感应加热电源发展研究现状及趋势

大多数高频感应加热设备都是用在零件表面热处理,不需要将高频电长距离传输,因此无需考虑功率传输问题。


1、感应加热逆变电源发展

高频感应加热校平机的核心在于高频感应加热电源,感应加热电源质量好坏直接决定于功率器件的发展[3]。功率器件的日益高频化、大功率化、小型化和稳定性更好、更加耐用等特点直接推动了高频电源的快速发展。

从1831年法拉第发现电磁感应现象,到19世纪末人们首次将电磁感应技术应用到加热领域,再到20世纪末21世纪初功率器件的跨越式大发展。功率开关器件在其发展过程中,始终追求目标就是要不断接近理想开关的特性[4]:

(1)开通时电阻为零,电流为无穷大;

(2)关断时电阻无穷大,阻断电压无限高;

(3)开关过程无延时,开关控制无损耗。

IGBT是一种集MOS管与双极型晶体管优点于一身的新型开关器件,于1983年美国GE公司首创。IGBT通态损耗更小、开关速度快、尤其单管容量可以做到很大,目前国外公司采用IGBT为开关器件制造的感应加热设备,其最大功率已经突破1000kW,频率超过50kHz[3-7]。

因为高频感应加热技术在熔炼、铸造、金属热处理、焊接等领域有着广阔的市场前景,随着感应淬火技术的不断发展,感应淬火的零件已占到全部热处理零件的一半以上,且近年来有进一步提升的趋势。吸引了国内越来越多的企业及科研院所投身于高频感应设备的研制。经过几十年的发展,我国已经在诸多感应加热领域建立起拥有自主知识产权的高频感应加热设备产品体系,由于产品质量好、价格低,现已在国际市场占据一席之地。

这些年来中国在感应加热技术领域已经取得了非常大的进步和发展,但是我国的技术相对起步较晚、自身科技创新能力仍然比较落后,与国际顶尖水平相比还是存在很大差距。

感应加热电源已经广泛应用于表面淬火、焊接、金属熔炼等领域,但是将高频感应加热电源设备应用在校平领域还是相对少见。挪威的EFD(易孚迪)公司首先将感应加热技术应用于该领域,目前在国际上几乎处于垄断地位。国内做高频感应加热校平机的企业也是寥寥无几,他们的产品在稳定性和校平效果上与EFD还是有相当大的差距。

2、高频电长距离传输导线发展

大多数高频感应加热设备都是用在零件表面热处理,不需要将高频电长距离传输,因此无需考虑功率传输问题。但是,对于应用于船舶行业的感应加热校平机,其作业面积大,作业直径要求达到25-30米。

目前世界范围内的高频感应加热校平机,仅易孚迪一家能够生产较为成熟的产品,由于技术封锁导致其传输电缆技术尚不明确,我们无从得知。而国内高频感应加热校平机技术尚未成熟,传输电缆仍然使用传统多股细铜丝导线束,其传输距离不足十米,远远不满足实际需求。