固態(tài)高頻構(gòu)造及工作原理

1固態(tài)高頻構(gòu)造及工作原理固態(tài)高頻構(gòu)造及工作原理1前言目前,我國設(shè)計與制造的高頻焊管設(shè)備都是承受電子管振蕩器的單回路高頻,到達(dá)調(diào)整高頻輸出功率的目的。電子管高頻焊管設(shè)備不僅效率低,體積大,而且存在使用前需要預(yù)熱,電子管使用壽命短等諸多缺點。面都得到很大提高,除在一些特別應(yīng)用領(lǐng)域(如高頻介質(zhì)加熱等行業(yè))外,固態(tài)高頻電源完全能取代電子管高頻電源,而成為一代感應(yīng)加熱電源的代表。大容量?高頻化的固態(tài)高頻電源主要應(yīng)用領(lǐng)域是高頻焊管行業(yè),由于我國高頻焊管行業(yè)存在感應(yīng)器開路?感應(yīng)器與鋼管短路等突變惡劣工況,同時高頻焊管電源根本屬于滿負(fù)荷長期工作制,因此固態(tài)高頻電源在焊管行業(yè)中的應(yīng)用代表了固的固態(tài)高頻電源最具代表性,無論在電源功率?頻率和配套性等方面都具有世界備已在功率60~300KW?頻率300~550KHz范圍內(nèi)取得了成熟的運行與設(shè)計閱歷。MOSFET作為逆變開關(guān)器件的固態(tài)高頻焊管為根底,對電源的工作原理及其在高頻焊管行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展的爭論,2固態(tài)高頻電源的工作原理固態(tài)高頻電源承受常見的交—直—380V電源經(jīng)開關(guān)柜中的降壓變壓器和主接觸器后,送入電源柜中的整流器,整流器承受三相晶閘管全控到達(dá)調(diào)整電源輸出功率大小的目的,整流后的直流電壓經(jīng)濾波環(huán)節(jié)送入高頻逆變器,由高頻逆變器逆變產(chǎn)生單相高頻電源送入諧振電路,經(jīng)焊接變壓器和感應(yīng)器輸出高頻能量,完成鋼管焊接。高頻逆變器可以有串聯(lián)諧振型和并聯(lián)諧振型兩種,由于并聯(lián)諧振型逆變器在高頻電源應(yīng)用中有諸多困難,如需要大功率快恢復(fù)整流二極管等,因此使其在大容量高頻電源中的應(yīng)用受到限制。串聯(lián)諧振型逆變器也稱電壓諧振型逆變器,要求(1%),這一點對焊管來說是格外重要的,由于平滑的直流電壓最終將導(dǎo)致鋼管焊縫內(nèi)毛刺格外平坦,通過擠壓輥工藝調(diào)整,承受固態(tài)電源焊接的鋼管內(nèi)毛刺將很小。大容量化電源將通過兩個途徑來實現(xiàn):其一是功率MOSFET的并聯(lián)構(gòu)成逆變橋,目前高電壓(≥1000V)的MOSFET最36A,由于受到多管并聯(lián)后器件均流和動態(tài)分布參數(shù)的影響,單逆50kW為宜,更大容量的電源設(shè)備則應(yīng)實行其次個擴容方法,即并率輸出,因此對于高頻逆變器并聯(lián)來說,輸入和輸出均為軟連接,肯定程度上放寬了對逆變器全都性的要求,因此從理論上來說,并聯(lián)橋數(shù)量不會受到限制,這樣解的高頻逆變器實現(xiàn)了強制均流,在恒壓源供電的狀況下,最大程度上實現(xiàn)了高頻逆1是固態(tài)高頻焊管設(shè)備的框圖。1固態(tài)高頻焊管設(shè)備框圖固態(tài)高頻電源在焊管行業(yè)中的應(yīng)用(續(xù))3幾個特別問題的介紹3.1逆變器工作狀態(tài)的適應(yīng)范圍感應(yīng)加熱電源受負(fù)載的影響,槽路等效阻抗可能呈現(xiàn)容性?阻性和感應(yīng)三種狀態(tài),即要求高頻逆變器適合工作于容性?MOSFET在制400kHz時,3/4個振蕩周期。當(dāng)常規(guī)的串聯(lián)型逆變器工作在容性時,寄生二極管在容性角度時間內(nèi)流過槽路電流,由于其反向恢復(fù)時間很長,在逆變器,MOSFET的串聯(lián)型逆變器不能工作于容性狀態(tài),為了避開這種工作狀態(tài),一方面要求逆變控制的頻率跟蹤速度很快,到達(dá)在動態(tài)過程中總是保持槽路呈現(xiàn)感性的目的,這是很困難的;另一方面為了避開動態(tài)過程中進(jìn)入容性狀態(tài),要求正常工作時的感性角度(φ>3MOSFET開關(guān)損耗增加,逆變器功率因數(shù)降低,從而失影響,即通過外部串并聯(lián)快恢復(fù)二極管對串聯(lián)型逆變器進(jìn)展改造,由外部并聯(lián)的快恢復(fù)二極管取代寄生二極管的作用,這樣就可以使高頻逆變器工作于諧振狀態(tài),從MOSFET3.2逆變器的頻率跟蹤2逆變掌握原理框圖在高頻焊管過程中,高頻逆變器總是工作在諧振狀態(tài)四周的,由于負(fù)載的影響造成槽路等效參數(shù)的變化,將使逆變器偏離最正確工作點,因而不僅造成功率MOSFET關(guān)斷電流值增加,引起關(guān)斷損耗增大,而且當(dāng)逆變器工作點偏離諧振點較,逆變器功率容量不能充分利用。因此逆變器具有優(yōu)良的頻率自動跟蹤力量是至關(guān)重要的,2是承受鎖相環(huán)電路實現(xiàn)頻率自動跟蹤和相角鎖定的逆變掌握原理圖,依據(jù)互感器檢測到的逆變器輸出電壓和電流的相位關(guān)系,經(jīng)相位檢測電路輸出對應(yīng)相位差的占空比凹凸電平信號,濾波后得到直流電平,該電平反映了輸出電壓電流的基波相移,將直流電平與設(shè)定的相位鎖定值電平比較輸出掌握信號,調(diào)整計輸出功率偏大固態(tài)高頻設(shè)備所標(biāo)稱的功率值為直流側(cè)功率,這與電子管高頻設(shè)備標(biāo)稱振蕩功率是不同的。設(shè)備功率受負(fù)載匹配條件的影響較大,良好的負(fù)載匹配是功率輸出的保證,由于直流側(cè)電壓和電流都不能超過其允許值,Udmax和,機組,由于更換鋼管規(guī)格?鋼管壁厚的變化?承受不同的感應(yīng)器等都會引起負(fù)載匹配問題,固然負(fù)載匹配不行能也不必要做到無級調(diào)整,在設(shè)計固態(tài)高頻焊管設(shè)備時應(yīng)依據(jù)符合工程設(shè)計誤差的原則充分考慮負(fù)載匹配問題:①負(fù)載匹配良好時,設(shè)備100%,90%額定功率下長期運行。3.4安全裕量大50kW高頻逆變器,Idmax=120A,836A功率MOSFET和16只100A快恢復(fù)二極管并聯(lián)組成,其并聯(lián)能承受的額定電流為288A,考慮均流系數(shù)和動態(tài)分布參數(shù)的影響等綜合因素,設(shè)計工作電流在功率MOSFET額定電1/3-1/2區(qū)域內(nèi),3.5輸出頻率高固態(tài)高頻焊管設(shè)備能夠,這與掌握技術(shù)?主電路器?工藝水公平親熱相關(guān)。從焊管工藝來說,小口徑?薄壁鋼管需要較高的焊接頻率,否則由于焊接頻率過低,一方面造成焊縫熱熔區(qū)過寬,所需的焊接功率增加,影響焊接效率和鋼管焊接后的美觀性;另一方面由于焊接變壓器(空芯)效率受,焊接頻率降低,焊接變壓器耦合效率降低,電子管焊管設(shè)備頻率設(shè)計,固態(tài)設(shè)備依據(jù)功率大小應(yīng)設(shè)計的輸出頻率為:對于設(shè)備,500-550kHz;100kW設(shè)備,400-450kHz;對于150kW?200kW設(shè)備,350-400kHz;200kW以上設(shè)備,輸出頻率300-350kHz。4與電子管高頻焊管電源的比較電子管高頻焊管設(shè)備積存了長期的運行設(shè)計閱歷,設(shè)備質(zhì)量和運行穩(wěn)定性已被寬闊焊管企業(yè)所承受。隨著固態(tài)焊管設(shè)備的推廣應(yīng)用,其高效節(jié)能的強勁優(yōu)勢1是兩種焊管設(shè)備的設(shè)計和運行參數(shù)1:兩種焊管設(shè)備設(shè)計和運行參數(shù)比較與國外固態(tài)高頻焊管電源的比較國外固態(tài)高頻電源的進(jìn)展已有十幾年的歷史,由于歐美國家工業(yè)化程度較高,在整機技術(shù)水平和工藝方面與國內(nèi)設(shè)備相比仍有優(yōu)勢,但其昂?修理費用高和不符合中國國情的售后效勞體系都限制了國外焊機,進(jìn)展民族工業(yè),,國內(nèi)設(shè)備應(yīng)著重解決以下問題:①高頻化:國內(nèi)固態(tài)焊機工作頻率最高550kHz,這與國外先進(jìn)固態(tài)焊機工作頻率已到達(dá)600~800kHz相比仍有較大差距,在有色金屬管等特別焊管方面無法取代電子管設(shè)備。因此提高工作頻率,擴大固態(tài)焊機應(yīng)用領(lǐng)域仍是國內(nèi)固態(tài)焊機需進(jìn)一步探討的1700kW固態(tài)高頻電源的力量,國2~3年時間,進(jìn)一步解決設(shè)備工藝構(gòu)造問題和器件并聯(lián)技術(shù)?逆變橋并聯(lián)技術(shù)問題,是進(jìn)展大容量固態(tài)高頻設(shè)備的根底。③配套性與智能化掌握:隨著焊管生產(chǎn)線智能化程度和對電源高牢靠性要求的提高,必需加強固態(tài)焊機配套性的開發(fā),如設(shè)備水冷系統(tǒng)?負(fù)載匹配與感應(yīng)器制密封機箱設(shè)計?速度—功率閉環(huán)掌握系統(tǒng)等,同時固態(tài)高頻設(shè)備正向智能化掌握方向進(jìn)展,具有計算靈巧能接口?液晶顯示屏人