如何正确选择IGBT感应加热设备

作者：广州威士达电子科技有限公司 邓少辉

欢迎访问e展厅 展厅 4 加热机/加热炉展厅 箱式电炉, 导热油炉, 高温箱, 高频加热机, 感应加热机, ... 感应加热是由感应加热设备输出高频电流，通过感应圈产生交变磁场，贯穿放在感应圈中的金属工件形成涡流，使之迅速加热，而感应圈本身不产生热量，已经有几十年的历史。90年代中期以IGBT模块为核心全固态感应加热设备开始出现，与电子管高频设备和可控硅感应加热设备相比，节能10%-40%。一经面市，就以其节能环保、加工质量高、操作方便、运行安全可靠、维修费用少等诸多优势成为目前小型金属加热领域最理想的加热方式。 不同的频率的感应加热设备，产生不同的加热效果，决定了加热质量的好坏；功率大小，决定工件的加热速度和加工效率，所以，根据工件的加热要求，选择正确的频率和功率显得非常重要。 一、如何选则频率 感应加热设备，根据输出频率不同，大致可以分为：超高频、高频、超音频、中频等。不同的加热工艺要求需要的频率不同，如果频率选择错误不能满足加热要求，如加热时间慢、工作效率低、加热不均匀、温度达不到要求，容易造成工件的损坏。 正确选择频率，首先，要了解产品的加热工艺要求，大概说来有以下几种情况： 1、 工件透热，例如：紧固件、标准件、汽配、五金工具、索具、麻花钻的热镦热轧等，工件直径越大，频率应越低。如： Φ4 mm以下， 适用高频、超高频(100-500KHz) Φ4-16,mm 适用高频(50-100 KHz) Φ16-40 mm适用超音频(10-50 KHz) Φ40 mm以上 适用中频（0.5-10 KHz) 2、 热处理，轴类、齿轮、淬火及不锈钢制品退火等等，以淬火为例，工件要求淬火层越浅，频率应越高，淬火层越深，频率应越低。如：淬火层为 02.-0.8mm 适用100-250 KHz 超高频、高频 1.0-1.5mm 适用40-50 KHz高频、超音频 1.5-2.0mm 适用20-25 KHz超音频 2.0-3.0mm 适用8-20 KHz超音频、中频 3.0-5.0mm 适用4-8 KHz中频 5.0-8.0mm 适用2.5-4 KHz中频 3、钎焊，钎头、车刀、铰刀、铣刀、钻头等及不锈钢锅底不同材料的复合焊接，焊接体积越大，频率越应降低，以车刀焊接为例，如： 20 mm以下刀具， 适用50-100 KHz 高频 20 --30mm以上刀具 适用10-50 KHz 高频、超音频 30 mm以上刀具， 适用1-8 KHz中频。 4、熔炼金、银、铜、铅等贵金属 根据熔炉及生产效率具体而定。小容量可选高频，大多选超音频、中频、超音频可以满足压铸行业的一般应用，每小时可以熔化200KG铝锭的一般应用。 二、如何选择功率 当您根据您的工件的要求，确定了机器的频率之后，下一步就要根据生产情况选择适当的机器功率了。机器的功率越大，其加热的速度就越快，但其价格就会相应增加，小功率设备，成本低，其加热的速度慢。 1、感应加热功功率率通常有两种：输出功率和振荡功率。 感应加热设备必须将交流电进行整流，得到振荡电流和电压，振荡功率即为二者的乘积。 通常所说的功率，都是机器的负载功率，也叫输出功率，振荡功率只有实际输出功率的60%左右。如标定振荡功率50KW设备和输出功率30KW感应加热设备再相同条件下加热效果相同。 以下是常用设备输出功率/振荡功率对比。 25KW/42 KW，30 KW /50 KW，50KW/ 80 KW，80 KW /125 KW 目前，感应加热设备并没有国家规定的型号标定方法，大多数厂商都喜欢把产品标成厂名识别号+功率的形式如：XX-20，YY-60，ZZ-100等形式，所以有的生产企业通常都将功率标称为振荡功率，更有一些生产企业将振荡功率标定为输出功率或只说笼统地标为功率，误导客户。更有甚者干脆不写功率，将输入电流数标定型号，让客户误以为后面的识字就是该机的功率。二者实则相去甚远。而感应加热设备，通常买了之后很长时间不会再更新，等客户明白个中区区别时往往追悔莫及。 所以，当企业向您介绍产品的时候，不要只关心型号，别忘了问他的输出功率是多少，作到心中有数。 2、加工相同工件，工作速度不同，功率选择也有很大区别 例如；某紧固件企业要热煅加工Φ30 mm长度50mm的螺杆，加热温度1000度，生产速度20件/分钟，那就应该选择一款频率为超音频（10-40KHZ）输出功率80KW的机器使用，如果生产速度降为10件/分钟，一款频率为超音频（10-40）输出功率50KW的机器就能满足应用， 80KW价格要比50KW高，所以，厂家可以根据自己的实际情况，选择最合适的机型，以免造成浪费。 另外，功率的选择还要考虑到用电电压的波动情况，对使用三相交流电的用户来说，电压降低10V，其输出功率就会降低7%左右，一般来讲，企业在使用该设备时，一批工件加热时间是固定的，当电压降低时，为保证达到加热效果，就应该调大该机功率，达到相同的加热效果。但如果您的加热时间是以设备最大功率状态为前提设定，当电压降低时，只有通过延长加热时间的方法达到相同的加热效果，这样就必须重新实验，获得时间设定参数，耽误生产工作，也不能保证工件质量。所以建议在使用时，将设备的功率输出调整到85-90%功率状态左右，留一点余量，这样又能延长使用寿命，又可以从容应对电压波动造成的不利影象。 三、如何避免价格陷阱 当您根据您的工件的要求，确定了机器的频率和功率之后，就要根据生产情况选择适当的供应商了。 价格当然是您比较关心的了，如何避免价格陷阱将是您遇到的另一个问题。 目前，随着IGBT感应加热设备的广泛使用，生产厂家厂家也很多，但是，在小型（400KW）领域内能够拥有自主知识产权，拥有独立高水平研发队伍，全系列产品的企业，全国仅有几家，大多数企业都是仿造、组装而已，所以，即便是不同的厂家之间，相同功率（标定）的产品，质量差异很大。买到一款实用的，价廉物美的产品是每一个用户所期望的， 由于设备的价格与设备个功率有密切的联系，功率越大，价格越高，所以，功率虚标成为误导客户常用手段。通常表现为： 1、 功率标称为振荡功率， 2、 企业将振荡功率标定为输出功率或只说笼统地标为功率， 3、 不写功率，将输入电流数标定型号，让客户误以为后面的识字就是该机的功率。 4、 胡乱标注低功率写成高功率。 相比上述情况，下面的情况更加恶劣。 国内一些生产企业为了谋取暴利，通过调整IGBT模块的某些参数，达到将小功率设备功率调大的目的，比如将30KW设备调成40-50KW，把它当成45KW设备出售，其结果，小马拉大车，设备负荷重，缩短设备使用寿命，本来正常能使用5年的产品，一、两年就报废了。而这种情况短时间客户无法察觉，但只是个时间迟早问题。而且，由于参数的改变，使设备的相容性变差，相互干扰严重，故障多，影响生产。避免这一点最好的办法是寻找国内大型生产厂家，或多听同行的评价。 其实，但无论哪种情况，您只要稍加留意，还是不难分辨的。下面简单介绍一下。 1、相同使用功率比较 例如，当您确定本厂将要购买一台高频加热设备用以焊接，你确定了甲、乙、丙三家企业的产品，分别为 甲-25型（输出功率25KW） 14800元甲-40型（输出功率40KW） 26800元 乙-25型（振荡功率25KW） 12500元乙-40型（振荡功率40KW） 18800元 丙-25型（振荡功率25KW） 11000元丙-40型（振荡功率40KW） 16800元 由于甲-25型为输出功率，所以转换成振荡功率，甲的振荡功率为42 KW所以，完成相同的工作，乙、丙对比机型为 乙-40型（振荡功率40KW） 18800元 丙-40型（振荡功率40KW） 16800元 所以，甲-25型，14800元反而是最低的价格。这样，您就可以掉入乙丙的价格陷阱。 2、相同工件对比 俗话说，不怕不识货，就怕货比货，将工件拿到上述供应商那里，就会的得到不同的加热时间，加热最短的，其功率最大，比较一下，找到功能相近的机型，进行筛选。 四、如何选择好的产品 好的产品应有以下几点：良好的稳定性、良好的性价比、良好的适应性、快速、周到售后服务。 当您选择一款产品是，不仅要考虑他的后期综合使用成本，包括停工损失、零件更换、保修期过后的维修、升级能力、等等多方面的因素， 实践是检验产品的唯一标准，你可以要求对方将设备，安装到您的工厂，现场检测，有条件的话，最好能试用几天。好的设备，外观整洁，标识清楚，使用方便。通常小功率设备（振荡功率30KW以下）大多数企业都用发光二极管来显示电流的大小，但它不能真实的显示功率的大小，只能作为调节功率的参考。振荡功率30KW以上时，应使用标准计量的电压（振荡）、电流（振荡）表，设备工作时，运行电压（振荡）、电流（振荡）直观显示，企业无法弄虚作假，也便于操作人员客观、准确的掌握机器运行状态。如果这种大功率设备仍然采用发光二极管来显示，就要小心了。 大功率设备一般主电源和感应圈变压器是分开的，变压器性能好坏直接影响感应圈的工作效率，有的变压器采用油浸的方式，这种变压器，比较落后，易污染，一旦损坏，几乎是无法修理，也没有修理的价值，是淘汰的产品。现在多数企业选用的都是干式变压器。 同样的主机，由于工件不同，变压器也不是完全一样的。如，当一台输出功率30KW感应加热设备作焊接时，其感应圈在1-2圈，感应加热设备作退火时其感应圈在4-8圈, 在保证功率正常输出的前提下感应圈匝数越多，工件受热越均匀，设备处理异型工件的能力越强，但是，有些企业的设备，变压器只能负载1-2感应圈，碰到大的工件，感应圈只能采取并管制作，工艺复杂，加热效率低。曾经遇到这样的情况，加热一个直径16厘米，高度20厘米不锈钢煲制品，用某型30KW设备作不锈钢退火工艺，感应圈7匝，输出功率达到32KW，仅用13秒完成退火，同样感应圈，同样工件，放到另一个品牌号称40KW的机器上测试，，加热速度竟然90多秒，几乎无法使用，将线圈匝数少为3-4圈，才能勉强加热，不得不在工件底部加装旋转装置。 有条件的话，还可以要求设备厂商打开机箱，一款好的设备，电子元器件布局合理，线路整齐，可以看到里面关键元器件如IGBT功率模块、电力电容器等原材料材质，从设备的整体外观、重量对设备有更进一步的认识。大多数厂家没有独立高水平研发队伍，没有自己的核心技术，同质化严重。大多数企业产品主控电路板和驱动电路板是一体的，当其中一个驱动电路发生故障时，不得不更换整个电路板，这种状况一般都会发生在超过保修期时，从而增加用户负担。所以，最好能选择主控电路板和驱动电路板独立的产品，维修成本低，这一点可以询问对方技术人员。 有实力企业，备件充分，快速快捷，售后服务、周到，还可以为客户提供备用设备，最大限度保证企业生产工作不受影响。 到此为止，您也许对IGBT感应加热设备有了简单的了解，但它并不能满足金属加热的所有领域。IGBT功率模块的物理特性决定了其功率不能造的很大，目前，国外某些企业已开发出输入功率4000KW的设备，国内仅少数企业有能力生产1000KW左右的设备，大功率加热设备仍使用传统的晶体管、电子管技术，另外，IGBT在超高频领域的使用技术还有待进一步突破。 以上内容仅是本人对感应加热行业现状及感应加热设备的一些简单看法，由于本人知识有限，错误之处在所难免，希望广大同业批评指正，也希望广大用户在产品使用过程中，提出您的看法和建议，以供产品的改进，您可以打电话020-82525136或电邮wave_star@163.com(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/8/2008)