感应加热装置汇流母线的改进设计

感应加热装置是指利用电流产生的磁场非接触
地对感应器内的金属工件实现涡流加热的设备装
置。感应器一般由环形的通水铜管制成, 其满载时的
品质因数Q (感应器的无功功率与有功功率之比) 可
达10～ 15。为了减小装置的容量, 将负载电路设计
为由感应器和补偿电容器组成的谐振电路[ 1 ]。目前
所采用的绝大部分是并联谐振电路, 其特征是回路
的电流谐振。回路的谐振电流值可近似为装置输出
电路的Q 倍。象常用的500 kW ö1 000 Hz 中频电源
配备0. 5 t 感应炉(额定电压为1 500 V ) , 其谐振回
路的谐振电路可达5 000 A; 电流频率为1 000 Hz。
谐振回路的最大特点是电流大、频率高。而在装置补
偿电容柜内汇流母线上的电流分布呈阶梯形逐渐下
降, 在同一根母线上电流密度相差悬殊。而现在所用
母线多为等截面的铜排, 这就显得很不合理。假如按
补偿电容柜内最大电流值来考虑其截面, 则小电流
处的截面就显得过于浪费; 又假如按补偿电容柜内
母线的平均电流来设计其母线的截面, 则母线的最
大电流处会严重发热, 增加功耗, 进而降低了装置的
系统效率。因此, 电容柜内母线的理想形状应该是与
电流大小相应的阶梯状。又由于谐振回路的谐振电
流频率较高, 来回母线间的距离又小, 严重的“集肤
效应”和“邻近效应”将影响母线内的电流分布[ 2 ]。
2　母线的设计
感应加热中频电源大部分工作在500～ 8 000
Hz 的频率范围, 其母线形状和尺寸的合理设计不仅
与流过母线电流的大小和分布有关, 而且与流过母
线电流的工作频率也有密切关系。
2. 1　补偿电容柜内母线的电流分布
由于感应器的Q 值达10～ 15, 功率因数co s Ÿ
极低(一般小于0. 1) , 装置所需要的补偿电容容量
近似为装置功率的Q 倍。因此, 作为谐振回路一部
分补偿电容的数量就很多, 一般多达数十只。流过母
线的电流很大, 而且分布极不均匀。
作为感应加热装置负载谐振回路的结构示意图

应用于感应加热装置中谐振回路母线的设计,
必须考虑到“集肤效应”和“邻近效应”对其电流分布
所带来的严重影响。它的形状和尺寸在以电流大、频
率高为主要特征的感应加热装置中显得尤为重要。
适当的电流密度和合理的母线结构与尺寸对装置的
经济运行和节约成本都是必要的。经过改进后的谐
振回路母线与原来使用的母线相比既节能又省材,
更趋于合理、经济, 可谓一举两得。这一方案已得到
了有关生产厂家的重视和实际应用, 并具有一定的
经济效益和社会效益。