感应加热变频电源综述

Φ300mm以下的金属棒料等多选用中频电源。但也有例外的情况，如2005年公布的国家科技进步一等奖第六项“100MN铝挤压设备技术”，其中用的是2600KW中频加热电源，炉子加热的是Φ560mm×1950mm铝锭，属于国际上特大型设备之一。该项目采用计算机控制，梯度加热。他们还设计了297mm×279mm×580mm钢锭透热装置，用的中频电源是2400KW，400Hz，加热温度达到1300℃。

国内还有几台不同功率的电源在同一透热线上联合工作的情况，这些电源功率从2000KW以下至几百千瓦，每个电源负担几个加热线圈.完成一个区域的加热。几个电源和各自若干个线圈组合起来，达到了整个生产线的感应加热要求。

图2 国内最大的70t感应保温炉

感应熔炼方面，近10年发展特别快。10年前，5t以上无心感应熔炼炉很少见，基本上都配的是工频电源。中频炉因电源功率小，所配炉子大多数都在2t以下。现在的无心感应炉已生产出5t，7t，10t，15t，20t，25t，30t，35t，40t熔炼炉，10t熔铝炉(相当于30t熔铁炉体积)，70t铜保温炉（见图2）。这些无心感应炉所配电源，少数电源功率器件是IGBT，其余基本上都采用的晶闸管功率器件。利用管子的串并联技术电源装机容量已20达兆瓦.利用多个电源联合能使输出功率更大。

为适应熔炼炉工艺中熔炼和保温工艺的同时需要，国内还开发出了双供电变频电源：一台电源同时输出功率到两台炉体线圈上，这样可使一台变频电源的功率能灵活的分配给两台炉体：即把一台电源的大功率分配给熔炼炉，下余小功率分配给保温炉。两台炉的功率可互补的自由调整，整体不超过电源输出总功率，也可以同时小功率输出到两台炉体用以保温。这种电源市场上叫DX中频电源，俗称“一拖二”中频电源。国内“一拖二”电源的电路结构是建立在逆变串联谐振电源的基础上，前面是可控或不控的三相整流电路，中间是直流，由电容进行滤波，然后再由两个独立的半桥串联逆变谐振电路进行逆变，输出两路可调节各自频率达到各自输出功率和中频电压的不同。“一拖二”中频电源功率器件有选晶闸管的，也有选IGBT的，这两种电路都有成熟产品在工业现场运行。这里特别要说明的是：“一拖二”变频电源在国外主电路有两种形式：美国应达、比乐电炉公司开发的为串联谐振的“一拖二”；德国容克、ABP公司生产的是串联谐振的“一拖二”。这两种公司在国内都有进口产品。单机容量功率一般在1兆瓦到10兆瓦。这种电源尽管市场需求量不大，但很有卖点，是一个感应电炉公司电源开发能力的标志。

目前，感应加热领域技术先进性标志主要表现在下面几点：

（1）高频电源，采用半导体功率器件，一般说输出功率越大，频率越高，技术越先进。

（2）感应熔炼中频炉电源功率越大，整流的脉波数越多，如18、24脉波，配置的炉体容量越大，技术越先进。

（3）真空感应炉，一般说吨位越大技术越先进。

（4）特种感应加热，一般说，被加热金属温度越高或温度控制的精度误差越小，其技术含量越高。

（5）感应加热的双供电电源（一拖二）和多供电电源（一拖多），功率越大，拖的炉子越多，技术含量越高。

（6）多电源，多区段及铝锭精确的梯度加热控制技术。

（7）感应加热、熔炼、淬火过程的计算机软件对其系统的检测、控制、管理的简单化、傻瓜化、智能化、网络化、故障自诊断，触摸屏技术的采用，是现代先进技术的表示。

5、感应加热电源的发展趋势

随着电力电子功率器件的大容量化，高频化，电子技术装置的控制模拟向数字化，自动控制向智能化发展，感应加热电源的发展趋势呈现以下几个方面的特点：

（1）高频化。感应加热电源中频段主要采用晶闸管；超音频段主要采用IGBT；高频频段，原来是SIT，现在主要发展MOSFET电源。采用IGCT的电源也开始亮相。高频电源的需要催生了新的功率器件，而新的器件又反过来促进了高频电源的发展。高频电源由于对功率器件，相关元件，以及布线，结构，接地，屏蔽都有要求，一般很难把功率作大，频率作高，所以这方面仍有许多应用技术需要进一步探讨，开发。

（2）大容量化。从电路原理角度来看，感应加热电源的大容量化，如几十兆瓦，几百兆瓦，都是可以实现的，其实不然。事实上大功率电源要受制于目前电力电子功率开关器件的限制。目前解决电源大容量化，有三种技术途径：其一，是功率器件进行串并联方式。功率器件串联增加耐压水平，并联解决大电流问题，这种方法主要是处理好串联器件的均压问题，并联器件的均流问题。但由于电子器件制造工艺和参数离散性，功率器件只能有限的串、并联。串并联功率器件一多，装置的可靠性就无法