感应加热变频电源综述

保证。现在工业现场运行的1000KW（1MW）至10MW的感应电源大多采用的是功率器件的串、并联技术。

其二是电源整流桥电路，或逆变桥电路的桥与桥之间的串、并联。整流桥的并联可以增大电源的电流输入，整流桥串联可以提高整流输出电压，两者都对改善谐波有利。一般情况，整流桥串、并联数越多，越对改善谐波有好处！整流桥的并联要解决的是各桥的均流问题。串联解决的是各桥间的均压问题。如，12脉波，24脉波整流电路。多逆变桥的串并联也是常采用的技术，比单纯的功率器件串、并联提高功率更有实际意义。事实上，超大功率电源都是用了逆变桥组成的复合逆变桥路技术。即把原来逆变桥看作一个模块或单元。利用这些模块或单之组成新的逆变桥路。这样无疑增加了控制电路的复杂性和难度，可以用计算机控制技术达到这种电路需要的同电压，同电流，同相位，同频率等特殊参数条件的控制需求，最终达到功率输出更大化。由双变压器双电源并联的24脉波，功率达20000KW，200Hz的中频电源（配40t感应熔炼炉系统）在国内已有产品。见图3。

图3 国内最大的中频电源（20000KW）

其三是多个独立电源串、并联的组合。这个概念不难理解，主要技术是解决好各独立电源间协同工作的问题。目前，超音频以上的小功率电源，把一个单机看作一个串并联单元或模块，多个单元通过串并联后提高功率是一项非常有意义的研究。这种产品市场潜力很大。

（3）主电路的拓扑结构的多样化。国内市场的感应加热电源主电路拓扑形式用的最多，相对技术最成熟的线路是逆变并联电源（即补偿电容和感应线圈相并联形式）。这种电源的主要特点是保护功能易实现。（见图4）

图4 并联电源主回路

对偶于并联电源的还有串联电源拓扑形式（见图5）。

图5 串联电源主回路

串联电源的保护功能实现起来难一点，主要要控制槽路的过压和逆变桥臂的直通。利用的技术是限压和功率管死区设置。

以上全桥逆变除了功率器件用KK快速晶闸管外，还可用其它功率器件，如IGBT等。

还有一种半桥逆变串联形式也用的比较多。（见6），这是“一拖二”感应加热电源用得最多的拓扑结构。

图6 半桥串联电源主回路

感应加热电源除第一种并联结构市场用的最多，技术相对成熟外，其它两种主电路结构形式的控制回路技术还正在进一步的发展中。

双供电电源除采用串联谐振电路外，并联谐振电路的双供电电源也是国内的一个技术开发点。

为了减少整流电路的谐波量，国内在推广全控功率开关器件（如IGBT）代替半控和不控功率器件，应用了PWM和矩阵等控制技术；也有用斩波技术来调电源的功率。这些均因技术不够成熟和经验的原因，市场的产品较少。

（4）负载匹配。感应加热电源和负载感应线圈（感应炉）及补偿电容构成了电源的整体，是一个有机体，不可分割。负载的变化，或曰负载阻抗匹配的合适否，直接影响了电源的额定功率，频率是否能达到设计的目标，也影响了感应加热的效率。感应线圈(负载)的设计计算是一个十分复杂的工作，要设计出一个满意的负载线圈并非易事。现在计算方法是采用忽略次要参数，或依靠经验修正过的公式来设计，有较大误差。今后这方面急需要进行理论指导下建立精确的数字模型，更大范围的适应各种形式负载计算精度，特别是利用计算机的仿真技术。国外，特别是美国，在负载感应器(线圈)用计算机辅助设计和仿真方面已开发了专用的软件，值得我们借鉴。

（5）高功率因数，低谐波。感应加热电源功率因数最好时，能达到0.95，很多时候是在0.85-0.9间工作的。另外还有不可避免的谐波，对电网构成了一定的污染，电源功率越大，这种问题越突出。新一代电源必须是高功率因数，低谐波的电源。现在发展的技术有：多重化整流技术、全控功率管加上矩阵控制或PWM控制等技术、串联线路、斩波技术等。同时也催生了电源谐波的滤除和功率因数补偿的消谐装置的开发和生产。

（6）有心感应炉电源的变更。有心感应炉具有负载稳定，自然功率因数高(电容未补偿前为0.6左右，而无心炉为0.05--0.3)；吨位大(国内有200t的镀锌炉)， 有心感应炉一直使用的是传统的工频电源。这种电源不能进行无级调功率，现在国内有的公司在试着把工频电源用中频电源，或接近50Hz的变频电源来代替，从目前看这种尝试还存在许多问题，如负载的最佳匹配问题；50Hz在频率运行中，频率共振和干扰问题；什么样的拓扑电源更适应这种有心感应炉负载等，都需要进一步的探讨。国外进口国内产品中，中频主回路，不用传统的PCB线路板而用PLC（工业控制可编程器）来代替工频电源，功率2400KW，55Hz。西安某公司在