2022年感应加热电源控制系统的数字化研究

1、感应加热电源掌握系统的数字化讨论宋召玲（济宁技师学院，山东济宁 272000 ）摘要：感应加热电源由于具有诸多优点而在工业中得到了广泛的应用；文章第一介绍了感应加热技术的进展动态，并综述了国内外的讨论现状以及进展趋势，阐述了感应加热电源的掌握数字化问题的必要性；关键词：感应加热电源；掌握系统；数字化； cpld/fpg；a 可编程规律器件：atn86：1009-2374（ 2021）18-0026-02doi：10.13535/ki.11- 4406/n.2021.18.0141 概述感应加热技术是较为先进的一种技术，它相比传统加热方法有特殊的优越性，这项技术的核心内容之一就是感应加热电源的开

2、发；感应加热电源自从应用于工业上以来已历经90 多年了，在这段时间里感应加热装置及有关感应加热理论都有了庞大的进步，这些都是由感应加热技术自身的优势打算的：（ 1）产生的焦耳热多，加热过程无接触损耗；（2）效率高且有益于节能，符合节省能源的时代要求；（ 3）速度快，金属工件老化程度减小，精度提高；（4）温度调制简便，产品优质化；（ 5）装置的自动掌握增强，劳动成本降低；（ 6）符合环保的要求，作业过程不会造成环境污染；（ 7）工序精细，能很好地完成各种工艺要求；现在，传统的工频感应炉主要应用于低频感应加热场所，在国外，工频感应加热装置达到百兆瓦，主要应用于钢水保温或大型工件的透热；我们可以猜测

3、，在较短时间内以固态器件构成的低频感应加热电源在价格、牢靠性及功率容量方面仍无法和低级的工频感应炉相媲美， 即便是它的性能、效率和体积上赛过工频炉；在中频范畴内，传统的电磁倍频器和中频发电机组已完全被晶闸管感应加热装置所取代，在国外晶闸管感应加热装置已达数十兆瓦；在超音频范畴内，自从有了晶闸管后，以晶闸管倍频电路和时间分割电路构成的超音频电源开头大量使用；在 20 世纪 80 岁月初，新型功率器问世，占据主导位置的主要是以igbt、bsit、gtr、mct、sith 和 gto构成的结构简洁的全桥型超音频固态感应加热电源，其中以igbt应用最为普遍；在高频领域，能很好地把传统的电子管电源过渡到

4、晶体管全固态电源的有：日本在1987 年开发出了 1200kw/200khz的 sit 电源；比利时 inducto elphiac公司生产的电流型 mosfet 感应加热电源水平可达 1mw/15600khz；美国 induetorheat公司已经推出 2mw/400khz的mosfe高t 频感应加热电源；2 国内现状20 世纪 50 岁月初，在我国工业生产当中感应加热技术就被广泛使用，晶闸管中频电源在10年后开头研制，截至现在已有系列化产品显现，市场应用前景更为宽阔；在中频（ 150hz 10khz）范畴内，旋转发电机基本上被晶闸管中频电源装置所取代，国内生产的中频电源在结构上采纳并联谐振

5、逆变器式，所以研制出结构简洁、利于多次启动的串联谐振逆变中频电源仍需要我们的努力；在超音频（ 10khz100khz）范畴内，我国从 20 世纪 80 岁月已经开头，浙大研制了50kw/50khz的超音频电源； 90 岁月初，国内采纳 igbt研制超音频电源；目前，浙江高校已开发出了 i00kw/250khz 的电流型感应加热电源，且在电压型电源方面也取得了长足的发展，如 50kw/200khz的产品已经试验通过；在高频（ 100khz以上）领域， sit 器件很少使用，却大量使用电子管；在20 世纪 90 岁月浙大研制出并投入使用了 20kw/300khz的 mosfet高频电源； 21 世

6、纪初江南高校研制出1kw/2mhz的 mosfe超t的 sit 感应加热电源；高频电源样机；天津高校和天津高频设备厂共同研制出75kw/200khz从以上现状来看，国外与国内感应加热电源的水平仍存在着差距；3 感应加热电源掌握系统的初期缺陷感应加热逆变电源最初掌握电路是模拟电路，我们知道模拟电路本身有着许多缺点：（1） 模拟掌握电路主要是电路板和分立元件，就会造成系统的牢靠性下降，硬件成本偏高；（2） 存在人工调试器件，比如可调电位器，就会造成系统的一样性下降，生产效率降低；（3） 电路存在热漂移问题和元器件的老化问题，这都会使感应加热电源输出才能降低；（4） 只有对掌握系统做更换，产品才能升

7、级换代，如此一来对硬件系统的改进是必不行少的；4 可编程规律器件在感应加热电源中的应用自 20 世纪 90 岁月后，随着 eda技术的进展， cpld/fpga的应用范畴越来越大，和 asic比较， cpld/fpga有开发成本低、开发周期短、无风险、敏捷等优点；和dsp处理器芯片比较，处理速度更快；所以cpld/fpga更适合电力电子技术的应用，比照实时处理要求较高，在速度上与硬连线方式几乎相同，而且它相比硬连线方式有更多的优点：体积小、开发成本 低、设计敏捷、集成度高等；目前 sopc技术走在了电子工程技术的最前端，其目的将尽可能大而完整的电子系统（数字通讯系统、嵌入式处理器系统、dsp系

8、统、接口系统、储备电路以及一般数字系统、硬件协处理器或加速器系统等）在大规模fpga的单片系统中实现，让设计的电路系统在牢靠性、性能指标、规模、体积、上市周期、功耗、硬件升级、产品保护及开发成本等多方面都更完 善，所以在电力电子技术的掌握中应用cpld/fpg，a 就可以较好地满意功率开关器件高速开关掌握的要求，也可以使电力电子装置对选用的掌握器在速度、成本、设计的敏捷性等方面 的高要求得到较大的满意，而感应加热电源作为一种电力电子系统亦可吸取利用此技术，以 提高自身的性能；从国内外感应加热电源的频段分布结构可以看出，对10100khz这一频段，由于 scr工作频率低，体积大而无法适应市场需要

9、，近年来，特殊是步入21 世纪以来，随着新型电力电子器件 igbt（绝缘栅场效应管）的显现和不断完善，使它成为10100khz 这一空白频段的正确器件，它被广泛应用于熔炼、焊接、热处理、锻造等加热加工领域，具有良好的进展前景；现在刚研制出来的以igbt为功率开关器件的超音频电源，其掌握性能仍很不抱负，然而在国内对此频段的感应加热电源的需求量又特殊大，为此怎样去提高固态超音频感应加热电源的掌握水平是当务之急；在超音频（ 10100khz）数字化掌握中，随着大规模集成电路技术和eda技术的高速进展， 可编程片上系统设计技术这样一种设计理念日益广泛应用于各种电子系统的设计中，基于这样的技术进展背景，推出了大规模可编程规律器件cpld/fpg，a 更进一步推动感应加热电源数字化掌握进程的