高频设备使用维修大家谈 点击：10422 | 回复：167
发表于：2006-09-16 16:15:00
楼主
欢迎各位高工来对高频加热设备的关注,如有问题大家会尽量解决高频感应加热设备振荡功率：3.5Kw－800Kw 振荡频率：250KHz 主要用途：真空热处理、淬火 高频焊管 钎焊 高频螺旋翅片焊管 高频感应加热设备 （一）概况 高频感应加热设备是金属加工行业广泛使用的设备，常用于金属热处理、焊接、熔炼等生产领域。它主要由交流调压电源、升压变压器、高压整流硅、电子管震荡器、高频输出机构等组成 、 （二）设备的特点 由于采用了先进的微机处理技术，可大幅度、无级平滑的调节整机对过流进行监测，使整机得到非常可靠的保护，从而提高了设备的稳定性和可靠性。 1、众所周知，晶闸管控制技术为相控技术，即晶闸管触发脉冲时序必须严格与主回路同步， 对主回路三相进线要求按正确的相序接入，并且触发脉冲按照合适的初始相位角触发晶管闸管才能使调压电源正常工作，保证晶闸管可靠的实现自然换流，这一点对现场调试来说是非常苛刻的。因此，调压电源IV型控制板针对这一点做了极大的改进，在保证柜内配线按照电气原理图实施后，主回路三相电源进线可以不考虑相序，从而对设备调试的要求降低，大大提高设备工作性能。 2、调压电源Ⅱ型、Ⅲ型在实现触发脉冲与电网同步的另一个重要措施是采用锁相环电里、该电路给单片机提供每周六个自然换相点，因此锁相环电路稳定工作是整个控制系统正常工作的重要基础。Ⅱ型、Ⅲ型调压电源十多年现场运行经验表明，该电路经常由于元件老化或环境温度变化，或人为的失误等原因，导致锁相环电路失锁，从而影响整个控制系统正常工作，因此Ⅳ型调节、压电源采用数字锁相技术，没有调整元件，从而消除了锁相电路工作失稳带来的后果，大大提高了设备可靠性。 3、增加调试功能，Ⅳ型调节电源增加按比例控制的调压功能，从而对假负载的调试直观，对判断调压电源内部故障提供了更多方便。 4、过流保护措施更完善，对主回路进线过流保护按硬件过流是软件过流1，2倍设计，因此只需测试软件过流整定值即可。 5、增加测试功能。 6、更完善的抗干扰措施。 利用感应加热的趋肤效应，很容易实现工件的表面加热、表面淬火，控制加热功率、频率或加热时间就可控制加热深度和加热温度，就可获得不同深度的淬硬层及硬度。国内外大量的实验经验证明:感应加热是表面淬火最理想的一种加热方式 。 加热电源功率可按下式选择 P=（0.5~2）S P=总电源功率(KW) S=淬火感应圈所覆盖工件的表面面积单位(平方厘米) 我公司可向用户提供成套感应热处理淬火设备及交钥匙工程。 成套设备其中包括：感应加热电源、数控轴类感应加热淬火机床(立式,卧式及其它型式)、淬火变压器、各种规格另件的淬火感应加热器,淬火液的回收及冷却系统等。 我公司生产的轴类感应加热淬火机床采用专用工控机控制，具有编程方便，定位精度高，稳定性好，操作简单方便，生效率高等优点。对于轴类工件,可分为工件移动或感应器移动两种方式。该淬火机床可储存1~99种不同工件的淬火加热工艺参数，特别适用于对多品种，小批量热处理工件的加工场合，使用该种淬火机床后，可使人为因素降到最低限度，可显著提高产品热处理质量及成批生产产品的一致性。
发表于：2007-10-14 10:16:00
90楼
固态高频电源的工作原理
固态高频电源采用常见的交—直—交变频结构。三相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，整流器采用三相晶闸管全控整流桥，通过控制晶闸管导通延时角α，达到调节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，要求逆变器输入平滑的直流电压（其纹波系数小于1%），这一点对焊管来说是非常重要的，因为平滑的直流电压最终将导致钢管焊缝内毛刺非常平整，通过挤压辊工艺调整，采用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最大电流容量只有36A，由于受到多管并联后器件均流和动态分布参数的影响，单逆变桥功率以设计50kW为宜，更大容量的电源设备则应采取第二个扩容方法，即并联逆变桥方式实现。由于电压谐振型逆变器多采用匹配变压器付边串联来合成功率输出，因此对于高频逆变器并联来说，输入和输出均为软连接，一定程度上放宽了对逆变器一致性的要求，因此从理论上来说，并联桥数量不会受到限制，这样解决了固态高频的大容量化问题。采用这种方式合成功率的另一个目的是对并联后的高频逆变器实现了强制均流，在恒压源供电的情况下，最大程度上实现了高频逆变器的安全化。
图1是固态高频焊管设备的框图。
几个特殊问题的介绍
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、阻性和感性。由于功率MOSFET在制造中存在反并联寄生二极管，该管的反向恢复时间约为2μs，在工作频率为400kHz时，其反向恢复时间超过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，在逆变器换向时上下桥臂出现短路，形成很大的环流，导致功率MOSFET损坏。这表明常规的串联型逆变器不能工作于容性状态，为了避免这种工作状态，一方面要求逆变控制的频率跟踪速度很快，达到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；另一方面为了避免动态过程中进入容性状态，要求正常工作时的感性角度很大（φ>30°），这样造成功率MOSFET开关损耗增加，逆变器功率因数降低，从而失去固态设备高效节能的根本优势。解决上述问题的最佳办法是克服寄生二极管的影响，即通过外部串并联快恢复二极管对串联型逆变器进行改造，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，从而达到提高逆变器功率因数和实现功率MOSFET软开关的目的。
2 逆变器的频率跟踪
逆变控制原理框图
在高频焊管过程中，高频逆变器总是工作在谐振状态附近的，由于负载的影响造成槽路等效参数的变化，将使逆变器偏离最佳工作点，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远时，在一定Q值下会使负载等效阻抗增大，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能力是至关重要的，图2是采用锁相环电路实现频率自动跟踪和相角锁定的逆变控制原理图，根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高低电平信号，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控制信号，调节压控振荡器的输出频率，从而达到频率自动跟踪和锁定逆变器相位的目的。
3设计输出功率偏大
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，因为直流侧电压和电流都不能超过其允许值，也就是说存在Udmax和Idmax，只有当电压和电流同时达到最大时，才能保证输出最大功率。对于同一焊管机组，由于更换钢管规格、钢管壁厚的变化、采用不同的感应器等都会引起负载匹配问题，当然负载匹配不可能也不必要做到无级调节，在设计固态高频焊管设备时应按照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，设备功率允许在110%额定功率下长期运行；
②负载匹配一般时，设备工作保证在100%额定功率下长期运行；
③负载匹配较差时，设备功率保证在90%额定功率下长期运行。
4 安全余量大
对于50kW高频逆变器，Idmax=120A，逆变器桥臂采用8只36A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额定电流的1/3-1/2区域内，保证高频逆变器有合理的安全裕量。
5 输出频率高
固态高频焊管设备能够适应的最高工作频率代表设备制造水平，这与控制技术、主电路器件选择、工艺水平等密切相关。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）效率受频率影响较大，焊接频率降低，焊接变压器耦合效率降低，从而影响整机效率。参照电子管焊管设备频率设计，固态设备根据功率大小应设计的输出频率为：对于60kW设备，输出频率500-550kHz；对于100kW设备，输出频率400-450kHz；对于150kW、200kW设备，输出频率350-400kHz；对于200kW以上设备，输出频率300-350kHz
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