电磁感应加热技术的发展

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电磁感应加热原理

电磁感应加热原理

电磁感应加热原理电磁感应加热是一种利用电磁感应现象进行加热的技术。

它利用交变磁场对导体产生感应涡流,从而使导体发热。

这种加热方式具有快速、高效、节能等优点,在工业生产和日常生活中得到了广泛应用。

本文将从电磁感应加热的原理、应用和发展趋势等方面进行介绍。

首先,电磁感应加热的原理是基于法拉第电磁感应定律和焦耳热效应。

当交变磁场穿过导体时,导体内部就会产生感应电流,这种感应电流会在导体内部产生焦耳热,从而使导体升温。

这个过程可以用数学公式来描述,即感应电流密度和导体内部的电阻率、磁导率以及交变磁场的频率和强度等因素有关。

因此,通过控制交变磁场的频率和强度,可以实现对导体的精确加热。

其次,电磁感应加热技术在工业生产中有着广泛的应用。

例如,电磁感应加热可以用于金属加热、塑料成型、玻璃熔化等工艺中。

在金属加热方面,电磁感应加热可以实现对金属的局部加热,从而提高生产效率和产品质量。

在塑料成型方面,电磁感应加热可以实现对塑料的快速加热和成型,避免了传统加热方式中的能量浪费和环境污染。

在玻璃熔化方面,电磁感应加热可以实现对玻璃的快速均匀加热,提高了玻璃生产的效率和质量。

此外,随着科学技术的不断进步,电磁感应加热技术也在不断发展。

例如,近年来,随着高频电源技术的发展,电磁感应加热的频率范围也得到了拓展,从传统的中低频加热向高频加热发展。

高频电源可以实现更高的功率密度和更精确的加热控制,从而在一些特定领域发挥着重要作用。

同时,电磁感应加热技术也在材料加热、医疗器械、环保等领域得到了广泛的应用和推广。

总的来说,电磁感应加热技术作为一种先进的加热方式,具有快速、高效、节能等优点,在工业生产和日常生活中得到了广泛应用。

随着科学技术的不断发展,电磁感应加热技术也在不断创新和进步,为各行各业带来了更多的发展机遇和应用前景。

相信在未来的发展中,电磁感应加热技术将会发挥着越来越重要的作用,为人类社会的发展做出更大的贡献。

电磁感应加热用于可持续催化技术的研究进展

电磁感应加热用于可持续催化技术的研究进展

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2022年第41卷第3期电磁感应加热用于可持续催化技术的研究进展刘鸿益,杨光星,余皓(华南理工大学化学与化工学院,广东广州510641)摘要:电磁感应加热技术作为一种通过吸收电磁能直接转换为热能的非直接接触式加热技术,热量直接在磁性材料上迅速感应产生,无需加热整个反应器,改善了能量传递效率和高散热现象。

因此,电磁感应加热为高温化学过程供了独特的解决方案,以克服使用传统加热方法时带来的加热/冷却速率缓慢、加热不均匀、低能效等问题。

本文首先简述了电磁感应加热技术的加热机制以及相关的测量方法,重点介绍了电磁感应加热过程中能量效率的评估,进而总结了采用电磁感应加热技术用于高温催化反应的研究进展。

最后,提出了对未来电磁感应加热技术应用于工业化过程的展望。

关键词:电磁感应加热;交变磁场;纳米粒子;可持续性;催化(作用)中图分类号:TQ16文献标志码:A文章编号:1000-6613(2022)03-1440-13Recent advances of electromagnetic induction heating for sustainablecatalytic technologyLIU Hongyi ,YANG Guangxing ,YU Hao(School of Chemistry and Chemical Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510641,Guangdong,China)Abstract:Electromagnetic induction heating (EIH)is a non-contacting heating technology that directly absorbs and converts electromagnetic energy into heat.Heat is rapidly induced on magnetic materials without the need to heat the whole reactor,which improves energy transfer efficiency and reduces heat dissipation.Therefore,EIH provides a unique solution for high-temperature chemical processes of slow heating /cooling rate,uneven heating and low energy efficiency.This article briefly described the heating mechanism and related measurement methods of EIH,focusing on the energy efficiency evaluation.Then we summarized the research advances of EIH for high-temperature catalytic reactions.Finally,the prospect of the industrialization of EIH in the future was put forward.Keywords:electromagnetic induction heating;alternating magnetic field;nanoparticles;sustainability;catalysis第一次工业革命揭开了工业化时代的序幕,化石能源作为驱动工业革命的重要引擎,在全球工业化进程中发挥了不可替代的作用,但也导致了巨量的二氧化碳排放,联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC )预测CO 2浓度将在2050年升至532mL/m 3[1],全球平均气温将在21世纪末进一步上升至少特约评述DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2228收稿日期:2021-11-01;修改稿日期:2022-01-17。

感应加热技术的原理和应用

感应加热技术的原理和应用

感应加热技术的原理和应用1. 感应加热技术的概述感应加热技术是一种通过电磁场作用实现加热的方法,它利用电磁感应现象在金属或其他导电材料中产生涡流,使材料自身发热。

感应加热技术具有快速加热、高效节能、精准控制等特点,被广泛应用于工业生产和科研领域。

2. 感应加热技术原理感应加热技术基于法拉第电磁感应定律和焦耳热效应,通过交变电磁场在导体内产生涡流使材料发热,其原理主要包括以下几个方面:2.1 电磁感应定律根据法拉第电磁感应定律,当导体处于变化磁场中时,会在导体中产生感应电流。

感应加热技术利用这个原理通过变化磁场产生涡流实现加热。

2.2 涡流产生当导体位于交变磁场中时,磁场的变化会在导体内引起涡流的产生。

涡流的大小和频率与交变磁场的变化率有关,频率越高,涡流越大。

2.3 焦耳热效应涡流在导体内会受到电阻的阻碍而产生能量损失。

根据焦耳热效应,电流通过导体时会产生热量。

因此,涡流产生的热量通过导体传递给周围材料,实现加热。

3. 感应加热技术的应用感应加热技术在工业生产和科研领域有广泛应用,主要体现在以下几个方面:3.1 金属加热感应加热技术在金属加热领域应用广泛。

例如,金属件的表面淬火、焊接、热处理等工艺中,可以利用感应加热技术快速加热金属,降低能耗,提高生产效率。

3.2 塑料加热感应加热技术也可用于塑料加热,例如在塑料热熔、成型、热合等工艺中,利用感应加热可实现快速、均匀的加热效果,提高生产效率。

3.3 石油化工领域在石油化工领域,感应加热技术被用于加热催化剂、石油管道、容器等,实现高效加热、降低能耗。

3.4 热处理领域感应加热技术在热处理领域有广泛应用,例如对金属材料进行淬火、回火、退火等热处理工艺时,利用感应加热技术可实现快速、均匀的加热效果,提高产品质量。

3.5 电熔炉感应加热技术被广泛应用于电熔炉中,例如电炉炼钢、电炉炼铁等工艺中,通过感应加热将金属材料加热至熔化温度,实现金属的熔炼。

4. 感应加热技术的优势感应加热技术具有以下几个优势:4.1 快速加热感应加热技术可以实现快速加热,加热效率高,能够大幅度提高生产效率。

钢铁冶炼中的电磁技术研究

钢铁冶炼中的电磁技术研究

钢铁冶炼中的电磁技术研究随着工业化的不断发展,钢铁工业成为了国民经济的重要支柱之一,而电磁技术的应用使得钢铁冶炼过程更加智能化、高效化。

本文将介绍电磁技术在钢铁冶炼过程中的应用及其研究进展。

一、电磁技术在钢铁冶炼中的应用1. 电磁感应加热技术电磁感应加热技术是通过改变磁场强度和频率,在钢铁冶炼场景中加热金属材料,用来加速钢铁材料的熔化过程。

该技术具有加热速度快、能耗低、加热均匀等优点,被广泛应用于钢铁熔炼、热处理等领域。

2. 磁悬浮技术磁悬浮技术是指利用电磁力作用使物体悬浮在磁场中的技术。

在钢铁冶炼中,磁悬浮技术可用于提高钢铁液的纯度和透明度,加速冷却时间,提高钢铁质量和生产效率。

3. 电磁搅拌技术电磁搅拌技术是指利用电磁力作用在钢液中引入电流,强迫金属液体产生对流和搅拌的技术。

该技术可用于改善钢铁内部组织结构,提高钢铁品质,减少非金属夹杂物和气孔等缺陷。

4. 电磁铸造技术采用电磁技术进行钢铁铸造,在铸造过程中对铸造材料加热和搅拌,从而实现更快更高效的铸造过程。

该技术可用于提高铸造件的密度、结合度,在提升生产效率的同时,也能降低铸造件的缺陷率。

二、电磁技术在钢铁冶炼中的研究进展1. 磁悬浮技术在钢铁冶炼领域的应用目前,磁悬浮技术在钢铁冶炼工业领域的应用正变得越来越普遍。

Bechtel公司研制出一种基于磁悬浮技术的新型连铸机,该技术可大大减少钢铁生产过程中的不良因素和废品率,增加了生产效率。

2. 电磁隔渣技术的发展传统的钢铁冶炼过程中,会产生大量的隔渣。

电磁隔渣技术是一种旨在减少隔渣量、减少水污染以及降低成本的新型技术,该技术基于电磁感应、电磁场辅助和动态隔渣理论,可以在传统冶炼中取代高消耗的物理隔渣器,大幅提升钢铁质量,并能将含钢的渣料回收利用。

3. 磁流变技术的应用磁流变技术是一种利用磁场来改变流体的物理性质的技术,其特点是可以自动地控制流体的流量和流动方向,提高工作效率。

在钢铁冶炼过程中,磁流变技术可用于提高炉缸式发动机的热效率,从而降低温室气体排放量。

从法拉第电磁感应定律看电磁感应的应用与发展

从法拉第电磁感应定律看电磁感应的应用与发展

从法拉第电磁感应定律看电磁感应的应用与发展电磁感应是电磁学的重要基础理论之一,也是现代科学技术的核心内容之一。

法拉第电磁感应定律是描述电磁感应现象的基本定律,通过应用和发展这一定律,人类创造了许多重要的科技产品和工艺,并推动了社会的发展进步。

本文将从法拉第电磁感应定律的应用和发展两个方面进行论述。

一、法拉第电磁感应定律的应用1. 发电机法拉第电磁感应定律的最重要应用就是发电机。

根据法拉第电磁感应定律,当磁通量的变化率通过一定的线圈时,会在线圈内感应出电动势。

利用这一原理,人们发明了发电机,将机械能转换为电能。

以水轮发电机为例,机械能通过水轮的转动转化为旋转磁场,这个旋转磁场会经过线圈,从而在线圈内产生电动势。

通过引入导线回路,电动势将驱动电子在回路中移动,最终产生电流。

通过这种方式,我们能够利用自然界的能量,如水能、风能等,将其转换成电能,为人们的生产和生活提供了巨大便利。

2. 变压器变压器也是法拉第电磁感应定律的重要应用之一。

变压器通过改变电流的大小,实现了电能的高效传输和分配。

变压器由两个线圈组成,分别为原线圈和副线圈。

根据法拉第电磁感应定律,当原线圈中的电流发生变化时,会在副线圈中感应出电动势。

利用这一原理,我们可以根据需要调整原线圈和副线圈的匝数比,从而使输入和输出的电压相应变化。

通过变压器,我们能够方便地调整电压大小,实现输电线路中的电压升降。

3. 感应加热感应加热是将电磁感应定律应用于工业制造领域的重要技术之一。

感应加热利用电磁感应现象,将交变磁场穿过导体,使导体内部产生涡流,从而达到加热的目的。

通过这种方式,我们可以实现对金属材料的精确加热,提高生产效率和产品质量。

感应加热广泛应用于钢铁、航空航天、汽车制造等领域,成为现代工业生产中不可或缺的一部分。

二、法拉第电磁感应定律的发展1. 远距离无线能量传输技术远距离无线能量传输技术是法拉第电磁感应定律在近年来的重要发展之一。

传统上,能量传输需要通过导线实现,这在某些场合限制了应用的灵活性和便利性。

电磁感应现象在感应加热技术中的应用

电磁感应现象在感应加热技术中的应用

电磁感应现象在感应加热技术中的应用在现代工业和日常生活中,感应加热技术凭借其高效、节能、环保等诸多优点,得到了广泛的应用。

而这一技术的核心原理正是电磁感应现象。

电磁感应现象是指当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中会产生感应电动势,从而形成感应电流。

这一现象是由英国科学家法拉第在 1831 年发现的。

感应加热技术利用电磁感应原理,将工件置于交变磁场中,工件内部会产生感应电流。

由于工件自身存在电阻,感应电流会使工件发热,从而实现加热的目的。

感应加热技术具有众多优势。

首先,它加热速度快。

由于感应电流在工件内部直接产生热量,热量传递迅速,能够在短时间内将工件加热到所需温度。

其次,加热效率高。

能量直接在工件内部转化为热能,减少了能量的散失和浪费。

再者,加热均匀性好。

感应电流在工件内部均匀分布,使得工件整体受热均匀,能够有效避免局部过热或过冷的情况。

此外,感应加热还具有易于控制、环境友好等优点。

在工业生产中,感应加热技术有着广泛的应用。

例如,在金属加工领域,感应加热常用于金属的熔炼、锻造、淬火、回火等工艺。

在熔炼过程中,通过感应加热可以快速将金属原料熔化成液态,提高生产效率。

在锻造工艺中,先将金属坯料加热到合适的温度,使其塑性增加,便于进行锻造加工。

而在淬火和回火过程中,感应加热能够精确控制加热温度和时间,从而改善金属材料的性能。

在机械制造行业,感应加热用于零件的表面热处理。

通过对零件表面进行快速加热和冷却,可以提高零件表面的硬度和耐磨性,延长零件的使用寿命。

例如,汽车发动机的曲轴、齿轮等零件常常采用感应加热进行表面淬火处理。

感应加热技术在电子行业也发挥着重要作用。

在印制电路板(PCB)的制造过程中,需要对多层电路板进行层压和固化。

感应加热能够提供均匀的加热,确保层压和固化效果良好,提高PCB 的质量和可靠性。

除了工业领域,感应加热技术在日常生活中也有应用。

例如,电磁炉就是利用感应加热原理工作的。

电磁炉内部的线圈产生交变磁场,使锅底产生感应电流从而发热,实现对食物的加热。

电磁感应加热技术的发展

电磁感应加热技术的发展

电磁感应加热技术的发展磁感应加热来源于法拉第发现的电磁感应现象,也就是交变的电流会在导体中产生感应电流,从而导致导体发热。

1890年瑞典技术人员发明了第一台感应熔炼炉——开槽式有芯炉,1916年美国人发明了闭槽有芯炉,从此感应加热技术逐渐进入实用化阶段。

20世纪电力电子器件和技术的飞速发展,极大地促进了感应加热技术的发展。

1957年,美国研制出作为电力电子器件里程碑的晶闸管,标志着现代电力电子技术的开始,也引发了感应加热技术的革命。

1966年,瑞士和西德首先利用晶闸管研制感应加热装置,从此感应加热技术开始飞速发展。

20世纪80年代后,电力电子器件再次快速发展,GTO、MOSFET、IGBT、M CT及SIT等器件相继出现。

感应加热装置也逐渐摒弃晶闸管,开始采用这些新器件。

现在比较常用的是IGBT和MOSFET,IGBT用于较大功率场合,而MOSFET用于较高频率场合。

据报道,国外可以采用IGBT将感应加热装置做到功率超过1000kW ,频率超过50kHz。

而MOSFET较适用高频场合,通常应用在几千瓦的中小功率场合,频率可达到500kHz以上,甚至几兆赫兹。

然而国外也有推出采用MOSFET的大功率的感应加热装置,比如美国研制的2000kW /400kHz的装置。

我国感应热处理技术的真正应用始于1956年,从前苏联引入,主要应用在汽车工业。

随着20世纪电源设备的制造,感应淬火工艺装备也紧随其后得到发展。

现在国内感应淬火工艺装备制造业也日益扩大,产品品种多,原来需要进口的装备,逐步被国产品所取代,在为国家节省外汇的同时,发展了国内的相关企业。

目前感应加热制造业的服务对象主要是汽车制造业,今后现代冶金工业将对感应加热有较大需求。

一、感应加热特点 感应加热技术具有快速、清洁、节能、易于实现自动化和在线生产、生产效率高等特点,是内部热源,属非接触加热方式,能提供高的功率密度,在加热表面及深度上有高度灵活的选择性,能在各种载气中工作(空气、保护气、真空),损耗极低,不产生任何物理污染,符合环保和可持续发展方针,是绿色环保型加热工艺之一。

感应加热的原理与应用论文

感应加热的原理与应用论文

感应加热的原理与应用论文引言感应加热是一种利用电磁感应原理实现加热的技术,它在许多领域中得到了广泛应用。

本文将介绍感应加热的基本原理、应用领域以及其在现代工业中的作用。

感应加热的原理感应加热是基于电磁感应现象的一种加热方式。

当变化的电流通过线圈时,会在周围产生变化的磁场。

当导体置于这个变化的磁场中时,由于导体中存在自由电荷,自由电荷受到磁场的作用而发生运动,从而使导体产生热量。

感应加热的原理可简化为以下几个步骤: 1. 通过交流电源提供变化的电流。

2. 电流通过线圈产生变化的磁场。

3. 将待加热的导体置于磁场中。

4. 自由电荷在磁场的作用下发生运动产生热量。

感应加热的优势感应加热具有许多优势,使得它在工业中得到广泛应用。

以下是感应加热的一些优势: - 快速加热:感应加热可以在短时间内将导体加热到需要的温度,节省了时间。

- 高效率:感应加热由于直接作用于导体,能量转化效率高。

- 均匀加热:感应加热可以实现导体的均匀加热,避免了局部过热或过冷的问题。

- 精确控制:感应加热可以通过调节电流的大小和频率来精确控制加热温度。

- 清洁环保:感应加热没有明火和燃烧产物,无污染,对环境友好。

感应加热的应用领域感应加热的应用领域非常广泛,下面列举了几个重要的应用领域:- 金属加热:感应加热广泛应用于金属的加热和熔化过程,如金属锻造、熔炼和淬火等。

- 塑料加热:感应加热可用于塑料的各种加工过程,如塑料焊接、塑料热合和塑料热成型等。

- 医疗器械:感应加热被应用于医疗器械的消毒和无菌处理,确保医疗器械的卫生安全。

- 食品加热:感应加热可以用于食品的加热和烹饪过程,如感应炉和感应灶等。

感应加热在现代工业中的作用感应加热在现代工业中发挥着重要的作用,以下是几个示例: - 金属加工:感应加热可以用于金属的锻造、热处理和焊接等工艺,提高了生产效率和产品质量。

- 电子制造:感应加热广泛应用于电子元件的焊接和回流焊等工艺,确保了电子产品的质量和可靠性。

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电磁感应加热技术的发展磁感应加热来源于法拉第发现的电磁感应现象,也就是交变的电流会在导体中产生感应电流,从而导致导体发热。

1890年瑞典技术人员发明了第一台感应熔炼炉——开槽式有芯炉,1916年美国人发明了闭槽有芯炉,从此感应加热技术逐渐进入实用化阶段。

20世纪电力电子器件和技术的飞速发展,极大地促进了感应加热技术的发展。

1957年,美国研制出作为电力电子器件里程碑的晶闸管,标志着现代电力电子技术的开始,也引发了感应加热技术的革命。

1966年,瑞士和西德首先利用晶闸管研制感应加热装置,从此感应加热技术开始飞速发展。

20世纪80年代后,电力电子器件再次快速发展,GTO、MOSFET、IGBT、M CT及SIT等器件相继出现。

感应加热装置也逐渐摒弃晶闸管,开始采用这些新器件。

现在比较常用的是IGBT和MOSFET,IGBT用于较大功率场合,而MOSFET用于较高频率场合。

据报道,国外可以采用IGBT将感应加热装置做到功率超过1000kW ,频率超过50kHz。

而MOSFET较适用高频场合,通常应用在几千瓦的中小功率场合,频率可达到500kHz以上,甚至几兆赫兹。

然而国外也有推出采用MOSFET的大功率的感应加热装置,比如美国研制的2000kW /400kHz的装置。

我国感应热处理技术的真正应用始于1956年,从前苏联引入,主要应用在汽车工业。

随着20世纪电源设备的制造,感应淬火工艺装备也紧随其后得到发展。

现在国内感应淬火工艺装备制造业也日益扩大,产品品种多,原来需要进口的装备,逐步被国产品所取代,在为国家节省外汇的同时,发展了国内的相关企业。

目前感应加热制造业的服务对象主要是汽车制造业,今后现代冶金工业将对感应加热有较大需求。

一、感应加热特点感应加热技术具有快速、清洁、节能、易于实现自动化和在线生产、生产效率高等特点,是内部热源,属非接触加热方式,能提供高的功率密度,在加热表面及深度上有高度灵活的选择性,能在各种载气中工作(空气、保护气、真空),损耗极低,不产生任何物理污染,符合环保和可持续发展方针,是绿色环保型加热工艺之一。

它与可控气氛热处理、真空热处理少无氧化技术已成为热处理技术的发展主流。

其主要应用有:(1)冶金有色金属的冶炼,金属材料的热处理,锻造、挤压、轧制等型材生产的透热,焊管生产的焊缝。

(2)机械制造各种机械零件的淬火,以及淬火后的回火、退火和正火等热处理的加热;压力加工前的透热。

(3)轻工罐头以及其他包装的封口,比如着名的利乐砖的封口包装。

(4)电子电子管真空除气的加热。

(5)特殊应用如等离子、堆焊等。

以一汽为例,在生产的中型车、轻型车和轿车上,就有近200种零件需要感应加热淬火处理,从感应加热淬火零件的形状和尺寸来看,可称得上花样繁多且大小均有。

随着感应淬火技术的不断发展,感应淬火的零件已上升到占全部热处理零件的50%左右。

据有关数据表明,在我国的汽车工业中,感应热处理的应用正进入世界先进水平的行列。

二、感应加热新工艺感应加热工艺是感应加热技术水平的主要体现,是技术发展的基础,先进的感应加热工艺技术可以有效地发挥感应加热的特点,实现高效、节能的局部热处理。

(1)纵向感应加热淬火半轴纵向感应加热淬火已用于汽车、拖拉机工业。

半轴纵向加热是一次淬火。

在德国、美国有半轴一次淬火专用机床,将加热、校正和淬火在一台机床上完成,提高了生产率,一次淬火与连续淬火相同产量的设备占地面积各为40m2与115m2。

(2)曲轴颈圆角淬火曲轴颈圆角淬火后,疲劳强度比正火的提高一倍,我国生产的康明斯与NH发动机曲轴均已采用此种工艺。

(3)低淬透性钢齿轮淬火早在20世纪70年代我国曾进行55DT、60DT、70DT钢研究并取得初步成果,以后因钢的淬透性不稳定等原因,低淬钢未继续用于生产。

1992年俄罗斯低淬钢创始人,K.3ЩЕПЕ ЛЯКОВСКЦЦ博士来中国讲学,并到某一钢厂调查冶炼低淬钢的条件,认为该厂完全具备生产低淬钢条件。

YB 2009—1981《低淬透性含钛优质碳素结构钢》中对合金元素的控制与俄罗斯不同,(俄)1054—74、58(55П П)钢的元素含量对Mn、Cr、Ni、Cu四元素之和规定要求<0.5%(质量分数),而YB2009—8155Ti钢对Cr、Ni、Cu三元素之和规定<0.5%(质量分数),这可能是关键所在。

俄罗斯低淬钢及控制淬透性钢已大量应用于汽车、拖拉机后桥齿轮、挖掘机齿轮、传动十字轴、火车车厢用滚动轴承、汽车板簧和铁路螺旋弹簧等,取得了极大的经济效益。

(4)感应电阻淬火众所周知,转向齿条的齿部采用感应电阻法淬火,国内已有三台以上的进口机床在生产。

英国一台机床将此工艺用于齿轮生产,发现淬火后齿轮基本不变形并可随后进入装配工序。

(5)曲轴轴颈固定加热淬火新设备称为Gr ankproTM,用二个半环形固定加热感应器取代8字半环形旋转加热感应带。

此套设备能对曲颈进行淬火与回火,与老工艺相比,具有节能、占地面积小、工件变形小和感应器寿命长等优点。

三、感应加热电源及技术在电源方面晶闸管中频取代机式发电机。

20世纪90年代初,国内晶闸管电源厂曾如雨后春笋,遍地开花,经过优胜劣汰的竞争,现在生产厂已趋向稳定。

目前晶闸管电源又在向IGBT晶体管电源发展,而电子管高频则将发展为MOSFET晶体管电源,手提晶体管超音频、高频电源市场竞争十分激烈,其未来也将是谁的质量高、技术水平高,谁就能站稳脚跟。

国产中频电源目前都采用并联谐振型逆变器结构。

因此,在研究和开发更大容量的并联逆变中频电源的同时,研制结构简单、易于频繁起动的串联逆变中频电源是国内中频感应加热装置领域有待解决的问题,尤其是在熔炼、铸造应用中,串联逆变电源易实现全工况下恒功率输出(有利于降低电能吨耗)及一机多负载功率分配控制,更值得推广应用。

在超音频(10~100kHz)范围内,由于晶闸管本身开关特性等参数的限制,给研制该频段的电源带来了很大的技术难度。

虽然在80年代浙江大学采用晶闸管倍频电路研制了50kW /50kHz超音频电源,采用时间分割电路研制了30kHz的晶闸管超音频电源,但由于倍频电路的双谐振回路耦合使负载呈非线性,时变加热负载参数与谐振回路参数匹配调试相当复杂,而时间分割电路控制和主回路结构复杂,逆变管利用率低,因此没有得到很好的推广应用。

70至80年代初,人们将现代半导体微集成加工技术与功率半导体技术进行结合,相继开发出一大批全控电力电子半导体器件(GTR、MOSFET、SIT、SITH及MCT等),为全固态超音频、高频电源的研制打下了坚实的基础。

在高频(100kHz以上)频段,目前国外正处在从传统的电子管电源向晶体管化全固态电源的过渡阶段。

日本某些公司采用SIT,电源水平在80年代末达到了1000kW、200kHz,400kW、400kHz。

而在欧美,由于SIT存在高通态损耗(SIT工作于非饱和区)等缺陷,其高频功率器件以MOSFET为主。

随着MOSFET功率器件的模块化、大容量化,MOSFET高频感应加热电源的容量得到了飞速发展。

西班牙采用MOSFET的电流型感应加热电源制造水平达600kW、400kHz,德国在1989年研制的电流型MOSFET感应加热电源水平达480kW、50~200kHz,比利时I nductoEiphiac公司生产的电流型MOSFET感应加热电源水平可达1000kW、15~600kHz。

浙江大学在90年代研制出20kW、300kHz MOSFET高频电源,已被成功应用于小型刀具的表面热处理和飞机涡轮叶片的热应力考核。

目前,感应加热电源在中频频段主要采用晶闸管,超音频频段主要采用IGBT,而在高频频段,由于SIT存在高导通损耗等缺陷,国际上主要发展MOSFET电源。

感应加热电源虽采用谐振逆变器,有利于功率器件实现软开关,但是感应加热电源通常功率较大,对功率器件、无源器件、电缆、布线、接地和屏蔽等均有许多特殊要求。

因此,实现感应加热电源高频化仍有许多应用基础技术需要进一步探讨,特别是新型高频大功率器件(如MCT、IGBT及SIT功率器件等)的问世,将进一步促进高频感应加热电源的发展。

从电路的角度来考虑感应加热电源的大容量化,可将大容量化技术分为两大类:一类是器件的串、并联;另一类是多桥或多台电源的串、并联。

在器件的串、并联方式中,必须认真处理串联器件的均压问题和并联器件的均流问题,由于器件制造工艺和参数的离散性,限制了器件的串、并联数目,且串、并联数越多,装置的可靠性越差。

多台电源的串、并联技术是在器件串、并联技术基础上进一步再容量化的有效手段,借助于可靠的电源串、并联技术,在单机容量适当的情况下,可简单地通过串、并联运行方式得到大容量装置,每台单机只是装置的一个单元(或一个模块)。

感应加热电源逆变器主要有并联逆变器和串联逆变器,串联逆变器输出可等效为一低阻抗的电压源,当两电压源并联时,相互间的幅值、相位和频率不同或波动时将导致很大的环流,以至逆变器件的电流产生严重不均,因此,串联逆变器存在并机扩容困难;而对并联逆变器,逆变器输入端的直流大电抗器可充当各并联逆变器之间的电流缓冲环节,使得输入端的AG/DG或DG/DG环节有足够的时间来纠正直流电流的偏差,达到多机并联扩容,晶体管化超音频、高频电流多采用并联逆变器结构,并联逆变器易于模块化、大容量化是其中的一个主要原因。

感应加热电源的负载对象各式各样,而电源逆变器与负载是一有机的整体,一般采用匹配变压器连接电源和负载感应器,高频、超音频电源用的匹配变压器从磁性材料到绕组结构正在得到进一步的优化改进,同时,从电路拓扑上可以用三无源元件代替二无源元件,以取消变压器,实现高效、低成本匹配。

感应加热电源,晶闸管、晶体管与电子管式在国内均能生产。

晶闸管电源已生产应用多年。

目前IGBT电源因其优点更多而更为用户所采用。

MOSFET电源电效率高、低压,但价格较高,正在逐步取代电子管高频电源。

手提式小型高频电源因价廉、方便,在国内应用广泛,甚至进入国外市场。

超高频电源(27.12MHz),过去依赖进口,现在国内有企业已进行生产,解决了刀片、锯条等特殊工艺的需要。

随着感应热处理生产线自动化控制程度及电源高可靠性要求的提高,必须加强加热工艺成套装置的开发。

同时感应加热系统正向智能化控制方向发展,具有计算机智能接口、远程控制和故障自动诊断等控制性能的感应加热电源系统正成为下一代的发展目标。

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