感应加热技术国内外研究现状和发展趋势
时间:2016-12-16 21:40 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 国外感应加热技术的发展现状 目前，在低频感应加热领域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透热或数百吨的食用水保温。预计短期内，以固态器件构成的低频感应加热电源在功率、价格、可靠性方面还很难与简单可靠的工频感应炉竞争，虽然其效率、体积和性能均大于工频炉。 在中频(150HZ～20KHZ)范围内，晶闸管感应加热装置已经完全取代了传统的中频发电机和电磁倍频器，国外的装置容量已经达到数十兆瓦。 在超音频(20KHZ～100KHZ)范围内，IGBT的应用占主导地位。1994年日本采用IGBT研制出了1200KW／50KHZ电流型感应加热电源，逆变器工作于零点压开关状态，实现了微机控制。1 993年西班牙也报道了30～600KW／50～100KHZ的IGBT电流型感应加热电源。欧美地区其他一些国家的系列化超音频感应加热电源的最大容量也达数百千瓦。 在高频(100KHZ以上)领域，国外己从传统的电子管电源过渡到晶体管全固态电源。以日本为例，其系列化的焊管用电子振荡器的水平为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。欧美各国采用MOSFET的高频感应加热电源的容量也在突飞猛进。例如，西班牙采MOSFET的电流型感应加热电源制造水平可达600KW／400KHZ，比利时Inducto Elphiac公司生产的电流型MOSFET感应加热电源水平可达lMW／l5～600KHZ[1]。 国内感应加热技术的发展现状 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，浙江大学首先研制成功国内第一台晶闸管中频电源，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。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500～800HZ／100～5000KW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己经开始。浙江大学采用晶闸管倍频电路研制了50KW／50LMZ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，浙江大学开始对lGBT超音频电源进行研制，1996年研制开发的50KW／50KHZ的lGBT电流型并联逆变感应加热电源已经通过了浙江省技术鉴定，目前的研制水平为200KW／50KHZ。 另外，浙江大学在90年代已经研制30KW／300MZ MOSFET高频感应加热电源，并己成功应用于小型刀具的表面热处理和飞机涡轮叶片的热应力考核试验中。总体上来说，国内目前的研制水平与国外的水平相比还有一定的差距[2]。 感应加热系统的仿真无论在国内还是在国外都有不少人已经研究过，例如：上海交大的钟舒阳先生发表了基于DSP数字化中频感应加热电源仿真，它的模型由中频电源结构，数字控制电路结构所组成，因为主电路负载属于串联谐振电路，所以电源启动后应使IGBT开关频率略大于负载固有频率，此时输入的阻抗略显感性，负载电流频率和IGBT驱动电压频率相差较大，适宜采用PI调节方式对外环电流频率进行快速的跟踪。而当系统进入正常工作状态时，由于频率已经非常接近，比较合适采用锁相环的方式对控制算法进行动态的无扰动切换，这样可以结合两种控制算法的优点，弥补了单一算法的不足。在频率跟踪方面采用双闭环复合PID控制策略，系统的初始频率可通过按键设定，储存在匹配寄存器中，开机后通过检测PWM信号相位和负载电流相位信号，并通过得到的相位差和频率计算其整定值。即通过将计算得到的系统匹配寄存器与检测频率的差值与设定的相比较，判断采取何种控制算。由于电压型串联谐振电路的电流侧可以等效为直流电压源，如果上下桥臂直接通路会发生短路现象，产生电流尖峰，从而造成开关器件IGBT模块的损坏。为了避免上下桥臂之间的直接通路，应在两路驱动信号之间留有一定的死区时间。死区形成通常都采用固定的模式，在保证电路可靠运行的前提在设置死区宽度，电源开机运行后其宽度不能随系统转台自动调整，而死区的宽度与开关器件的开关损耗和逆变器运行性能密切相关，这样，在系统不需要交大的死区宽度时，会在一定程度上降低逆变器的工作效率。他还采用了数字锁相控制，再通过一定的软件控制，达到了频率跟踪的效果。在实现了传统中频感应加热电源功能的基础上，同时还具有功率因数高、起动方便、恒定功率输出、频率自动跟踪等优点，具有一定的先进性[3]。 (责任编辑：qin) |