【正文】 處在導通換流過程，t=t4時刻， iT1,4已經(jīng)降到零，此時 iT2， 3從零增到 Id， VT1與 VT4已經(jīng)關斷、 VT2與 VT3已經(jīng)完全導通，完成換流過程。圖中還繪出了負載電流 ia的路徑，此時負載兩端得到正弦半波電壓 ua（極性為左正右負）。如給換流關斷的晶閘管施加一定時間的反向電壓，可達到可靠換流關斷的目的。熔煉爐內(nèi)的金 屬（鋼、鐵、銅、鋁等均可）在交流磁場的作用下產(chǎn)生渦流，使金屬發(fā)熱熔化。（ 2） C值一般都要求過補償一些，使等效負載呈現(xiàn)容性，這樣 ia就會超前 ua一定的角度，達到自然換流及可靠關斷晶閘管的目的， L和 C組成并聯(lián)諧振電路，逆變器由四個橋臂組成，每個橋臂由晶閘管和限流電感 L1~L4串聯(lián)組成，限流電感的作用是限制晶閘管的電流的變化率以保護晶閘管。 并聯(lián)逆變器的基本線路如圖， Ld是直流電抗器， L 為中頻感應爐。 當 =90度時 ，輸出電壓為負值 在三相整流電路中，晶閘管長壽的最大電壓為三相交流電的峰值，如果考慮2~3倍的安全系數(shù)，則晶閘管的額定電壓為： UTN=(~2) √6 U2=(~2)√6220V=808~1100V 可選擇額定電壓為 1000V 的晶閘管。 第 14 頁 共 33 頁 三相橋式全控整流電感性負載輸出的直流電壓的平均值按下式計算： Ud= 式中 U2為電源相電壓有效值。故要求每只晶閘管的觸發(fā)間隔也應為 60度角度，脈沖采用大于 60度而小于 120度的單寬脈沖。把三相工頻交流電進行了全波整流，可以得到一個脈動的直流電壓。所以中頻電源裝置實際上就是交流電 ——直流電 ——交流電 ——負載。另外中頻裝置在工作中受電網(wǎng)及負載的影響較大，故要求裝置具有負反饋及限流限壓環(huán)節(jié)以保證裝置運行的平穩(wěn)。 其他要求 熔煉過程中一旦中頻電源發(fā)生故障就將導致整爐材料報廢，嚴重時還可能損壞坩 堝。感應爐的線圈也因銅管太粗而無法繞制。而電流大些可用元件并聯(lián)和機組并聯(lián)的方法來解決，這樣可用于熔煉時低電壓，大電流的熔煉環(huán)境，但導線上損耗增大。為使感應爐在熔煉過程中始終得到最大功率，要求中頻電源輸出的頻率 ?能隨 ?D的變化而變化，保證頻率的自動跟蹤。從式（ 36）中可知，回路中的振蕩頻率與 L和 C的數(shù)值有關。圖中 R為線圈的 電阻，回路中固有振蕩頻率 ?D可按下式計算： ?0=LRLCM 41212? 若 R2/（ 4L） 4|/（ LC）則上式可簡化為： 第 12 頁 共 33 頁 ?0=LCM 121 當晶閘管中頻電源的輸出頻率等于 ?D時， OL=1/（ OC）回路中的功率因數(shù)cosΦ=1。為了要補償線圈的無用功率，在線圈的兩端并聯(lián)有電容器。 對中頻輸出頻率的要求 感應爐的電效率與效率有著密切的關系，從電效率出發(fā)可以決定晶閘管中頻電源的輸出效率，我們稱這一頻率為 ?D。再則熔煉過程當爐料熔化后，必須對爐料成分進行化驗。這是因為感應爐的爐襯的壽命通常為幾十爐，而且新的爐襯筑好后，必須對其進行低功率烘烤。 5) 高功率因數(shù)、低諧波電源 由于感應加熱電源用電源一般功率都很大，目前對它的功率因數(shù)、諧波污染指標還沒有嚴格要求，但隨著對整個電網(wǎng)無功及諧波污染要求的提高，具有高功率因數(shù)（采用大功率三相功率因數(shù)校正技術）、低諧波污染電源必將成為今后發(fā)展趨勢。 4) 智能化控制 隨著感應熱處理生產(chǎn)線自動化控制程度及電源可靠性要求的提高，感應加熱電源正向智能 化控制方向發(fā)展。對焊接、表面熱處理等負載，一般采用匹配變壓器連接電源和負載感應器，對高頻、超音頻電源用的匹配變壓器要求漏抗很小，如何實現(xiàn)匹配變壓器的高能輸入效率，從磁性材料選擇到繞組結構的設計已成為重要課題。晶體管化超音頻、高頻電源多采用并聯(lián)逆變器結構，并聯(lián)逆變器易于模塊化、大容量化是其中的一個主要原因。多臺電源的串、并聯(lián)技術是在器件串、并聯(lián)技術基礎上進一步大容量化的有效手段，借助于可靠的電源串、并聯(lián)技術，在單機容量適當?shù)那闆r下，可簡單地通過串、并聯(lián)運行方式得到大容量裝置，每臺單機只是裝置的一個單元或一個模塊。 2) 大容量化 從電路的角度來考慮感應加熱電源的大容量化，可將大容量化技術分為二大類：一類是器件的串、并 聯(lián)，另一類是多臺電源的串、并聯(lián)。感應加熱電源諧振逆變器中采用的功率器件利于實現(xiàn)軟開關，但是，感應加熱電源通常功率較大，對功率器件、無源器件、電纜、布線、接地、屏蔽等均有許多特殊要求，尤其是高頻電源。 感應加熱電源技術的發(fā)展趨勢 感應加熱電源技術的發(fā)展與功率半導體的發(fā)展密切相關，隨著功率器件的大容量化、高頻化帶動感應加熱電源的大容量化和高頻化。國內(nèi)目前 MOSFET 固態(tài)高頻電源制造水平為 400kW、 500kHz。 在高頻（ 100kHz 以上）頻段，目前國外正處在從傳統(tǒng)的電子 管電源向晶體管化全固態(tài)電源的過渡階段，以模塊化、大容量化 MOSFET 功率器件為主，西班牙采用 MOSFET 的電流型感應加熱電源制造水平達到 600kW/400kHz，德國在 1989 年研制的電流型 MOSFET 感應加熱電源水平達 480kW/50~200kHz，比利時 Inducto Elphiac 公司生產(chǎn)的電流型 MOSFET 感應加熱電源水平可達第 10 頁 共 33 頁 1000kW/15~600kHz。如 1994 年，日本采用 IGBT 研制出了 1200kW、 50kHz 電流型并聯(lián)逆變感應加熱電源，逆變器工作于零電壓 開關狀態(tài)，并實現(xiàn)了微機控制；西班牙在 1993 年也已報道了 30kW~600kW，50~100kHz 電流型并聯(lián)逆變感應加熱電源，歐、美地區(qū)的其他一些國家如英國、法國、瑞士等國的系列化超音頻感應加熱電源目前最大容量也達數(shù)百千瓦。 1983 年美國 GE 公司發(fā)明了新的很有前途的功率器件 —IGBT，它綜合了 MOS管與雙極晶體管的優(yōu)點， IGBT 結構除增加一個 n 層外，非常象 MOS 管結構，因此在其通態(tài)壓降低的同時開關速度加快。另外， MOS 晶體管不存在二次擊穿問題，具有矩形安全區(qū)、驅(qū)動功率小 、易并聯(lián)等優(yōu)點，非常適合 于高頻大功率感應加熱電源應用。 第一臺晶體管超音頻感應加熱電源在 1985 年面世，其容量為 25kW/50kHz，由于單管容量小而采用了多管并聯(lián)技術，功率晶體管開關速度受到存儲時間限制（ μS 級）及它存在致命的二次擊穿問題，限制了它的推廣使用，隨后出現(xiàn)的達林頓晶體管功率模塊大多為電機調(diào)速應用設計，其開關速度更低，一般無法適用于感應加熱電源。 在超音頻（ 10kHz~100kHz）頻段內(nèi)，由于晶閘管本身開關特性等參數(shù)的限制，給研制該頻段的電源帶來了很大的技術難度，它必須通過改變電路拓撲結構才有可能實現(xiàn)，國內(nèi)在 70 年代開始研制晶閘管倍頻逆變電源，目前產(chǎn)品水平為第 9 頁 共 33 頁 250~320kW/10~15kHz，后于 80 年代末又采用改進型倍頻逆變電路研制了50kW/50kHz 晶閘管超音頻電源，但由于倍頻電路的雙諧振回路耦合使負載呈非線性，時變加熱負載參數(shù)與諧振回路參數(shù)匹配調(diào)試較復雜及后出現(xiàn)的晶體管固態(tài)加熱電源的頻率及功率可完全覆蓋而沒有得到很好的推廣應用。國外裝置的最大容量已達數(shù)十兆瓦，國內(nèi)也已形成 200Hz~8000Hz、功率為 100kW~3000kW 系列的產(chǎn)品，可以配備 5t以下的熔煉爐及更大容量的保溫爐，也適用于各種金屬透熱、表面淬火等熱處理工藝，但國產(chǎn)中頻電源目前都采用并聯(lián) 諧振型逆變器結構。 50 年代末硅晶閘管的出現(xiàn)引起了感應加熱電源技術以致整個電力電子學的一場革命，感應加熱電源及應用得到了飛速發(fā)展。 本世紀初玻璃管汞弧整流器的發(fā)明標志著電力電子學的起源，而 50 年代末半導體硅晶閘管的出現(xiàn)則標志著以固態(tài)半導體器件為核心的現(xiàn)代電力電子學的開始。這就是大型電爐采用較低頻率仍能滿意的工作的主要因素。 在 d/δ大于等于 10的條件下，爐料與感應器間的空氣氣隙愈小，則效率愈高。為了簡化計算，假定近似地認為只有在深度 δ的一層內(nèi)電流均勻密度通過，而在導體截面其余部分上電流密度為零。因集膚效應的影響，電流密度的分布從表面到中心不斷減小。這一臨界頻率（即對感應供電的最佳頻率）可按以下步鯫選： 當爐料直徑 d與透入深度 δ的比值 d/δ|10時，即可認為電效率已接近極限值。從圖中可以看出，頻率在 AB區(qū)域內(nèi)的變化劇烈直接影響著電效率，而 CD區(qū)域則其變化實際上不起作用。電源頻率與電頻率之間的關系可以這樣描述：在感應電爐爐料直徑一定，爐料物理性質(zhì)不變的情況下，電效率將隨著頻率 增加而顯著上升?？傂蕿椋? PPPPPP 3232 ???總? （ 3 3） 上面談到為使爐子發(fā)熱效果顯著，就要求增加通過感應線圈 電流的頻率。 究竟應該選擇怎樣的頻率才教合適呢？下面分析頻率與電效率之間的關系。 從式（ 32）可以得出 I2 和 E2成正比與爐料中的阻抗成反比，從式（ 31）中可知，E2僅與 ?和 m? 有關，無鐵心感應電爐由于沒有導磁物體存在，磁力線經(jīng)空氣閉合，由于空氣磁阻較大，會減小有效磁能量，為了要獲得所必須的感應電動勢，這就要求增加磁力線的切割速度。 根據(jù)變壓器感應原理，在二次繞組（即爐料）內(nèi)的感應電動勢有效值可按下式算出： E2= ?N2Φm 式中 E2——爐料內(nèi)感應電動勢的有效值（ V）； ?——次繞組交流電頻率 N2——二次繞組的匝數(shù)，這里 N=1； 第 7 頁 共 33 頁 m? ——交變磁通的最大值。感應圈相當于變壓器的一次繞組，而坩堝內(nèi)部的金屬材料相當于變壓器的二次繞組（即負載）?？蔀楦鞣N金屬的碎塊。通常由石英等耐火材料搗制而成。通常由水冷 卻銅管繞制而成。 我國晶閘管中頻電源的系統(tǒng)型號根據(jù)不同的用途以不同的代號表示 。 （ 3） 在熱處理方面 利用中頻電流的集膚效應，來提高鋼件的力學性能，使其具有較高的硬度和抗疲勞強度。 （ 2） 在透熱方面的應用 工件在加熱過程中，對金屬整體進行加熱，工件可以達到內(nèi)外一個溫度范圍。我國晶閘管中頻加熱電源的發(fā)展，開始熔煉， 可以于熔煉，可以熔煉各種碳素鋼、合金鋼、以及用于提煉高純度鋅等各種有色金屬。 6） 晶閘管中頻加熱電源也有不足的一方面，如過載能力差，對電子要求高， 使用維修需要一