【热处理】关于感应加热的几点补充
oki 2010-12-30电子技术
看了这个论坛有关感应加热的所有文章。认为人才多,水平高。

下面就我从贴文中看到的几个问题补充一下。

1:感应加热频段的划分;

国内感应加热的频段划分与欧美式有区别的。
国内把50Hz的感应加热称为工频加热,50Hz以上至10KHz称为中频,10KHz至100KHz称为超音频,100KHz以上称为高频。
欧洲把400Hz以下的感应加热称为低频,400Hz至4000Hz段称为中频,4000Hz至450KHz称为高频。

2:感应加热设备的功率和频率;

就我所在的某(M)公司说,目前单台感应加热设备的功率由10KW至1850KW。其生产过的最大一台为5500KW (采用多IGBT并联)。
其设备的谐振频率由1000Hz到450KHz。

3:关于IGBT的频率上限;

使用IGBT做逆变时的频率上限,很多人认为不能做得很高。其实,影响使用的原因有很多,电路和激励程序的设计,原器件本身的性能,谐振线圈(输出变压器或称淬火变压器)的设计,甚至器件的安装布局等都会影响IGBT的使用。就M公司而言,04年起,频率为100KHz以下的设备,其逆变使用IGBT器件。110KHz以上使用MOSFET器件。其间频率的都有使用。
但有个问题需要指出,用国外的程序和图纸,在国内购买IGBT器件生产的设备,在调试时发现往往不能达标。遇到的不止是IGBT器件了。公司产品中广泛使用的现场总线电缆(PROFIBUS),也是响应频率的上限往往很低。国内购买的进口电缆不如直接带进来的电缆好用。内中原因自行分析。

4:关于控制电路的形式;

我看到论坛上高手制作的感应加热使用了锁相环电路。水平确实很高。
就专业情况说,目前感应加热设备厂家已不使用锁相环技术了。都是DDS(频率合成)技术加单片机做控制。IGBT或MOSFET器件做逆变这样的电路形式了。

5:几张图片(摘自M公司内部培训资料)
待续。。。101430

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+1000  科创币    科创论坛   2010-12-30   优秀文章
+100  科创币    hambaby   2010-12-30   山外有山楼外楼
+900  科创币    ehco   2010-12-31   好资料!好经验!
+500  科创币    wldshy   2011-04-14   感谢分享
来自 电子技术
 
2010-12-30 18:49:48
oki(作者)
1楼
M公司为国内某厂发动机生产线配套的感应加热设备主电路图。101436

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2楼
请问能否可以用电动机带动一个高速旋转的电极触点来代替昂贵的IGBT实现中频加热震荡电路呢?
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oki(作者)
3楼
2楼的问题要分为两部分回答,如果描述得不对请指正。

请看下图(逆变器原理)
如果图中的开关是理想的,如果可以找到用电动机高速操作开关动作的方法,如果这一方法的实际效率高于使用IGBT,那我们可以宣布不要IGBT。
但实际上理想的开关是不存在的。恐怕也没有用电动机高速操作开关而不降低效率的合适方法。所以尽管下图的原理是对的,但无法在工业现场实现这一目标。

用电动机带动变频机组实现感应加热的方法是很多很多年以前就有的了。国内的湘潭电机厂就是专业生产这样机组的单位。
国内曾经生产的电动-变频机组的工作频率最大为8000Hz。
它的原理是用普通交流异步电动机直轴拖动中频发电机。直接输出频率为1000到8000Hz,最大电压为750伏的中频电流馈入LC谐振回路,并通过中频变压器送给感应线圈,实现感应加热。
现在使用电动-变频机组实现感应加热的装置早已淘汰了。它的控制系统使用交磁电机放大机组控制输出电压,故障率高而且维修不易。另外,它的效率很底,大约在50%到60%以下。

纵上所述,2楼想用电动机带动开关去淘汰IGBT的愿望,恐怕难以实现。101440

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4楼
学习了!受益匪浅!
下图给我们提供了一种比较新的方式:
101445

等效到变压器初级的电感电抗分量与谐振电容发生并联谐振。
并联谐振槽路电流等于激励源电流的Q倍,在图中得到10倍放大。所以,初级可以获得500A的大电流
在变换到次级,电流再次倍增到匝比的平方(也即是电压变比平方=25)倍。
效果可想而知。

请问楼主用DDS实现有什么具体好处?
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2010-12-31 00:22:37
5楼
楼主能否上一张工业上 20KW级别的 淬火变压器,以及感应线圈的照片啊?很期待呢。涉密就算了。
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oki(作者)
6楼
回4楼:我就自己所知道,且能讲的简单说一下。如有错误请指正。
在专业高,中频设备中使用锁相环技术的最大问题是频率变换和实现计算机的直接控制不方便。
而DDS(直接全数字合成)技术可以完全融合进计算机的程控系统,频率可由系统自由选择,且控制精度更高(指频率分辨率,频率转换时间和频率稳定性)。比如:系统可以精确的控制IGBT的触发相位。请看上面图片020中的IT8,IT9,系统监控这两个传感器送出的电压和电流的相位信号,程序精确的选择触发时机。其分辨率可以达到1%Hz以上。采用DDS技术的设备故障率极低,这是锁相环技术达不到的。
在有就是DDS技术的硬件成本实际上低于锁相环的硬件成本。
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oki(作者)
7楼
回5楼:淬火变压器是感应加热设备中非常重要的部件,其设计属于严格保密的范围。呵呵。
我看到论坛上的一些有关贴文,说得大多很对。基本上就是变压器初,次极都要水冷,使用矩形铜材制作线圈。中频变压器其铁芯、连接电缆和接头都要水冷。大功率高频淬火变压器大多采用空气绝缘或树脂浇注绝缘。
专业的感应器也是使用矩形铜材制作有效环部分,无例外都是水冷。不同的是单匝感应器使用时一般要配导磁体。这可以提高2到3倍的加热效率。
下图是M公司为国内某汽车厂制作的三联感应器安装示意图。你可以看到一些制作的精髓。
+1  科创币    ehco   2010-12-31   受启发
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8楼
明白了,感谢您的解答!
DDS的频率解析度倒是很高,但总觉得感应加热的频率随工件变化需要有自适应的能力,当然通过I/U相位的反馈,进过MPU处理也可以做到准实时跟踪。
PLL闭环电路,可以迅速跟踪到合适的频点上,只要Loop Filter设计合理,锁定时间可以很短,频率稳定度和精度也很高,目前通信电台大部分采用PLL形式。
因此我反而认为是PLL的频宽有限,捕捉范围有限而限制其在工业中的应用。不能达到像DDS这种开环系统的频带和变频速度。

我手里正好有一堆AD9851和AD9854
  101447

101448
  
准备用来试验一下DDS的优越性。
再次感谢!
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oki(作者)
9楼
回8楼:您是高手,还这样谦虚。下图请参考。也许有用,不解释。
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10楼
引用第9楼oki于2010-12-31 01:42发表的  :
回8楼:您是高手,还这样谦虚。下图请参考。也许有用,不解释。

我不是高手,您别给我戴高帽哦,呵呵。
图片请您重新发一下吧,这个附件无效,不能打开, 最还转成JPG格式的吧,谢谢分享。
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11楼
俺厂有许多感应加热设备,有空给你弄点照片来看看。
从几千瓦,到几百千瓦的都有。我记是最大的是600Kw
有高频,中频,也有超音频。
有可以控硅,有IGBT,前一段时间卖破烂,还看见过一台晶体管的
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oki(作者)
12楼
回10楼:真抱歉,给大家添麻烦了。图片已经转换。101454

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oki(作者)
13楼
我在论坛上看到了大家自制的感应器,都很好。
制作感应器时有一点要注意,就是两个引出极要尽量并在一起,不能劈着腿(呵呵)。
这样做的主要好处是损耗小。
请看德国人制作的发动机线上的那个三联感应器的图纸。
下图是我在家庭作坊里制作的一个感应器,应该是符合标准的。两端的快速接头是铜镀锌的。
另外谐振回路中不要使用铁磁性金属做的紧固件。如:铁的螺钉、夹片等。这会引起发热损耗。101455

101456

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14楼
“谐振回路中不要使用铁磁性金属做的紧固件。如:铁的螺钉、夹片等。这会引起发热损耗。”
我算是深刻体会到了,楼主太专业了!这贴要早出现多好[s:255]
还有,关于谐振电容和淬火变磁芯,楼主有什么好推荐的吗?洗耳恭听!
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oki(作者)
15楼
回14楼:
在高频设备上选用谐振电容注意三点;一;有合适的电容量。二;有足够大的无功功率。三;有最小的损耗(电感分量小,泄露电流小)。
这三点须统筹考虑,缺一不可。所以,我们常看到设备上多个谐振电容器并联使用,这常常是为满足功率的要求而作的妥协。
对高频设备来说,截至目前为止,最好的谐振电容仍然是高频瓷介质电容。这种电容具有耐压高,功率大,泄露电流小,电感分量小。
它是在瓷介质的内外表面镀银并引出电极制作的。它的形状有罐式、桶式、板式、枕式和鼓式。价格很高。
看到网上有商家把金属膜电容充做高频高压谐振电容出售。那种电容大部分是用绝缘带镀膜缠绕成的,电感分量较大。用在高频回路中做谐振电容使用时,会产生寄生振荡。
不过由于价格低,业余爱好者还是很喜欢用。
对中、低频感应加热装置所用的谐振电容,常被称为电热电容器。其主要作用是用来调节设备的功率因数。
它的选用原则和高频电容类似。对电热电容来说,性能最好的是氯化甲烷做介质的电容器。它有体积小,功率大,损耗小的优点。但氯化甲烷是一种强致癌物。
在某些国家已经禁用。现在常用的是矿物油介质的水冷式电容。

淬火变压器是感应加热设备中最重要的部件之一。电路中它是谐振电感,又起到阻抗转换和功率输出的作用。所有的感应设备生产厂家淬火变压器都是自制,所以设计原则和图纸是各厂家严格保密的。
一台装置对淬火变压器的要求大概有这样几点;一,高的转换效率,二,高的品质因数,三,最小的分布电容。
由于和公司签有协议,所以就不说了。
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oki(作者)
16楼
我在15楼的发言交代的不清,关于淬火变压器要补充一点。在单回路感应加热设备中,常用淬火变压器的初极线圈作谐振电感。
而在多回路感应加热设备中,淬火变压器的初级线圈往往是第二或第三回路的谐振电感,其主要作用是功率输出和阻抗转换。
感应加热的回路:即设备主电路中,有一个LC器件组成谐振电路,就算做一个回路。有几个就是几回路。
在大功率感应加热设备中,往往是双回路或三回路谐振。很少有单回路的。
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17楼
谢谢楼主认真仔细的回答,再次受教。
那么,下面这张图中,按照您的定义,属于几回路谐振?
101458
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oki(作者)
18楼
当然是单回路。
电容器组C20与淬火变压器的初级谐振。
变压器1T3是馈入源。如果在1T3的初级也接有电容器组(这种中频设备实际不可能),那就是电感偶合的双回路设备了。
1T3的变压器次级是特殊设计,如果不明白的人会认为它也和C20谐振。内容不解释。
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19楼
引用第18楼oki于2010-12-31 12:58发表的  :
……1T3的变压器次级是特殊设计,如果不明白的人会认为它也和C20谐振。内容不解释。


妙……
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20楼
引用第18楼oki于2010-12-31 12:58发表的  :
当然是单回路。
电容器组C20与淬火变压器的初级谐振。
变压器1T3是馈入源。如果在1T3的初级也接有电容器组(这种中频设备实际不可能),那就是电感偶合的双回路设备了。
1T3的变压器次级是特殊设计,如果不明白的人会认为它也和C20谐振。内容不解释。

是的,明显是单谐振槽。您之前有说到工业都不用单谐振的,所以奇怪一下。
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2011-1-2 21:26:22
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oki(作者)
21楼
非常抱歉!我在15楼的回答有个错误,其中提到的电容器中的有害物质是多氯联苯,不是氯化甲烷。
多氯联苯有毒,使用多氯联苯的电容器,要注意防止泄露。即使报废的电容器也不能随意丢弃。
附件是控制危险废物越境转移及其处置巴塞尔公约。其中就有对多氯联苯的处置。有兴趣可以看看。
再次向大家道歉。
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22楼
楼主很严谨啊,令人敬佩!
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2011-1-13 10:27:44
2011-1-13 10:27:44
oki(作者)
23楼
对本贴最后的补充:
目前,大多数逆变式感应加热装置的主回路采用的都是 AC--DC--AC 的模式。即,将工频交流转变为直流后供给逆变器形成高中频交流的形式。
最新的逆变式感应加热装置已经去掉了中间的直流环节,是 AC--AC 的模式。这被称为矩阵式感应加热装置。目前,国外已有产品出现。
已经看到了一台10KW / 1000Hz 的矩阵式感应加热装置。希望不久也可以看到国内的厂家能有相应产品出现。(完)
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2011-4-6 11:18:38
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24楼
这个帖子不顶不行
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2011-4-13 10:42:29
2011-4-13 10:42:29
25楼
要是能够开专业技术贴,大家一起学习就好了
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2011-5-3 21:02:12
2011-5-3 21:02:12
26楼
太专业了,有点看不懂。呵呵。
我有个问题:如果加热的试样是7mm*5mm左右的圆柱试样,需要所谓的淬火变压器吗?
我看到的感应加热都是加热相对大的试样,有没有小型的感应加热呢?欢迎推荐。谢谢。
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2011-5-4 05:37:13
oki(作者)
27楼
加热过程中,随温度的变化,工件的等效阻抗也会发生变化。这会影响振荡器的工作。所以单回路的加热装置只出现在业余爱好者设计的电路中。专业厂家生产的感应加热设备都有淬火变压器。
一台感应加热装置有、无淬火变压器与工件大小无关。
目前国内厂家生产的功率最小的感应加热装置是4KW 。(桌面式水冷)
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2011-12-23 12:55:36
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28楼
这个做的很专业,真是学习的好地方[s:272]
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2011-12-24 08:30:10
29楼
引用第26楼嘻嘻哈哈于2011-05-03 21:02发表的  :
太专业了,有点看不懂。呵呵。
我有个问题:如果加热的试样是7mm*5mm左右的圆柱试样,需要所谓的淬火变压器吗?
我看到的感应加热都是加热相对大的试样,有没有小型的感应加热呢?欢迎推荐。谢谢。



越小越需要。因为要把能量集中在小地方,需要大电流。
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30楼
楼主说话,确实像经过国外工程历练,中规中矩。
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2011-12-30 07:54:53
2011-12-30 07:54:53
31楼
这个贴能做个文件离线看就好了。
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32楼
[s:271]我也喜欢感应加热
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2012-1-14 10:22:24
2012-1-14 10:22:24
33楼
[s:271]  [s:271]  [s:271] 太需要这样的知识了!我原来是学RF通讯的,现在的工作是就是搞感应加热,相见恨晚!
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2012-9-5 13:52:06
2012-9-5 13:52:06
34楼
楼主发些时间分割式感应加热资料就好了。
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35楼
回 5楼(ehco) 的帖子
15KW高频感应加热高频变压器151036

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36楼
回 35楼(飘飘飘) 的帖子
[upload=2]151035

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37楼
图怎麽发不上?
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38楼
弄好了!!!不好意思!
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2012-9-6 09:01:02
39楼
現在還有感應加熱器使用電子管嗎?
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2012-11-24 20:58:15
2012-11-24 20:58:15
40楼
[s:271]在厂子里接触过几台40KW的坏机子,时间短没仔细研究错过啦。。。。
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2013-1-18 01:31:42
2013-1-18 01:31:42
41楼
真是耳目一新真令我茅塞顿开!
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2013-1-31 23:16:28
2013-1-31 23:16:28
42楼
绝对好贴!!!!!!!!!
这几个capacitor 0.08UF 3000VAC的 用在40KW,这样接如何!给个意见! 166783
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2013-5-12 08:06:14
2013-5-12 08:06:14
43楼
好详细的电磁感应贴,学习了。
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2013-7-3 17:44:39
2013-7-3 17:44:39
44楼
回 2楼(挂羊头) 的帖子
怎么想倒退到继电器时代了呢? [s:275]
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2013-7-18 11:01:09
2013-7-18 11:01:09
45楼
你好版主:请教下MOSFET的开关速度即然比IGBT的高,为什么在低频时多数机器却用IGBT呢!是不是低频时IGBT功率或效率更高呢!谢谢
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2014-2-8 14:04:18
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46楼
挂羊头 发表于 2010-12-30 22:25
请问能否可以用电动机带动一个高速旋转的电极触点来代替昂贵的IGBT实现中频加热震荡电路呢?


没可能。如果你想看到闪电的话。
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2015-10-19 23:12:24
2015-10-19 23:12:24
47楼
专业
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2015-10-21 01:31:49
2015-10-21 01:31:49
48楼
这个也是值得收藏的,谢谢!
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2016-1-4 10:14:33
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49楼
真好啊 好多都要学习 谢谢楼主  希望更多的人看到此贴
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