高频感应加热电源

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1、毕业设计（论文）题目高频感应加热电源设计与仿真研究专业自动化班级自053班学生王强指导教师孙强教授2009年第1章概述感应加热是利用电磁感应原理，使处于交变磁场中的金属材料内部迅速感应出很大涡流，从而使加热材料升温直到熔化，完成将电能转换成热能对被加工工件进行加热的。由于是从工件内部，即从工件的电流透入深度层开始加热的，因此大大节省了热传导时间，加热速度快;金属表面氧化层薄，金属烧损少，生产效率高;可以根据不同的工艺要求，对工件进行局部或整体加热，而且对加热深度和加热温度都比较容易控制，一般只需控制加热时间和电压，温差可保证在士(0.5-1)%以内，而热

2、效率可高达50-60%;并且感应加热设备可以随时开停，不需电极或填加燃料，容易实现机械化和自动化。在人类环保意识不断增强的今天，感应加热的无污染、无噪音、作业的环境条件的改善使它具有被广泛推广应用的巨大优势。1.1感应加热的现状与发展趋势1.1.1感应加热的现状国外感应加热技术现状：目前，在低频感应加热场合普遍采用传统的工频感应炉。国外的工频感应加热装置可达数百兆瓦，用于数十吨的大型工件的透热或数百吨的钢水保温。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　在中频(150Hz～lOKHz)范围内，晶闸管感应加热装置已完全取代了传统的中频发电机组和

3、电磁倍频器，国外的装置容量已达数十兆瓦。　　　　　　　　在超音频(10～100KHz)范围内，早期基本是空白，晶闸管出现以后，一度曾采用晶闸管以时间分割电路和倍频电路构成的超音频电源。八十年代开始，随着一系列新型功率器件的相继出现，以这些新型器件(主要有GTO,GTR,MCT,IGBT,BSIT和SITH)构成的结构简单的全桥型超音频固态感应加热电源逐渐占据了主导地位，其中以IGBT应用最为普遍，这是因IGBT使用起来方便可靠，很受电路设计者的欢迎。1994年日本采用IGBT研制出了1200KW/50KHz的电流型感应加热电源，逆变器工作于零电压开关状态

4、，实现了微机控制。欧、美地区的其它一些国家如英国、法国、瑞士等的系列化超音频感应加热电源也达数百千瓦。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　在高频(100KHz以上)领域，国外目前正处于从传统的电子管振荡器向固态电源的过渡阶段。以日本为例其电子管振荡器的水平为5～1200KW/100-500KHz，而采用SIT的固态高频感应加热电源的水平可达400KW/400KHz，并且在1987年就己开始研制1200KW/200KHz的SIT电源。欧美各国采用MOSFET的高频感应加热电源的容量正在突飞猛进，例如，德国的电子管高频电源水平约为11

5、00KW，而其在1989年研制的电流型MOSFE感应加热电源的容量已达480KW/50～200KHz，比利时的InductoElphiac公司生产的电流型MOSFET感应加热电源的水平可达1MW/15～600KHz，美国应达公司已经推出2000KW/400KHz的MOSFET高频感应加热电源。　　　　　　　　　　　　　国内感应加热技术现状：我国感应加热技术从50年代开始就被广泛应用于工业生产当中。60年代末开始研制晶闸管中频电源。到目前已经形成了一定范围的系列化产品，并开拓了较为广阔的应用市场。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

6、　　　　　在中频领域，晶闸管中频电源装置基本上取代了旋转发电机，己经形成了500～8000Hz/100～3000kW的系列化产品。但国产中频电源大多采用并联谐振逆变器结构，因此在开发更大容量的并联逆变中频感应加热电源的同时，尽快研制出结构简单，易于频繁启动的串联谐振逆变中频电源也是中频领域有待解决的问题。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　在超音频领域的研究工作八十年代已经开始。浙江大学采用晶闸管倍频电路研制了50kW/50kHz的超音频电源，采用时间分隔电路研制了30KHz的晶闸管超音频电源。从九十年代开始，国内采用IGB

7、T研制超音频电源。浙江大学研制开发的50kW/50kHz的IGBT超音频电源已经通过浙江省技术鉴定。总的来说，国内目前的超音频电源研制水平大致为500kW/50kHz，与国外的水平相比还有一定的差距。【5】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.1.2感应加热电源的发展趋势（1）大功率、高频率电力半导体器件的大容量与其使用频率有着密切的关系。早期的晶闸管和晶体管由于受到容量与频率相互制约的影响，不能同时获得大功率、高频率的效果。随着新型器件的发展，如MOSFET，IGBT，MCT等，未来的感应加热电源必将朝着大功率和高频率两者相统一

8、的方向发展，在这方面仍有许多基础应用技术需要进一步探讨。（2）低损耗、高功率因素