中頻感應(yīng)電源KGPS和IGBT的應(yīng)用維修應(yīng)用中的探討

摘要：中頻感應(yīng)電源在金屬熱加工、焊接、熔化、金屬熔煉、透熱、焊接、淬火等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。可控硅中頻電源和晶體管中頻電源作為兩種主要的電源類型，各有其獨特的優(yōu)勢和適用場景，本文將從使用與維修應(yīng)用的角度，對這兩種電源進(jìn)行比較和探討。感應(yīng)加熱系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于金屬熱加工、焊接、熔化、金屬熔煉、透熱、焊接、淬火等工業(yè)領(lǐng)域中，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，感應(yīng)加熱設(shè)備用到的電源裝置通常是KGPS 和絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）中頻感應(yīng)電源，，感應(yīng)加熱系統(tǒng)包括感應(yīng)線圈、電源和工件中。（中頻加熱電源如圖1所示）工頻交流電經(jīng)過感應(yīng)加熱電源處理之后，變?yōu)橹懈哳l的交流電供給感應(yīng)線圈，使線圈中產(chǎn)生交變磁場，從而加熱工件。由此可見，電KGPS和IGBT這兩種中頻感應(yīng)電源在感應(yīng)加熱系統(tǒng)中起到舉足輕重的作用。對以上兩種電源的工作原理、性能參數(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域與維修方法等進(jìn)行詳細(xì)分析，并分析了中頻電源的未來發(fā)展趨勢，以其為相關(guān)領(lǐng)域的工程師和技術(shù)人員提供有價值的參考。

緣柵雙極型晶體管（IGBT），可控硅中頻電源與晶體管中頻電源在使用與維修應(yīng)用中的特點和差異，

關(guān)鍵詞：IGBT中頻感應(yīng)電源 "KGPS "IGBT"" 高效節(jié)能

Discussion on the Application and Maintenance of Medium Frequency Induction Power Supply KGPS and IGBT

XUu Yonghong

1. MiddlingChina Coal Zhangakou Coal Mining Machinery Co.， Ltd.， Zhangjiakou， Hebei Province， 075000 China; 2. Hebei Province High -Eend Intelligent Mine Equipment Technology Innovation Center， Zhangjiakou City， Hebei Province， 075000 China

Abstract： Induction heating system is widely used in industrial fields such as metal hot processingworking， welding， melting， metal smelting， heat transferforging， welding， quenching， etc.， which has broad application prospects. At present， the power supply device used in induction heating equipment is usually KGPS orand Insulated Gate Bipolar Transistor （IGBT） mediummedium frequency induction power supply. It can be seen that KGPS and IGBT， these two mediumsthe two kinds of medium frequency induction power supplies， KGPS and IGBT， play an important role in the induction heating system. Detailed analysis was conducted on the working principles， performance parameters， application areas， and maintenance methods of the two types of power supplies mentioned above， and the future development trends of medium frequency power supplies were analyzed， providing valuable references for engineers and technicians in related fieldsThis paper aims to valuable references for engineers and technicians in related fields by a detailed analysis of the working principle， performance parameters， application fields and maintenance methods of the above two power supplies.

Key Words： Medium frequency induction power supply; KGPS; IGBT

感應(yīng)加熱系統(tǒng)是利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)備，其主要組成有電源裝置、感應(yīng)線圈、工件和冷卻系統(tǒng)。感應(yīng)加熱系統(tǒng)的核心原理是：交變電流通過感應(yīng)線圈產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)磁場內(nèi)的磁力線穿過金屬工件時，會在工件內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流的熱效應(yīng)使工件自身發(fā)熱。

中頻感應(yīng)電源在金屬熱加工、焊接、熔化、金屬熔煉、透熱、焊接、淬火等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。可控硅中頻電源和晶體管中頻電源作為兩種主要的電源類型，各有其獨特的優(yōu)勢和適用場景，本文將從使用與維修應(yīng)用的角度，對這兩種電源進(jìn)行比較和探討。感應(yīng)加熱系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于金屬熱加工、焊接、熔化、金屬熔煉、透熱、焊接、淬火等工業(yè)領(lǐng)域中，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，感應(yīng)加熱設(shè)備用到的電源裝置通常是KGPS 和絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）中頻感應(yīng)電源，，感應(yīng)加熱系統(tǒng)包括感應(yīng)線圈、電源和工件中。（中頻加熱電源如圖1所示）工頻交流電經(jīng)過感應(yīng)加熱電源處理之后，變?yōu)橹懈哳l的交流電供給感應(yīng)線圈，使線圈中產(chǎn)生交變磁場，從而加熱工件。其在感應(yīng)加熱系統(tǒng)中起到舉足輕重的作用。本文對中頻感應(yīng)電源KGPS和IGBT中頻感應(yīng)電源的工作原理、性能參數(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域與維修方法等進(jìn)行詳細(xì)分析，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的工程師和技術(shù)人員提供有價值的參考。

1" KGPS中頻感應(yīng)電源可控硅中頻

1.1 KGPS中頻感應(yīng)電源可控硅中頻電源工作原理

KGPS中頻感應(yīng)電源是一種利用晶閘管（可控硅）作為開關(guān)器件的中頻電源設(shè)備，其本質(zhì)是通過晶閘管將工頻交流電（如380 V/50 Hz）轉(zhuǎn)換為中頻交流電（通常頻率在1～10 kHz）的變流裝置。其核心部件有晶閘管（主電路開關(guān)）、濾波電容、中頻變壓器、控制系統(tǒng)（用于調(diào)節(jié)頻率和功率）等。

KGPS中頻電源的工作原理如下。（1）整流環(huán)節(jié)：工頻交流電經(jīng)整流橋（晶閘管或二極管）整流為直流電；（2）逆變環(huán)節(jié)：直流電通過晶閘管組成的逆變電路，在觸發(fā)信號控制下交替導(dǎo)通，將直流電逆變?yōu)橹蓄l交流電；（3）頻率調(diào)節(jié)：通過控制晶閘管的觸發(fā)脈沖頻率，改變輸出交流電的頻率，滿足不同負(fù)載需求。

KGPS中頻感應(yīng)電源可控硅中頻電源采用并聯(lián)逆變電路（如圖1所示），將三相工頻交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嘀蓄l電能。其主電路由晶閘管元件組成，將三相工頻交流電整流為直流，經(jīng)電抗器平波后，再經(jīng)單相逆變橋逆變成一定頻率的單相中頻電流負(fù)載，由感應(yīng)線圈和補償電容器組成，聯(lián)接成并聯(lián)諧振電路。圖1是KGPS中頻加熱感應(yīng)電源工作原理電路圖[2]"。

1.2 性能特點

（1）負(fù)載適應(yīng)能力強。KGPS中頻電源對負(fù)載的適應(yīng)能力強，適用于各種感應(yīng)加熱設(shè)備。

（2）電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)。在額定功率時，其功率因數(shù)接近于0.90；在功率減小時，其功率因數(shù)會降低。

（3）諧波干擾。其對電網(wǎng)有較大的諧波干擾。

（4）變換效率。在中功率時，其與IGBT電源的變換效率相當(dāng)；大功率時，其變換效率略低。

1.3 維修方法

KGPS中頻感應(yīng)電源的維修主要包括對整流晶閘管、電熱電容等關(guān)鍵部件的檢查和更換，。在這個過程中，需使用示波器，逐一拆除該電源中6組整流硅控制輸出線，并檢查直流電流是否發(fā)生變化，以確定可能損壞的可控硅。；使用萬用表測量該電源逆變硅的電阻值，判斷其是否擊穿，；還要注意檢查晶閘管的冷卻水路是否暢通，以確保水量充足。。需要注意的是，在維修注意事項時，還需要特別注意對冷卻系統(tǒng)的檢查和維護(hù)，。因為溫度對KGPS中頻感應(yīng)電源可控硅的元件的的工作溫度對其性能和壽命有重要影響，。同時，對于KGPS中頻感應(yīng)電源元件中老化的濾波電感和電容，也需要及時更換，以保證電源的穩(wěn)定性和可靠性。

1.4 KGPS中頻感應(yīng)電源的可控硅中頻電源用途

其主要用于中大功率熔化爐和熱處理淬火。其價格相對較低，在大功率熔化爐中有較高的可靠性。

2"" IGBT中頻感應(yīng)電源晶體管中頻

IGBT是一種全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，由雙極結(jié)型晶體管和金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管復(fù)合而成。 其主要由芯片、覆銅陶瓷襯底、基板、散熱器等通過焊接而成，有柵極G、集電極c和發(fā)射極E三個端子，內(nèi)部是由數(shù)以百萬計的單元組成的重復(fù)陣列，本質(zhì)上是一個4層的N-P-N-P晶閘管結(jié)構(gòu)。IGBT中頻電源采用串聯(lián)逆變電路，通過調(diào)節(jié)IGBT的導(dǎo)通寬度和頻率來實現(xiàn)對輸出功率的無級調(diào)節(jié)，兼有金氧半場效晶體管的高輸入阻抗和巨型晶體管低導(dǎo)通壓降兩方面優(yōu)點。

2.1 IGBT中頻感應(yīng)電源工作原理

其工作原理：當(dāng)集電極相對于發(fā)射極處于正電位且柵極相對于發(fā)射極也處于足夠的正電位（gt;VGET）時，N溝道IGBT導(dǎo)通，在柵極正下方形成反型層，從而形成溝道，電流從集電極流向發(fā)射極。當(dāng)柵極電壓為零或略為負(fù)時，IGBT關(guān)閉，阻斷電流流通。

2.1 IGBT晶體管中頻電源工作原理

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是一種由控制電路來控制是否導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，兼有金氧半場效晶體管的高輸入阻抗和巨型晶體管低導(dǎo)通壓降兩方面優(yōu)點。IGBT中頻電源采用串聯(lián)逆變電路通過調(diào)節(jié)IGBT的導(dǎo)通寬度和頻率來實現(xiàn)對輸出功率的無級調(diào)節(jié)。

2.2 性能特點

（1）高效節(jié)能。IGBT中頻感應(yīng)電源具有高效節(jié)能和綠色環(huán)保的特點，能夠提高用電效率和電能質(zhì)量。

（2）電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)：[4]"無論輸出功率大小，功率因數(shù)始終接近于11。

（3）諧波干擾。其能夠有效消除3、5、7、9、11次諧波。

（4）變換效率。在中功率時，其與KGPS電源的變換效率相當(dāng)；在大功率時，其變換效率略高。

2.3維修方法

IGBT中頻感應(yīng)電源的維修主要包括對IGBT功率器件、整流二極管、逆變驅(qū)動板等關(guān)鍵部件的檢查和更換，。在檢查IGBT元件時，的外觀，首先，要看是其是否有燒毀、開裂、變形等明顯損壞。；其次，使用萬用表測量IGBT中頻感應(yīng)電源的集電極-發(fā)射極電阻（C-E）和柵極-發(fā)射極電阻（G-E），判斷其是否擊穿。除了對IGBT功率器件的檢查和更換外，還需要對逆變驅(qū)動電路和保護(hù)電路進(jìn)行仔細(xì)檢測。檢查IGBT的驅(qū)動電路，由于IGBT中頻感應(yīng)電源的開關(guān)速度較快，對驅(qū)動電路的要求也較高，因此，驅(qū)動電路的故障率相對較高。測量驅(qū)動電壓是否正常非常重要，在維修時要特別注意。對于逆變驅(qū)動板的維修檢查，需要使用示波器檢測該元件的輸出波形是否正常^[1]。。在檢查過電流保護(hù)電路時，要注意其是否正常工作。清潔散熱系統(tǒng)的檢查包括風(fēng)扇、散熱器等，以確保其正常工作。在維修過程中，需使用示波器檢測逆變驅(qū)動板的輸出波形，確保IGBT工作正常。最后，同時，還需對整流電路、逆變電路等進(jìn)行全面檢查，還需要全面檢查確保各部件有無脫落、燒焦、打火等現(xiàn)像。維修注意事項，除了對IGBT功率器件的檢查和更換外，還需對逆變驅(qū)動電路和保護(hù)電路進(jìn)行仔細(xì)檢測。由于IGBT的開關(guān)速度較快，對驅(qū)動電路的要求也較高，因此驅(qū)動電路的故障率相對較高。

2.4 IGBT中頻感應(yīng)電源用途

IGBT中頻感應(yīng)電源被廣泛應(yīng)用于各種逆變器中，特別是在鑄造熔煉中頻感應(yīng)加熱電源領(lǐng)域，是電力電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢^[2]。此外，IGBT中頻電源還被廣泛應(yīng)用于變頻器、新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。

3" 加強中頻感應(yīng)電源設(shè)備設(shè)備維護(hù)

針對以上兩種中頻感應(yīng)電源設(shè)備故障問題，應(yīng)加強設(shè)備維護(hù)，提高設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性。

首先，[5]"要制訂系統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計劃。根據(jù)設(shè)備的類型、使用頻率、工作環(huán)境等因素，科學(xué)制訂備維護(hù)保養(yǎng)計劃，明確維護(hù)保養(yǎng)的內(nèi)容、周期和標(biāo)準(zhǔn)，如日常點檢、定期保養(yǎng)、大修等，并嚴(yán)格執(zhí)行，確保設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)。其次，維護(hù)保養(yǎng)計劃要全面覆蓋設(shè)備的各個部件和系統(tǒng)，如電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、感應(yīng)器件等，，針對性地開展維護(hù)保養(yǎng)工作。如檢查設(shè)備的運行狀況、電源電壓、冷卻水溫、冷卻水壓、管路連接等，發(fā)現(xiàn)異常情況及時報告和處理。建立設(shè)備故障臺賬，詳細(xì)記錄設(shè)備故障的發(fā)生時間、故障現(xiàn)象、原因分析、維修過程、維修結(jié)果等，總結(jié)故障教訓(xùn)，完善預(yù)防措施。最后，要定期對設(shè)備維修人員進(jìn)行培訓(xùn)和考核，提高其診斷和維修技能，確保設(shè)備故障能夠得到及時、準(zhǔn)確、有效地排除，減少設(shè)備停機時間，提高設(shè)備維修質(zhì)量。

4" 中頻感應(yīng)電源的發(fā)展趨勢

4.1高效化與智能化

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，中頻感應(yīng)電源將向著更高效、更智能的方向發(fā)展。通過采用先進(jìn)的控制算法和智能監(jiān)測技術(shù)^[3-4]，實現(xiàn)電源的動態(tài)調(diào)節(jié)和故障預(yù)警，提高電源的可靠性和穩(wěn)定性。

4.2綠色化與環(huán)保化

隨著環(huán)保意識的增強，中頻感應(yīng)電源將更加注重綠色化和環(huán)保化。通過優(yōu)化電源設(shè)計，減少諧波污染和能耗，降低對電網(wǎng)的影響，實現(xiàn)綠色節(jié)能的目標(biāo)。

4.3模塊化與集成化

為了提高電源的可靠性和維修便利性，中頻感應(yīng)電源將向著模塊化和集成化的方向發(fā)展。通過采用模塊化設(shè)計，將電源的各個部分進(jìn)行分離和封裝，便于更換和維修;同時，通過集成化技術(shù)，將多個功能模塊集成在一起，減少電源的體積和重量，提高電源的緊湊性和可靠性^[5-6]。

4.3.1技術(shù)瓶頸

雖然IGBT等新型功率器件的應(yīng)用提高了中頻感應(yīng)電源的性能和效率，但技術(shù)瓶預(yù)仍然存在，如何進(jìn)一步提高功率器件的開關(guān)速度、降低損耗和成本，是中頻感應(yīng)電源技術(shù)發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)。

4.3.2市場競爭

隨著中頻感應(yīng)電源市場的不斷擴大和競爭的加劇，如何在保證產(chǎn)品質(zhì)量和性能的同時，降低成本和價格，提高市場競爭力，也是中頻感應(yīng)電源企業(yè)需要面對的重要問題。

4.3.3環(huán)保要求

隨著環(huán)保要求的不斷提高，中頻感應(yīng)電源需要更加注重減少諧波污染和能耗，降低對電網(wǎng)和環(huán)境的影響。這要求中頻感應(yīng)電源企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計、制造和使用過程中，采取更加環(huán)保和可持續(xù)的技術(shù)和措施。

5" 結(jié)語

KGPS中頻感應(yīng)電源和IGBT中頻感應(yīng)電源KGPS可控硅中頻電源和IGBT晶體管中頻電源，各具優(yōu)勢和適用場景，。在選擇和使用時，需要根據(jù)具體的工藝要求和負(fù)載特性進(jìn)行綜合考慮。同時，在維修和保養(yǎng)過程中，需要嚴(yán)格按照操作規(guī)程和技術(shù)要求進(jìn)行，確保電源的穩(wěn)定性和可靠性，。未來，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和環(huán)保要求的不斷提高，中頻感應(yīng)電源將向著更高效、更智能、更綠色、更模塊化和集成化的方向發(fā)展，這將為中頻感應(yīng)電源的應(yīng)用和發(fā)展帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)[6]

[1]林奕圳，胡宇峰，周雷，等.新型低功耗金屬氧化物TFT集成行驅(qū)動電路[J].發(fā)光學(xué)報，2020，41（1）：103-109.

[2]聶慧.基于IGBT的大功率中頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)研究[D].北京：北京交通大學(xué)， 2011.

[3]趙昱權(quán).自動化技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用淺析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2023，58（4）：85-88.

[4]王立勇.自動化技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2023，59（12）：177-179.

[5]于艷冬，燕辰凱，楊超，等.ABB變頻器IGBT+AGDR升級改造及應(yīng)用[J].電工技術(shù)術(shù)，2024（4）：10-12，21.

[6]張春曉.大功率中頻感應(yīng)加熱電源控制技術(shù)的研究[D].錦州：遼寧工業(yè)大學(xué)，2020.