感應(yīng)加熱電源的技術(shù)發(fā)展與制造水平與電力半導(dǎo)體功率器件的發(fā)展密切相關(guān),同時也與先進(jìn)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制技術(shù)的發(fā)展不可分割。目前感應(yīng)加熱電源主要朝著大容量、高頻率、數(shù)字化和智能化等方向發(fā)展。
(1)大功率、大容量
根據(jù)加熱物質(zhì)對象不同,電源的功率容量可從數(shù)百伏安到幾十兆伏安不等。擴(kuò)展感應(yīng)加熱電源容量是感應(yīng)加熱技術(shù)及應(yīng)用前景的關(guān)鍵,目前擴(kuò)容技術(shù)主要通過采用串、并聯(lián)功率器件或?qū)⒍嗯_感應(yīng)加熱電源并聯(lián)來進(jìn)行。功率器件串、并聯(lián)使用時必須妥善解決好器件間的均壓及均流問題,此外,功率器件串并聯(lián)數(shù)目受器件參數(shù)離散型導(dǎo)致可靠性下降,及控制驅(qū)動復(fù)雜的制約,當(dāng)器件串并聯(lián)無法滿足功率容量要求時,多臺電源的串、并聯(lián)技術(shù)將成為進(jìn)一- 步實(shí)現(xiàn)電源裝置大容量化的有效手段,電源并聯(lián)工作擴(kuò)容,應(yīng)保證各電源均勻輸出,并進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。
(2)高頻化
隨著感應(yīng)加熱電源的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,對其要求也越來越高,不僅是功率容量越來越大,加熱交變電流的頻率也越來越趨向高頻化。提高感應(yīng)加熱電源的頻率可選用工作頻率高的電力半導(dǎo)體器件,目前感應(yīng)加熱單元工作頻率高于100KHz 可應(yīng)用的器件主要有MOSFET、IGBT及SIT;其次,可采用軟開關(guān)技術(shù)提高工作頻率。由于感應(yīng)加熱電源高頻化受開關(guān)器件損耗的制約,不僅使電源效率低,而且溫升高,所以功率開關(guān)器件工作頻率的提高,只是為感應(yīng)加熱電源的高頻化提供基礎(chǔ),要實(shí)現(xiàn)加熱電源的高頻化還必須改進(jìn)電源的控制技術(shù),大大降低開關(guān)損耗,軟開關(guān)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這- -目的;此外,采用倍頻式逆變電路拓?fù)湟部梢蕴岣哳l率,這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可使功率器件的應(yīng)用頻率間接擴(kuò)展2倍,對提高加熱電源頻率和功率,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
(3)高功率因數(shù)、低諧波
電力半導(dǎo)體構(gòu)成的大功率電力電子裝置的廣泛應(yīng)用,對電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的諧波污染。隨著感應(yīng)加熱電源的大功率化大容量化及電網(wǎng)對用戶功率因數(shù)和諧波含量指標(biāo)的提高,高功率因數(shù)和低諧波污染將是感應(yīng)加熱電源的一一個 發(fā)展趨勢。隨著功率器件的不斷完善及諧振技術(shù)的引入,降低了電源開關(guān)器件的開通和關(guān)斷損耗,隨著鎖相技術(shù)的應(yīng)用,加熱電源的工作頻率跟蹤負(fù)載的諧振頻率,可保持負(fù)載功率因數(shù)接近1的狀態(tài)。
(4)智能化、數(shù)字化
感應(yīng)加熱電源的智能化和數(shù)字化不但是其發(fā)展趨勢,也是衡量其性能先進(jìn)性的重要標(biāo)志,同時也是提高加熱處理自動化程度和電源可靠性的要求。近些年來隨著單片機(jī)、數(shù)字信號處理器(DSP)、FPGA等數(shù)字控制器在感應(yīng)加熱中的逐步應(yīng)用,使得感應(yīng)加熱電源正在向全數(shù)字控制、智能化控制不斷發(fā)展,不僅提升了感應(yīng)加熱電源的品質(zhì),而且對感應(yīng)加熱生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動化具有重要意義。
(5)負(fù)載阻抗自動匹配
隨著感應(yīng)加熱電源的大容量化和高頻化,對電源的可靠性要求越來越高。當(dāng)感應(yīng)加熱電源的輸出阻抗與負(fù)載達(dá)到匹配時,在負(fù)載上可以獲得最大功率輸出。否則電源就不能再負(fù)載上輸出最大功率,導(dǎo)致工作效率降低,電源的安全性也會下降。負(fù)載阻抗匹配最常見的辦法就是在電源與負(fù)載之間加入變壓器,通過改變耦合變壓器的電壓比,實(shí)現(xiàn)負(fù)載阻抗匹配。此外,采用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動負(fù)載匹配,是現(xiàn)代感應(yīng)加熱電源發(fā)展的必由之路。相對于變壓器匹配負(fù)載,電路結(jié)構(gòu)簡單且質(zhì)量和體積小,匹配過程可應(yīng)用數(shù)字調(diào)節(jié)器完成,可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、高精度匹配”。
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