感應(yīng)電源的發(fā)展趨勢(shì)

洛陽(yáng)科諾工業(yè)設(shè)備有限公司 馮志宇

數(shù)字化IGBT變頻感應(yīng)加熱電源的特點(diǎn)：模擬化→數(shù)字化（DSP+IGBT）→智能化；變頻自適應(yīng)設(shè)計(jì)（自適應(yīng)范圍50kHz）；負(fù)載自動(dòng)匹配技術(shù)（變載自適應(yīng)）；高功率因數(shù)、低諧波、高效節(jié)能；智能化保護(hù)系統(tǒng)、感應(yīng)加熱控制管理系統(tǒng)。這些特點(diǎn)決定了國(guó)際IGBT感應(yīng)加熱電源的發(fā)展趨勢(shì)將向淬火、透熱、熔煉一機(jī)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(yīng)電源技術(shù)與制造能力，大功率、數(shù)字化、變頻IGBT感應(yīng)加熱電源和數(shù)字化感應(yīng)加熱控制管理系統(tǒng)的成功應(yīng)用，打破了國(guó)際技術(shù)壟斷，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)IGBT變頻感應(yīng)加熱裝置的技術(shù)空白?？浦Z大功率、數(shù)字化IGBT變頻感應(yīng)加熱電源具有高可靠性、低故障率的特點(diǎn)?？浦Z技術(shù)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(guó)內(nèi)外感應(yīng)加熱電源解決方案對(duì)比：中頻（0.2～10kHz）方面國(guó)內(nèi)一般都是KGPS可控硅/晶閘管，國(guó)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(guó)內(nèi)外都是IGBT晶體管；高頻（>50kHz）方面，國(guó)內(nèi)一般是MOSFET/電子管，國(guó)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(yīng)加熱設(shè)備構(gòu)成

感應(yīng)加熱設(shè)備的構(gòu)成主要分為工件/鋼材、負(fù)載系統(tǒng)、上下料機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、工藝調(diào)整和IGBT感應(yīng)加熱電源，其中IGBT感應(yīng)加熱電源是感應(yīng)加熱的核心部分。

（1）IGBT感應(yīng)加熱電源 是工件或鋼材加熱的工作主機(jī)，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(yīng)加熱電源的技術(shù)水平?jīng)Q定了工件或鋼材熱處理質(zhì)量、溫度控制精度、能耗等。

（2）負(fù)載系統(tǒng)（變壓器、電容、感應(yīng)器） 變壓器、電容器的作用是阻抗匹配（功率、頻率），感應(yīng)器的選用與設(shè)計(jì)是影響感應(yīng)加熱效果的另一個(gè)重要因素，并對(duì)節(jié)能效果產(chǎn)生重大影響。

（3）上下料機(jī)構(gòu)及控制柜上下料機(jī)構(gòu)（淬火機(jī)床、液壓系統(tǒng)、氣缸等）是感應(yīng)加熱裝置的輔助部分，是對(duì)工件或鋼材進(jìn)行夾持、定位、位移等的工具。適應(yīng)批量生產(chǎn)提高效率?？刂乒駥?duì)上下料機(jī)構(gòu)執(zhí)行夾持、定位、運(yùn)動(dòng)動(dòng)作發(fā)出指令。

（4）冷卻系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)作用是感應(yīng)加熱裝置、負(fù)載系統(tǒng)、淬火液三大部分的冷卻，工作在合理溫度范圍內(nèi)，對(duì)整個(gè)裝置穩(wěn)定運(yùn)行起重要作用。

（5）工藝調(diào)整 感應(yīng)加熱設(shè)備的工藝調(diào)整，主要是調(diào)整感應(yīng)加熱電源和負(fù)載（感應(yīng)器、變壓器、電容器）的匹配，以實(shí)現(xiàn)工件的性能參數(shù)要求。感應(yīng)加熱電源的綜合性能決定了工藝調(diào)整的難度和精度，最終決定了加工產(chǎn)品的質(zhì)量。淬火液的介質(zhì)、濃度、溫度、噴淋量、壓力；負(fù)載系統(tǒng)的最佳匹配（電容器抽頭、變壓器匝比、感應(yīng)器結(jié)構(gòu)），是用戶(hù)工藝技術(shù)人員在設(shè)備所具備能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)試。

高性能IGBT電源評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

IGBT變頻電源特點(diǎn)：質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、技術(shù)先進(jìn)。

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

要配有智能化保護(hù)系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是：在冷卻水壓力不穩(wěn)、溫度過(guò)高、三相電源缺相、冷態(tài)工件碰到感應(yīng)器（接地保護(hù)）等情況下，確保電源逆變器禁止輸出功率；實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)始終保證IGBT工作在最佳軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使開(kāi)關(guān)損耗、電壓和電流沖擊、局部溫升等參數(shù)達(dá)到最低，既避免了因逆變狀態(tài)偏離最佳時(shí)引起的逆變效率降低，又解決IGBT老化加速及后期維護(hù)成本高等問(wèn)題；電源在正常加熱工作時(shí)如果突然遇到惡劣工況并不能短時(shí)自動(dòng)恢復(fù)，此時(shí)分別判斷各種保護(hù)信號(hào)并發(fā)出故障報(bào)警，如：過(guò)壓、過(guò)流、頻率超限、熱態(tài)工件碰到感應(yīng)器（接地保護(hù)）、IGBT故障等報(bào)警信號(hào)；保證電源小故障不保護(hù)（避免因保護(hù)敏感性太強(qiáng)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(huì)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(huì)影響內(nèi)部參數(shù)，相對(duì)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(jiǎn)便 單塊主控板、頻率自動(dòng)跟蹤，具有故障點(diǎn)少，控制更精確的特點(diǎn)。并且無(wú)需頻繁調(diào)整或更換多塊主板。負(fù)載變化不用開(kāi)柜門(mén)，無(wú)需專(zhuān)業(yè)人員調(diào)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(hù)快速調(diào)整工藝提供了有力的設(shè)備保證，方便用戶(hù)通過(guò)工藝調(diào)整，迅速準(zhǔn)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(guān)系，輕松完成調(diào)試工作。加工技術(shù)要求不同的工件時(shí)，電源會(huì)自動(dòng)跳頻至負(fù)載的最佳諧振頻率，即開(kāi)即用，高效節(jié)能。

一臺(tái)科諾變頻電源實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，適應(yīng)柔性化需求。比如一臺(tái)科諾變頻電源可以和一套1～20kHz或1～50kHz負(fù)載（中頻/超音頻）組合，也可以和一套50～80kHz或80～120kHz負(fù)載（高頻）組合使用，實(shí)現(xiàn)多功能變頻感應(yīng)淬火機(jī)床的功用，相當(dāng)于一個(gè)小型感應(yīng)熱處理廠(chǎng)或熱處理加熱站。一臺(tái)科諾變頻電源+兩套負(fù)載（中頻/超音頻：1～20kHz或1～50kHz）+雙工位感應(yīng)淬火機(jī)床=雙頻雙工位感應(yīng)淬火機(jī)床。

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

科諾數(shù)字化感應(yīng)加熱控制管理系統(tǒng)

（1）質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及質(zhì)量可追溯功能 以數(shù)據(jù)庫(kù)形式，對(duì)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的事件，包括操作、數(shù)據(jù)參數(shù)、故障、報(bào)警、產(chǎn)品批次、操作人員編號(hào)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(xiàn)，分析質(zhì)量問(wèn)題原因及改進(jìn)方法。

（2）運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控/遠(yuǎn)程控制 DSP處理器對(duì)電源的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控（如電壓、電流、功率、頻率、溫度等）這些狀態(tài)可以通過(guò)電源內(nèi)部的RS485接口直接連入中控網(wǎng)絡(luò)，將需要的參數(shù)傳輸給其他控制器（如工控機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)、筆記本電腦等）。

（3）故障自診斷功能/在線(xiàn)顯示及處理 當(dāng)操作工誤操作或特殊工況出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，觸摸屏?xí)@示出故障內(nèi)容，點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)故障的幫助可以查詢(xún)到對(duì)應(yīng)故障的解決方法。可使90%以上常見(jiàn)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(duì)操作人員技術(shù)水平的依賴(lài)。精確定位到對(duì)單一的IGBT進(jìn)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(hù)的生產(chǎn)制造系統(tǒng)和質(zhì)量管控系統(tǒng)中。用戶(hù)或主機(jī)制造商可根據(jù)加工的技術(shù)要求，修改編程或編制加工工藝。電源在主板上預(yù)留RS485接口?？梢噪S時(shí)打印或下載記錄于系統(tǒng)中的任何一次加工過(guò)程的工藝參數(shù)修改及對(duì)比。

（20140210）