感应加热用中高频电源技术现状与发展趋势探讨

1.感应加热用中高频电源技术的现状

我国感应加热用中高频电源从无到有，经过了上述的四个发展阶段已在国内形成很大的规模，并已用于冶金、电力、石油、化工、电子等行业的焊接、淬火、熔炼、透热、保温等领域，其发展现状可以概括为以下几点：

(1) 以晶闸管为主功率器件的感应加热中频电源已覆盖了工作频率为8kHz以下的所有领域，其单机功率容量分50、160、250、500、1000、2000、2500、3000kW几种，工作频率有400Hz、1kHz、2.5kHz、4kHz、8kHz几种。

(2) 中频电源中三相全控整流桥的触发器已告别了分立器件构成的多块板结构，现多为集脉冲形成、保护、功率放大、脉冲整形于一体的单一大板结构(内含逆变桥的脉冲产生与功放和调节器)。

(3) 中频电源中三相整流桥的晶闸管触发脉冲产生已从应用同步变压器，现场调试需对相序的控制模式逐步向不用同步变压器的具有相位自适应功能的触发器过渡。

(4) 晶闸管中频电源的启动方式已从撞击式起动、零压起动、内外桥转换起动过渡到扫频起动，其控制技术已从电压或电流闭环调节进步到恒功率控制，从而使中频电源的控制效果更好，提高了用户使用的效率。

(5) 中频电源用快速晶闸管的单管容量已达2500A/2500V，其最短关断时间已达15µs，与中频电源配套的无感电阻高频电容等制造技术得到了长足的进步，为晶闸管中频电源的制作带来了较大的方便。

(6) 晶闸管中频电源的零部件及配套件如散热器、熔断器、电抗器、控制板已标准化、系列化、批量生产化、给晶闸管中频电源的制造商及维护人员带来了较大的方便。

(7) MOSFET和IGBT等全控型电力半导体器件的容量已日益扩大，既奠定了中高频电源的器件基础，与IGBT及MOSFET配套的驱动器和保护电路已系列化和标准化，给中高频和超音频感应加热电源奠定了基础和保证，带来了较大的方便。

(8) 在国内单机容量在500kW以上的感应加热中频电源基本上是清一色的晶闸管电源，但工作频率最高不超过8kHz，容量最大已达4000kW，国内有些企业正在开发单机容量达6000kW的晶闸管中频电源，以IGBT和MOSFET为主功率器件的中高频电源，在国内已有批量生产的企业，但生产量相对晶闸管中频电源来说还是很少，其单机容量在200kW以内，工作频率基本上都在20kHz~200kHz范围，超过20kHz的中高频电源基本上都是应用MOSFET，由于MOSFET到今仍然难以制作出同时满足高电压、大电流的条件，所以不得不采用多个MOSFET并联的方案，从目前使用的实际情况来看，有直接将MOSFET并联，再逆变获得较大功率输出；也有直接将MOSFET构成逆变桥，再多个逆变桥并联的；应特别注意两种实现方法都有均流的问题，后者不但有数个逆变器并联均流的问题，而且有数个逆变桥输出同相位、同幅值并联的问题，同时这种方案造成控制系统有多个控制单元。

(9) 现中高频感应加热中频电源的冷却方式清一色为水冷却，应用水压继电器的居多，存在着水管堵死，水压很高，但不能冷却的问题，这很容易造成器件的过热损坏，所以保护方案总的来说存在着不足，应增加流量继电器的保护与水压继电器配合使用。

2、感应加热用中高频电源的发展趋势探讨

（1）以晶闸管为主功率器件的中频电源仍然不会退出历史舞台，仍将垄断大功率(几千千瓦以上)的中频电源领域，将是10吨、12吨、20吨炼钢或保温，用中频电源的主流设备。

（2）小功率晶闸管中频电源(功率容量小于1000kW)的将随着对效率及炼钢质量的要求不断提高，而逐渐减小使用量，但它们在淬火、弯管等领域仍将使用一段时间。

（3）主功率器件为IGCT及GTO的感应加热用中频电源将与主功率器件为晶闸管的中频电源展开激烈的竞争并逐渐缩小前者的市场份额。

（4）中高频(频率高于10kHz~30kHz)领域使用的中频电源将以IGBT为主要器件，其单机容量将随着IGBT自身容量的不断扩大而不断扩大，并获得越来越大的使用范围。

（5）高频(频率高于100kHz)领域的感应加热电源将以MOSFET为主要器件，伴随着MOSFET制造工艺的不断进步和突破以MOSFET为主功率器件的高频电源将获得广泛的应用，其容量将不断扩大。

（6）感应加热用中频电源的冷却技术将获得较大突破，将解决水冷方式对使用者带来的漏水，水质处理等不便，但这之间也许要经过很长的时间。

（7）感应加热用中频电源的配套件将不断进步，更加标准化、更系列化，给高中频电源的制造和维修带来更大的方便。

（8）感应加热用中频电源的单机功率容量将不断扩大，有望突破10MW，其工作频率将越来越高。

（9）与感应加热用中高频电源配套的限制电网干扰，保证电网绿色化的EMI抑制技术，功率因数校正技术将获得广泛应用，并进一步改善中高频感应加热电源的输出波形和效率。

（10）SIT及SITH这些器件将在我国中高频电源领域获得应用并填补我国至今没有自行开发应用这些器件制作的中高频感应加热电源的空白。

（11）中高频感应加热电源的起动方式，控制技术将再获得突破，并进一步提高这类电源的性能，采用新型控制策略的中频电源将获得大范围应用。