2.6 感应加热电源的发展现状与发展趋势

2.6.1 感应加热电源的发展现状

经过近些年的发展，感应加热电源在老型电源的基础上正向着模块化、高频化、大功率化和智能化方向发展，以及向着节能型与低谐波污染的中频电源发展。具体体现在下面的几个方面：

1）逆变器器件除采用晶闸管外，更多地采用了能承受高电压的IGBT（4500～7000V）作为逆变器的开关器件，使逆变器能工作在高的直流电压下优点在于同样功率其阳极电流小，逆变器变换效率高，线路损耗小，达到节能的目的。IGBT已广泛应用在大功率的中频和超音频感应加热电源中，而MOS-FET广泛应用于高频的中大功率感应加热电源中。

2）采用组合式的功率输出，可方便地提高输出功率，输出功率可达到（1～2）×10⁴kW。

3）除传统的6脉波（三相可控或三相不可控整流的）中频电源外，已广泛采用12脉波和24脉波中频电源，它可降低谐波对电网的污染。三相6脉波、三相12脉波、三相24脉波的总谐波方均根值分别约等于直流电流平均值的4.20％、1.03％、0.26％。

4）广泛采用智能控制系统对设备进行控制。这包括：①智能控制器，如采用DSP为核心来设计数字控制器。②智能控制算法，除传统的PID控制算法外还有自适应控制算法、模糊控制算法、BP（Back Propagation反向传播）神经元网络控制算法等。③采用标准化的信号传输方式，如采用工业控制总线CAN BUS和PROFIBUS，光纤信号传送等。这样的信号传输方式可以降低干扰信号对控制信号的影响，提高了控制器的稳定性。

5）中高频电源无论在功率还是在频率方面都有了很大提高。

6）有了多种感应加热电源的调功方法，便于选择和使用。

7）有多学科（如金属材料及热处理、焊接、自动控制学科、电子信息及电子技术应用等专业）的研究人员和工程技术人员在从事感应加热电源的电路结构、控制器及控制算法方面的研究，这将有利于我国感应加热电源的发展。

8）感应加热电源的制造水平。表2-18列出了部分感应加热电源的制造水平。大功率高频IGBT已成为众多感应加热电源的首选器件，频率达200kHz，功率高达1000kW级电源已可实现。

表2-18 部分感应加热电源的制造水平

2.6.2 感应加热电源的发展趋势

感应加热电源的发展趋势如下：

1）主电路功率开关器件的自关断化、模块化、集成化、智能化；开关频率不断提高，开关损耗进一步降低。

2）对低压小容量的装置常采用6脉波整流器；而对中压大容量的装置采用12脉波、24脉波整流器，降低对电源系统的谐波干扰，以及对周围电子设备的电磁辐射干扰。

3）微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。近几年来，我国及国外各大公司纷纷推出以DSP为基础的内核，配以所需的外围功能电路集成在单一芯片内的称为DSP单片控制器，价格大大降低，体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的单片机相比，处理数字运算能力增强10～15倍，可确保系统有更优越的控制性能。数字控制使硬件简化，各种智能控制算法将会使控制性能得到很大的提高，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在控制系统中应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断、加强保护和监视功能，从而提高系统的智能化水平。

4）感应加热电源的大容量化技术，从电路的角度来考虑可以分为两大类一类是器件的串、并联，另一类是多台电源的并联。在器件的串、并联方式中必须认真处理串联器件的均压问题和并联器件的均流问题。由于器件制造工艺和参数的离散性，限制了器件的串、并联数目，且串、并联数越多，装置的可靠性越差。由图2-2看出，MOSFET和IGBT电源有重叠部分，由于MOSFET是多载流子器件，不存在存储时间，因此它的开关时间远小于IGBT；另外，MOS-FET不存在二次击穿问题，具有矩形安全区，驱动功率小，易并联等优点，非常适合于高频大功率感应加热电源。采用MOSFET可能引起的问题是，由于它是高速开关，则对布线要求苛刻，而高压MOSFET的通态损耗较大，在相同频率下尽量选用IGBT。

改变电路的结构实现电源的大容量化：①适当增加图2-24中的功率单元数来加大输出功率；②两台（或多台）电源并行工作，如图2-55所示。

图2-55 双电源输出