感應(yīng)加熱電源已廣泛應(yīng)用于金屬冶煉,焊接、彎管、表面淬火等熱加工和熱處理行業(yè)。對于不同工件、不同工藝,則要求不同的電源工作頻率和輸出功率。感應(yīng)加熱電源按其工作頻率不同分為400Hz一10kHz晶閘管(SCR)式半導(dǎo)體中頻電源和100Hz一400kH電子管式高頻加熱電源。本文提到的中頻感應(yīng)加熱電源采用IGBT作為開關(guān)器件,可工作在10Hz一10kHz頻段。它充分利用中頻趨膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)和圓環(huán)效應(yīng)原理,通過感應(yīng)加熱器,使電能有效地轉(zhuǎn)化為熱能,從而達(dá)到高效節(jié)能的目的。

1主電路

1.1方案選擇感應(yīng)加熱電源的電路形式很多,其選擇依據(jù)是:

1)采用串聯(lián)諧振式逆變器  適合感應(yīng)加熱裝置的逆變器主要有并聯(lián)諧振(電流型逆變器)和串聯(lián)諧振(電壓逆變器)2種形式。在換流期間,并聯(lián)諧振逆變器的逆變開關(guān)器件有可能承受反向電壓,而IGBT卻不能承受反向電壓。如果用反并聯(lián)快速二極管予以保護(hù),則會(huì)出現(xiàn)環(huán)流損壞器件。因此,每個(gè)橋臂必須串入與開關(guān)器件相同電壓等極的快恢復(fù)整流二極管,以承受反向電壓。然而,這會(huì)增大每臂的通態(tài)損耗,同時(shí)增加設(shè)備成本。此外,由于頻率較高,采用并聯(lián)諧振逆變器時(shí),其諧振電容器與加熱線圈之間的引線不宜太長,否則會(huì)嚴(yán)重影響功率輸出和效率。這對串聯(lián)諧振逆變器來說,引線長一點(diǎn),只會(huì)改變工作頻率,對輸出頻率和效率影響極小。

2)采用單管IGBT模塊作為開關(guān)器件在電力半導(dǎo)體器件中,IGBT的開關(guān)速度可以滿足50kHz以下感應(yīng)加熱電源的要求。它具有輸人阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小、通態(tài)損耗小等一系列優(yōu)點(diǎn)。

3)采用變壓器藕合輸出采用三相380V電網(wǎng)供電的單相逆變橋,其輸出電壓高達(dá)530V左右,若直接輸出,則因諧振電容器和加熱線圈上的電壓是輸出電壓的Q倍(Q值隨負(fù)載不同,可以在3~15范圍變化。),使得加在加熱圈上的電壓太高,而必須采取降壓措施。再者,高壓電容器也難以解決。

4) 采用PWM控制方式調(diào)節(jié)輸出功率串聯(lián)諧振逆變器的功率調(diào)節(jié)方式有2種,一是改變直流電壓;二是改變功率因數(shù)。前者可根據(jù)負(fù)載情況,給出相應(yīng)的頻率,使逆變器始終工作在功率因數(shù)為1的狀態(tài)。通過改變直流電壓來調(diào)節(jié)輸出功率。此電路雖然對逆變器開關(guān)管承受的浪涌電壓和浪涌電流要求不高,同時(shí)逆變器經(jīng)常工作在較高的功率因數(shù)狀態(tài),流過IGBT模塊的無功電流不大,這對IGBT十分有利。用改變功率因數(shù)的方法調(diào)節(jié)輸出功率。具體方法為先調(diào)節(jié)輸出頻率使系統(tǒng)工作在接近諧振狀態(tài),然后調(diào)節(jié)PWM的脈沖寬度,使其達(dá)到要求輸出功率

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