高频感应加热的原理

高频感应加热的原理

一、高频感应加热的原理

感应加热是利用导体在高频磁场作用下 产生的感应电流(涡流损耗、。以及导体内磁 场的作用(磁滞损耗引起导体自身发热而进 行加热的。

三、感应加热系统的构成

感应加热系统田高频电源(高频发生 器)、导线、变压器、感应器组成。 其工作步骤是①由高频电源把普通电源 ( 220v/50hz)变成高压高频低电流输出，(其 频率的高低根据加热对象而定，就其包材而 言，一般频率应在480kHZ左右。)②通过变压 器把高压、高频低电流变成低压高频大电 流。③感应器通过低压高频大电流后在感应 器周围形成较强的高频磁场。一般电流越 大.磁场强度越高。

全晶体管高频感应加热设备

1高频感应加热设备现状

高频感应加热设备在我省已得到广泛应 用，设各频率范围在20}}-450 kHz,高频功率 最大可达400 kW。我省的高频感应加热设备 主要应用于金属热处理、’淬火、透热、熔炼、钎焊、直缝钢管焊接、电真空器件去气加热、半导体材料炼制、塑料热合、烘烤和提纯等。现在我省使用的高频感应加热设备都是以大功 率真空管(发射电子管)为核心构成单级自激振荡器，把高压直流电能量转换成高频交流电能量，它们的电子管板极转换效率一般在 75环左右，设备的整机总效率一般在50绒以下，水和电能的消耗非常大。自70年代中期后，对高频设备也进行了 一系列改进，如:

(1)用节能型牡钨烟丝电子管代替老式纯钨灯丝系列电子管，如FV-911代替FV-433 } FV-431,FV-89F管等;

(3)采用大功率双向可控硅结合微机调压代替原闸流管调压;

(4)根据各自工艺条件重新更改振荡回 路，选择合理的振荡频率。这样，经过一系列改造后，使我省的频 设备整机总电效率有一定的提高，在节能方面有一定的效果，但由于振荡电子管这个耗电最大的器件未改掉，所以在节能方面，并不是特别显著。

2全晶体苍高频感应加热设备

电子技术的发展，可谓日新月异。80年代初，日本首先改进半导体生产工艺，开发生产出场控电力电子器件—大功率静电感应晶体管(SIT ) ,并设计制成换流桥式的，把直流电能量转换成高频电能量的全晶体管化高频感应加热设备，随后美国、西德等发达国家也迅速研制，使之很快就商品化了。

2. 1大功率静电感应晶体管(SIT)的特点

大功率静电感应晶体管(SIT)是一种大功率电力电子器件，它的符号与三极管相同，作用也相似，但它主要用在大功率换流或导通的控制场合，它具有以下几个特点:

(1)具有“正导通”特性，在正栅压为"0 V”时，SIT处于导通状态，而在加上负栅压时，则将处于关断状态;

(2)开关速度快，可用于高频段;

(3)是高输入阻抗的电压控制型器件，所以用较小的驱动功率就能控制较大的功率;

(4)SIT元件是高耐压大电流型器件;

(5)电流的负温度系数不会使电流集中，从而有利于并联驱动，因此可运用于大功率装置。目前，静电感应晶体管

2. 2全晶体管高频感应加热设备主电路

由静电感应晶体管SIT组装的高频感应加热设备主回路如附图所示，主电路由3部份组成:

(1)直流电源部份:该部份是把工频三相

交流电转换为直流电，并控制下面几部份。该部份主要由三相晶闸管(SCR)可调电路和直流电抗器La与电解电容Ca组成的直流滤波器组成，调整三相晶闸管整流电路的直流输出电压，可调节该设备的输出功率。输入电压为工频3}p380V，最大直流电压可达500 V以上，输出直流可以100~100%连续可调。C2)逆变部份:该部份把直流交换为高频 交流，并控制后面部份，这部份由电压型单相全桥电路构成，使用1kW或3kW级功耗的SIT作为逆变桥的开关器件，使用同一级功耗的SIT器件组成电路时，设备的功率越大，频率越高，每一桥臂上并联的SIT器件 愈多;R- C。和D.为缓冲电路，当SIT开始 关断而产生浪涌电压，超过这些电路中的直 流电压时，二级管D，导通，而电容器C。吸收 该浪涌能量，使逆变桥中的SIT器件安全运 行。SIT元件的导通或关断是由设备上所配 备的微机和专用程序控制触发信号，控制其 导通或关断。

(3)负载回路部份:该部份的功能是把高

频功率输向被加热的金属工件上，负载回路 是由谐振回路、电流互感器和加热线圈组成， 该电路中的串联谐振回路构成了电压型逆变 电路，电容器CT和电感LT两端各产生几干 伏以上的高频电压。高频变流器次级侧通常 做成单匝，联接着加热线圈L}，巨大的高频 电流在L。周围所产生，高频磁通使金属工件 迅速急剧发热。

3全晶体管化高频与电子管式高频比较

全晶体管化高频感应加热设备在如下几 个方面优于电子管式高频感应加热设备。

3. 1工作模式得到彻底改变

电子管高频感应加热设备需将工频

3}p380 V升高后，经高压整流器件变换成相

应的直流高压才能供给电子管工作，电子管 板极内阻天，有大量功率损耗在板极上发热， 而且需要及时加水冷却，同时还需把一部份 功率反馈到栅极，并且要较大的灯丝加热功 率，这样就有大量的电能损耗在转换之中。而 晶体管高频中的SIT电力电子器件，只需较 小的驱动功率来控制较大功率换流的产生， SIT元件正向导通压降很小，损耗不大，并且 采用直流500 V的低压工作状态。电子管板 极转换效率最高为750o,SIT电力电子器件 为9200;全晶体管高频省去了高压整流变压 器、高压硅堆;如果多管并用，能使热量分散， 只需加少量的水便可，30kW以下小功率高 频可减去水冷却，晶体管高频整机总效率比 电子管高频要高20000

3.2能源的节约

电子管高频电压转换次数多，电压变化 大，而全晶体管高频电压变化不大，在几百伏 内变动，不需多次变换电能，所以全晶体管高 频比同功率电子管高频节电3000.节水 83沁，如输出为80 kW级(FV-911S)电子 管高频，振荡工作时输入功率为158 kW，用 水3 1/s，而同样的输出功为80 kW的全晶体 管高频，振荡工作时，输入功率只需113 kW , 用水。. 5 1/s，电子管还另需消耗2. 2 kW的 灯丝加热功率。

3.3设备一与维护

全晶体管高频体积只有电子管高频的1/3,所以设备占地面积也只有1/3，晶体管 高!p没备洁构简单.l一作1卜常稳定.故障少 (据国内使用厂家介绍，使用2年多没有发现 任何故障)，维修费用低，省去了原电子管高 'G} r1 r i;} " 1:需换的1 }?电r管(6',l loo kW高 频为例)，约7 000元，水套((2年更换1只)约 3 500元，每年1次的整流变压器检修、滤油 费约} m>o七.整个维修费1年最少可节约1 万多元。因用水量减少，水泵也可根据需要改 用较小功率的。

4国内外研制动态

4. 1国外产品情况

目前在世界上只有少数几个国家的大公 司能制造全晶体管高频，如日本的岛田理化 工业(株)，富士电波机(株)，电气兴业(株)， 美国的ENI公司，德国的FDF公司，EMA 公司等，产品规格已成系列化，如: 日本的:T系列20-}30 kHz 3}-50 kW七 种规格， A系列200-}-300 kHz 2,5,10 kW 三种规格， SST系列20^" 200 kHz 2.0, 30, 40 kW三种规格， 20~150 kHz 50~200 kW六种规格， 20~100 kHz 300, 400

kW二种规格。 美国的:STATITRON系列50^-300 kHz 25一400 kW八种规格 西德的:ELOMAT TGI系歹，j 50^-200 kHz 15^-240 kW等规格，而且他们还在 试制更高频，更大功率的高频设备， 用途已不只是工业.如广播电台，军事通讯等。

4. 2国产化研制情况

我国非常重视国际上这一电力电子器件 技术的研究和应用，国家计委、科委、机电部 已确定SI T元件和晶体管高频的研制为“八 五”国家重点科技攻关项目，具体布署了SIT 器件及全晶体管化高频设备整机的同步攻 关，目前我国有关科研单位已研制出小功率 0. 1 kW级以下的SIT元件.大功率级的研 制还在进行，整机的研制在辽宁电子设备厂 进行，目前已研制并出产了几台输出功率为 80 kW的全晶体管高频感应加热设备，并在 1993年中国国际计算机设备展览会上演示 了他们的产品;现在他们又在研制输出功率 为10 kW级的全晶体管高频感应加热设 备，估计到1996年研制出样机，输出在80 kW以下的高频感应加热设备频率可达300 kHz o 科学技术在不断进步，电子管高频被大 功率晶体管代替是必然趋势，这个日子已不 会很长，让我们迎接这个时代的到来，为我省的节能技术工作做出新贡献。

评论

崛起的小龙

[文曲星

]

高频加热机全称“高频感应加热机”，又名高频感应加热设备、高频感应加热装置、高频加热电源、高频电源、高频焊接机、高周波感应加热机、高周波感应加热器(焊接器)等，另外还有中频感应加热设备、超高频感应加热设备，应用范围十分广泛。

高频大电流流向被绕制成环状或其它形状的加热线圈（通常是用紫铜管制作）。由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将金属等被加热物质放置在线圈内，磁束就会贯通整个被加热物质，在被加热物质内部与加热电流相反的方向产生很大的涡电流，由于被加热物质内的电阻产生焦耳热，使物质自身的温度迅速上升，这就是感应加热的原理。

感应加热设备就是利用电磁感应原理，使工件在交变磁场中产生感应电流，利用感应电流通过工件所产生的热效应．使工件表面、内孔、局部或整体加热的一种大功率电加热设备。

（一）锻造、轧制类

1 、各种麻类的热轧

2 、标准件、紧固件的执镦。如高强度螺栓、螺帽等。

3 、钎钢、钎具的回火、锻造、挤压等的加热。

4 、不锈钢制品退火、退热。

（二）热处理类

1 、各种五金工具、手工工具的热处理。如钳子、扳手、旋具、锤子、斧头等。

2 、各种汽车配件、摩托车配件的高频淬火处理。如：曲轴、连杆、活塞销、曲柄 销、链轮、凸轮轴、气门、各种摇臂轴；变速箱内各种齿轮、花键思、传动半轴 、各种拔叉 叉等高频淬火处理。

3 、各种电动工具上的齿轮、轴等的高频淬火处理。

4 、各种液压元件、气动元件的高频淬火的热处理。如柱塞泵的柱塞、转子泵的转子；各种阀门上的换向轴、齿轮泵的齿轮等的淬火处理。

5 、金属零件的热处理。如各种齿轮、链轮、各种轴、花键轴、销等的高频淬火 处理。

6 、机床行业的机床床面导轨的淬火处理。 热处理 零件淬火 齿轮淬火 不锈钢退火等。

（三）主要技术参数

输出功率：20～2000kW 20～750kW（带淬火变压器） 输出频率：2.5～500kH

z淬火深度：0.3～10mm最高使用温度：1250℃ 输出电压：20～1000V

中频原理：靠感应加热产生涡流,是闭合的电流产生的热量把金属材料融化