一、高頻感應加熱設備的應用領域

高頻感應加熱設備主要用於金屬表麵熱處理，鋼管焊接，金屬熔煉等。

我廠生產的高頻感應加熱設備主要分為單回路和三回路兩種形式。三回路指一槽振蕩回路，二槽振蕩回路和反饋回路。能穩定的振蕩頻率隻有一個。電路調節較為方便，主要用於多品種，小批量鋼管的焊接以及工作熱處理。

單回路隻有一個並聯諧振回路，采用電容反饋，與三回路比較，線路簡單，槽路電壓高，效率高，能耗低。

為適應焊管形式，提高生產效率，節能降耗，大多采用單回路高頻設備。

我廠高頻設備采用可控矽調壓，焊接功率調整方便。加熱停止，可控矽自動封鎖，整流變壓器處於零電壓狀態，無空載損耗，同時也避免瞭整流變壓器送電和停電時產生的湧浪電壓，減少瞭對整流變壓器及壓敏電阻，矽橋及隔直電容的沖擊。

我廠高頻設備的槽路輸出有鮮明的特點，即獨立毗連式焊變電容櫃。槽路電容和槽路電感工藝位置相互獨立，具有一定的間隔，電氣乾擾和熱輻射被隔離。它們距離又是最近，減少瞭振蕩損耗。這樣既省電又降低瞭槽路電器的損壞幾率。

二、高頻加熱設備的工作原理

1.    工作原理介紹

工頻電源（380V，50HZ）經過開關調壓櫃後，變為可調電壓（0-380V，50HZ），經過整流變壓器與矽堆後變為0-13.5KV的直流電壓，作為電子管的工作電源。振蕩槽路在電子管提供的能量補充下，將直流高壓變換成高頻高壓，再經過焊接變壓器變換成低壓高頻電源，最後通過感應圈，利用高頻電流的感應作用，集膚效應，及鄰近效應，使鋼管開口兩側的電流密集，迅速熔化，經過擠壓輥的擠壓，熔接在一起，達到焊接目的。

1. 調壓電路

為瞭適應不同的焊接負載，要求進行功率調節。開關調壓櫃是完成功率調節的重要環節。核心部件調壓板每隔60電角度發一組脈沖列，去觸發相應的可控矽，使輸出電壓變為0-380V可調。采用單相同步瑣相環技術，具有良好的穩壓作用。其它方麵參閱《調壓說明書》。

1. 電子管的燈絲電源

電子管的燈絲電阻在冷態與熱態時電阻值相差很大（R冷：R熱=1：13）。如果額定燈絲電壓直接加上，在開始的瞬間就會有約十幾倍額定燈絲電流的沖擊電流通過燈絲，燈絲會由於大電流所引起的磁場力而變形，甚至損壞。因此額定燈絲電壓不能直接加上。

電子管的燈絲供電采用諧振式磁飽和穩壓器兩級供電方式。啟動時，先送半壓，延時後再送全壓。工作原理如圖：

磁飽和穩壓器的次級鐵芯柱截麵積約為初級的1/2。具有初級繞組和次級繞組外，還有一個諧振繞組套在次級鐵芯柱上，與諧振電容一起產生大的諧振電流，通過鐵芯。根據變壓器原理，次級鐵芯磁通量達到飽和程度後多餘的磁通再也不能通過，從而達到穩壓的目的。

           D1 D2    30 31  F           G

諧振繞組不並聯諧振電容時為第一級供電（燈絲半壓），並聯諧振電容時為第二級供電（燈絲全壓）。燈絲穩壓器的穩壓精度為±2%。

1. 電子管陽極電源

開關調壓櫃的可調輸出電壓經過整流變壓器升壓和高壓矽堆整流後，變為0-13.5KV的直流高壓,作為電子管的陽極電源。直流高壓經過表阻板降壓後，作為調壓板的負反饋信號，形成閉環系統，使陽極電壓基本保持穩定。

1. 電子管振蕩電路

電子管振蕩電路由電子管，LC選頻電路及反饋回路組成。電容C和電感L都是儲能元件，如圖連接：假設電容C已經充好電，在開關K閉合的瞬間，電容器Ｃ中的電荷通過電感Ｌ釋放。電容器Ｃ中的電荷釋放完畢後，電感Ｌ中便儲存瞭能量，形成瞭電能和磁能的相互轉換，即電磁振蕩。由於線路中存在一定的電阻，這種電磁振蕩是阻尼振蕩。為瞭使阻尼振蕩成為等幅振蕩，應在每一個振蕩周期向振蕩回路補一次能量。

                               K

                 C                       L

                               i

5.1電子管

電子管是一個真空三極管，由陽極Ａ，陰極Ｆ，柵極Ｇ組成。

陰極F：發射電子，保證管內電流流通。

柵極G：形狀為網狀或條形，能讓電子通過，能控制從陰極流向陽極的電子流，實現電子管的開關作用。

    陽極A：建立管內磁場，接收電子，形成陽極電流。

                                               A

                                                     G

5.2考畢茲(COLPITTS)振蕩電路                 F

    振蕩回路由C1，C2及L0組成。C3，C4為反饋分壓電容，V為電子管（如圖）。反

饋電壓取自電容C2，由於電容對高次諧波阻抗很小，於是反饋電壓中的諧波分量小，輸出

波形較好。由於反饋信號與輸入信號的相位同向，所以又稱自激放大器。柵極回路中串聯一

隻電阻R1（柵偏電阻），當電子管加上直流電壓後，柵極回路無電壓，無電流，所以柵偏壓

為零，陽極電流形成，振蕩開始。振蕩開始後，反饋電壓加到柵極，因此柵極回路中產生瞭

電流，流經柵偏電阻R1時產生柵偏電壓（近柵極斷為負），控制振蕩。同時柵偏電阻還具

有穩定振蕩強度的功能。這種方法稱為自給柵偏壓（或稱柵漏電壓）。

                         C5

                                             L0

                                     C3

                                            C2   C1

                         R1         C4

                 F

三、電子管振蕩器工作狀態計算（FD935）

以電子管FD935S(400KW)為例。

Uf:燈絲電壓      If:燈絲電流   Ea:陽極電壓       Iao:陽極電流  

Igo:柵極電流     Pa:陽極耗散功率Pgo:柵極耗散功率f:振蕩頻率

1. Ea(陽極電壓)，Eg（柵極負偏壓），Uamin（陽極最小電壓），Iamax（陽極峰值電流）的參數選擇。

           Ea取13.5KV。

           Eg=2x13.5/30=900V，取800V。

           Uamin=(1-ξ)xEa=(1-0.89)x13500=1500Vξ:陽壓利用系數，取0.89。

           Iamax=CxPout/Ea=4.8x407/13500=144.7A對於丙類工作狀態，C取4.8。

1. PQ負載線

工作線是電子管在射頻周期內各級電流電壓變化的軌跡。P點是電子管在射頻周期內Uamin和Iamax在恒流曲線上的交點。Q點是電子管的直流高壓Ea和柵極負偏壓Eg在恒流曲線上的交點。此時陽極電壓最大，陽極電流為零。PQ兩點的連線即為工作線。FD935S恒流曲線圖及艾馬克電子管特性計算器如下圖：

                                        A

              陽極電流                       B

              柵極電流

Ug(v)                                               C

                                                  D

       60

     1200 P      40

1000               180                                     E

                       140

400                             120                           F

     200                                  Ua(kv)                        

    0                                   40

   -400                                   5

-600

     2      6       10     Q 14      O                        G

3．工作狀態計算（參考文獻：發射管實用手冊）

把艾馬克電子管特性計算器正麵朝上放在恒流曲線上，並使計算器上的“導向線”與PQ工作線保持平行。逐步移動計算器，使OG線通過工作線的Q點，OA線通過工作線的P點（註意導向線與工作線始終保持平行）。分別找出OA OB OCOD OE OF各線與PQ工作線的交點。這些交點就是電子管射頻周期內陽極電流和柵極電流的瞬時值。列表如下：

    按切菲公式計算直流分量和基波分量

(1)陽極直流分量

Iao=(0.5A+B+C+D+E+F)/12=(0.5*142+138+128+102+38+0)/12=40A

(2)陽極基波分量

Ia1=(A+1.93B+1.73C+1.41D+E+0.52F)/12

=(142+1.93*138+1.73*128+1.41*102+38)/12=68A

(3)柵極直流分量

Igo=(0.5A+B+C+D+E+F)/12=(0.5*62+48+32+8)/12=9.9A

(4)柵極基波分量

Ig1=(A+1.93B+1.73C+1.41D+E+0.52F)/12=(62+1.93*48+1.73*32+1.41*8)/12=18.44A

(5)輸入功率

Pin=Ea*Iao=13500*40=540KW

(6)振蕩功率

Pout=Ua*Ia1/2=ξEa*Ia1/2=0.89*13500*68/2=408KW

(7)陽極耗散功率

Pa=Pin-Pout=540-408=132KW

(8)      效率

ηa=Pout/Pin=408/540=75%

(9)陽極負載阻抗

Roe=Ua/Ia1=ξEa/Ia1=0.89*13500/68=177Ω

(10)柵極激勵功率

Pgd=Ug*Ig1/2=(Ugmax+Eg)*Ig1/2= (800+800)*18.44/2=14.75KW

(11)柵極直流功率

Pgo=Eg*Igo=800*9.9=7.9KW

(12)柵極耗散功率

Pg=Pgd-Pgo=14.75-7.9=6.85KW

從計算結果可以看出，工作狀態計算符合要求，根據實際經驗是可以實現的。在實際工作中，由於焊接負載的不同，電子管的各項實測參數與計算值有偏差。焊接負載重（厚壁管子）時，焊接功率就會更好的體現出來。

    高頻地線的制作

高頻設備要求有獨立可靠的接地，且在主機櫃附近。接地電阻≤4Ω。接地形狀為正

三角行，稱為三角接地。最好作地基時予埋，方法如下：

    三根接地線為1″鍍鋅鋼管或5050X5的角鋼，長度≥2500毫米，成正三角行

排列，每兩根相距2500毫米，三根接地線之間用50X5的扁鋼連接（滿焊），最後由一點引出地麵，引出線亦為50X5的扁鋼。

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