1 引言

在單晶拉制、彎管、淬火等熱加工場合，需要安靜的加熱環(huán)境。而采用晶閘管中頻感應(yīng)加熱電源時，
由于工作在音頻(1～8khz)給工作環(huán)境帶來了巨大的噪聲，影響操作人員的正常工作。將感應(yīng)加熱電源的輸出頻率提高至超音頻(18khz以上)是消除噪音的有效措施。為此我公司在第一代產(chǎn)品晶閘管感應(yīng)加熱電源的基礎(chǔ)上,推出了第二代產(chǎn)品超音頻感應(yīng)加熱變頻電源，新一代以新型電力電子器件igbt構(gòu)成的ist系列超音頻感應(yīng)加熱電源，其工作頻率范圍寬(8-50khz)，跨越音頻至超音頻2個頻段，具有加熱效率高，速度快的特點，尤其適合于薄壁工件的加熱及金屬表面的熱處理。

2 工作原理

ist系列超音頻感應(yīng)加熱電源的主電路為ac-dc-ac交直交電壓型串聯(lián)諧振式電路。其整流電路采用二極管整流，igbt超音頻斬波調(diào)壓。不采用傳統(tǒng)的晶閘管移相調(diào)壓，免除了晶閘管整流造成的諧波干擾。
ist超音頻感應(yīng)加熱電源的主電路如圖1所示。圖1中igbt元件v5、v6構(gòu)成二重式斬波電路，他們各自工作于9khz，工作相位差180°時，合成為18khz。由于單管工作頻率降低，減小了開關(guān)損耗，提高了電路的效率，合成的頻率較高，免除了濾波電抗器l的噪聲。igbt元件v1～v4構(gòu)成電壓型串聯(lián)諧振逆變器，輸出電流為正弦波，輸出電流波形如圖2所示,有利于提高工作頻率和效率。

圖1 ist超音頻感應(yīng)加熱電源的主電路

圖2 輸出電流波形

3 ist超音頻感應(yīng)加熱電源的優(yōu)點

(1) 準(zhǔn)諧振工作狀態(tài):逆變橋由igbt元件v1～v4構(gòu)成，由控制電路的鎖相環(huán)保證使逆變橋igbt的驅(qū)動頻率稍高于負(fù)載回路的諧振頻率，逆變橋的輸出電流滯后于輸出電壓很小一個φ角，也就是負(fù)載電路工作于感性工作狀態(tài)，使得逆變橋igbt工作于零電壓開通的軟開關(guān)狀態(tài)，降低igbt的開關(guān)損耗及結(jié)溫，提高了感應(yīng)加熱電源的可靠性。
(2) 控制精度高:ist超音頻感應(yīng)加熱電源的輸出功率調(diào)節(jié)通過電壓、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器控制igbt斬波器的脈寬來實現(xiàn)。由于igbt斬波調(diào)壓頻率高(18khz)，調(diào)節(jié)死區(qū)時間小，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)時間短，給定信號采用具有溫度補(bǔ)償?shù)母呔确€(wěn)壓電源;使調(diào)節(jié)精度大大提高。拉單晶電源的穩(wěn)定精度可達(dá)千分之一以內(nèi)，一般加熱電源的穩(wěn)定精度在百分之一以內(nèi)。
(3) 頻率自動跟蹤:ist系列超音頻感應(yīng)加熱電源的輸出頻率由鎖相電路鎖定于負(fù)載諧振電路的固有頻率，當(dāng)加熱溫度改變使負(fù)載的諧振頻率變化時，鎖相環(huán)電路能自動跟蹤負(fù)載的頻率，保證ist感應(yīng)加熱電源處于最佳的諧振工作狀態(tài)。
(4) 起動成功率達(dá)100%:ist感應(yīng)加熱電源的起動采用最佳頻率的它激轉(zhuǎn)自激起動法，由于起動時采用了最佳的它激頻率，使起動電流較大，一次起動成功率達(dá)100%，避免了掃頻起動法在最佳它激頻率停留時間短造成的起動失敗。
(5) 無噪音、體積小、重量輕:ist加熱電源主電路的工作頻率提高(大于18khz)，處在超音頻頻率段，無噪音，且采用高頻電抗器及變壓器，其體積、重量都大大減小。由于無噪音，可安裝于爐體旁，不需隔音墻，縮短了接線距離，降低了連線損耗。
(6) 保護(hù)功能齊全:ist感應(yīng)加熱電源具有欠壓、缺相、過流、短路、過熱及無冷卻水等保護(hù)功能，并有故障自診斷功能，便于維修。
(7) 無諧波干擾:由于整流電路采用二極管整流及igbt高頻斬波調(diào)壓，免除了使用晶閘管相控整流，造成的對電網(wǎng)諧波干擾及觸發(fā)對相序的麻煩。

4 ist超音頻感應(yīng)加熱電源的型號規(guī)格及參數(shù)

型號規(guī)格及參數(shù)如附表所示。

附表 ist超音頻感應(yīng)加熱電源的型號規(guī)格及參數(shù)

目前生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品為以上4種型號規(guī)格，可以根據(jù)用戶的要求生產(chǎn)非標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品(相對于4種標(biāo)準(zhǔn)型號)，以滿足更廣大用戶的需要。

5 產(chǎn)品應(yīng)用

目前我公司的ist感應(yīng)加熱電源已在西安交通大學(xué)、西安理工大學(xué)、福建三明天泰光電科技有限公司及中國科學(xué)院光機(jī)研究所等多家單位應(yīng)用，得到了用戶的高度評價及歡迎。