国产老熟妇乱XXXXX小仙踪林,国产精品99精品无码视频亚瑟 ,亚洲色帝国综合婷婷久久,美女内射毛片在线看免费人动物

固態(tài)高頻電源在焊管行業(yè)中的應用 

作者：三伊天星 彭詠龍 

1 前言
    目前，我國設計與制造的高頻焊管設備都是采用電子管振蕩器的單回路高頻設備，通過調節(jié)電子管陽極電壓大小，達到調節(jié)高頻輸出功率的目的。電子管高頻焊管設備不僅效率低，體積大，而且存在使用前需要預熱，電子管使用壽命短等諸多缺點。

    從二十世紀八十年代起，隨著大功率半導體器件的發(fā)展和微電子技術、控制技術的提高，發(fā)達國家在研制固態(tài)高頻電源方面取得了很大進展。目前作為高頻電源功率開關器件主要有功率MOSFET和SIT，由于SIT存在高通態(tài)損耗（工作于非飽和區(qū)）、制造工藝復雜、成本高、價格昂貴、工作頻率限制在200kHz以下等缺陷，因此歐美國家采用的高頻功率器件以MOSFET為主。隨著MOSFET功率器件的模塊化、大容量化、高壓化，使功率MOSFET的容量和開關速度等性能提高很快，目前36A/1000V功率MOSFET的關斷時間已小于75ns，而且由于MOSFET并聯容易，因此采用功率MOSFET構成高頻逆變器的固態(tài)高頻電源在容量和頻率兩方面都得到很大提高，除在一些特殊應用領域（如高頻介質加熱等行業(yè)）外，固態(tài)高頻電源完全能取代電子管高頻電源，而成為新一代感應加熱電源的代表。

    大容量、高頻化的固態(tài)高頻電源主要應用領域是高頻焊管行業(yè)，由于我國高頻焊管行業(yè)存在感應器開路、感應器與鋼管短路等突變惡劣工況，同時高頻焊管電源基本屬于滿負荷長期工作制，因此固態(tài)高頻電源在焊管行業(yè)中的應用代表了固態(tài)高頻電源設計與制造的最高水平。在焊管行業(yè)中的應用以美國色瑪圖公司生產的固態(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先進水平。中國河北保定三伊天星電氣有限公司自行設計制造的固態(tài)高頻焊管設備已在功率60~300KW、頻率300~550KHz范圍內取得了成熟的運行與設計經驗。

    本文以保定三伊天星電氣有限公司研制的采用功率MOSFET作為逆變開關器件的固態(tài)高頻焊管為基礎，對電源的工作原理及其在高頻焊管行業(yè)中的應用進行的討論，并與電子管高頻焊管電源和國外固態(tài)高頻焊管電源進行了比較。

2 固態(tài)高頻電源的工作原理
    固態(tài)高頻電源采用常見的交—直—交變頻結構。三相380V電源經開關柜中的降壓變壓器和主接觸器后，送入電源柜中的整流器，整流器采用三相晶閘管全控整流橋，通過控制晶閘管導通延時角α，達到調節(jié)電源輸出功率大小的目的，整流后的直流電壓經濾波環(huán)節(jié)送入高頻逆變器，由高頻逆變器逆變產生單相高頻電源送入諧振電路，經焊接變壓器和感應器輸出高頻能量，完成鋼管焊接。

    高頻逆變器可以有串聯諧振型和并聯諧振型兩種，由于并聯諧振型逆變器在高頻電源應用中有諸多困難，如需要大功率快恢復整流二極管等，因此使其在大容量高頻電源中的應用受到限制。串聯諧振型逆變器也稱電壓諧振型逆變器，要求逆變器輸入平滑的直流電壓（其紋波系數小于1%），這一點對焊管來說是非常重要的，因為平滑的直流電壓最終將導致鋼管焊縫內毛刺非常平整，通過擠壓輥工藝調整，采用固態(tài)電源焊接的鋼管內毛刺將很小。

    大容量化電源將通過兩個途徑來實現：其一是功率MOSFET的并聯構成逆變橋，目前高電壓（≥1000V）的MOSFET最大電流容量只有36A，由于受到多管并聯后器件均流和動態(tài)分布參數的影響，單逆變橋功率以設計50kW為宜，更大容量的電源設備則應采取第二個擴容方法，即并聯逆變橋方式實現。由于電壓諧振型逆變器多采用匹配變壓器付邊串聯來合成功率輸出，因此對于高頻逆變器并聯來說，輸入和輸出均為軟連接，一定程度上放寬了對逆變器一致性的要求，因此從理論上來說，并聯橋數量不會受到限制，這樣解決了固態(tài)高頻的大容量化問題。采用這種方式合成功率的另一個目的是對并聯后的高頻逆變器實現了強制均流，在恒壓源供電的情況下，最大程度上實現了高頻逆變器的安全化。

    圖1是固態(tài)高頻焊管設備的框圖。 

圖1 固態(tài)高頻焊管設備框圖 

固態(tài)高頻電源在焊管行業(yè)中的應用

3 幾個特殊問題的介紹
    3.1 逆變器工作狀態(tài)的適應范圍
    感應加熱電源受負載的影響，槽路等效阻抗可能呈現容性、阻性和感應三種狀態(tài)，即要求高頻逆變器適合工作于容性、阻性和感性。由于功率MOSFET在制造中存在反并聯寄生二極管，該管的反向恢復時間約為2μs，在工作頻率為400kHz時，其反向恢復時間超過3/4個振蕩周期。當常規(guī)的串聯型逆變器工作在容性時，寄生二極管在容性角度時間內流過槽路電流，由于其反向恢復時間很長，在逆變器換向時上下橋臂出現短路，形成很大的環(huán)流，導致功率MOSFET損壞。這表明常規(guī)的串聯型逆變器不能工作于容性狀態(tài)，為了避免這種工作狀態(tài)，一方面要求逆變控制的頻率跟蹤速度很快，達到在動態(tài)過程中總是保持槽路呈現感性的目的，這是很困難的；另一方面為了避免動態(tài)過程中進入容性狀態(tài)，要求正常工作時的感性角度很大（φ>30°），這樣造成功率MOSFET開關損耗增加，逆變器功率因數降低，從而失去固態(tài)設備高效節(jié)能的根本優(yōu)勢。解決上述問題的最佳辦法是克服寄生二極管的影響，即通過外部串并聯快恢復二極管對串聯型逆變器進行改造，由外部并聯的快恢復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)，從而達到提高逆變器功率因數和實現功率MOSFET軟開關的目的。

    3.2 逆變器的頻率跟蹤 

圖2 逆變控制原理框圖 

    在高頻焊管過程中，高頻逆變器總是工作在諧振狀態(tài)附近的，由于負載的影響造成槽路等效參數的變化，將使逆變器偏離最佳工作點，因而不僅造成功率MOSFET關斷電流值增加，引起關斷損耗增大，而且當逆變器工作點偏離諧振點較遠時，在一定Q值下會使負載等效阻抗增大，逆變器功率容量不能充分利用。因此逆變器具有優(yōu)良的頻率自動跟蹤能力是至關重要的，圖2是采用鎖相環(huán)電路實現頻率自動跟蹤和相角鎖定的逆變控制原理圖，根據互感器檢測到的逆變器輸出電壓和電流的相位關系，經相位檢測電路輸出對應相位差的占空比高低電平信號，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，將直流電平與設定的相位鎖定值電平比較輸出控制信號，調節(jié)壓控振蕩器的輸出頻率，從而達到頻率自動跟蹤和鎖定逆變器相位的目的。

    3.3設計輸出功率偏大
    固態(tài)高頻設備所標稱的功率值為直流側功率，這與電子管高頻設備標稱振蕩功率是不同的。設備功率受負載匹配條件的影響較大，良好的負載匹配是功率輸出的保證，因為直流側電壓和電流都不能超過其允許值，也就是說存在Udmax和Idmax，只有當電壓和電流同時達到最大時，才能保證輸出最大功率。對于同一焊管機組，由于更換鋼管規(guī)格、鋼管壁厚的變化、采用不同的感應器等都會引起負載匹配問題，當然負載匹配不可能也不必要做到無級調節(jié)，在設計固態(tài)高頻焊管設備時應按照符合工程設計誤差的原則充分考慮負載匹配問題：

    ①負載匹配良好時，設備功率允許在110%額定功率下長期運行；
    ②負載匹配一般時，設備工作保證在100%額定功率下長期運行；
    ③負載匹配較差時，設備功率保證在90%額定功率下長期運行。

    3.4 安全裕量大
    對于50kW高頻逆變器，Idmax=120A，逆變器橋臂采用8只36A功率MOSFET和16只100A快恢復二極管并聯組成，其并聯能承受的額定電流為288A，考慮均流系數和動態(tài)分布參數的影響等綜合因素，設計工作電流在功率MOSFET額定電流的1/3-1/2區(qū)域內，保證高頻逆變器有合理的安全裕量。

    3.5 輸出頻率高
    固態(tài)高頻焊管設備能夠適應的最高工作頻率代表設備制造水平，這與控制技術、主電路器件選擇、工藝水平等密切相關。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）效率受頻率影響較大，焊接頻率降低，焊接變壓器耦合效率降低，從而影響整機效率。參照電子管焊管設備頻率設計，固態(tài)設備根據功率大小應設計的輸出頻率為：對于60kW設備，輸出頻率500-550kHz；對于100kW設備，輸出頻率400-450kHz；對于150kW、200kW設備，輸出頻率350-400kHz；對于200kW以上設備，輸出頻率300-350kHz。

4 與電子管高頻焊管電源的比較
    電子管高頻焊管設備積累了長期的運行設計經驗，設備質量和運行穩(wěn)定性已被廣大焊管企業(yè)所接受。隨著固態(tài)焊管設備的推廣應用，其高效節(jié)能的強勁優(yōu)勢為激烈的焊管行業(yè)競爭開辟了一條新路。表1是兩種焊管設備的設計和運行參數比較。 

表1：兩種焊管設備設計和運行參數比較 

5 與國外固態(tài)高頻焊管電源的比較
    國外固態(tài)高頻電源的發(fā)展已有十幾年的歷史，由于歐美國家工業(yè)化程度較高和設備配套性較好，在整機技術水平和工藝方面與國內設備相比仍有優(yōu)勢，但其昂貴的設備價格、維修費用高和不符合中國國情的售后服務體系都限制了國外焊機在中國的推廣應用。如何盡快提高國產固態(tài)焊機的技術工藝水平，發(fā)展民族工業(yè)，是擺在高頻焊機制造企業(yè)面前的緊迫問題。與國外固態(tài)高頻相比，國內設備應著重解決以下問題：

    ①高頻化：國內固態(tài)焊機工作頻率最高550kHz，這與國外先進固態(tài)焊機工作頻率已達到600~800kHz相比仍有較大差距，在有色金屬管等特殊焊管方面無法取代電子管設備。因此提高工作頻率，擴大固態(tài)焊機應用領域仍是國內固態(tài)焊機需進一步探討的方向之一。

    ②大容量化：據報導國外已具備生產1700kW固態(tài)高頻電源的能力，國內設備目前制造水平保持在400kW，生產800kW固態(tài)焊機估計仍需2~3年時間，進一步解決設備工藝結構問題和器件并聯技術、逆變橋并聯技術問題，是發(fā)展大容量固態(tài)高頻設備的基礎。

    ③配套性與智能化控制：隨著焊管生產線智能化程度和對電源高可靠性要求的提高，必須加強固態(tài)焊機配套性的開發(fā)，如設備水冷系統、負載匹配與感應器制作、密封機箱設計、速度—功率閉環(huán)控制系統等，同時固態(tài)高頻設備正向智能化控制方向發(fā)展，具有計算機智能接口、液晶顯示屏人機界面、遠程控制、故障自動診斷等控制性能的固態(tài)設備正成為下一代發(fā)展目標。

6 結束語
    固態(tài)高頻設備以其高效節(jié)能和運行維護費用低等突出優(yōu)點，在焊管行業(yè)正對傳統電子管設備提出強有力的挑戰(zhàn)，成為電子管焊管設備的更新換代產品，這對節(jié)約能源、降低焊管成本、提高焊管質量都具有積極意義和深遠影響。固態(tài)高頻焊管設備是電力電子技術發(fā)展的結晶，必將對焊管行業(yè)高頻焊管電源產生一次新的技術革命。