基于IGBT中频加热电源的研究.doc

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1、基于IGBT中频加热电源的研究摘要：中频电源已广泛应用于工业加热领域。结合实际讨论了一种新型晶闸管感应加热电源主电路结构及工作原理，该电源采用成熟的变频技术，由全控型器件构成串联谐振式逆变电路，解决了工频加热效果差和浪费电能等问题。中频感应加热电源采用IGBT作为开关器件，可工作在10HZ～10KHZ，具有功率调节范围宽、频率变化小的优点，适用于中小功率系统。关键词：中频电源；感应加热；逆变；串联谐振Abstract：Medium-frequencypowersupplyhasbeenwidelyusedinindu

2、strialheating.Thestructureandworkingprincipleofthemaincircurtinanovelintermediatefrequencyinductionheatingsupplyarediscussedaccordingtopractice.Thispowersupplymakesuseofthefrequencychangeabletechnique,andseriesresonantinvertercircuithasbeenmadeupbyfullcontrolle

3、ddevice.Itresolvesthelowefficiencyandwastingpowerinthework-frequencyheating.TheIGBT,astheswitchingdevice,canworkbetween10HZto10KHZfrequencychannel.Thismethodhastheadvantagesofwideareaofpowermodulationandlittlechangeoffrequency,itadaptstomediumpowerandsupplyfreq

4、uencysystem.Keywords：intermediatefrequencysupply；inductionheating；inversion；seriesresonant0引言工频加热技术与其它各种物理加热技术相比，确实具有较高的效率，但存在一些明显的不足。在现代工业的金属熔炼、热处理、焊接等过程中，感应加热被广泛应用。感应加热是根据电磁感应原理，利用工件中涡流产生的热量进行加热的，它加热效率高、速度快、可控性好，易于实现高温和局部加热[1]。随着电力电子技术的不断成熟，感应加热技术得到了迅速发展。本文设计

5、的70KW/500HZ中频感应加热电源采用IGBT串联谐振式逆变电路，能够实现频率自动，电路结构简单，高效节能。1主电路结构主电路由整流电路、逆变电路、保护电路组成，其结构如图1。2主要器件的设计2.1整流电路的设计中频电源采用三相全控桥式整流电路，它的输出电压调节范围大而移相控制角的变化范围小，有利于系统的自动调节，输出电压的脉动频率较高可以减轻直流滤波环节的负担[2]。根据设计要求：额定输出功率P=70KW，输出频率f=500HZ，进线电压UIN=380V，取逆变器的变换效率=0.9。31）确定电压额定值URRM

6、考虑到其峰值、波动、雷击等因素，取波动系数为1.1，安全系数=2，选取电压为：URRM≥UIN××1.1=1179V根据实际二极管电压等级，取URRM=1600V。2）确定电流额定值IT(AV)IT(AV)=0.368×Id=0.368×=0.368×=56A考虑冲击电流和安全系数，实取额定电压1600V，额定电流200A的整流模块。2.2逆变电路的设计逆变电路是由全控器件IGBT构成的串联谐振式逆变器，两组全控器件V1、V4和V2、V3交替导通，输出所需要的交流电压。IGBT的主要参数有最高集射极电压（额定电压）、

7、集射极电流等[3]。1）确定电压额定值UCEPIGBT的输入端与电容相并联，起到了缓冲波动和干扰的作用，因此安全系数不必取得很大，一般取安全系数=1.1平波后的直流电压：Ed=380V××=590V关断时的峰值电压：UCESP=(590×1.15+150)×=912V式中1.15为电压保护系数，150为L引起的尖峰电压。令UCEP≥UCESP,并向上靠拢IGBT等级，取UCEP=1200V。2）确定电流额定值IcIc=(×1.5)Id=≈374A式中，为Id的峰值，1.5为允许1min过载容量，0.9为变换效率。由于

8、电路采用桥式结构，4只IGBT轮流导通，根据IGBT等级，选用西门子BSM200GB120两单元并联。3）电解电容Cd的计算Cd主要起滤波、稳定电压和改善功率因数的作用，在串联谐振电路中相当于电压源。Cd可用下式计算：Cd=(40～50)×Id≈(40～50)×150A≈6000～7500选用6800/400VDC电解电容，三只并联后再串联，在