高頻感應(yīng)加熱電源

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目高頻感應(yīng)加熱電源設(shè)計(jì)與仿真研究專業(yè)自動(dòng)化班級(jí)自053班學(xué)生王強(qiáng)指導(dǎo)教師孫強(qiáng)教授2009年第1章概述感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理，使處于交變磁場(chǎng)中的金屬材料內(nèi)部迅速感應(yīng)出很大渦流，從而使加熱材料升溫直到熔化，完成將電能轉(zhuǎn)換成熱能對(duì)被加工工件進(jìn)行加熱的。由于是從工件內(nèi)部，即從工件的電流透入深度層開始加熱的，因此大大節(jié)省了熱傳導(dǎo)時(shí)間，加熱速度快;金屬表面氧化層薄，金屬燒損少，生產(chǎn)效率高;可以根據(jù)不同的工藝要求，對(duì)工件進(jìn)行局部或整體加熱，而且對(duì)加熱深度和加熱溫度都比較容易控制，一般只需控制加熱時(shí)間和電壓，溫差可保證在士(0.5-1)%以內(nèi)，而熱

2、效率可高達(dá)50-60%;并且感應(yīng)加熱設(shè)備可以隨時(shí)開停，不需電極或填加燃料，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。在人類環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)的今天，感應(yīng)加熱的無污染、無噪音、作業(yè)的環(huán)境條件的改善使它具有被廣泛推廣應(yīng)用的巨大優(yōu)勢(shì)。1.1感應(yīng)加熱的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.1.1感應(yīng)加熱的現(xiàn)狀國(guó)外感應(yīng)加熱技術(shù)現(xiàn)狀：目前，在低頻感應(yīng)加熱場(chǎng)合普遍采用傳統(tǒng)的工頻感應(yīng)爐。國(guó)外的工頻感應(yīng)加熱裝置可達(dá)數(shù)百兆瓦，用于數(shù)十噸的大型工件的透熱或數(shù)百噸的鋼水保溫?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　≡谥蓄l(150Hz～lOKHz)范圍內(nèi)，晶閘管感應(yīng)加熱裝置已完全取代了傳統(tǒng)的中頻發(fā)電機(jī)組和

3、電磁倍頻器，國(guó)外的裝置容量已達(dá)數(shù)十兆瓦。　　　　　　　　在超音頻(10～100KHz)范圍內(nèi)，早期基本是空白，晶閘管出現(xiàn)以后，一度曾采用晶閘管以時(shí)間分割電路和倍頻電路構(gòu)成的超音頻電源。八十年代開始，隨著一系列新型功率器件的相繼出現(xiàn)，以這些新型器件(主要有GTO,GTR,MCT,IGBT,BSIT和SITH)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的全橋型超音頻固態(tài)感應(yīng)加熱電源逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位，其中以IGBT應(yīng)用最為普遍，這是因IGBT使用起來方便可靠，很受電路設(shè)計(jì)者的歡迎。1994年日本采用IGBT研制出了1200KW/50KHz的電流型感應(yīng)加熱電源，逆變器工作于零電壓開關(guān)狀態(tài)

4、，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)控制。歐、美地區(qū)的其它一些國(guó)家如英國(guó)、法國(guó)、瑞士等的系列化超音頻感應(yīng)加熱電源也達(dá)數(shù)百千瓦?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　≡诟哳l(100KHz以上)領(lǐng)域，國(guó)外目前正處于從傳統(tǒng)的電子管振蕩器向固態(tài)電源的過渡階段。以日本為例其電子管振蕩器的水平為5～1200KW/100-500KHz，而采用SIT的固態(tài)高頻感應(yīng)加熱電源的水平可達(dá)400KW/400KHz，并且在1987年就己開始研制1200KW/200KHz的SIT電源。歐美各國(guó)采用MOSFET的高頻感應(yīng)加熱電源的容量正在突飛猛進(jìn)，例如，德國(guó)的電子管高頻電源水平約為11

5、00KW，而其在1989年研制的電流型MOSFE感應(yīng)加熱電源的容量已達(dá)480KW/50～200KHz，比利時(shí)的InductoElphiac公司生產(chǎn)的電流型MOSFET感應(yīng)加熱電源的水平可達(dá)1MW/15～600KHz，美國(guó)應(yīng)達(dá)公司已經(jīng)推出2000KW/400KHz的MOSFET高頻感應(yīng)加熱電源?！　　　　　　　　　　　　?guó)內(nèi)感應(yīng)加熱技術(shù)現(xiàn)狀：我國(guó)感應(yīng)加熱技術(shù)從50年代開始就被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。60年代末開始研制晶閘管中頻電源。到目前已經(jīng)形成了一定范圍的系列化產(chǎn)品，并開拓了較為廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?/p>

6、　　　　　在中頻領(lǐng)域，晶閘管中頻電源裝置基本上取代了旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，己經(jīng)形成了500～8000Hz/100～3000kW的系列化產(chǎn)品。但國(guó)產(chǎn)中頻電源大多采用并聯(lián)諧振逆變器結(jié)構(gòu)，因此在開發(fā)更大容量的并聯(lián)逆變中頻感應(yīng)加熱電源的同時(shí)，盡快研制出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于頻繁啟動(dòng)的串聯(lián)諧振逆變中頻電源也是中頻領(lǐng)域有待解決的問題。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　在超音頻領(lǐng)域的研究工作八十年代已經(jīng)開始。浙江大學(xué)采用晶閘管倍頻電路研制了50kW/50kHz的超音頻電源，采用時(shí)間分隔電路研制了30KHz的晶閘管超音頻電源。從九十年代開始，國(guó)內(nèi)采用IGB

7、T研制超音頻電源。浙江大學(xué)研制開發(fā)的50kW/50kHz的IGBT超音頻電源已經(jīng)通過浙江省技術(shù)鑒定?？偟膩碚f，國(guó)內(nèi)目前的超音頻電源研制水平大致為500kW/50kHz，與國(guó)外的水平相比還有一定的差距。【5】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.1.2感應(yīng)加熱電源的發(fā)展趨勢(shì)（1）大功率、高頻率電力半導(dǎo)體器件的大容量與其使用頻率有著密切的關(guān)系。早期的晶閘管和晶體管由于受到容量與頻率相互制約的影響，不能同時(shí)獲得大功率、高頻率的效果。隨著新型器件的發(fā)展，如MOSFET，IGBT，MCT等，未來的感應(yīng)加熱電源必將朝著大功率和高頻率兩者相統(tǒng)一

8、的方向發(fā)展，在這方面仍有許多基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)需要進(jìn)一步探討。（2）低損耗、高功率因素