感應電源的發(fā)展趨勢

洛陽科諾工業(yè)設備有限公司 馮志宇

數(shù)字化IGBT變頻感應加熱電源的特點：模擬化→數(shù)字化（DSP+IGBT）→智能化；變頻自適應設計（自適應范圍50kHz）；負載自動匹配技術（變載自適應）；高功率因數(shù)、低諧波、高效節(jié)能；智能化保護系統(tǒng)、感應加熱控制管理系統(tǒng)。這些特點決定了國際IGBT感應加熱電源的發(fā)展趨勢將向淬火、透熱、熔煉一機多用的通用型電源發(fā)展。

科諾擁有第三代數(shù)字化IGBT變頻感應電源技術與制造能力，大功率、數(shù)字化、變頻IGBT感應加熱電源和數(shù)字化感應加熱控制管理系統(tǒng)的成功應用，打破了國際技術壟斷，填補了國內IGBT變頻感應加熱裝置的技術空白。科諾大功率、數(shù)字化IGBT變頻感應加熱電源具有高可靠性、低故障率的特點。科諾技術水平：可生產(chǎn)中頻、超音頻、高頻，功率在100～3000kW，頻率在0.2～200kHz，功率因數(shù)>0.93，并聯(lián)、串聯(lián)數(shù)字化變頻電源。國內外感應加熱電源解決方案對比：中頻（0.2～10kHz）方面國內一般都是KGPS可控硅/晶閘管，國外企業(yè)像EFD和EMA等都是IGBT晶體管，科諾也做到了IGBT晶體管；超音頻（10～50kHz）方面國內外都是IGBT晶體管；高頻（>50kHz）方面，國內一般是MOSFET/電子管，國外IGBT企業(yè)像EFD和EMA等都是IGBT晶體管，科諾也做到了IGBT晶體管。

感應加熱設備構成

感應加熱設備的構成主要分為工件/鋼材、負載系統(tǒng)、上下料機構、冷卻系統(tǒng)、工藝調整和IGBT感應加熱電源，其中IGBT感應加熱電源是感應加熱的核心部分。

（1）IGBT感應加熱電源 是工件或鋼材加熱的工作主機，電源頻率決定電流透入深度，從而影響工件或鋼材加熱層深度、硬度、金相組織、加熱溫度均勻性、熱效率等，功率密度決定了加熱速度、能耗等。感應加熱電源的技術水平?jīng)Q定了工件或鋼材熱處理質量、溫度控制精度、能耗等。

（2）負載系統(tǒng)（變壓器、電容、感應器） 變壓器、電容器的作用是阻抗匹配（功率、頻率），感應器的選用與設計是影響感應加熱效果的另一個重要因素，并對節(jié)能效果產(chǎn)生重大影響。

（3）上下料機構及控制柜上下料機構（淬火機床、液壓系統(tǒng)、氣缸等）是感應加熱裝置的輔助部分，是對工件或鋼材進行夾持、定位、位移等的工具。適應批量生產(chǎn)提高效率。控制柜對上下料機構執(zhí)行夾持、定位、運動動作發(fā)出指令。

（4）冷卻系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)作用是感應加熱裝置、負載系統(tǒng)、淬火液三大部分的冷卻，工作在合理溫度范圍內，對整個裝置穩(wěn)定運行起重要作用。

（5）工藝調整 感應加熱設備的工藝調整，主要是調整感應加熱電源和負載（感應器、變壓器、電容器）的匹配，以實現(xiàn)工件的性能參數(shù)要求。感應加熱電源的綜合性能決定了工藝調整的難度和精度，最終決定了加工產(chǎn)品的質量。淬火液的介質、濃度、溫度、噴淋量、壓力；負載系統(tǒng)的最佳匹配（電容器抽頭、變壓器匝比、感應器結構），是用戶工藝技術人員在設備所具備能力的基礎上進行調試。

高性能IGBT電源評價標準

IGBT變頻電源特點：質量穩(wěn)定、操作簡便、技術先進。

（1）質量穩(wěn)定 主要是可靠性要高，要具備連續(xù)工作幾個月不發(fā)生故障。

要配有智能化保護系統(tǒng)，優(yōu)點是：在冷卻水壓力不穩(wěn)、溫度過高、三相電源缺相、冷態(tài)工件碰到感應器（接地保護）等情況下，確保電源逆變器禁止輸出功率；實時監(jiān)控系統(tǒng)始終保證IGBT工作在最佳軟開關狀態(tài)，使開關損耗、電壓和電流沖擊、局部溫升等參數(shù)達到最低，既避免了因逆變狀態(tài)偏離最佳時引起的逆變效率降低，又解決IGBT老化加速及后期維護成本高等問題；電源在正常加熱工作時如果突然遇到惡劣工況并不能短時自動恢復，此時分別判斷各種保護信號并發(fā)出故障報警，如：過壓、過流、頻率超限、熱態(tài)工件碰到感應器（接地保護）、IGBT故障等報警信號；保證電源小故障不保護（避免因保護敏感性太強影響工作），大故障不損壞IGBT，待查明原因消除故障后即可繼續(xù)使用。

采用數(shù)字化控制可靠性大幅提升，傳統(tǒng)的模擬電源，采用模擬器件控制，參數(shù)由電阻、電位器等模擬器件確定，這些器件受環(huán)境影響比較明顯，如溫度、濕度變化會造成參數(shù)的變化。科諾電源采用DSP處理器控制，參數(shù)都固化在程序里，環(huán)境變化不會影響內部參數(shù)，相對于模擬控制系統(tǒng)而言，數(shù)字電源具有更高的穩(wěn)定性。

（2）操作簡便 單塊主控板、頻率自動跟蹤，具有故障點少，控制更精確的特點。并且無需頻繁調整或更換多塊主板。負載變化不用開柜門，無需專業(yè)人員調整主控板電位器，普通操作工即能完成，方便快捷。

IGBT變頻電源為用戶快速調整工藝提供了有力的設備保證，方便用戶通過工藝調整，迅速準確地尋找到最佳的頻率、溫度、加熱深度和耗能之間的工藝匹配關系，輕松完成調試工作。加工技術要求不同的工件時，電源會自動跳頻至負載的最佳諧振頻率，即開即用，高效節(jié)能。

一臺科諾變頻電源實現(xiàn)一機多用，適應柔性化需求。比如一臺科諾變頻電源可以和一套1～20kHz或1～50kHz負載（中頻/超音頻）組合，也可以和一套50～80kHz或80～120kHz負載（高頻）組合使用，實現(xiàn)多功能變頻感應淬火機床的功用，相當于一個小型感應熱處理廠或熱處理加熱站。一臺科諾變頻電源+兩套負載（中頻/超音頻：1～20kHz或1～50kHz）+雙工位感應淬火機床=雙頻雙工位感應淬火機床。

（3）先進性 科諾數(shù)字化IGBT變頻電源特點：數(shù)字化電源是基于DSP控制的IGBT變頻電源，頻率自動跟蹤系統(tǒng)（50kHz變頻自適應），負載自動匹配技術（變載自適應），具有數(shù)字化感應加熱控制管理系統(tǒng)。

科諾數(shù)字化感應加熱控制管理系統(tǒng)

（1）質量監(jiān)控系統(tǒng)及質量可追溯功能 以數(shù)據(jù)庫形式，對運行過程中發(fā)生的事件，包括操作、數(shù)據(jù)參數(shù)、故障、報警、產(chǎn)品批次、操作人員編號等，均予以有效記錄。并根據(jù)之前每天的工作記錄快速查找歷史數(shù)據(jù)和曲線，分析質量問題原因及改進方法。

（2）運行狀態(tài)實時監(jiān)控/遠程控制 DSP處理器對電源的運行狀態(tài)及參數(shù)實時監(jiān)控（如電壓、電流、功率、頻率、溫度等）這些狀態(tài)可以通過電源內部的RS485接口直接連入中控網(wǎng)絡，將需要的參數(shù)傳輸給其他控制器（如工控機、數(shù)控系統(tǒng)、筆記本電腦等）。

（3）故障自診斷功能/在線顯示及處理 當操作工誤操作或特殊工況出現(xiàn)報警時，觸摸屏會顯示出故障內容，點擊對應故障的幫助可以查詢到對應故障的解決方法。可使90%以上常見故障由操作人員迅速處理，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了對操作人員技術水平的依賴。精確定位到對單一的IGBT進行故障監(jiān)控。

（4）工藝定制及工藝參數(shù)控制 科諾將變頻電源參數(shù)集成到用戶的生產(chǎn)制造系統(tǒng)和質量管控系統(tǒng)中。用戶或主機制造商可根據(jù)加工的技術要求，修改編程或編制加工工藝。電源在主板上預留RS485接口。可以隨時打印或下載記錄于系統(tǒng)中的任何一次加工過程的工藝參數(shù)修改及對比。

（20140210）