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    感應加熱用中高頻電源技術的新進展

     

      2.4 二十世紀末期的提高性能期

      1998年之后,由于國內狠抓建筑質量促使對小鋼廠進行大范圍整頓,很多省制定政策限制容量小于500kW的中頻電源使用,促使國內開發單機容量 1000kW以上的中頻電源,因而推動了快速晶閘管制造水平的進一步提高,如今國內已能生產單管電流容量達2000A、2500A的快速晶閘管元件,但關斷時間對1500A以上的晶閘管仍然很難降到20µs以下,更為了解決大中頻電源的重爐起動問題,國內電力電子行業開發出了第五代中頻電源控制板,這就是不要同步變壓器的自對相和相序自適應的掃頻起動板,使晶閘管中頻電源的性能和水平上了一個很高的檔次。

      再應該提到,為了解決電網的污染問題,提高效率,借助于IGBT及MOSFET水平提高、容量的擴大和成本的下降,國內感應加熱用中變頻電源已在小容量領域從晶閘管設備向以IGBT和MOSFET為主功率器件的高頻電源過渡(工作頻率為20kHz~200kHz范圍),并已批量投入工業生產中應用,在此領域生產量比較大的有保定紅星高頻設備廠等企業,但由于IGBT或MOSFET等器件應用技術在國內大多數企業還不是很成熟,因而決定了高頻電源的生產企業相對還很少。

     

      3、感應加熱用中高頻電源技術的現狀

      我國感應加熱用中高頻電源從無到有,經過了上述的四個發展階段已在國內形成很大的規模,并已用于冶金、電力、石油、化工、電子等行業的焊接、淬火、熔煉、透熱、保溫等領域,其發展現狀可以概括為以下幾點:

      (1) 以晶閘管為主功率器件的感應加熱中頻電源已覆蓋了工作頻率為8kHz以下的所有領域,其單機功率容量分50、160、250、500、1000、2000、2500、3000kW幾種,工作頻率有400Hz、1kHz、2.5kHz、4kHz、8kHz幾種。

      (2) 中頻電源中三相全控整流橋的觸發器已告別了分立器件構成的多塊板結構,現多為集脈沖形成、保護、功率放大、脈沖整形于一體的單一大板結構(內含逆變橋的脈沖產生與功放和調節器)。

      (3) 中頻電源中三相整流橋的晶閘管觸發脈沖產生已從應用同步變壓器,現場調試需對相序的控制模式逐步向不用同步變壓器的具有相位自適應功能的觸發器過渡。

      (4) 晶閘管中頻電源的啟動方式已從撞擊式起動、零壓起動、內外橋轉換起動過渡到掃頻起動,其控制技術已從電壓或電流閉環調節進步到恒功率控制,從而使中頻電源的控制效果更好,提高了用戶使用的效率。

      (5) 中頻電源用快速晶閘管的單管容量已達2500A/2500V,其最短關斷時間已達15µs,與中頻電源配套的無感電阻高頻電容等制造技術得到了長足的進步,為晶閘管中頻電源的制作帶來了極大的方便。

      (6) 晶閘管中頻電源的零部件及配套件如散熱器、熔斷器、電抗器、控制板已標準化、系列化、批量生產化、給晶閘管中頻電源的制造商及維護人員帶來了極大的方便。

      (7) MOSFET和IGBT等全控型電力半導體器件的容量已日益擴大,既奠定了中高頻電源的器件基礎,與IGBT及MOSFET配套的驅動器和保護電路已系列化和標準化,給中高頻和超音頻感應加熱電源奠定了基礎和保證,帶來了極大的方便。

      (8) 在國內單機容量在500kW以上的感應加熱中頻電源基本上是清一色的晶閘管電源,但工作頻率最高不超過8kHz,容量最大已達4000kW,國內有些企業正在開發單機容量達6000kW的晶閘管中頻電源,以IGBT和MOSFET為主功率器件的中高頻電源,在國內已有批量生產的企業,但生產量相對晶閘管中頻電源來說還是很少,其單機容量在200kW以內,工作頻率基本上都在20kHz~200kHz范圍,超過20kHz的中高頻電源基本上都是應用 MOSFET,由于MOSFET到今仍然難以制作出同時滿足高電壓、大電流的條件,所以不得不采用多個MOSFET并聯的方案,從目前使用的實際情況來看,有直接將MOSFET并聯,再逆變獲得較大功率輸出;也有直接將MOSFET構成逆變橋,再多個逆變橋并聯的;應特別注意兩種實現方法都有均流的問題,后者不但有數個逆變器并聯均流的問題,而且有數個逆變橋輸出同相位、同幅值并聯的問題,同時這種方案造成控制系統有多個控制單元。

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