高频感应加热电源设计-开题报告.doc

PAGE 中 北 大 学 毕业设计开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 学 院、系： 信息与通信工程学院、电气工程系 专 业： 电气工程及其自动化 论 文 题 目： 高频感应加热电源设计 指导教师: 2013 年 3月1 毕 业 设 计 开 题 报 告 1．结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文 献 综 述 1.1感应加热的发展简史和用途 感应加热设备又通称感应电炉，主要包括感应熔炼设备和感应加热设备两大类。人们早在19世纪初就发现了电磁感应现象，知道处于交变磁场中的导体内会产生感应电流而引起导体发热。但是，长期以来人们视这种发热为损耗，并为保护电气设备和提高效率而千方百计地减少这种发热。直到19世纪末起人们才开始开发和利用这种热源进行有目的的加热-熔炼、热处理、压力加工前的透热和其它加热，随之出现了各种形式的感应电热设备[1]。感应加热电源已广泛用于金属熔炼、透热、焊接、弯管、表面淬火等热加工和热处理行业。对于不同工件、不同工艺，要求不同的电源工作频率和输出功率。感应加热电源按其工作频率的不同，可分为0．4～10kHz晶闸管中频电源、10～50kHz IGBT超音频电源和l00~400kHz电子管或MOSFET高频电源[2~4］。 1.2 国内外感应加热技术现状 在50年代前，感应加热电源主要有：工频感应熔炼炉、电磁倍频器、中频发电机组和电子管振荡器式高频电源。50年代末硅晶闸管的出现引起了感应加热电源技术以致整个电力电子学的一场革命，感应加热电源及应用得到了飞速发展。至今，在中频（150Hz ~ 10kHz）范围内，晶闸管中频感应加热装置已完全取代了传统的中频发电机组和电磁倍频器。国外装置的最大容量已达数十兆瓦，国内也已形成200Hz ~ 8000Hz，功率为100kW~ 3000kW系列产品，可以配备5t 以下的熔炼炉及更大容量的保温炉，也适用于各种金属透热，表面淬火等热处理工艺［5］。在超音频（10kHz ~ 100kHz）频段内，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，浙江大学在70年代开始研制晶闸管倍频逆变电源，目前产品水平为250 ~ 320kW/ 10 ~ 15kHz，后于80年代末又采用改进型频逆变电路研制了50kW/ 50kHz 晶闸管超音频电源［6］。70年代末和80年代初，出现了一大批全控型电力电子半导体器件，极大地推动了电力电子学发展，为固态超音频、高频电源的研制提供了坚实的基础。第一台晶体管超音频感应加热电源在1985 年面世，其容量为25kW/ 50kHz。1983 年美国GE 公司发明了一新的很有前途的功率器件—IGBT，它综合了MOS 管与双极晶体管的优点，其通态压降低的同时开关速度也加快了，自1988年解决了挚住问题后，大功率高速IGBT 已成为众多加热电源的首选器件，频率高达100kHz，功率高达MW级电源已可实现。如1994 年，日本采用IGBT 研制出了1200kW，50kHz 的电流型并联逆变感应加热电源，逆变器工作于零电压开关状态，并实现了微机控制［7］；西班牙在1993年也已报道了30kW ~ 600kW，50 ~ 100khz 电流型并联逆变感应加热电源［8］，欧、美地区的其他一些国家如英国、法国、瑞士等国的系列化超音频感应加热电源目前最大容量也达数百千瓦。国内在90 年代初，浙江大学开始对IGBT 超音频电源的研制［9］，1996年50kW/ 50khz IGBT电流型并联逆变感应加热电源通过了产品鉴定，目前的研制水平为200kW、50khz，与国外的水平仍有相当大的距离。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，以模块化、大容量化MOSFET 功率器件为主，西班牙采用MOSFET 的电流型感应加热电源制造水平达600kW/ 400khz［10］，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Inducto Eiphiac 公司生产的电流型MOSFET感应加热电源水平可达1000kW/ 15 ~ 600khz。应用于高频电源的另一功率器件为静电感应晶体管（SIT），主要以日本为主，电源水平在80年代末达到了1000kW/ 200khz，400kW/400khz［14］，SIT 开关速度比MOSFET 快，但它存在很大的通态损耗，随着MOSFET、IGBT 性能不断改进，SIT 将失去它存在的价值。国内浙江大学在90 年代研制成20kW/ 300khz MOSFET高频电［15］，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试验中。1996年天