感应电源的发展趋势

洛阳科诺工业设备有限公司 冯志宇

数字化IGBT变频感应加热电源的特点：模拟化→数字化（DSP+IGBT）→智能化；变频自适应设计（自适应范围50kHz）；负载自动匹配技术（变载自适应）；高功率因数、低谐波、高效节能；智能化保护系统、感应加热控制管理系统。这些特点决定了国际IGBT感应加热电源的发展趋势将向淬火、透热、熔炼一机多用的通用型电源发展。

科诺拥有第三代数字化IGBT变频感应电源技术与制造能力，大功率、数字化、变频IGBT感应加热电源和数字化感应加热控制管理系统的成功应用，打破了国际技术垄断，填补了国内IGBT变频感应加热装置的技术空白。科诺大功率、数字化IGBT变频感应加热电源具有高可靠性、低故障率的特点。科诺技术水平：可生产中频、超音频、高频，功率在100～3000kW，频率在0.2～200kHz，功率因数>0.93，并联、串联数字化变频电源。国内外感应加热电源解决方案对比：中频（0.2～10kHz）方面国内一般都是KGPS可控硅/晶闸管，国外企业像EFD和EMA等都是IGBT晶体管，科诺也做到了IGBT晶体管；超音频（10～50kHz）方面国内外都是IGBT晶体管；高频（>50kHz）方面，国内一般是MOSFET/电子管，国外IGBT企业像EFD和EMA等都是IGBT晶体管，科诺也做到了IGBT晶体管。

感应加热设备构成

感应加热设备的构成主要分为工件/钢材、负载系统、上下料机构、冷却系统、工艺调整和IGBT感应加热电源，其中IGBT感应加热电源是感应加热的核心部分。

（1）IGBT感应加热电源 是工件或钢材加热的工作主机，电源频率决定电流透入深度，从而影响工件或钢材加热层深度、硬度、金相组织、加热温度均匀性、热效率等，功率密度决定了加热速度、能耗等。感应加热电源的技术水平决定了工件或钢材热处理质量、温度控制精度、能耗等。

（2）负载系统（变压器、电容、感应器） 变压器、电容器的作用是阻抗匹配（功率、频率），感应器的选用与设计是影响感应加热效果的另一个重要因素，并对节能效果产生重大影响。

（3）上下料机构及控制柜上下料机构（淬火机床、液压系统、气缸等）是感应加热装置的辅助部分，是对工件或钢材进行夹持、定位、位移等的工具。适应批量生产提高效率。控制柜对上下料机构执行夹持、定位、运动动作发出指令。

（4）冷却系统 冷却系统作用是感应加热装置、负载系统、淬火液三大部分的冷却，工作在合理温度范围内，对整个装置稳定运行起重要作用。

（5）工艺调整 感应加热设备的工艺调整，主要是调整感应加热电源和负载（感应器、变压器、电容器）的匹配，以实现工件的性能参数要求。感应加热电源的综合性能决定了工艺调整的难度和精度，最终决定了加工产品的质量。淬火液的介质、浓度、温度、喷淋量、压力；负载系统的最佳匹配（电容器抽头、变压器匝比、感应器结构），是用户工艺技术人员在设备所具备能力的基础上进行调试。

高性能IGBT电源评价标准

IGBT变频电源特点：质量稳定、操作简便、技术先进。

（1）质量稳定 主要是可靠性要高，要具备连续工作几个月不发生故障。

要配有智能化保护系统，优点是：在冷却水压力不稳、温度过高、三相电源缺相、冷态工件碰到感应器（接地保护）等情况下，确保电源逆变器禁止输出功率；实时监控系统始终保证IGBT工作在最佳软开关状态，使开关损耗、电压和电流冲击、局部温升等参数达到最低，既避免了因逆变状态偏离最佳时引起的逆变效率降低，又解决IGBT老化加速及后期维护成本高等问题；电源在正常加热工作时如果突然遇到恶劣工况并不能短时自动恢复，此时分别判断各种保护信号并发出故障报警，如：过压、过流、频率超限、热态工件碰到感应器（接地保护）、IGBT故障等报警信号；保证电源小故障不保护（避免因保护敏感性太强影响工作），大故障不损坏IGBT，待查明原因消除故障后即可继续使用。

采用数字化控制可靠性大幅提升，传统的模拟电源，采用模拟器件控制，参数由电阻、电位器等模拟器件确定，这些器件受环境影响比较明显，如温度、湿度变化会造成参数的变化。科诺电源采用DSP处理器控制，参数都固化在程序里，环境变化不会影响内部参数，相对于模拟控制系统而言，数字电源具有更高的稳定性。

（2）操作简便 单块主控板、频率自动跟踪，具有故障点少，控制更精确的特点。并且无需频繁调整或更换多块主板。负载变化不用开柜门，无需专业人员调整主控板电位器，普通操作工即能完成，方便快捷。

IGBT变频电源为用户快速调整工艺提供了有力的设备保证，方便用户通过工艺调整，迅速准确地寻找到最佳的频率、温度、加热深度和耗能之间的工艺匹配关系，轻松完成调试工作。加工技术要求不同的工件时，电源会自动跳频至负载的最佳谐振频率，即开即用，高效节能。

一台科诺变频电源实现一机多用，适应柔性化需求。比如一台科诺变频电源可以和一套1～20kHz或1～50kHz负载（中频/超音频）组合，也可以和一套50～80kHz或80～120kHz负载（高频）组合使用，实现多功能变频感应淬火机床的功用，相当于一个小型感应热处理厂或热处理加热站。一台科诺变频电源+两套负载（中频/超音频：1～20kHz或1～50kHz）+双工位感应淬火机床=双频双工位感应淬火机床。

（3）先进性 科诺数字化IGBT变频电源特点：数字化电源是基于DSP控制的IGBT变频电源，频率自动跟踪系统（50kHz变频自适应），负载自动匹配技术（变载自适应），具有数字化感应加热控制管理系统。

科诺数字化感应加热控制管理系统

（1）质量监控系统及质量可追溯功能 以数据库形式，对运行过程中发生的事件，包括操作、数据参数、故障、报警、产品批次、操作人员编号等，均予以有效记录。并根据之前每天的工作记录快速查找历史数据和曲线，分析质量问题原因及改进方法。

（2）运行状态实时监控/远程控制 DSP处理器对电源的运行状态及参数实时监控（如电压、电流、功率、频率、温度等）这些状态可以通过电源内部的RS485接口直接连入中控网络，将需要的参数传输给其他控制器（如工控机、数控系统、笔记本电脑等）。

（3）故障自诊断功能/在线显示及处理 当操作工误操作或特殊工况出现报警时，触摸屏会显示出故障内容，点击对应故障的帮助可以查询到对应故障的解决方法。可使90%以上常见故障由操作人员迅速处理，大大提高了生产效率，降低了对操作人员技术水平的依赖。精确定位到对单一的IGBT进行故障监控。

（4）工艺定制及工艺参数控制 科诺将变频电源参数集成到用户的生产制造系统和质量管控系统中。用户或主机制造商可根据加工的技术要求，修改编程或编制加工工艺。电源在主板上预留RS485接口。可以随时打印或下载记录于系统中的任何一次加工过程的工艺参数修改及对比。

（20140210）