用于高频感应加热的电源设计及电气原理方案

王帅，谷巨明，安城，王嘉禾

（久智光电子材料科技有限公司，河北 廊坊 065000）

1 背景技术

现有用于高频感应加热的电源效率低、驱动设备热损耗大，传统高频感应加热技术中，用于高频感应加热电源的设计较复杂，且不能将工频电压直接升为用于等离子技术所需的20kV用于电子管震荡提供电源，且多数电源系统占用空间大，被效率低下、功率因数低所困扰，没有完善的电子保护功能，对设备不能实施及时的保护措施，这样既会提升成本，降低产品质量、降低人工效率，又增加了安全隐患，加大了企业的负担。

2 对实际情况进行改进

本文是对高频感应加热高压电源进行设计，设计中主要包括以下部件：三项滤波器、断路器、接触器、可控硅模块、干式升压变压器、整流装置、电度表、高压滤波电抗器、高压滤波电容。根据上述模块划分，其系统组成结构如图1设计所示。

图1

高频感应加热电源柜采用固体器件进行整流和调压，从而降低了自身的损耗，采用高效节能型电子管和单回路振荡器，进一步提高整机效率，使用宽大的机箱做合理的布局，方便了日常操作和设备维护保养。因此，本机具有高效、节能、稳定、可靠及使用维修方便的特点。

高频感应加热电源柜布置如图2所示。

图2

高频感应加热的电源滤波器原理如图3所示。

高频感应加热的电源原理图如图4所示。

图3

图4

本结构所制造出的高频感应加热电源有以下优点：

（1）采用连续工作制设计。

（2）输入三相电源带滤波器，从而有效减少或消除谐波对电力系统影响。

（3）断路器带远程操控更快捷方便。

（4）整流元件采用大功率可控硅模块，简洁美观。

（5）冷却方式采用风冷式，更安全稳定，改善机箱内部风冷循环及其检测，加大散热量。

（6）有功电度表、电压表、电流表采用数字式仪表，可实现远程通讯监测；滤波单元采用高压直流滤波电抗和高压滤波电容，可有效提高电源稳定性和减小纹波。

（7）调压控制由于采用了先进的DSP数字控制技术，结合触摸屏，性能和精度高、实时性强、抗干扰能力强。

本设备是一部由微机控制的高效节能型高频整流调压装置，可以将工频电流通过可控硅变为0～20kV的直流高压可调的设备，目前，我公司用来给三极管震荡提供电源。采用了先进的微处理机技术，可大幅度、无极平滑地调节整机输出功率。并通过反馈对主回路电压有较高的稳定功能，还利用微机进行过流检测，使整机得到非常可靠的保护，从而来提高设备的稳定性和可靠性。

本套设备以单片机89C51为中心，配上触发脉冲形成与放大电路，模数转换电路等所组成的微处理机系统，它除对主电路的双向可控硅输送触发脉冲进行调压外，还对主电路的低压侧进行检测，有可靠的过流保护功能。还对直流高压取样与给定信号进行比较，经模数转换进入CPU处理后控制主电路，使之输出稳定的直流高压，从而保证高频感应加热的工艺要求。

高频感应加热的电源的电气原理控制方框图如图5所示。

图5

高频感应加热电源主电路由可控硅调压器、升压变压器、高压整流器等三部分组成，其工作过程是三相交流工频电源。

首先，经可控硅调压器调压，送至升压变压器，经升压后，再送至三项高压硅整流桥整流后供给震荡器的电子管做阳极电源。本套感应加热电源设备输出直流电压可在0～20kV内平滑的连续调整，以满足不同加热负载的工艺要求。

3 结语

本文所述用于高频感应加热的电源设计及电气原理方案基于我公司的高频感应加热技术，是结合了企业目前设备使用情况所研发，高频感应加热的电源效率高、驱动设备热损耗小，设计简单，能将工频电压直接升为用于高频感应加热技术所需的0～20kV，用于电子管震荡提供电源，电源系统占用空间小、功率因数高，有完善的电子保护功能，可对设备实施及时的保护措施，降低成本，提高了产品质量，提高了人工效率，降低了安全隐患，减小了企业的负担，目前，该套设备已投入使用，表现良好。