1.8 感应加热电源的研究意义
由于电磁感应加热具有加热效率高、速度快,可控性好及易于实现机械化、自动化等优点,已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。在国外,感应加热技术已日趋成熟。在铸造方面,正在迅速发展双联熔炼工艺,即利用感应加热炉保温改性,进行球墨铸铁或合金钢的精密浇铸;在锻造方面,利用感应加热实现快速透热热锻,其材料利用率可达85%,铸件表面光洁度可小于50微米。随着我国电力供应的改善,环保要求的提高,发展和扩大感应熔炼炉的规模,在大型企业推广双联熔炼工艺,改造我国铸造行业已成为可能。这一改造工程不但涉及到感应加热电源,保温炉的设计制造,还涉及到双联熔炼工艺的最佳化控制系统设计等。
1.9 课题主要研究内容及任务
1、感应加热电源工作原理分析;
2、设计将加热材料从室温加热到950°C的感应加热电源主电路设计。选择加热频率、确定加热时间、感应加热器尺寸、加热功率,计算电参数、冷却水; 电源主电路设计;
3、感应加热电源控制系统设计。
1.10 本课题的方案论证
本设计的感应加热电源拟采用IGBT作为开关器件。以理论计算进行对感应加热电源线圈部分的设计。在线圈部分的计算完成后,进行加热电路部分的设计。冷却方式拟采用水冷却。
(1) 技术可行性
绝缘栅极功率晶体管有以下几个特点:
1、良好的自关断性能。IGBT的开通和关断完全取决于栅极控制电压的幅值,不必借助复杂的换流电路。使IGBT电源控制方便,启动性能较好。
2、通态电阻具有正温度系数。即管子的结温越高,通态电阻越大,通态电流也就越小。这说明IGBT具有自动电流平衡的作用。这使得大容量电源中IGBT的并联使用更容易实现。
3、目前IGBT的保护技术已经发展得十分完善,主要通过管于通态压降检测,运用降栅压、缓关断技术,反应时间短,保护迅速及时。
4、IGBT的开关频率最高可达几十千赫兹,完全覆盖低频、中频以及超音频频段。
由于绝缘门极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)集合了MOSFET和BJT的优点,在现代电力电子技术的许多场合都得到了应用。随着IGBT模块化、大容量化和高频化的发展,由其构成的感应加热电源装置已成为现实。
因此,本方案从技术上而言完全可行。
(2) 经济可行性
感应加热具有节能,加热速度快,适合局部加热,且表面氧化层少等优点。
全固态电源有如下优点:
1、固态电源电路体积小。包括电源和感应器及水冷却系统,整个体积1000mm×1000mm×1700mm左右。
2、固态电源电路效率高。若不计输出变压器损失效率,电源本身的效率可达90% 以上,而电子管振荡式电源效率只能达到50% ~60% 。
3、固态电源电路控制方便可靠,启动迅速,负载适应范围宽,工作电压低,操作安全。
4、固态电源电路寿命长。
5、固态电源电路在高频产生过程中电压低,安全性好。
综上所述,本方案在经济角度上完全可行。
(3) 方案可行性
感应加热技术是利用电磁感应原理对工件进行加热, 其核心是感应加热电源。由于感应加热具有加热速度快、热效率高、加热均匀和易于实现机械化、自动化等优点, 在铸造熔炼、锻造毛坯加热、钢管弯曲、金属表面热处理、焊接、粉末冶金等行业中被广泛应用。随着感应加热理论和感应加热装置的不断发展, 其应用领域也随之扩大, 应用范围越来越广, 如微波炉、电磁炉等已进入人们的日常生活。随着感应加热技术的不断普及化及其适用范围的大众化,本方案可行。
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