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感应加热电源产品性能比较分析

时间:2013-04-12 09:06来源:洛阳科诺 作者:admin 点击:

  感应加热电源广泛应用于金属热处理、淬火、退火、透热、熔炼、焊接、热套、半导体材料炼制、塑料热合、烘烤和提纯等场合;利用在高频磁场作用下产生的感应电流引起导体自身发热而进行加热。感应加热与炉式加热、燃烧加热或者电热丝加热相比,具有显着节能、非接触、速度快、工序简单、容易实现自动化等优点。
  感应加热电源主要由整流单元、逆变单元、谐振输出单元、和感应器四部分组成。其中整流单元将工频三相交流电压转换成直流电压;逆变单元电能变换成为几千至上百千赫兹的高频电能;谐振输出单元一端连接逆变器,另一端连接感应器,经隔离和阻抗匹配,通过谐振的方法在感应器中产生强大的高频电流。加热时,感应器在工件中感生高频电流,因此导体迅速被加热。早期的感应加热设备中,逆变单元所需的高频逆变器件决定了装置的形式,它经历了从电子管、晶闸管到目前普遍采用IGBT 的发展历程。
  在目前主流的 IGBT 式感应加热产品中,仍有较多的电路和结构方式差异。从整流单元看有可控整流方式和不可控整流方式;从逆变单元看有脉宽调制逆变方式和斩波调压逆变方式;从谐振输出单元看有并联谐振方式和串联谐振方式。各种电路和结构方式在效率、功率因数、可靠性等性能上各有差异。
  虽然采用 IGBT 取代晶闸管和电子管已经取得了很大的进步,但目前大多数生产厂商研制生产的感应加热电源设备仍然存在一些普遍问题,这些问题主要表现为:
  1、效率较低、电能和冷却水消耗大b 功率元件 IGBT 容易损坏c 电抗器或输出变压器容易损坏d 冷却水回路故障较多e 功率因数较低、谐波污染大f 设备可靠连续运行性能欠佳这些问题主要是因为设计上的缺陷所致,现针对这些问题探讨其原因:
  2、由于 IGBT、电抗器、输出变压器、谐振电容器均采取水冷结构,不仅损耗较大、效率较低,冷却水消耗大,而且容易发生因为铜管结垢堵塞导致器件烧毁,也容易发生漏水导致故障范围扩大等问题;且由于水路并联支路很多,系统无法保证每一支路均具有断水保护功能。
  3、由于模拟式控制电路不能适应各种变化工况,使得功率元件IGBT 脱离过零软开关状态,因此开关损耗增加、并经常导致IGBT 过热损坏。
  4、脉宽调制型(无斩波调压)产品采用软开通、硬关断(或带缓冲的硬关断)电路,因此IGBT 损耗大,且这种方式容易脱离软开关状态导致IGBT 损坏。
  5、设备在过压、过载、感应圈短路或部分短路、功率元件过热等情况下控制电路不能起到有效限制和保护作用,导致设备损坏。
  6、并联谐振方式的设备容易发生逆变单元过压而损坏器件。
  7、控制电路抗干扰能力差,系统运行不稳定或保护限制功能容易误动作,设备可靠性差;或设备设备由于外界因素或偶然因素保护停机后不能自动重起动。
  8、整流后直接采用大容量电力电容滤波,无滤波电感或直流侧IGBT 斩波电路,因此功率因数低,输入电流谐波大;如采用电力电解电容,还有发热、串联均压问题、寿命较短等缺陷。