感应加热用中高频电源技术的新进展

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1、感应加热用中高频电源技术的新进展

2、第1...摘要：本文简介了感应加热用中频电源技术的发展历史，介绍了其发展现状，探讨了其发展趋势。1引言感应加热用中频电源技术是通过晶闸管或MOSFET或IGBT等电力半导体器件将工频(50Hz)变换为中频(400Hz~200kHz)的技术，由于它具有控制方式灵活，输出功率大，效率较机组高，变化运行频率方便等优点，所以在建材、冶金、国防、铁道、石油等行业获得了广泛的应用。本文想追寻我国此领域的发展历史，介绍其发展现状，进而探讨其发展趋势。2感应加热用中高频电源技术的发展历程2.120

3、世纪70年代众多单位参与的开发研究期纵观我国感应加热用中频电源的发展历史，我们可把其发展概括为70年代的开发研究期、八十年代的成熟应用期、九十年代的大范围推广期、20世纪末期的提高性能期。我国应用电力半导体器件研制感应加热用中高频电源的历史可追溯到20世纪70年代，伴随着1963年我国第一只晶闸管的问世，在1970年左右我国开发出了快速晶闸管，1972年左右我国许多单位都开始了晶闸管中频电源的研究，可以说二十世纪七十年代众多单位参与的开发研究期掀起了国内第一次中频热。这一时期的中频热主要表现在从事这一领域研究和开发

4、的单位多，这个时期应用的核心器件为快速晶闸管，其控制电路是由众多分立元件构成的多块控制板组成的插件箱结构，同时由于晶闸管制作工艺技术的限制，决定了主电路结构因快速晶闸管的阻断耐压不够高，而是两个晶闸管或三个晶闸管串联构成逆变桥臂，所应用快速晶闸管的数量为8只或12只，因而不可避免的伴随着快速晶闸管的均压网络，同时应当看到这个时期一则由于晶闸管的关断时间不能太短，所以决定了中频电源的输出频率不能高；其二，由于快速晶闸管的动态参数dv/dt和di/dt不是很高，导致了系统中限制dv/dt及di/dt的网络庞大而复杂；第

5、三，在此阶段由于整个晶闸管可靠性还很不理想(当时国内戏称为“可怕硅”)，决定了这一阶段中频电源多是实验室产品，工业中应用的还很少。2.2二十世纪八十年代的成熟应用期到1980年之后，由于国产晶闸管制造工艺的长足进步，更由于改革开放技术引进我国晶闸管的可靠性获得了很大的进步，因而逐步感应加热中频电源已告别实验室而进入了工业生产中使用，这一时期晶闸管中频电源逆变桥已逐步从多快速晶闸管串联向单个晶闸管过渡，但输出工作频率仍然不是很高，多在2.5kHz以下，要获得4kHz或8kHz的输出频率仍不得不使用倍频等复杂控制技术。

6、再应看到这一时期晶闸管中频电源的起动方案多为带有专门充电环节的撞击式起动方案，且控制板为多块小控制板构成的插件箱式结构。一般整个控制系统由十二块控制板构成(六个整流触发板、两个逆变脉冲板、一个正电源板、一个负电源板、一个保护板、一个调节板)，还有这一时期快速晶闸管国产水平关断时间最快为35µs左右，而阻断电压最高不超过1600V，通态平均电流最大为500A，由此决定了对功率容量超过350kOSFET水平提高、容量的扩大和成本的下降，国内感应加热用中变频电源已在小容量领域从晶闸管设备向以IGBT和MOSF

7、ET为主功率器件的高频电源过渡(工作频率为20kHz~200kHz范围)，并已批量投入工业生产中应用，在此领域生产量比较大的有保定红星高频设备厂等企业，但由于IGBT或MOSFET等器件应用技术在国内大多数企业还不是很成熟，因而决定了高频电源的生产企业相对还很少。3感应加热用中高频电源技术的现状我国感应加热用中高频电源从无到有，经过了上述的四个发展阶段已在国内形成很大的规模，并已用于冶金、电力、石油、化工、电子等行业的焊接、淬火、熔炼、透热、保温等领域，其发展现状可以概括为以下几点：1．以晶闸管为主功率器件的感应加

8、热中频电源已覆盖了工作频率为8kHz以下的所有领域，其单机功率容量分50、160、250、500、1000、2000、2500、3000kOSFET和IGBT等全控型电力半导体器件的容量已日益扩大，既奠定了中高频电源的器件基础，与IGBT及MOSFET配套的驱动器和保护电路已系列化和标准化，给中高频和超音频感应加热电源奠定了基础和保证，带来了极大的方便。8．在国内单机容量在500kOSFET为主功率器件的中高频电源，在国内已有批量生产的企业，但生产量相对晶闸管中频电源来说还是很少，其单机容量在200kOSFET，由

9、于MOSFET到今仍然难以制作出同时满足高电压、大电流的条件，所以不得不采用多个MOSFET并联的方案，从目前使用的实际情况来看，有直接将MOSFET并联，再逆变获得较大功率输出；也有直接将MOSFET构成逆变桥，再多个逆变桥并联的；应特别注意两种实现方法都有均流的问题，后者不但有数个逆变器并联均流的问题，而且有数个逆变桥输出同相位、同幅值并联的问题，同时这