KGPS可控硅中频电源与IGBT晶体管中频电源的比较解析

KGPS可控硅中频电源与IGBT晶体管中频

电源的比较

一、新型IGBT中频电源的特点

IGBT（绝缘栅双极晶体管）是MOSFET（双极型晶体管）与GTR（大功率晶体管）的复合器件。因此，它既具有MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了GTR的载流量大，阻断电压高等多项优点，是取代GTR和SCR( 可控硅)的理想开关器件。从1996年至今，尤其是最近几年来IGBT发展很快，目前已被广泛地应用于各种逆变器中。

（1）IGBT控制是采用导通宽度及频率来实现对输出功率进行无级调节的中频电源，且采用串联谐振，无需加启动电路及前级调压装置，因此启动相当方便，启动成功率百分之百，调节输出功率极为方便。

（2）整流部分采用二极管三相全桥整流，使得控制电路极为简单，维修技术量降低。

（3）目前大部分厂家采用德国西门子公司产品作逆变器，中频电源寿命在3万次以上，采用了限压过流过压保护电路，使得故障率极低，并且过流过压保护动作时报警器马上报警显示且保护停机。

综上所述，IGBT中频电源作为铸造熔炼中频感应加热电源，是电力电子技术发展的必然趋势，它将成为二十一世纪铸造行业现代化的重要标志。

二、一拖二感应电炉系统

一拖二感应电炉系统即功率共享电源系统的感应电炉，。即一台中频电源能同时向二台电炉供电，并能在额定功率范围内自由分配向各台电炉的输入功率。它从上世纪90年代初在国外问世，恰好遇到我国经济改革开放的大发展年代，因此这种电炉系统几乎同步进入我国的铸造业，并且得到铸造界的青睐和认同。但碍于当时国内电炉制造商尚未开发出该项技术，而进口设备的昂贵价格又使许多铸造厂望而怯步，限制了它在我国铸造业的广泛应用。据相关资料介绍，从我国1993年引进第一台一拖二电炉系统起到目前为止，全国现有一拖二电炉系统大约共计有近100套左右，其中功率最大的一套为6000kW功率共享电源配置二台8吨电炉。

一拖二电炉的优点

采用中频感应电炉可以配置比工频感应电炉更大的功率密度（例如可以配置

比工频电炉的极限配置功率密度300kW/t大3倍左右的功率密度，即达到900kW/t

以上），并可实现批料熔化法。这意味着它将以很高的熔化/生产率作业。但是在

随后的浇注作业周期内以及其它非生产性作业周期期间（例如扒渣、取样、等待

化验结果等），系统中没有功率输出或者仅需少量的保温功率输出，以维持一定

的浇注温度。以往的中频电源都采用并联逆变形式，其电网侧功率因数与输出功

率有关。满功率输出时，功率因数较高，输出功率降低时，功率因数随着下降。

如果中频电源经常工作在小功率保温状态，日积月累会产生较大的无功，电网侧

力率降低直接涉及到电费支出。一拖二的中频采用串联逆变器，其电网侧功率因

数与输出功率无关。无论输出功率大小，功率因数始终接近于1。

并联逆变中频电源是一种恒电压输出电源。为了能够在负载阻抗较低（例如

冷料熔化）时输出较大的功率，其工作电流会大于额定功率下的工作电流，因此

需要较大的电源变压器。通常并联逆变中频电源选用的变压器容量是其额定功率

的1.25倍。

串联逆变中频电源是一种恒功率输出电源。因为它的工作频率宽范围可调，

能够匹配负载阻抗的变化，所以并不需要增加输出电流。因此只需要与其输出功

率相当的变压器即可。通常串联逆变中频电源选用的变压器容量是其额定功率的

1.1倍。

可控硅中频电炉和IGBT中频电炉的性能对比见下表（1T炉）

比较项目可控硅中频电炉（并联逆变）IGBT中频电炉（串联逆变）

额定功率配

700KW 600KW 置

变压器配置800KVA 630KVA

中频频率1000Hz 1000Hz

熔化率0.93t/h(铸铁1450) 1.0t/h(铸铁1450)

单位电耗710KW.h/t±5% 600KW.h/t±5%

冷却水耗30m3/h 20m3/h

进线电压三相-380V 50Hz 三相-380V 50Hz

配套电炉容

量

1吨1吨

功率因数典型平均功率因数0.9，如果经常工作

在小功率状态，功率因数会更低

典型平均功率因数0.95，接近于1

价格相对较低功率相同时高20%~40%

缴纳电费比较

基本电费：800KVA×18元×12月

=172800元

有功电费：700KW×8小时×340天

×0.4元/度= 761600.00元/年

基本电费：630KVA×18元×12月

=136080元

有功电费：600KW×8小时×340天

×0.4元/度=652800.00元/年

三、电炉容量和功率的选择

电炉容量的确定要考虑许多工艺因素，但是基本上需满足二个条件，一是满足最大铸件的浇注重量需要，二是与工艺对铁水的需求量相符合。由于中频电炉的功率密度配置较大，当其配置功率密度大于600 kW/t时，其熔化能力基本上可以做到每炉次的熔化时间在一小时以内。

四、·电源类型的选择

中频电源的类型主要有两类：具有并联逆变电路的固体电源及具有串联逆变电路的固体电源。

在我国的铸造行业中，习惯对配置可控硅(SCR)全桥并联逆变固体电源的中频感应电炉通常俗称为中频炉。而对配置(IGBT)或(SCR)半桥串联逆变固体电源的中频感应电炉通常俗称为变频炉由于这两种感应电炉的逆变供电电源不同，所以它们的工作性能也有很大的区别。

两种固体电源的主要性能比较

比较项目SCR全桥并联逆变固体电源

（KGPS系列电源）

IGBT半桥串联逆变固体电源

（CA系列电源）

产品规格范

围

160 ~ 4000 kW 50 ~ 4400 kW 电网侧功率额定功率时接近于0.90 接近于1.0