīng)加熱電源新技術(shù)分析

感應(yīng)加熱電源是一種低能耗、高效率的金屬材料加熱電源模塊，目前已經(jīng)在全球40余個(gè)國(guó)家得到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用。本文將會(huì)通過對(duì)感應(yīng)電源的電路結(jié)構(gòu)分析，進(jìn)行傳統(tǒng)感應(yīng)電源的工作原理介紹，以便于工程師在對(duì)其工作原理進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行專業(yè)技術(shù)革新。

通常情況下，傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱電源在主電路結(jié)構(gòu)方面，主要由以下四個(gè)部分來組成的： 不控整流、大電容儲(chǔ)能濾波、逆變電路和諧振負(fù)載。

在工作的過程中，加熱電源通過不可控整流的方式將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，然后通過大電容濾波將比較穩(wěn)定的直流電轉(zhuǎn)化成為逆變電路的供電電源，歲后在逆變側(cè)部分實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的逆變輸出和功率調(diào)節(jié)。下圖 為傳統(tǒng)型號(hào) 的感應(yīng)加 熱電源電路 結(jié)構(gòu)圖。

從圖中我們可以看到，整個(gè)電源的加熱系統(tǒng)均有DSP數(shù)字芯片進(jìn)行控制。電壓電流檢測(cè)裝置對(duì)直流母線的電壓值和電流值進(jìn)行檢測(cè)，隨后將數(shù)值變送給DSP處理芯片，以快速實(shí)現(xiàn)功率反饋。整個(gè)負(fù)載檢測(cè)流程包括溫度檢測(cè)和頻率跟蹤、通過將紅外線傳感器檢測(cè)到的溫度值變送給DSP，同步實(shí)現(xiàn)快速反饋。隨后，處理器可以通過檢測(cè)負(fù)載的諧振電流和電壓信號(hào)反饋給DSP以實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤。

當(dāng)DSP芯片接收到相應(yīng)的電流電壓信號(hào)后，將會(huì)在內(nèi)部對(duì)電壓、電流等反饋信號(hào)分別進(jìn)行A/D變換、保持，并通過數(shù)字乘法運(yùn)算求出實(shí)際輸出功率與數(shù)字給定功率比較，對(duì)偏差進(jìn)行數(shù)字PID控制。通過這一數(shù)字控制的方式，感應(yīng)加熱電源可以實(shí)現(xiàn)電源輸出功率的閉環(huán)控制和DPLL頻率跟蹤，故障檢測(cè)保護(hù)電路對(duì)缺水、過熱過壓、過流等故障實(shí)時(shí)監(jiān)控，由DSP故障處理子程序比較判斷后，以中斷方式處理各類故障、并報(bào)警顯示。

然而，傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱電源由于大多型號(hào)采用的都是大電容無(wú)源濾波模式，所以很容易造成輸入電流畸變并對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)造成諧波污染，因此會(huì)導(dǎo)致輸入功率因數(shù)降低。同時(shí)，這種方式也不利于節(jié)約用電成本。因此，目前市面上已經(jīng)開始出現(xiàn)了具有DSP參數(shù)校正功能的新型加熱電源模塊。