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    感應加熱用中高頻電源技術的新進展

      1、引 言

      感應加熱用中頻電源技術是通過晶閘管或MOSFET或IGBT等電力半導體器件將工頻(50Hz)變換為中頻(400Hz~200kHz)的技術,由于它具有控制方式靈活,輸出功率大,效率較機組高,變化運行頻率方便等優點,所以在建材、冶金、國防、鐵道、石油等行業獲得了廣泛的應用。本文想追尋我國此領域的發展歷史,介紹其發展現狀,進而探討其發展趨勢。

     

      2、感應加熱用中高頻電源技術的發展歷程

      2.1 20世紀70年代眾多單位參與的開發研究期

      縱觀我國感應加熱用中頻電源的發展歷史,我們可把其發展概括為70年代的開發研究期、八十年代的成熟應用期、九十年代的大范圍推廣期、20世紀末期的提高性能期。

      我國應用電力半導體器件研制感應加熱用中高頻電源的歷史可追溯到20世紀70年代,伴隨著1963年我國第一只晶閘管的問世,在1970年左右我國開發出了快速晶閘管,1972年左右我國許多單位都開始了晶閘管中頻電源的研究,可以說二十世紀七十年代眾多單位參與的開發研究期掀起了國內第一次中頻熱。這一時期的中頻熱主要表現在從事這一領域研究和開發的單位多,這個時期應用的核心器件為快速晶閘管,其控制電路是由眾多分立元件構成的多塊控制板組成的插件箱結構,同時由于晶閘管制作工藝技術的限制,決定了主電路結構因快速晶閘管的阻斷耐壓不夠高,而是兩個晶閘管或三個晶閘管串聯構成逆變橋臂,所應用快速晶閘管的數量為8只或12只,因而不可避免的伴隨著快速晶閘管的均壓網絡,同時應當看到這個時期一則由于晶閘管的關斷時間不能太短,所以決定了中頻電源的輸出頻率不能高;其二,由于快速晶閘管的動態參數dv/dt和di/dt不是很高,導致了系統中限制dv/dt及di/dt的網絡龐大而復雜;第三,在此階段由于整個晶閘管可靠性還很不理想(當時國內戲稱為“可怕硅”),決定了這一階段中頻電源多是實驗室產品,工業中應用的還很少。

     

      2.2 二十世紀八十年代的成熟應用期

      到1980年之后,由于國產晶閘管制造工藝的長足進步,更由于改革開放技術引進我國晶閘管的可靠性獲得了很大的進步,因而逐步感應加熱中頻電源已告別實驗室而進入了工業生產中使用,這一時期晶閘管中頻電源逆變橋已逐步從多快速晶閘管串聯向單個晶閘管過渡,但輸出工作頻率仍然不是很高,多在2.5kHz以下,要獲得4kHz或8kHz的輸出頻率仍不得不使用倍頻等復雜控制技術。再應看到這一時期晶閘管中頻電源的起動方案多為帶有專門充電環節的撞擊式起動方案,且控制板為多塊小控制板構成的插件箱式結構。一般整個控制系統由十二塊控制板構成(六個整流觸發板、兩個逆變脈沖板、一個正電源板、一個負電源板、一個保護板、一個調節板),還有這一時期快速晶閘管國產水平關斷時間最快為35µs左右,而阻斷電壓最高不超過1600V,通態平均電流最大為500A,由此決定了對功率容量超過350kW的感應加熱用中頻電源不得不采用多快速晶閘管并聯的方案。

     

      2.3 二十世紀九十年代的大范圍推廣應用期

      經歷了前述兩個時期,可以說我國晶閘管中頻電源技術已較成熟。進入1990年之后由于國產快速晶閘管制造工藝上采用中子幅照等工藝使關斷時間進一步縮短,國產快速晶閘管的容量進一步提高,控制技術已有撞擊式起動、零壓起動、內、外橋轉換起動等方案,加之國內建筑業對鋼材的大量需求,促使1991 年~1993年全國出現了第二次中頻熱,幾年時間內國內新增加了投入運行的幾萬臺中頻電源,以至于很多用戶提款待貨,促使了感應加熱中頻電源在國內大范圍推廣使用,其功率容量已從幾十千瓦增加到500kW,甚至1000kW快速晶閘管的制造水平關斷時間已從35µs左右降到 25µs左右,甚至20µs以下,阻斷電壓已從1600V上升到2000V左右,單管容量已從500A增加到 1000A,這一階段主電路方案在國內分為兩種,一種是以浙江大學為代表的并聯方案,另一種是以湘潭電機廠為代表的串聯方案。

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