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1、IGBT中频电源的节能优势我国是铸造大国，铸铁件年产量几年来均居世界各国之首位，而其能耗在成本中所占比例却比工业发达国家高出2—3倍，冲天炉的能耗占了其中的大部分。主要原因是小容量冲天炉所占比例太大，而其中采用烟尘净化和余热回收装置的微乎其微，实现高水平熔炼和计算机控制的更少了。我国铸铁生产车间一万多个，每个车间年平均产量不足1000t，冲天炉开炉时间短。在冲天炉结构方面，由于我国铸造厂点过多，限制了大容量冲天炉的使用。由于产量低，效益差，限制了性能优越的现代化冲天炉及其配套设备的采用。操作不当不但对冲
2、天炉性能造成不良影响，也是增加冲天炉能耗和环境污染的重要原因，在我国为数众多的小容量冲天炉上，更是普遍存在的现象。中频技术应用于铸造行业给铸造推广高质量、高效率、节能环保、低碳的中、高频科技技术应用与中国的铸造行业，是保持中国铸造业可持续发展的一项重大举措。与传统的冲天炉熔炼相比，中频技术应用于熔炼、精铸诠释了科技的力量。中频感应电炉经历了两次根本的变革，第一次变革源于20世纪60年代后期开发的晶闸管静态变频电源，第二次源于20世纪70年代中期开发的逆变变频及其控制技术。这样使中频感应电炉的优越性得以充
3、分的发挥。随着大功率晶闸管变频电源的开发和可靠性的提高，中频感应电炉正在逐步替代工频感应电炉而在铸造业获得愈来愈广泛的应用。中频电源的基本工作原理,就是通过一个三相桥式整流电路,把50Hz的工频交流电流整流成直流,再经过一个滤波器(直流电抗器)进行滤波,最后经逆变器将直流变为单相中频交流以供给负载,所以这种逆变器实际上是一只交流—直流—交流变换器,其基本线路如图：中频炉的感应加热原理，它是利用电磁感应原理将电能转变为热能，当交变电流i感应线圈时，感应线圈便产生交变磁通Φ，使感应中的工件受到电磁感应而产生
4、感应电动势e。感应电动势e=dΦ/dt如果磁通Φ是呈正弦变化的，即Φ=-Φmsinwt则e=-dΦ/dt=-ΦmsinwtE的有效值E=4.44ｆΦM(伏)感应电动势E在工件中产生电流I,i使工件内部开始加热，其焦耳热为；Q=0.24I2RtI--工件中感应电流的有效值（安）R--工件电阻（欧）；t—时间（秒）中频电源从最初的发展到今天应用于铸造行业，电源种类从原理上可以分为两类，一传统的可控硅中频电源，可控硅又分为并联和串联型（因串联可控硅的在现实实践中应用技术不成熟在这就不做分析），二是带有igbt
5、（绝缘栅极型晶体管）串连谐振电源。铸造、淬火、热处理应用不同，需求的中频电源也有改变，通过原理和实践经验本文仅作对igbt中频电源与传统可控硅中频电源应用在熔炼这方面节能分析。节能优势是通过以下几点原理分析：整流，逆变，功率因数与高次谐波以及恒功率输出。整流Igbt中频电源整流是采用三相半桥可控整流电路，此种整流电路只要三只晶闸管、只需三套触发电路、不需要宽脉冲或双脉冲触发。三相半控桥式整流电路比三相全控桥更简单、经济，而带电阻性负载时性能并不比全控桥差。电路如图所示。它是把全控桥中共阳极组的3个晶闸管
6、换成整流二极管，因此它具有不可控和可控两者的特性。其显著特点是共阴极组元件必须触发才能换流；共阳极元件总是在自然换流点换流。一周期中仍然换流6次，3次为自然换流，其余3次为触发换流，这是与全控桥根本的区别。改变共阴极组晶闸管的控制角α，仍可获得0~2.34U2Φ的直流可调电压。由于igbt中频电源采用的是三相半桥可控整流方式，整流部分不调可控硅导通角，所以整个工作过程功率因数始终大于0.98，无功率损耗小。传统型可控硅（kgps）中频电源在整流上采用的是三相桥式可控整流，其原理图和半桥控制差不多，就是将
7、半桥可控整流中的二极管更换为晶闸管，其控制复杂，导通角一般在0度——120度之间，导通角相比板桥可控整流小，6脉冲间隔60度整流控制电路，三相桥式全控整流电路共有六个桥臂,在每一个时刻必须2个桥臂同时工作,才能够成通路,六个桥臂的工作顺序如图3。现假定在时刻t1-t2(t1-t2的时间间隔为60o电角度，既相当于一个周波的1/6)此时SCR1和SCR6同时工作(图3(a)中涂黑的SCR),输出电压即为VAB。到时刻t2-t3可控硅SCR2因受脉冲触发而导通,而SCR6则受BC反电压而关闭,将电流换给了S
8、CR2,这时SCR1和SCR2同时工作,输出电压即为VAC,到时刻t3-t4,SCR3因受脉冲触发而导通，SCR1受到VAB的反电压而关闭,将电流换给了SCR3,SCR2和SCR3同时工作,输出电压为VBC,据此到时刻t4-t5,t5-t6,t6-t1分别为SCR3和SCR4,SCR4和SCR5,SCR5和SCR6同时工作,加到负载上的输出电压分别为VBA,VCA,VCB,这样既把一个三相交流进行了全波整流,从上述分析可以看出,在一个周期中
