1、引 言
感應(yīng)加熱用中頻電源技術(shù)是通過晶閘管或MOSFET或IGBT等電力半導(dǎo)體器件將工頻(50Hz)變換為中頻(400Hz~200kHz)的技術(shù)，由于它具有控制方式靈活，輸出功率大，效率較機(jī)組高，變化運(yùn)行頻率方便等優(yōu)點(diǎn)，所以在建材、冶金、國防、鐵道、石油等行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。本文想追尋我國此領(lǐng)域的發(fā)展歷史，介紹其發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)而探討其發(fā)展趨勢。
2、感應(yīng)加熱用中高頻電源技術(shù)的發(fā)展歷程
2.1 20世紀(jì)70年代眾多單位參與的開發(fā)研究期
縱觀我國感應(yīng)加熱用中頻電源的發(fā)展歷史，我們可把其發(fā)展概括為70年代的開發(fā)研究期、八十年代的成熟應(yīng)用期、九十年代的大范圍推廣期、20世紀(jì)末期的提高性能期。
我國應(yīng)用電力半導(dǎo)體器件研制感應(yīng)加熱用中高頻電源的歷史可追溯到20世紀(jì)70年代，伴隨著1963年我國第一只晶閘管的問世，在1970年左右我國開發(fā)出了快速晶閘管，1972年左右我國許多單位都開始了晶閘管中頻電源的研究，可以說二十世紀(jì)七十年代眾多單位參與的開發(fā)研究期掀起了國內(nèi)第一次中頻熱。這一時期的中頻熱主要表現(xiàn)在從事這一領(lǐng)域研究和開發(fā)的單位多，這個時期應(yīng)用的核心器件為快速晶閘管，其控制電路是由眾多分立元件構(gòu)成的多塊控制板組成的插件箱結(jié)構(gòu)，同時由于晶閘管制作工藝技術(shù)的限制，決定了主電路結(jié)構(gòu)因快速晶閘管的阻斷耐壓不夠高，而是兩個晶閘管或三個晶閘管串聯(lián)構(gòu)成逆變橋臂，所應(yīng)用快速晶閘管的數(shù)量為8只或12只，因而不可避免的伴隨著快速晶閘管的均壓網(wǎng)絡(luò)，同時應(yīng)當(dāng)看到這個時期一則由于晶閘管的關(guān)斷時間不能太短，所以決定了中頻電源的輸出頻率不能高;其二，由于快速晶閘管的動態(tài)參數(shù)dv/dt和di/dt不是很高，導(dǎo)致了系統(tǒng)中限制dv/dt及di/dt的網(wǎng)絡(luò)龐大而復(fù)雜;第三，在此階段由于整個晶閘管可靠性還很不理想(當(dāng)時國內(nèi)戲稱為“可怕硅”)，決定了這一階段中頻電源多是實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品，工業(yè)中應(yīng)用的還很少。
2.2 二十世紀(jì)八十年代的成熟應(yīng)用期
到1980年之后，由于國產(chǎn)晶閘管制造工藝的長足進(jìn)步，更由于改革開放技術(shù)引進(jìn)我國晶閘管的可靠性獲得了很大的進(jìn)步，因而逐步感應(yīng)加熱中頻電源已告別實(shí)驗(yàn)室而進(jìn)入了工業(yè)生產(chǎn)中使用，這一時期晶閘管中頻電源逆變橋已逐步從多快速晶閘管串聯(lián)向單個晶閘管過渡，但輸出工作頻率仍然不是很高，多在2.5kHz以下，要獲得4kHz或8kHz的輸出頻率仍不得不使用倍頻等復(fù)雜控制技術(shù)。再應(yīng)看到這一時期晶閘管中頻電源的起動方案多為帶有專門充電環(huán)節(jié)的撞擊式起動方案，且控制板為多塊小控制板構(gòu)成的插件箱式結(jié)構(gòu)。一般整個控制系統(tǒng)由十二塊控制板構(gòu)成(六個整流觸發(fā)板、兩個逆變脈沖板、一個正電源板、一個負(fù)電源板、一個保護(hù)板、一個調(diào)節(jié)板)，還有這一時期快速晶閘管國產(chǎn)水平關(guān)斷時間最快為35µs左右，而阻斷電壓最高不超過1600V，通態(tài)平均電流最大為500A，由此決定了對功率容量超過350kW的感應(yīng)加熱用中頻電源不得不采用多快速晶閘管并聯(lián)的方案。
2.3 二十世紀(jì)九十年代的大范圍推廣應(yīng)用期
經(jīng)歷了前述兩個時期，可以說我國晶閘管中頻電源技術(shù)已較成熟。進(jìn)入1990年之后由于國產(chǎn)快速晶閘管制造工藝上采用中子幅照等工藝使關(guān)斷時間進(jìn)一步縮短，國產(chǎn)快速晶閘管的容量進(jìn)一步提高，控制技術(shù)已有撞擊式起動、零壓起動、內(nèi)、外橋轉(zhuǎn)換起動等方案，加之國內(nèi)建筑業(yè)對鋼材的大量需求，促使1991 年~1993年全國出現(xiàn)了第二次中頻熱，幾年時間內(nèi)國內(nèi)新增加了投入運(yùn)行的幾萬臺中頻電源，以至于很多用戶提款待貨，促使了感應(yīng)加熱中頻電源在國內(nèi)大范圍推廣使用，其功率容量已從幾十千瓦增加到500kW，甚至1000kW快速晶閘管的制造水平關(guān)斷時間已從35µs左右降到 25µs左右，甚至20µs以下，阻斷電壓已從1600V上升到2000V左右，單管容量已從500A增加到 1000A，這一階段主電路方案在國內(nèi)分為兩種，一種是以浙江大學(xué)為代表的并聯(lián)方案，另一種是以湘潭電機(jī)廠為代表的串聯(lián)方案。
