高頻感應

感應加熱是利用導體在高頻磁場作用下產生的感應電流(渦流損耗、以及導體內磁場的作用磁滯損耗引起導體自身發熱而進行加熱的。感應加熱系統的構成感應加熱系統由高頻電源(高頻發生器)、導線、變壓器、感應器組成。

其工作步驟：

①由高頻電源把普通電源( 220v/50hz)變成高壓高頻低電流輸出，(其頻率的高低根據加熱對象而定，就其包材而言，一般頻率應在480kHZ左右。)

②通過變壓器把高壓、高頻低電流變成低壓高頻大電流。

③感應器通過低壓高頻大電流後在感應器周圍形成較強的高頻磁場。一般電流越大.磁場強度越高。

高頻感應加熱設備在我省已得到廣泛應用，設各頻率範圍在20}}-450 kHz,高頻功率最大可達400 kW。我省的高頻感應加熱設備主要應用於金屬熱處理、’淬火、透熱、熔鍊、釺焊、直縫鋼管焊接、電真空器件去氣加熱、半 導體材料煉製、塑料熱合、烘烤和提純等。我省使用的高頻感應加熱設備都是以大功率真空管(發射電子管)為核心構成單級自激振盪器，把高壓直流電能量轉換成高頻交流電能量，它們的電子管板極轉換效率一般在75環左右，設備的整機總效率一般在50絨以下，水和電能的消耗非常大。自70年代中期後，對高頻設備也進行了

（1）用節能型牡鎢煙絲電子管代替老式純鎢燈絲系列電子管，如FV-911代替FV-433 } FV-431,FV-89F管等。

（2）採用高壓硅堆整流代替充汞閘流管整流。

（3）採用大功率雙向可控硅結合微機調壓代替原閘流管調壓。

（4）根據各自工藝條件重新更改振盪迴路，選擇合理的振盪頻率。這樣，經過一系列改造後，使我省的高頻設備整機總電效率有一定的提高，在節能方面有一定的效果，但由於振盪電子管這個耗電最大的器件未能改掉，所以在

節能方面，並不是特別顯著。

全晶體蒼高頻感應加熱設備電子技術的發展，可謂日新月異。80年代初，日本首先改進半導體生產工藝，開發生產出場控電力電子器件—大功率靜電感應晶體管(SIT ) ,並設計製成換流橋式的，把直流電能量轉換成高頻電能量的全晶體管化高頻感應加熱設備，隨後美國、西德等發達國家也迅速研製，使之很快就商品化了。

靜電感應晶體管<SIT)的單管功耗有1kW和3kW級的電力電子器件，供組裝高頻逆變設備.

全晶體管高頻感應加熱設備主電路由靜電感應晶體管SIT組裝的高頻感應加熱設備主迴路如附圖所示，主電路由3部份組成:

(1)直流電源部份:該部份是把工頻三相交流電轉換為直流電，並控制下面幾部份。該部份主要由三相晶閘管(SCR)可調電路和直流電抗器La與電解電容Ca組成的直流濾波器組成，調整三相晶閘管整流電路的直流輸出電壓，可調節該設備的輸出功率。輸入電壓為工頻3}p380V，最大直流電壓可達500 V以上，輸出直流可以100~100%連續可調。

2)逆變部份:該部份把直流交換為高頻交流，並控制後面部份，這部份由電壓型單相全橋電路構成，使用1kW或3kW級功耗的SIT作為逆變橋的開關器件，使用同一級功耗的SIT器件組成電路時，設備的功率越大，頻率越高，每一橋臂上並聯的SIT器件愈多;R C。和D.為緩衝電路，當SIT開始關斷而產生浪湧電壓，超過這些電路中的直

流電壓時，二級管D，導通，而電容器C。吸收該浪湧能量，使逆變橋中的SIT器件安全運行。SIT元件的導通或關斷是由設備上所配備的微機和專用程序控制觸發信號，控制其導通或關斷。

(3)負載迴路部份:該部份的功能是把高頻功率輸向被加熱的金屬工件上，負載迴路是由諧振迴路、電流互感器和加熱線圈組成，該電路中的串聯諧振迴路構成了電壓型逆變電路，電容器CT和電感LT兩端各產生幾幹伏以上的高頻電壓。高頻變流器次級側通常做成單匝，聯接着加熱線圈L}，巨大的高頻電流在L。周圍所產生，高頻磁通使金屬工件迅速急劇發熱。

全晶體管化高頻感應加熱設備在如下幾 個方面優於電子管式高頻感應加熱設備。

電子管高頻感應加熱設備需將工頻經高壓整流器件變換成相應的直流高壓才能供給電子管工作，電子管

板極內阻天，有大量功率損耗在板極上發熱，而且需要及時加水冷卻，同時還需把一部份功率反饋到柵極，並且要較大的燈絲加熱功率，這樣就有大量的電能損耗在轉換之中。而晶體管高頻中的SIT電力電子器件，只需較小的驅動功率來控制較大功率換流的產生，SIT元件正向導通壓降很小，損耗不大，並且採用直流500 V的低壓工作狀態。電子管板極轉換效率最高為750o,SIT電力電子器件為9200;全晶體管高頻省去了高壓整流變壓器、高壓硅堆;如果多管並用，能使熱量分散，只需加少量的水便可，30kW以下小功率高頻可減去水冷卻，晶體管高頻整機總效率比電子管高頻要高20000

電子管高頻電壓轉換次數多，電壓變化大，而全晶體管高頻電壓變化不大，在幾百伏內變動，不需多次變換電能，所以全晶體管高頻比同功率電子管高頻節電3000.節水83沁，如輸出為80 kW級(FV-911S)電子管高頻，振盪工作時輸入功率為158 kW，用水3 1/s，而同樣的輸出功為80 kW的全晶體管高頻，振盪工作時，輸入功率只需113 kW ,用水。. 5 1/s，電子管還另需消耗2. 2 kW的燈絲加熱功率。

IGBT的伏安特性是指以柵源電壓Ugs為參變量時，漏極電流與柵極電壓之間的關係曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它與GTR的輸出特性相似．也可分為飽和區 1 、放大區2和擊穿特性3部分。在截止狀態下的IGBT ，正向電壓由J2結承擔，反向電壓由J1結承擔。如果無N+緩衝區，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入N+緩衝區後，反向關斷電壓只能達到幾十伏水平，因此限制了IGBT的某些應用範圍。

IGBT的轉移特性是指輸出漏極電流Id與柵源電壓Ugs之間的關係曲線。它與MOSFET的轉移特性相同，當柵源電壓小於開啓電壓Ugs(th) 時，IGBT處於關斷狀態。在IGBT導通後的大部分漏極電流範圍內，Id與Ugs呈線性關係。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為15V左右。

IGBT 的開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關係。IGBT處於導通態時，由於它的PNP晶體管為寬基區晶體管，所以其B值極低。儘管等效電路為達林頓結構，但流過MOSFET的電流成為IGBT總電流的主要部分。此時，通態電壓 Uds(on) 可用下式表示 Uds(on) = Uj1 + Udr + IdRoh式中 Uj1 —— JI 結的正向電壓，其值為 0.7 ～ IV 。Udr ——擴展電阻 Rdr 上的壓降。Roh ——溝道電阻。

通態電流 Ids 可用下式表示：

Ids=(1+Bpnp)Imos

式中 Imos ——流過 MOSFET 的電流。

由於N+區存在電導調製效應，所以IGBT的通態壓降小，耐壓1000V 的IGBT通態壓降為2～3V 。 IGBT處於斷態時，只有很小的泄漏電流存在。

動態特性IGBT在開通過程中，大部分時間是作為MOSFET來運行的，只是在漏源電壓Uds 下降過程後期， PNP晶體管由放大區至飽和，又增加了一段延遲時間。td(on)為開通延遲時間，tri 為電流上升時間。實際應用中常給出的漏極電流開通時間ton即為td(on)tri之和。漏源電壓的下降時間由tfe1和tfe2組成。

IGBT在關斷過程中，漏極電流的波形變為兩段。因為 MOSFET 關斷後，PNP晶體管的存儲電荷難以迅速消除，造成漏極電流較長的尾部時間， td(off)為關斷延遲時間， trv為電壓Uds(f)的上升時間。實際應用中常常給出的漏極電流的下降時間Tf由圖 2 － 59 中的t(f1)和t(f2)兩段組成，而漏極電流的關斷時間 t(off)=td(off)+trv 十 t(f) （ 2 － 16 ）式中， td(off) 與 trv 之和又稱為存儲時間。

所有高頻感應誘導加熱設備都採用IGBT原理加熱，保證設備質量的同時，提高了生產時的穩定性，更高效，更穩定，更安全，更環保的提高客户的生產力。