ইন্ডাকশন ফার্নেস পাওয়ার সাপ্লাই প্রযুক্তির বিবর্তন এবং ভবিষ্যত

আধুনিক শিল্প উত্তাপের মূল হিসাবে, ইন্ডাকশন হিটিং পাওয়ার সাপ্লাই প্রযুক্তির বিকাশ পাওয়ার ইলেকট্রনিক্সের অগ্রগতি গভীরভাবে প্রতিফলিত করে. প্রারম্ভিক থাইরিস্টর থেকে (এসসিআর) আজকের মূলধারার অন্তরক গেট বাইপোলার ট্রানজিস্টারে বিদ্যুৎ সরবরাহ (আইজিবিটি) বিদ্যুৎ সরবরাহ, সার্কিট টপোলজি সিরিজ অনুরণন থেকে সমান্তরাল অনুরণন পর্যন্ত বিকশিত হয়েছে. এই নিবন্ধটি আইজিবিটি পাওয়ার সাপ্লাই প্রযুক্তির বিকাশের পর্যালোচনা করে, বিভিন্ন সার্কিট টোপোলজির সুবিধা এবং অসুবিধাগুলির তুলনা করে, এবং পরবর্তী প্রজন্মের সিলিকন কার্বাইডের অ্যাপ্লিকেশন সম্ভাবনার অপেক্ষায় রয়েছেন (Sic) পাওয়ার ডিভাইস.

আইজিবিটি প্রযুক্তির উত্থান: ইন্ডাকশন হিটিং পাওয়ার সরবরাহের একটি বিপ্লব

আইজিবিটি প্রযুক্তির পরিপক্কতার আগে, ইন্ডাকশন হিটিং পাওয়ার সাপ্লাই প্রাথমিকভাবে থাইরিস্টর-ভিত্তিক মাঝারি-ফ্রিকোয়েন্সি শক্তি সরবরাহ. এই প্রযুক্তিটি পরিপক্ক এবং স্বল্প ব্যয়বহুল ছিল, এটি কম অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি দ্বারা ভুগেছে, অদক্ষ কর্মক্ষমতা, এবং পাওয়ার গ্রিডে উল্লেখযোগ্য সুরেলা দূষণ.

1980 এর দশকের শেষের দিকে এবং 1990 এর দশকের গোড়ার দিকে, আইজিবিটি-একটি সম্পূর্ণরূপে নিয়ন্ত্রিত পাওয়ার ডিভাইস একটি মোসফেটের উচ্চ ইনপুট প্রতিবন্ধকতা এবং একটি জিটিআর-এর নিম্ন অন-স্টেট ভোল্টেজ ড্রপ-ইন্ডাকশন হিটিং ফিল্ডে উত্থিত হতে পারে. আইজিবিটিএসের আবির্ভাব ইন্ডাকশন হিটিং পাওয়ার সরবরাহে বিপ্লবী পরিবর্তন এনেছে:

• উচ্চতর স্যুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি: আইজিবিটিএসের স্যুইচিং গতি থাইরিস্টরদের চেয়ে অনেক বেশি উন্নত, পাওয়ার সাপ্লাইয়ের অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি কয়েক কিলোহার্টজ থেকে দশক বা এমনকি কয়েকশ কিলোহার্টজে বাড়ানোর অনুমতি দেয়. এটি হিটিং অ্যাপ্লিকেশনগুলির বিস্তৃত পরিসীমা সক্ষম করেছে, যেমন পৃষ্ঠের কঠোরতা এবং ছোট ব্যাসের বারগুলির মাধ্যমে উত্তাপের মাধ্যমে.
• উচ্চ দক্ষতা: আইজিবিটিগুলির তুলনামূলকভাবে কম পরিবাহিতা এবং স্যুইচিং লোকসান বিদ্যুৎ সরবরাহের সামগ্রিক দক্ষতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করেছে, শক্তি খরচ হ্রাস.
• উচ্চতর নিয়ন্ত্রণ কর্মক্ষমতা: সম্পূর্ণ নিয়ন্ত্রিত ডিভাইস হিসাবে, আইজিবিটিএস পালস প্রস্থের মড্যুলেশনের মতো কৌশলগুলির মাধ্যমে আউটপুট পাওয়ারের সুনির্দিষ্ট এবং দ্রুত নিয়ন্ত্রণ অর্জন করতে পারে (পিডব্লিউএম), হিটিং প্রক্রিয়াটির নিয়ন্ত্রণের নির্ভুলতা এবং নমনীয়তা বাড়ানো.
• ছোট আকার এবং ওজন: অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি বৃদ্ধির ফলে ট্রান্সফর্মারগুলির মতো প্যাসিভ উপাদানগুলির আকার এবং ওজনে যথেষ্ট পরিমাণে হ্রাসের অনুমতি রয়েছে, ইন্ডাক্টর, এবং ক্যাপাসিটার, সরঞ্জাম আরও কমপ্যাক্ট করা.

সিরিজ থেকে সমান্তরাল পর্যন্ত: সার্কিট টোপোলজির বিবর্তন

ইন্ডাকশন হিটিং পাওয়ার সরবরাহে দক্ষ শক্তি স্থানান্তর অর্জন করতে, অনুরণন প্রযুক্তি সাধারণত ব্যবহৃত হয়. তাদের মধ্যে, সিরিজ অনুরণন এবং সমান্তরাল অনুরণন দুটি প্রাথমিক সার্কিট টোপোলজিস.

প্রথম দিকে মূলধারার: সিরিজ অনুরণন

প্রারম্ভিক আইজিবিটি ইন্ডাকশন হিটিং পাওয়ার সাপ্লাই প্রায়শই একটি সিরিজ অনুরণিত টপোলজি গ্রহণ করে. এর প্রধান বৈশিষ্ট্যটি হ'ল ইন্ডাকশন কয়েল এবং ক্ষতিপূরণ ক্যাপাসিটার সিরিজের অনুরণনকারী সার্কিট গঠনের জন্য সিরিজে সংযুক্ত রয়েছে.

সুবিধা

• সহজ স্টার্টআপ: সিরিজের অনুরণিত সার্কিট শুরু করা তুলনামূলকভাবে সহজ, ঘন ঘন শুরু এবং স্টপগুলির জন্য প্রয়োজনীয় অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য এটি উপযুক্ত করে তোলা.
• ডিভাইসগুলিতে কম ভোল্টেজ স্ট্রেস: অনুরণিত অবস্থায়, বোঝা খাঁটি প্রতিরোধী প্রদর্শিত হয়, এবং ইনভার্টার আউটপুট ভোল্টেজ লোড ভোল্টেজের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, আইজিবিটিএসে নিম্ন ভোল্টেজের প্রয়োজনীয়তা স্থাপন করা.
• প্রাকৃতিক ধ্রুবক-বর্তমান বৈশিষ্ট্য: যখন অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি অনুরণন বিন্দু থেকে বিচ্যুত হয়, সার্কিট প্রতিবন্ধকতা দ্রুত বৃদ্ধি পায়, একটি বর্তমান-সীমাবদ্ধ প্রভাব সরবরাহ করা যা লোড শর্ট সার্কিটের সময় পাওয়ার ডিভাইসগুলিকে সুরক্ষিত করতে সহায়তা করে.

অসুবিধাগুলি

• কঠিন লোড ম্যাচিং: সিরিজের অনুরণনমূলক লোডের সমতুল্য প্রতিরোধের খুব কম, ইনভার্টার এবং লোডের মধ্যে প্রতিবন্ধকতার সাথে মেলে একটি ম্যাচিং ট্রান্সফর্মার প্রয়োজন. এটি জটিলতা যুক্ত করে, ব্যয়, এবং সিস্টেমে ক্ষতি.
• সীমিত উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশন: উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, ম্যাচিং ট্রান্সফর্মারটির ফুটো আনয়ন এবং বিতরণ ক্যাপাসিট্যান্স এর কার্যকারিতাটিকে মারাত্মকভাবে প্রভাবিত করে.
• অতিরিক্ত সুরক্ষা চ্যালেঞ্জ: এর প্রাকৃতিক বর্তমান-সীমাবদ্ধ বৈশিষ্ট্য সত্ত্বেও, যদি একটি শর্ট সার্কিট অনুরণন বিন্দুর কাছে ঘটে, কারেন্ট তীব্রভাবে উঠতে পারে, আইজিবিটিএসের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ হুমকি তৈরি করা এবং সুরক্ষা কঠিন করে তোলা.

আধুনিক মূলধারার: সমান্তরাল অনুরণন

প্রযুক্তিগত অগ্রগতি সহ, সমান্তরাল অনুরণনমূলক টপোলজি ধীরে ধীরে মাঝারি এবং বৃহত-শক্তি ইন্ডাকশন ফার্নেস পাওয়ার সরবরাহের জন্য মূলধারার পছন্দ হয়ে উঠেছে. এর বৈশিষ্ট্যটি হ'ল ইন্ডাকশন কয়েল এবং ক্ষতিপূরণ ক্যাপাসিটার সমান্তরালে সংযুক্ত রয়েছে, একটি সমান্তরাল অনুরণন সার্কিট গঠন.

সুবিধা

• শক্তিশালী লোড অভিযোজনযোগ্যতা: সমান্তরাল অনুরণন লোডের সমতুল্য প্রতিবন্ধকতা উচ্চ, এটি কোনও ম্যাচিং ট্রান্সফর্মার ছাড়াই ইনভার্টারের আউটপুট টার্মিনালের সাথে সরাসরি সংযুক্ত হওয়ার অনুমতি দেয়. এটি সার্কিট কাঠামোকে সহজতর করে, দক্ষতা এবং নির্ভরযোগ্যতা উন্নত.
• প্রশস্ত শক্তি নিয়ন্ত্রণের ব্যাপ্তি: বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল আউটপুট ভোল্টেজ বা ফ্রিকোয়েন্সি সামঞ্জস্য করে সহজেই শক্তি নিয়ন্ত্রণ অর্জন করা যায়.
• প্রাকৃতিক ওভারভোল্টেজ সুরক্ষা: সমান্তরাল অনুরণনকারী সার্কিট জুড়ে ভোল্টেজটি অনুরণনে সর্বোচ্চ. When the load changes or becomes an open circuit, the voltage decreases, providing a degree of protection for devices like IGBTs.
• Suitable for High-Power Applications: The absence of an output transformer makes it particularly advantageous in high-power applications, resulting in a more compact structure and lower cost.

অসুবিধাগুলি

• Relatively Complex স্টার্টআপ: Parallel resonance requires a specific startup circuit and control strategy.
• High Current Stress on Components: At resonance, the current flowing through the induction coil and capacitor is much larger than the current output by the inverter. This places high demands on the current-carrying capacity of the compensation capacitors.

Driving Force of Evolution: As the demand for higher power, দক্ষতা, and reliability in induction furnaces grew, the parallel resonant topology, with its advantages of eliminating the matching transformer, simple structure, and ease of achieving high power, gradually replaced series resonance to become the preferred solution for medium-to-high frequency, high-power induction furnace power supplies.

Looking to the Future: Application Prospects of Silicon Carbide (Sic) Power Devices

Although IGBT technology is very mature, its performance is approaching the physical limits of silicon material. To further enhance the performance of induction heating power supplies, the industry has turned its attention to third-generation wide-bandgap semiconductor materials, represented by Silicon Carbide (Sic).

Compared to traditional silicon-based IGBTs, SiC MOSFETs offer the following significant advantages.

এসআইসি প্রযুক্তি দ্বারা আনা রূপান্তর

• Ultimate Performance Improvement: Induction heating power supplies using SiC devices are expected to see efficiency improvements from the current ~95% with IGBTs to over 98%. Meanwhile, the substantial increase in operating frequency will open up new applications for ultra-high-frequency induction heating (যেমন, semiconductor material growth, precision medical device welding).
• System Miniaturization and Lighter Weight: Due to higher switching frequencies and lower losses, the size of magnetic components (ইন্ডাক্টর, transformers) and heat sinks can be significantly reduced, achieving higher power density.
• Greater Reliability: The excellent high-temperature resistance and lower operating temperature rise of SiC devices translate to a longer service life and higher system reliability.

Challenges and Outlook

Currently, the main challenges for SiC devices are their relatively high cost and the complexity of their driver circuit design. যাহোক, as manufacturing processes mature and market scale expands, the cost of SiC devices is rapidly decreasing. It is foreseeable that in the near future, as cost issues are resolved, wide-bandgap semiconductor devices represented by SiC will gradually replace IGBTs to become the core of the next generation of high-efficiency, high-frequency, high-power-density induction furnace power supplies, leading induction heating technology to a new level.

উপসংহার

From series to parallel, from thyristors to IGBTs, the development of induction furnace power supply technology has consistently pursued higher efficiency, stronger reliability, and better control performance. Each technological iteration has brought profound changes to the industrial heating sector. আজ, we stand on the threshold of a new technological revolution. The next generation of power devices, centered on Silicon Carbide (Sic), will reshape the future of induction heating power supplies with their unparalleled performance advantages, injecting powerful new momentum into energy conservation, emission reduction, and the transformation of the manufacturing industry.