各种IGBT 式感应加热电源性能比较

电源采用DSP 进行跟踪控制，凭借DSP 的快速处理能力，可根据不同工况进行跟踪补偿，使系统准确度大幅度提高，谐振频率和相位的跟踪误差大为降低。此外，系统采用的快速IGBT 驱动电路也有助于更准确快速的高频软开关电路的实现。

　　2.2 全空冷结构

　　传统水冷设备存在两大缺陷：一是损耗大、二是容易损坏。由于水冷线圈由铜管绕制，在高频运行时，其涡流损耗非常大，损耗的能量均由水带走，这使得系统效率降低。此外，水冷管路容易发生水管结垢堵塞烧毁器件的现象。

　　基于准确可靠的数字式 IGBT 软开关技术， 感应加热电源采用了全空冷结构，这样不但提高了效率，而且彻底消除设备来自水系统的故障。

　　该产品为输出隔离型次级串联谐振。输出隔离有利于安全运行；由于采用数字式控制，可以做到极低的逆变直流分量，因而采取次级串联谐振方式成为可能；次级串联谐振的隔离变压器只承载有功功率，而且也采用空冷结构。整个系统从整流单元输入到谐振输出单元的效率高于95％。如果是初级谐振带隔离变压器，则因为变压器承载5-10 倍的无功功率，整个系统的效率低于90％。

　　空冷设备的寿命比水冷设备更长。

　　2.3 不间断运行

　　数字式产品可以采取很多措施提高产品可靠性，减少停机；最为有效的是自动重起动功能，在外界因素或偶然因素保护停机后，处理器经分析后立即自动重起动，这样对工件的加热几乎没有影响，因此设备可靠性大为提高。

　　例如，如感应器冷却水压发生波动导致设备停机，模拟式设备只能等待人工恢复和再次起动，数字式感应加热电源可以在水压恢复正常时立即重起动，并回到原来的运行状态。

　　2.4 完善的限制保护措施

　　在感应加热设备中，由于负载工况比较复杂，完善的限制保护措施必不可少，但限制保护措施绝不能降低设备运行可靠性。

　　完善的限制保护措施应该是在有相当大的抗扰动前提下，当较大扰动发生时，设备起动限制程序，但继续保持安全运行，扰动消除后，设备即恢复正常运行，如此设备得以不间断连续运行，可靠性大为提高；只有在超出设备承受能力的情况下，设备才强制保护退出运行。

　　数字式产品容易实现上述功能，而模拟式产品由于无法进行计算和判断，无法做到完善的限制保护。

        引言

　　感应加热电源广泛应用于金属热处理、淬火、退火、透热、熔炼、焊接、热套、半导体材料炼制、塑料热合、烘烤和提纯等场合；利用在高频磁场作用下产生的感应电流引起导体自身发热而进行加热。感应加热与炉式加热、燃烧加热或者电热丝加热相比，具有显着节能、非接触、速度快、工序简单、容易实现自动化等优点。

感应加热电源主要由整流单元、逆变单元、谐振输出单元、和感应器四部分组成。其中整流单元将工频三相交流电压转换成直流电压；逆变单元电能变换成为几千至上百千赫兹的高频电能；谐振输出单元一端连接逆变器，另一端连接感应器，经隔离和阻抗匹配，通过谐振的方法在感应器中产生强大的高频电流。加热时，感应器在工件中感生高频电流，因此导体迅速被加热。早期的感应加热设备中，逆变单元所需的高频逆变器件决定了装置的形式，它经历了从电子管、晶闸管到目前普遍采用IGBT 的发展历程。

　　在目前主流的 IGBT 式感应加热产品中，仍有较多的电路和结构方式差异。从整流单元看有可控整流方式和不可控整流方式；从逆变单元看有脉宽调制逆变方式和斩波调压逆变方式；从谐振输出单元看有并联谐振方式和串联谐振方式。各种电路和结构方式在效率、功率因数、可靠性等性能上各有差异。

　　1 目前产品普遍存在的问题及原因

　　虽然采用 IGBT 取代晶闸管和电子管已经取得了很大的进步，但目前大多数生产厂商研制生产的感应加热电源设备仍然存在一些普遍问题，这些问题主要表现为：

　　a 效率较低、电能和冷却水消耗大b 功率元件 IGBT 容易损坏c 电抗器或输出变压器容易损坏d 冷却水回路故障较多e 功率因数较低、谐波污染大f 设备可靠连续运行性能欠佳这些问题主要是因为设计上的缺陷所致，现针对这些问题探讨其原因：

　　a 由于 IGBT、电抗器、输出变压器、谐振电容器均采取水冷结构，不仅损耗较大、效率较低，冷却水消耗大，而且容易发生因为铜管结垢堵塞导致器件烧毁，也容易发生漏水导致故障范围扩大等问题；且由于水路并联支路很多，系统无法保证每一支路均具有断水保护功能。

　　b 由于模拟式控制电路不能适应各种变化工况，使得功率元件IGBT 脱离过零软开关状态，因此开关损耗增加、并经常导致IGBT 过热损坏。