固态高频构造及工作原理

1固态高频构造及工作原理固态高频构造及工作原理1前言目前,我国设计与制造的高频焊管设备都是承受电子管振荡器的单回路高频,到达调整高频输出功率的目的。电子管高频焊管设备不仅效率低,体积大,而且存在使用前需要预热,电子管使用寿命短等诸多缺点。面都得到很大提高,除在一些特别应用领域(如高频介质加热等行业)外,固态高频电源完全能取代电子管高频电源,而成为一代感应加热电源的代表。大容量､高频化的固态高频电源主要应用领域是高频焊管行业,由于我国高频焊管行业存在感应器开路､感应器与钢管短路等突变恶劣工况,同时高频焊管电源根本属于满负荷长期工作制,因此固态高频电源在焊管行业中的应用代表了固的固态高频电源最具代表性,无论在电源功率､频率和配套性等方面都具有世界备已在功率60~300KW､频率300~550KHz范围内取得了成熟的运行与设计阅历。MOSFET作为逆变开关器件的固态高频焊管为根底,对电源的工作原理及其在高频焊管行业中的应用进展的争论,2固态高频电源的工作原理固态高频电源承受常见的交—直—380V电源经开关柜中的降压变压器和主接触器后,送入电源柜中的整流器,整流器承受三相晶闸管全控到达调整电源输出功率大小的目的,整流后的直流电压经滤波环节送入高频逆变器,由高频逆变器逆变产生单相高频电源送入谐振电路,经焊接变压器和感应器输出高频能量,完成钢管焊接。高频逆变器可以有串联谐振型和并联谐振型两种,由于并联谐振型逆变器在高频电源应用中有诸多困难,如需要大功率快恢复整流二极管等,因此使其在大容量高频电源中的应用受到限制。串联谐振型逆变器也称电压谐振型逆变器,要求(1%),这一点对焊管来说是格外重要的,由于平滑的直流电压最终将导致钢管焊缝内毛刺格外平坦,通过挤压辊工艺调整,承受固态电源焊接的钢管内毛刺将很小。大容量化电源将通过两个途径来实现:其一是功率MOSFET的并联构成逆变桥,目前高电压(≥1000V)的MOSFET最36A,由于受到多管并联后器件均流和动态分布参数的影响,单逆50kW为宜,更大容量的电源设备则应实行其次个扩容方法,即并率输出,因此对于高频逆变器并联来说,输入和输出均为软连接,肯定程度上放宽了对逆变器全都性的要求,因此从理论上来说,并联桥数量不会受到限制,这样解的高频逆变器实现了强制均流,在恒压源供电的状况下,最大程度上实现了高频逆1是固态高频焊管设备的框图。1固态高频焊管设备框图固态高频电源在焊管行业中的应用(续)3几个特别问题的介绍3.1逆变器工作状态的适应范围感应加热电源受负载的影响,槽路等效阻抗可能呈现容性､阻性和感应三种状态,即要求高频逆变器适合工作于容性､MOSFET在制400kHz时,3/4个振荡周期。当常规的串联型逆变器工作在容性时,寄生二极管在容性角度时间内流过槽路电流,由于其反向恢复时间很长,在逆变器,MOSFET的串联型逆变器不能工作于容性状态,为了避开这种工作状态,一方面要求逆变控制的频率跟踪速度很快,到达在动态过程中总是保持槽路呈现感性的目的,这是很困难的;另一方面为了避开动态过程中进入容性状态,要求正常工作时的感性角度(φ>3MOSFET开关损耗增加,逆变器功率因数降低,从而失影响,即通过外部串并联快恢复二极管对串联型逆变器进展改造,由外部并联的快恢复二极管取代寄生二极管的作用,这样就可以使高频逆变器工作于谐振状态,从MOSFET3.2逆变器的频率跟踪2逆变掌握原理框图在高频焊管过程中,高频逆变器总是工作在谐振状态四周的,由于负载的影响造成槽路等效参数的变化,将使逆变器偏离最正确工作点,因而不仅造成功率MOSFET关断电流值增加,引起关断损耗增大,而且当逆变器工作点偏离谐振点较,逆变器功率容量不能充分利用。因此逆变器具有优良的频率自动跟踪力量是至关重要的,2是承受锁相环电路实现频率自动跟踪和相角锁定的逆变掌握原理图,依据互感器检测到的逆变器输出电压和电流的相位关系,经相位检测电路输出对应相位差的占空比凹凸电平信号,滤波后得到直流电平,该电平反映了输出电压电流的基波相移,将直流电平与设定的相位锁定值电平比较输出掌握信号,调整计输出功率偏大固态高频设备所标称的功率值为直流侧功率,这与电子管高频设备标称振荡功率是不同的。设备功率受负载匹配条件的影响较大,良好的负载匹配是功率输出的保证,由于直流侧电压和电流都不能超过其允许值,Udmax和,机组,由于更换钢管规格､钢管壁厚的变化､承受不同的感应器等都会引起负载匹配问题,固然负载匹配不行能也不必要做到无级调整,在设计固态高频焊管设备时应依据符合工程设计误差的原则充分考虑负载匹配问题:①负载匹配良好时,设备100%,90%额定功率下长期运行。3.4安全裕量大50kW高频逆变器,Idmax=120A,836A功率MOSFET和16只100A快恢复二极管并联组成,其并联能承受的额定电流为288A,考虑均流系数和动态分布参数的影响等综合因素,设计工作电流在功率MOSFET额定电1/3-1/2区域内,3.5输出频率高固态高频焊管设备能够,这与掌握技术､主电路器､工艺水公平亲热相关。从焊管工艺来说,小口径､薄壁钢管需要较高的焊接频率,否则由于焊接频率过低,一方面造成焊缝热熔区过宽,所需的焊接功率增加,影响焊接效率和钢管焊接后的美观性;另一方面由于焊接变压器(空芯)效率受,焊接频率降低,焊接变压器耦合效率降低,电子管焊管设备频率设计,固态设备依据功率大小应设计的输出频率为:对于设备,500-550kHz;100kW设备,400-450kHz;对于150kW､200kW设备,350-400kHz;200kW以上设备,输出频率300-350kHz。4与电子管高频焊管电源的比较电子管高频焊管设备积存了长期的运行设计阅历,设备质量和运行稳定性已被宽阔焊管企业所承受。随着固态焊管设备的推广应用,其高效节能的强劲优势1是两种焊管设备的设计和运行参数1:两种焊管设备设计和运行参数比较与国外固态高频焊管电源的比较国外固态高频电源的进展已有十几年的历史,由于欧美国家工业化程度较高,在整机技术水平和工艺方面与国内设备相比仍有优势,但其昂､修理费用高和不符合中国国情的售后效劳体系都限制了国外焊机,进展民族工业,,国内设备应着重解决以下问题:①高频化:国内固态焊机工作频率最高550kHz,这与国外先进固态焊机工作频率已到达600~800kHz相比仍有较大差距,在有色金属管等特别焊管方面无法取代电子管设备。因此提高工作频率,扩大固态焊机应用领域仍是国内固态焊机需进一步探讨的1700kW固态高频电源的力量,国2~3年时间,进一步解决设备工艺构造问题和器件并联技术､逆变桥并联技术问题,是进展大容量固态高频设备的根底。③配套性与智能化掌握:随着焊管生产线智能化程度和对电源高牢靠性要求的提高,必需加强固态焊机配套性的开发,如设备水冷系统､负载匹配与感应器制密封机箱设计､速度—功率闭环掌握系统等,同时固态高频设备正向智能化掌握方向进展,具有计算灵巧能接口､液晶显示屏人