感應加熱電源的技術發展與制造水平與電力半導體功率器件的發展密切相關,同時也與先進的電路拓撲結構及控制技術的發展不可分割。目前感應加熱電源主要朝著大容量、高頻率、數字化和智能化等方向發展。
(1)大功率、大容量
根據加熱物質對象不同,電源的功率容量可從數百伏安到幾十兆伏安不等。擴展感應加熱電源容量是感應加熱技術及應用前景的關鍵,目前擴容技術主要通過采用串、并聯功率器件或將多臺感應加熱電源并聯來進行。功率器件串、并聯使用時必須妥善解決好器件間的均壓及均流問題,此外,功率器件串并聯數目受器件參數離散型導致可靠性下降,及控制驅動復雜的制約,當器件串并聯無法滿足功率容量要求時,多臺電源的串、并聯技術將成為進一- 步實現電源裝置大容量化的有效手段,電源并聯工作擴容,應保證各電源均勻輸出,并進行冗余設計。
(2)高頻化
隨著感應加熱電源的應用領域不斷擴展,對其要求也越來越高,不僅是功率容量越來越大,加熱交變電流的頻率也越來越趨向高頻化。提高感應加熱電源的頻率可選用工作頻率高的電力半導體器件,目前感應加熱單元工作頻率高于100KHz 可應用的器件主要有MOSFET、IGBT及SIT;其次,可采用軟開關技術提高工作頻率。由于感應加熱電源高頻化受開關器件損耗的制約,不僅使電源效率低,而且溫升高,所以功率開關器件工作頻率的提高,只是為感應加熱電源的高頻化提供基礎,要實現加熱電源的高頻化還必須改進電源的控制技術,大大降低開關損耗,軟開關技術可以實現這- -目的;此外,采用倍頻式逆變電路拓撲也可以提高頻率,這種拓撲結構可使功率器件的應用頻率間接擴展2倍,對提高加熱電源頻率和功率,具有重要的現實意義。
(3)高功率因數、低諧波
電力半導體構成的大功率電力電子裝置的廣泛應用,對電網造成了嚴重的諧波污染。隨著感應加熱電源的大功率化大容量化及電網對用戶功率因數和諧波含量指標的提高,高功率因數和低諧波污染將是感應加熱電源的一一個 發展趨勢。隨著功率器件的不斷完善及諧振技術的引入,降低了電源開關器件的開通和關斷損耗,隨著鎖相技術的應用,加熱電源的工作頻率跟蹤負載的諧振頻率,可保持負載功率因數接近1的狀態。
(4)智能化、數字化
感應加熱電源的智能化和數字化不但是其發展趨勢,也是衡量其性能先進性的重要標志,同時也是提高加熱處理自動化程度和電源可靠性的要求。近些年來隨著單片機、數字信號處理器(DSP)、FPGA等數字控制器在感應加熱中的逐步應用,使得感應加熱電源正在向全數字控制、智能化控制不斷發展,不僅提升了感應加熱電源的品質,而且對感應加熱生產實現自動化具有重要意義。
(5)負載阻抗自動匹配
隨著感應加熱電源的大容量化和高頻化,對電源的可靠性要求越來越高。當感應加熱電源的輸出阻抗與負載達到匹配時,在負載上可以獲得最大功率輸出。否則電源就不能再負載上輸出最大功率,導致工作效率降低,電源的安全性也會下降。負載阻抗匹配最常見的辦法就是在電源與負載之間加入變壓器,通過改變耦合變壓器的電壓比,實現負載阻抗匹配。此外,采用電子技術實現自動負載匹配,是現代感應加熱電源發展的必由之路。相對于變壓器匹配負載,電路結構簡單且質量和體積小,匹配過程可應用數字調節器完成,可實現數字化、高精度匹配”。
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