用于高頻感應(yīng)加熱的電源設(shè)計(jì)及電氣原理方案

王帥，谷巨明，安城，王嘉禾

（久智光電子材料科技有限公司，河北 廊坊 065000）

1 背景技術(shù)

現(xiàn)有用于高頻感應(yīng)加熱的電源效率低、驅(qū)動(dòng)設(shè)備熱損耗大，傳統(tǒng)高頻感應(yīng)加熱技術(shù)中，用于高頻感應(yīng)加熱電源的設(shè)計(jì)較復(fù)雜，且不能將工頻電壓直接升為用于等離子技術(shù)所需的20kV用于電子管震蕩提供電源，且多數(shù)電源系統(tǒng)占用空間大，被效率低下、功率因數(shù)低所困擾，沒有完善的電子保護(hù)功能，對(duì)設(shè)備不能實(shí)施及時(shí)的保護(hù)措施，這樣既會(huì)提升成本，降低產(chǎn)品質(zhì)量、降低人工效率，又增加了安全隱患，加大了企業(yè)的負(fù)擔(dān)。

2 對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)

本文是對(duì)高頻感應(yīng)加熱高壓電源進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中主要包括以下部件：三項(xiàng)濾波器、斷路器、接觸器、可控硅模塊、干式升壓變壓器、整流裝置、電度表、高壓濾波電抗器、高壓濾波電容。根據(jù)上述模塊劃分，其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1設(shè)計(jì)所示。

圖1

高頻感應(yīng)加熱電源柜采用固體器件進(jìn)行整流和調(diào)壓，從而降低了自身的損耗，采用高效節(jié)能型電子管和單回路振蕩器，進(jìn)一步提高整機(jī)效率，使用寬大的機(jī)箱做合理的布局，方便了日常操作和設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)。因此，本機(jī)具有高效、節(jié)能、穩(wěn)定、可靠及使用維修方便的特點(diǎn)。

高頻感應(yīng)加熱電源柜布置如圖2所示。

圖2

高頻感應(yīng)加熱的電源濾波器原理如圖3所示。

高頻感應(yīng)加熱的電源原理圖如圖4所示。

圖3

圖4

本結(jié)構(gòu)所制造出的高頻感應(yīng)加熱電源有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用連續(xù)工作制設(shè)計(jì)。

（2）輸入三相電源帶濾波器，從而有效減少或消除諧波對(duì)電力系統(tǒng)影響。

（3）斷路器帶遠(yuǎn)程操控更快捷方便。

（4）整流元件采用大功率可控硅模塊，簡(jiǎn)潔美觀。

（5）冷卻方式采用風(fēng)冷式，更安全穩(wěn)定，改善機(jī)箱內(nèi)部風(fēng)冷循環(huán)及其檢測(cè)，加大散熱量。

（6）有功電度表、電壓表、電流表采用數(shù)字式儀表，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊監(jiān)測(cè)；濾波單元采用高壓直流濾波電抗和高壓濾波電容，可有效提高電源穩(wěn)定性和減小紋波。

（7）調(diào)壓控制由于采用了先進(jìn)的DSP數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)合觸摸屏，性能和精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)。

本設(shè)備是一部由微機(jī)控制的高效節(jié)能型高頻整流調(diào)壓裝置，可以將工頻電流通過可控硅變?yōu)?～20kV的直流高壓可調(diào)的設(shè)備，目前，我公司用來給三極管震蕩提供電源。采用了先進(jìn)的微處理機(jī)技術(shù)，可大幅度、無極平滑地調(diào)節(jié)整機(jī)輸出功率。并通過反饋對(duì)主回路電壓有較高的穩(wěn)定功能，還利用微機(jī)進(jìn)行過流檢測(cè)，使整機(jī)得到非?？煽康谋Ｗo(hù)，從而來提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

本套設(shè)備以單片機(jī)89C51為中心，配上觸發(fā)脈沖形成與放大電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等所組成的微處理機(jī)系統(tǒng)，它除對(duì)主電路的雙向可控硅輸送觸發(fā)脈沖進(jìn)行調(diào)壓外，還對(duì)主電路的低壓側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，有可靠的過流保護(hù)功能。還對(duì)直流高壓取樣與給定信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)入CPU處理后控制主電路，使之輸出穩(wěn)定的直流高壓，從而保證高頻感應(yīng)加熱的工藝要求。

高頻感應(yīng)加熱的電源的電氣原理控制方框圖如圖5所示。

圖5

高頻感應(yīng)加熱電源主電路由可控硅調(diào)壓器、升壓變壓器、高壓整流器等三部分組成，其工作過程是三相交流工頻電源。

首先，經(jīng)可控硅調(diào)壓器調(diào)壓，送至升壓變壓器，經(jīng)升壓后，再送至三項(xiàng)高壓硅整流橋整流后供給震蕩器的電子管做陽極電源。本套感應(yīng)加熱電源設(shè)備輸出直流電壓可在0～20kV內(nèi)平滑的連續(xù)調(diào)整，以滿足不同加熱負(fù)載的工藝要求。

3 結(jié)語

本文所述用于高頻感應(yīng)加熱的電源設(shè)計(jì)及電氣原理方案基于我公司的高頻感應(yīng)加熱技術(shù)，是結(jié)合了企業(yè)目前設(shè)備使用情況所研發(fā)，高頻感應(yīng)加熱的電源效率高、驅(qū)動(dòng)設(shè)備熱損耗小，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，能將工頻電壓直接升為用于高頻感應(yīng)加熱技術(shù)所需的0～20kV，用于電子管震蕩提供電源，電源系統(tǒng)占用空間小、功率因數(shù)高，有完善的電子保護(hù)功能，可對(duì)設(shè)備實(shí)施及時(shí)的保護(hù)措施，降低成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了人工效率，降低了安全隱患，減小了企業(yè)的負(fù)擔(dān)，目前，該套設(shè)備已投入使用，表現(xiàn)良好。