感应加热电源的技术发展与制造水平与电力半导体功率器件的发展密切相关,同时也与先进的电路拓扑结构及控制技术的发展不可分割。目前感应加热电源主要朝着大容量、高频率、数字化和智能化等方向发展。
(1)大功率、大容量
根据加热物质对象不同,电源的功率容量可从数百伏安到几十兆伏安不等。扩展感应加热电源容量是感应加热技术及应用前景的关键,目前扩容技术主要通过采用串、并联功率器件或将多台感应加热电源并联来进行。功率器件串、并联使用时必须妥善解决好器件间的均压及均流问题,此外,功率器件串并联数目受器件参数离散型导致可靠性下降,及控制驱动复杂的制约,当器件串并联无法满足功率容量要求时,多台电源的串、并联技术将成为进一- 步实现电源装置大容量化的有效手段,电源并联工作扩容,应保证各电源均匀输出,并进行冗余设计。
(2)高频化
随着感应加热电源的应用领域不断扩展,对其要求也越来越高,不仅是功率容量越来越大,加热交变电流的频率也越来越趋向高频化。提高感应加热电源的频率可选用工作频率高的电力半导体器件,目前感应加热单元工作频率高于100KHz 可应用的器件主要有MOSFET、IGBT及SIT;其次,可采用软开关技术提高工作频率。由于感应加热电源高频化受开关器件损耗的制约,不仅使电源效率低,而且温升高,所以功率开关器件工作频率的提高,只是为感应加热电源的高频化提供基础,要实现加热电源的高频化还必须改进电源的控制技术,大大降低开关损耗,软开关技术可以实现这- -目的;此外,采用倍频式逆变电路拓扑也可以提高频率,这种拓扑结构可使功率器件的应用频率间接扩展2倍,对提高加热电源频率和功率,具有重要的现实意义。
(3)高功率因数、低谐波
电力半导体构成的大功率电力电子装置的广泛应用,对电网造成了严重的谐波污染。随着感应加热电源的大功率化大容量化及电网对用户功率因数和谐波含量指标的提高,高功率因数和低谐波污染将是感应加热电源的一一个 发展趋势。随着功率器件的不断完善及谐振技术的引入,降低了电源开关器件的开通和关断损耗,随着锁相技术的应用,加热电源的工作频率跟踪负载的谐振频率,可保持负载功率因数接近1的状态。
(4)智能化、数字化
感应加热电源的智能化和数字化不但是其发展趋势,也是衡量其性能先进性的重要标志,同时也是提高加热处理自动化程度和电源可靠性的要求。近些年来随着单片机、数字信号处理器(DSP)、FPGA等数字控制器在感应加热中的逐步应用,使得感应加热电源正在向全数字控制、智能化控制不断发展,不仅提升了感应加热电源的品质,而且对感应加热生产实现自动化具有重要意义。
(5)负载阻抗自动匹配
随着感应加热电源的大容量化和高频化,对电源的可靠性要求越来越高。当感应加热电源的输出阻抗与负载达到匹配时,在负载上可以获得最大功率输出。否则电源就不能再负载上输出最大功率,导致工作效率降低,电源的安全性也会下降。负载阻抗匹配最常见的办法就是在电源与负载之间加入变压器,通过改变耦合变压器的电压比,实现负载阻抗匹配。此外,采用电子技术实现自动负载匹配,是现代感应加热电源发展的必由之路。相对于变压器匹配负载,电路结构简单且质量和体积小,匹配过程可应用数字调节器完成,可实现数字化、高精度匹配”。
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