IGBT超音频感应加热设备原理图
感应加热设备概述PPT(共 67张)
§14.1 感应加热概述
涡流由表面向心部衰减规律（指数规律）
Ix I0exp(2c
f
x)
I0－表面涡流强度 c－光速 ρ－工件材料的电阻率 μ－工件材料的导磁率 x－距工件表面的距离 f－交流电频率
§14.1 感应加热概述
当f 很高时，电流大部分集中在导体表面，心部已 无电流，这样导致导体的有效电阻增加，导体发 热显著增加。
热处理原理、工艺及设备
PRINCIPLES, TECHNOLOGY AND EQUIPMENTS FOR HEAT TREATMENT
第三部分 热处理设备（4）
Equipments for Heat Treatment
§14 感应加热设备
随着科学技术的发展，表面热处理技术得到了 广泛的应用。表面热处理可以提高产品质量，缩短 生产周期和改善劳动条件，提高生产组织水平。目 前应用最广泛的表面热处理是感应热处理，它可应 用于淬火、回火、正火、调质、透热等，适用于机 械化大生产，可通过计算机控制实现无人操作。
§14.1 感应加热概述
在感应器的导电管 之间，如多匝感应 器的匝与匝之间存 在邻近效应，感应 器与加热工件之间 也存在邻近效应， 在感应器的设计中 ，巧妙利用邻近效 应可提高感应器的 效率。
§14.1 感应加热概述
3、圆环效应 定义：当高频电流流过环形导体时，电流在导体
横截面上的分布将发生变化，此时电流仅仅集中 在圆环的内侧，这种现象叫圆环效应。 圆环的曲率半径越小，径向宽度越大，圆环效应 也越明显； 电流的频率越大，圆环效应也越显著。 圆环效应有利于感应器对外圆柱 零件的表面感应加热，但不利于 对工件内孔进行加热。
§14.1 感应加热概述
DSP+IGBT感应加热电源
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DSP+IGBT感应加热电源系统的IGBT逆变以及输出隔离 变压器均采用空冷结构，因此彻底消除水系统故障，解 决了输出变压器容易损坏的问题，可靠性明显提高，且 损耗更低。 率先采用DSP中央处理器，具有极高的处理速度，保证 了装置各项功能高效有序的运行，具有实时运算能力和 实时的仿真和模拟能力，器件可靠性极高。较常规处理 器相比，控制、测量的准确性明显提高， 限制、保护的 速度和可靠性增强，数量处理及显示操作的功能大幅度 增加。在这基础上，可方便高效的根据被加热对象的生 产过程制订精确的开环或闭环运行程序，并精确地实现 频率跟踪、恒电流运行、恒功率运行等闭环控制，实现 全自动化的过程生产。
பைடு நூலகம்23
装置具有短路、过载、过压、过温保护和限制功能，具有变压器 状态检测。其中过流和过压均具有硬件和软件双重保护。
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更多钢坯连轧生产线现场视频可以搜索视频252627
7、正常使用工况下，主机可保证2年无故障运行。
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感应加热电源发展
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感应加热电源发展趋势
感应加热电源发展是伴随工业技术的发展同步进行的。趋势就是从最初的原始化、简单 化，发展到具有先进高新技术加入的高效化、快速化、成套化、数控化和联动化。
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IGBT变频电源特点:质量稳定、操作简便、技术先进。 数字化I G B T变频感应加热电源的特点:模拟化→数 字化(DSP+IGBT)→智能化;变频自适应设计(自适应范 围50kHz);负载自动匹配技术(变载自适应);高功率因 数、低谐波、高效节能;智能化保护系统、感应加热 控制管理系统。这些特点决定了国际IGBT感应加热电 源的发展趋势将向淬火、透热、熔炼一机多用的通用 型电源发展。 IGBT变频电源特点:质量稳定、操作简便、技术先进。 数字化I G B T变频感应加热电源的特点:模拟化→数 字化(DSP+IGBT)→智能化;变频自适应设计(自适应范 围50kHz);负载自动匹配技术(变载自适应);高功率因 数、低谐波、高效节能;智能化保护系统、感应加热 控制管理系统。
IGBT高频感应加热逆变电源原理(四)
IGBT高频感应加热逆变电源原理（四）第4章主要元器件的选择§4.1 无源器件许多电气教科书中都假设电阻、电容和电感是线性的，其阻抗为：对于电阻Z＝V/I=R对于电容Z＝V/I=1/j2πfC对于电感Z＝V/I=j2πfL式中：f的单位是赫兹，Z、V、I是矢量。
然而在实际中，所有的器件都有寄生电阻、寄生电容、寄生电感。
这些寄生参数在低频时通常无关紧要，但是在高频时起着主要作用[14]。
§4.1.1 电阻器的高频模型图4-1是实际电阻的集总阻抗模型。
R是期望的电阻值，Ls是寄生串联电感，单位是亨利，Cp是寄生并联电容，单位是法拉第，由于电阻引线和内部结构产生的。
在频率f处，电阻的阻抗是：§4.1.2 电容器的高频模型图4-2是实际电容的集总阻抗模型。
C是希望的容值，单位是法拉第，Ls是寄生电感，单位是亨利。
是串联电阻，单位是欧姆。
Rp是漏电阻，单位是欧姆。
所有这些参数都是电容引线和内部结构产生的。
在频率f处，电容的阻抗为：§4.1.3 电感器的高频模型图4-3是实际电感的集总阻抗摸型。
L是希望的电感值，单位是亨利，Rp是漏电阻与磁心损耗之和、单位是欧姆。
Rs是绕线电阻，单位是欧姆。
Cp是电感引线和弥补结构产生的寄生电容，单位是法拉第。
(注意：没有屏蔽的开放磁心电感是磁场的理想天线)在频率f处，实际中电感的阻抗，Rp很大，Rs很小，可以用以下公式来计算电感的阻抗：设§4.2 有源器件§4.2.1 快恢复二极管(FRED)在过去的十几年中，电源电路发生了很大的变化，各种电路都能提高开关频率，以降低磁芯的体积和重量。
这些变化深受各种新型的功率开关元件，如MOSFET和IGBT的影响。
然而，各种拓扑中都需要快速二极管流过无功电流，或者用于整流（如果需要的输出是直流电压的话）。
这时，二极管的开关特性必须与晶体管的开关特性相匹配，在开关电源、变频器和高频感应加热的逆变器中，都用到了这种快恢复二极管。
超音频感应加热设备
它也称超音频电炉。
超音频感应加热设备主要工作频率在10kHz—100kHz。
超音频感应加热设备功率一般在20kW-300kW。
工作原理：超音频感应加热的原理：工件放到感应器内，产生交变磁场，在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，越接近工件中心承递减趋势，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内使工件自身迅速升温，在数秒内可将铁质材料升温至1000℃。
主要应用在行业:
1、各种高强度螺栓、螺母的热镦；
2、各种齿轮、链轮、轴类的淬火；
3、各种半轴、板簧、拨叉、气门、摇臂、球头销等汽车配件的淬火。
4、各种内燃机配件、减速面配件的淬火。
5、各种钳子、刀剪、斧头、锤子等手工工具的淬火。
6、各种金钢石复合片钻头的焊接；
7、各种硬质合金刀头、锯片的焊接；
8、各种截齿、钎头、钻杆、煤钻头、风钻头等矿山。
IGBT模块五种不同的内部结构和电路图
IGBT模块五种不同的内部结构和电路图IGBT模块的内部电路与IGBT单管及分立元件构成的电路形式略有不同。
1.单管模块，1 in 1模块单管模块的内部由若干个IGBT并联，以达到所需要的电流规格，可以视为大电流规格的IGBT单管。
受机械强度和热阻的限制，IGBT的管芯面积不能做得太大，大电流规格的IGBT需要将多个管芯装配到一块金属基板上。
单管模块外部标签上的等效电路如图1所示，副发射极（第二发射极）连接到栅极驱动电路，主发射极连接到主电路中。
图1 单管，模块的内部等效电路多个管芯并联时，栅极已经加入栅极电阻，实际的等效电路如图2所示。
不同制造商的模块，栅极电阻的阻值也不相同；不过，同一个模块内部的栅极电阻，其阻值是相同的。
图2 单管模块内部的实际等效电路图IGBT单管模块通常称为1 in 1模块，前面的“1”表示内部包含一个IGBT管芯，后面的“1”表示同一个模块塑壳之中。
2.半桥模块，2 in 1模块半桥（Half bridge）模块也称为2 in 1模块，可直接构成半桥电路，也可以用2个半桥模块构成全桥，3个半桥模块也构成三相桥。
因此，半桥模块有时候也称为桥臂（Phase-Leg）模块。
图3是半桥模块的内部等效。
不同的制造商的接线端子名称也有所不同，如C2E1可能会标识为E1C2，有的模块只在等效电路图上标识引脚编号等。
图3 半桥模块的内部等效电路半桥模块的电流/电压规格指的均是其中的每一个模块单元。
如1200V/400A的半桥模块，表示其中的2个IGBT管芯的电流/电压规格都是1200V/400A，即C1和E2之间可以耐受最高2400V的瞬间直流电压。
不仅半桥模块，所有模块均是如此标注的。
3.全桥模块，4 in 1模块全桥模块的内部等效电路如图4所示。
图4 全桥模块内部等效电路全桥（Full bridge)模块也称为4 in 1模块，用于直接构成全桥电路；也可以用模块中的2个半桥电路并联构成电流规格大2倍的半桥模块，即将分别将G1和G3、G2和G4、E1和E3、E2和E4、E1C2和E3短接。
IGBT基本原理ppt课件
因强制换流关断使控制电路非常复杂, 限制了它的应用。
GTO、 GTR
它们都是自关断器件,开关速度比 SCR 高, 控制电路也得到了简化。 目前的 GTO 和 GTR 的水平分别达 到了 6000V /6000A、1000V / 400A。 但是, GTO 的开关速度还是较低,GTR 存在二次击穿和不易并 联问题。 另外, 它们共同存在驱动电流大、功耗损失大的问题。
;.
3
1.IGBT定义
IGBT，绝缘栅双极晶体管(Insolated Gat Bipolar Transistor,IGBT)，它是由BJT（双极性三极管）和
MOSFET（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。
电力半导体器分类 不可控器件:不能用控制信号来控制其通断,因此不需要驱动电路,此类器件只有整流作用,包括普通功
绝缘栅型场效应管（IGFET）：栅极-源极，栅极-漏极之间采用SiO2绝缘层隔离，因此而得名。又因栅极为金属 铝，所以又称为金属氧化物半导体场效应管，也就是MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）
;.
5
1.IGBT 简化等效电路
制 换 流 关 断 控 制 电 路 简 抗高、控制功
使 控 制 电 路 化 。 但 它 们 率小、驱动电
非常复杂
共 同 存 在 驱 路简单 ， 但是
动电流大、 导通电阻大，
功耗损失
不耐高压
;.
7
历史产品比较 产品
特点
SCR
功率容量大, 目前的水平已达到7000V / 8000A。但缺点是开关速度低, 关断不可控、
率二极管、快恢复二极管和、肖特基二极管。 半控型器件:控制导通不能控制关断。它包括普通晶闸管及其派生的特殊器件,如逆导晶闸管等。 全控型器件:控制其导通、关断,又称为自关断器件。例：双极型功率晶体管、功率场效应晶体管、
IGBT高频感应加热逆变电源原理(五)
IGBT高频感应加热逆变电源原理（五）第五章高频感应加热电源的整机设计§5.1 主电路原理框图主电路原理图如图5-1所示：采用不可控三相二极管全桥整流，电解电容器滤波，IGBT单相全桥逆变，输出采用变压器隔离及阻抗变换后输出到感应器对工件进行加热处理。
§5.2 整流主电路的设计本电源采用三相桥式不可控整流电路，电路结构简单，成本低，并可大大减小直流电压的纹波。
Ud＝2.34U2=2.34*220=514.8V。
§5.3 逆变电路的设计§5.3.1 逆变器控制的原理串联谐振型逆变器也称电压谐振型逆变器，其结构如图5-1所示。
串联谐振型逆变器的输出电压为近似方波。
由于电路工作于谐振频率附近，此时振荡电路对于基波具有最小阻抗，所以负载电流接近于正弦波；同时为避免逆变器上、下桥臂间的直通，换流必须遵循先关断后开通的原则，在关断与开通间必须留有足够的死区时间[22]。
图5-2和图5-3分别示出感性负载和容性负载的输出波形。
当串联谐振型逆变器在低端失谐状态时(容性负载)，它的工作波形见图5-3，由图可见，工作于容性负载状态时，输出电流的相位超前于电压相位，因此在负载电压仍为正电压时，电流先过零，上、下桥臂间的换流则从上(下)桥臂的二极管换至下(上)桥臂的IGBT，由于逆变管寄生的反并联二极管具有较慢的反向恢复特性，使得在换流时会产生较大的反向恢复电流，而使器件产生较大的开关损耗，而且在二极管反向恢复电流迅速下降至零时，会在与逆变管串联的寄生电感中产生很大的感应电势，而使逆变管受到很高电压尖峰的冲击。
当串联谐振型逆变器在高端失谐状态时(感性负载)，它的工作波形见图5-2。
由图可见，工作于感性负载状态时，输出电流的相位滞后于电压相位，其换流过程是这样进行的，当上(下)桥臂的逆变管关断后，负载电流换至下(上)桥臂的反并联二极管中，在滞后一个死区时间后，下(上)桥臂的逆变管加上开通脉冲等待电流自然过零后从二极管换至同桥臂的逆变管。
IGBT的结构原理与特性图解
IGBT的结构原理与特性图解在IGBT得到大力发展之前，功率场效应管MOSFET被用于需要快速开关的中低压场合，晶闸管、GTO被用于中高压领域。
MOSFET虽然有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好、驱动电路简单的优点;但是，在200V或更高电压的场合，MOSFET的导通电阻随着击穿电压的增加会迅速增加，使得其功耗大幅增加，存在着不能得到高耐压、大容量元件等缺陷。
双极晶体管具有优异的低正向导通压降特性，虽然可以得到高耐压、大容量的元件，但是它要求的驱动电流大，控制电路非常复杂，而且交换速度不够快。
IGBT正是作为顺应这种要求而开发的，它是由MOSFET(输入级)和PNP晶体管(输出级)复合而成的一种器件，既有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的特点(控制和响应)，又有双极型器件饱和压降低而容量大的特点(功率级较为耐用)，频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十KHz频率范围内。
基于这些优异的特性，IGBT一直广泛使用在超过300V电压的应用中，模块化的IGBT 可以满足更高的电流传导要求，其应用领域不断提高，今后将有更大的发展。
IGBT的结构与特性：如图1所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+区称为源区，附于其上的电极称为源极(即发射极E)。
N基极称为漏区。
器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极(即门极G)。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在C、E两极之间的P型区(包括P+和P-区，沟道在该区域形成)，称为亚沟道区(Subchannel region)。
而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区(Drain injector)，它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。
附于漏注入区上的电极称为漏极(即集电极C)。
图1 N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP(原来为NPN)晶体管提供基极电流，使IGBT导通。
IGBT的结构和工作原理
IGBT的结构与工作原理图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构, N+ 区称为源区,附于其上的电极称为源极。
N+ 区称为漏区。
器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅极。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在漏、源之间的P 型区(包括P+ 与P 一区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区( Subchannel region )。
而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区( Drain injector ),它就是IGBT 特有的功能区,与漏区与亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管,起发射极的作用,向漏极注入空穴,进行导电调制,以降低器件的通态电压。
附于漏注入区上的电极称为漏极。
IGBT 的开关作用就是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP 晶体管提供基极电流,使IGBT 导通。
反之,加反向门极电压消除沟道,流过反向基极电流,使IGBT 关断。
IGBT 的驱动方法与MOSFET 基本相同,只需控制输入极N一沟道MOSFET ,所以具有高输入阻抗特性。
当MOSFET 的沟道形成后,从P+ 基极注入到N 一层的空穴(少子),对N 一层进行电导调制,减小N 一层的电阻,使IGBT 在高电压时,也具有低的通态电压。
2、IGBT 的工作特性1、静态特性IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性与开关特性。
IGBT 的伏安特性就是指以栅源电压Ugs 为参变量时,漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。
输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制,Ugs 越高, Id 越大。
它与GTR 的输出特性相似.也可分为饱与区1 、放大区2 与击穿特性3 部分。
在截止状态下的IGBT ,正向电压由J2 结承担,反向电压由J1结承担。
如果无N+ 缓冲区,则正反向阻断电压可以做到同样水平,加入N+缓冲区后,反向关断电压只能达到几十伏水平,因此限制了IGBT 的某些应用范围。
IGBT 的转移特性就是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。
IGBT电路工作演示稿解析
工作原理 电路分析
工作原理
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝 缘栅双极型晶体管，是由GTR(双极型三极管) 和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控 型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET 的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的 优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱 动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速 度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综 合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱 和压降低。非常适合应用于直流电压为600V 及以上的变流系统如交流电机、变频器、开 关电源、照明电路、牵引传动等领域。
安全工作区
❖ 安全工作区SOA反映了一个晶体管同时能承受一定电压和电流的能力。 IGBT开通时为正向偏置，其安全工作区称为正向偏置安全工作区简称 FBSOA。 FBSOA于IGBT的导通时间密切关切相关。 FBSOA为矩形方 块。随着导通时间的增加，安全工作区逐渐减小，直流工作时安全工作 最小。这是因为导通时间越长，发热越严重；因而安全工作区越小。
输出 报警
驱动电路 1≦
过电流保护 R 短路保护 控制电源 控制信号 低压保护 检测信号
控制电源
输出 报警
驱动电路 1≦
过电流保护 短路保护 R
控制电源 控制信号 低压保护 检测信号
热敏元件 过热保护 检测温度信号
A B C
M
IPM优势
❖ IPM设有过流和短路保护、欠电压保护、当工作不 正常时，通过驱动电路封锁IGBT的栅极信号同时发 出警报信号；过热保护是通过设置在IPM基板上的 热敏器件检测IGBT芯片温度，当温度超过额定值时， 通过驱动电路栅极信号并报警。
GTR电路分析
IGBT高频感应加热逆变电源原理
IGBT高频感应加热逆变电源原理（一）摘要本文以IGBT高频感应加热电源为研究对象，首先介绍了课题的背景，国内外高频感应加热电源的发展现状及选题意义，同时对电力电子器件的发展也做了简要的介绍，并简述了本课题所做工作的主要内容。
本文从感应加热的基本原理出发，对感应加热电源中的电流型逆变器和电压型逆变器作了比较分析，对感应加热电源常用的两种拓扑结构进行了分析，重点介绍了关于串联型感应加热的特点，由于其具有结构简单、加热效率高、设备体积小等优点，得出串联型逆变器拓扑更适合高频感应加热电源的结论，因此成为本课题的选定方案，也是整机制做的理论基础。
并分析了感应加热电源的各种调功方式，对谐振槽路基本理论进行了详细的分析。
整机制做首先要选择合适的器件，在本文对主要器件的参数、结构特性、驱动要求等进行了详细的说明。
在选择合适器件的基础上，设计出了整机的结构，其中包括整流环节、逆变环节、驱动技术、保护措施等。
在现场进行了大量的试验，选定电源的控制与保护等重要环节的实现方案，并对试验波形进行了测试和分析，通过现场的应用来验证了以上理论的正确性。
论文最后，对本课题所做的工作作了一个简单的总结。
第1章绪论§1.1 选题意义由于电磁感应加热具有加热效率高、升温快、可控性好，且易于实现机械化、自动化等优点，感应加热变频电源装置已越来越广泛的应用于熔炼、透热、淬火、弯管、焊接、加热等工业领域，已取得了明显的经济效益和社会效益。
感应加热变频电源装置的发展方向是沿着大容量、高频率、高效率、智能化，并以提高可靠性、拓宽用途为目标。
80年代出现的绝缘栅双极晶体管（IGBT）因具有开关频率高、驱动功率小、通态压降小、电流密度大等优点而得到越来越广泛的应用[1]。
在此之前，晶闸管中频电源和电子管式高频电源装置是应用于感应加热的主要产品，但它们都有体积庞大，价格昂贵，能耗大，效率偏低的共同缺点。
国外市场早在九十年代初就已出现IGBT感应加热变频电源。
大功率纯正弦波逆变器专用 IGBT或者MOS原理图
CT1 电流互感器
恒功率调节 板上VR2调节电流输出
IGBT1
C1
C1 2.2uF
E2
C2/E1
E1 680μF
HGBT2
C1
C2 E2 2.2uF
C2/E1
F1
E2 保险丝 680μF
直流输入正极 直流输入负极
测试时确保断开负载 测试时F1保险丝建议使用一个220V100来W灯泡串联作为保护！
Nte: File:
2016/3/10
Sheet of
C:\Program Files\..\大功率驱动板接线图.ScDhrDaowcn By:
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驱动线应使用绞线的方式连接并且不要超过10CM
1 2 3 G2 E2
风扇控制 低电平关断 备用2 备用1 B
GND
G2
E2
G1 E1
G1
E1
C1，C2 为IGBT吸收电容一定要靠近IGBT螺丝头口处！ B
E1，E2 为IGBT输入滤波电解电容容尽量靠近IGBT螺丝头口！
电压互感器 T1
板上VR1调节电压输出
在确保没有接错线的情况下， 如果串联的灯泡开机就亮说明模块或者输出有短路现象，
接到220V输出 接到220V输出
世纪逆变： ＱＱ：４５３０４６８３６
C
L1
L2
C
ＴＥＬ：１５８２５２４１００６
输出滤波电感
输出滤波电感
C3
2.2uF
C4 2.2uF
交流220V输出
交流220V输出
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Title
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IGBT高频感应加热逆变电源原理(三)
IGBT高频感应加热逆变电源原理（三）第3章高频感应加热电源的分类与分析§3.1 串联型逆变器与并联型逆变器的比较分析§3.1.1 两种逆变器的对偶性由自关断器件构成的电压型串联谐振逆变器和电流型并联谐振逆变器的电路拓扑分别如图3-1所示。
从电路原理的角度来看，两种电路是完全对偶的。
这种对偶性主要表现在以下几个方面：A．电压、电流波形的对偶：电压型串联逆变器：入端电压为直流；当工作在负载谐振频率时，入端电流为全波整流波形；输出电压为方波；输出电流为正弦波。
电流型并联逆变器：入端电流为直流；当工作在负载谐振频率时，入端电压为全波整流波形；输出电流为方波；输出电压为正弦波。
B．电路特性的对偶：电压型串联逆变器：负载阻抗频率特性为串联谐振特性，因此不宜空载；短路及直通保护困难；逆变器及负载开路保护容易。
电流型并联逆变器：负载阻抗频率特性为并联谐振特性，因此可以空载；短路及直通保护容易；逆变器及负载开路保护困难。
C．电路拓扑的对偶：电压型串联逆变器：入端并联电容Cd(等效电压源)；负载为R、L、C串联谐振电路；逆变开关为单向耐压，双向载流。
电流型并联逆变器：入端串联电感Ld(等效电流源)；负载为R、L、C并联谐振电路；逆变开关为双向耐压，单向载流。
从上面比较可以看出，理解和掌握(A)、(C)中的对偶关系有助于分析和比较两种逆变电路的工作原理，而了解(B)中的对偶关系则有助于正确可靠地设计保护电路。
§3.1.2 两种逆变器高频化的难点各种电路结构，都有其个性特征，都具有较其它电路明显的优点，与其它电路相比，也必然有其缺点。
否则，要么它本身就不具备存在的必要性，要么其它电路就会被它取代。
对感应加热电路而言，因为并联型逆变器和串联型逆变器的对偶性，所以各自都有一定的局限性，或者说是实现起来的技术难点。
在高频逆变器的电路选择中，我们要尽量的避免一种电路实现的难点，充分利用它的优点。
200KW-IGBT中频感应加热设备应用说明
JZ-200/4：每小时加热产量：500kg；
JZ-300/3：每小时加热产量：750kg；
JZ-500/2：每小时加热产量：1250kg；
生产节拍（每小时加热件数）=每小时产量/工件单重。
（2）根据工件大小选频率
直径Φ20～Φ40mm 工件一般推荐频率为 4KHz；直径Φ40～Φ60mm 的工件推荐频率为
比亚特自动化焊接工艺
（3）电路特征：主器件采用 IGBT 模块，电路采用不控全桥整流，电容滤波，桥式逆
变，串联谐振输出。和老式中频采用可控硅并联谐振有根本的不同。
（4）节电原理：不可控整流，整流电路全导通。高功率因数，电压型串联谐振等，决
定了本设备大幅度省电。
二、比亚特自动化设备选型和参数确定
选型依据
各种因素综合起来，决定了本设备比可控硅中频节电 20%左右，节电效果好。
-5比亚特自动化焊接工艺
以上图片显示的是比亚特自动化焊接工艺以及设备
根据客户工件尺寸，可以做长形炉体，方形炉体，扁形炉体。 根据客户工件尺寸，产量高低，来匹配功率大小。
备注：以上说明仅供参考，具体结合实际生产情况来确定工艺
-6比亚特自动化焊接工艺
型号
进水温度
水压
出水温度
水流量
BS-N3
5-35℃
0.2-0.3MPa
≤55℃
16-28 m3/h
第三部分 比亚特自动化节能原理及实际效果 一、节电原理 首先是采用新型 IGBT 器件，不采用可控硅；IGBT 为自关断器件，本身比可控硅损耗小。再 一个就是采用串联谐振，串联谐振为电压型谐振，比并联谐振节电。采用前级不可控全桥整 流，省去了庞大的电抗器，不会在整流段引起波形的变形，没有关断角的削波现象，并且用 大电容滤波，因此谐波数小，降低了对电网的干扰，提高了功率因数。本设备功率因数很高， 高达 95%以上，无功很小。 1、IGBT 比可控硅节能 10%。 2、串联比并联节能 10%。 3、无变压器比有变压器节能， 4、全整流比半整流节能， 5、感应圈设计好更节能
IGBT开关电路原理和电路图
IGBT开关电路原理和电路图在开关稳压电源中，开关电路是其核心部分，它是由功率开关管、二极管、电感器和电容器等组成的。
功率开关管可以是半导体功率三极管，也可以是MOSFET、SCR、IGBT、集成稳压器等。
本文以IGBT 为例说明其在开关电源中的应用。
根据功率开关管在输入和输出之间的位置，基本开关电路可分为串联开关电路、并联开关电路和串—并联开关电路等几种。
下面分别予以论述。
1.1 串联开关电路串联开关电路也叫降压开关电路或Buck 电路。
串联开关电路的原理图和等效电路图如图1-l(a)、(b)所示。
图1-1 串联开关电路的原理图和等效电路图由图1-l(a)可以看出，串联开关电路由功率开关管V1 (IGBT)、续流二极管V2、电感L和电容C组成，Vl受占空比为0的脉冲的控制，交替导通或关断，再经L和C组成的滤波器，在负载R上得到直流输出电压Uo，从而完成将脉动的直流输入电压Vcc变换成平滑直流输出电压Uo的功能。
采用图1-l(b)所示的等效电路图来分析串联开关电路的稳态工作过程。
功率开关管VI用一开关S来代替。
当开关S处于位置l（闭合）时，表示Vl处于导通状态；当开关 S处于位置 2（断开）时，表示Vl 处于关断状态。
开关管VI处于导通和关断状态时的等效电路如图1-2所示。
图1-2(a)为Vl处于导通状态时的等效电路。
输入电流ii＝iL（iL为电感电流），iL流过电感L时，在电感器达到饱和之前，电流iL线性增加，负载R 流过电流I。
，R上的电压即输出电压Uo，其极性为上正下负。
当ii>I。
时，电容C处于充电状态，而二极管V2处于反偏置状态。
图1-2(b)为Vl处于关断状态时的等效电路。
由于开关管关断，ii=0，而电感中的电流 iL不会发生突变，电感I中的磁场将改变L两端的电压UL的极性，以维持电流 iL不变。
负载R上的电压U。
仍保持上正下负。
在iL <I。
时，电容C处于放电状态，以维持电流Io不变，即保持输出电压Uo (I。
西威变频器电梯专用型IGBT内部原理图
Absolute Maximum RatingsSymbol Conditions 1)Values Units V CES V GES I C I CM T j T stg V isolT heatsink = 25 / 80 °Ct p < 1 ms; T heatsink = 25 / 80 °C AC, 1 min.1200± 20125 / 85250 / 170– 40 . . . + 150– 40 . . . + 1252500V V A A °C °C V Inverse Diode I F = –I C I FM = –I CM I FSMI 2tT heatsink = 25 / 80 °Ct p < 1 ms; T heatsink = 25 / 80 °Ct p = 10 ms; sin., T j = 25 °C t p = 10 ms; sin., T j = 25 °C 80 / 53160 / 1067202600A A A A 2sCharacteristicsSymbol Conditions 1)min.typ.max.UnitsIGBT - InverterV CEsatt d(on)t rt d(off)t fE on + E off C ies R thjhI C = 100 A T j = 25 (125) °C V CC = 600 V; V GE = ± 15 V I C = 100 A; T j = 125 °C R gon = R goff = 11 Ωinductive load V CE = 25 V; V GE = 0 V, 1 MHzper IGBT ––––––––2,5(3,1)505540070276,6–3,0(3,7)100110600100––0,25V ns ns ns ns mJ nF K/W Diode 2) - InverterV F = V EC V TOr TI RRMQ rrE offR thjhI F = 75 A T j = 25 (125) °CT j = 125 °C T j = 125 °C I F = 75 A, V R = – 600 V di F /dt = – 800 A/µs V GE = 0 V, T j = 125 °C per diode –––––––2,0(1,8)1,01145113,0–2,5(2.3)1,215–––0,8V V m ΩA µC mJ K/W Current sensor for three phase output ac current (SKiiP 83 AC 12 I)I p RMS I pmax RMSI p peakR outI s RMSI p : I s Offset error Linearitydelay time BandwidthContinuous current,T = 100 °C, V suppl = ± 15 Vt ≤ 2 s t ≤ 10 µs terminating resistance rated sensor current at I p = 50 A RMStransfer ratioI P = 0 A, T = – 40 ... 100 °CI P =10 % – 80 %90 % – 20 %––––––––50–100050251 : 2000± 0,20,1< 1< 10 – 100–80––––––(– 3dB)A A A ΩmA mA %µs µs kHz Temperature SensorR TS T = 25 / 100 °C1000 / 1670ΩMechanical DataM 1Case case to heatsink, SI Units mechanical outline see pagesB 16 – 11 and B 16 – 122,5–M83,5NmSKiiP 83 AC 12 - SKiiP 83 AC 12 I MiniSKiiP 8SEMIKRON integrated intelligent Power SKiiP 83 AC 12SKiiP 83 AC 12 I 3)SKiiP 83 AC 12 IS 4)IGBT3-phase bridge inverterCase M8UL recognized file no. E63532•more detailed characteristics ofcurrent sensors and temperature sensor please refer to part A •common characteristics see page B 16 – 4Options•also available with powerful free-wheeling diodes. Data sheet on request1)T heatsink = 25 °C, unless otherwise specified2)CAL = Controlled Axial Lifetime Technology (soft and fast recovery)3)With integrated closed loop current sensors4)Extended current range, data sheet on request~~~0408012016002001234517V13V15V 11V 9V7VI C [A]V CE [V]83AC120104080120160200123459V7V13V15V 17V11V I C [A]83AC1202V CE [V]02468101214161820600V800VV GE [V]83AC1205Q G [nC]200400600800Fig. 3Turn-on /-off energy = f (I C )Fig. 4Turn-on /-off energy = f (R G )I Cpuls = 100 AV GE = 0 V f = 1 MHzFig. 1Typ. output characteristic, t p = 80 µs; 25 °C Fig. 2Typ. output characteristic, t p = 80 µs; 125 °CFig. 5Typ. gate charge characteristic Fig. 6Typ. capacitances vs. V CE T j = 125 °C V CE = 600 V V GE = ± 15 V I C = 100 AT j = 125 °C V CE = 600 V V GE = ± 15 V R G = 11 ΩT j = ≤ 150 °C V GE = ± 15 V t sc = ≤ 10 µs L ext < 25 nHT j = ≤ 150 °C V GE = ± 15 VT j = 150 °C V GE = ≥ 15 VFig. 9Turn-off safe operating area (RBSOA) of the IGBT Fig. 10Safe operating area at short circuit of the IGBTFig. 7Rated current of the IGBT I Cop / I C = f (T h)00.20.40.60.81.01.2255075100125150I Cop /I C Mini1207T h [°C]00,511,522,550010001500I Cpuls /I C Mini1209V CE [V]02468101250010001500Note:*Allowed nu mbers of short ci r cuit:<1000*Time between short circuit:>1sI Csc /I CN Mini1210V CE [V]Fig. 11Typ. freewheeling diode forward characteristic Fig. 12Forward characteristic of the input bridge diode MiniSKiiP 1200 VMiniSKiiP 8 Inverter partSKiiP 82 AC 06 ... SKiiP 83 AC 06 ... SKiiP 81 AC 12 ... SKiiP 82 AC 12 ... SKiiP 83 AC 12 ...CircuitCase M8Note:The current sensors are available only by option IMiniSKiiP 8 Inverter partSKiiP 82 AC 06 ... SKiiP 83 AC 06 ... SKiiP 81 AC 12 ... SKiiP 82 AC 12 ... SKiiP 83 AC 12 ...Case M8Layout and connections for thecustomer’s printed circuit boardpin connection optional1T+2T-3~1ET1CB14GB15GT16–EB1EB2EB37+CT1CT2CT38GB29GT210~2ET2CB211+CT1CT2CT312–EB1EB2EB313GT314~3ET3CB315GB316K1 for ~1X17K2 for ~1X18S1 for ~1X19S2 for ~1X20K1 for ~2X21K2 for ~2X22S1 for ~2X23S2 for ~2X24K1 for ~3X25K2 for ~3X26S1 for ~3X27S2 for ~3X。
IGBT超音频固态电源
西安迪利捷机电科技发展有限公司
IGBT 使用说明书
（1） 全控整流器 由 T1~T6 组成的整流器将三相工频交流电能整流成直流电，晶闸管的导通顺序为 T1T2
—T2T3—T3T4—T4T5—T5T6 —T6T1，每一瞬间均有两管导通，每过 60°电角度，其中 一管换相，周而复始，由此要求整流触发器提供相应的触发脉冲，晶闸管方能正常的导通、 关断、全控整流器按下式工作：
热效率良高，脱碳氧化少，可急速熔解，并可自动搅拌。 2、 更容易控制熔解金属的温度。 3、 更容易控制熔解金属的化学成份。 4、 减少燃料成本。 5、 与电子管电源相比节电 40%以上。 6、 减少污染。 7、 操作简单。 8、 改进工作环境。
感应加热熔解金属，比使用其它方法更为简单、有效，它不是由外面对原料加热（加 固体燃料产生热量的办法）而是通过感应负载使材料自身发热，所以感应加热的热损最少， 使用瓦斯，重油或固体燃料时，大部热量消耗在烟囟中而没有加热金属。
Ud=1.35 UaCosa Ud：整流器输出直流电压 Ua：整流器输入交流线电压 a：整流器晶闸管的导通角。移相范围 0°≤a≤120°，a 应能均匀连续调节，当发生 过流过压或停止时，无论整流脉冲处在什么位置，均能移至 120°实现保护。 （2）滤波器 Ld a：对整流出来的直流电流进行滤波，减少直流电流纹波，利于逆变器稳定工作。 b：在整流器与逆变器之间起交流隔离作用。 C：不论任何原因，在滤波电抗器后发生短路故障时，配合装置的过流保护电路来限制 短路电流的上升率和峰值。 （3）逆变器 本装置采用单相桥式并联逆变器是由于它对负载的适应能力强，由 Q7~Q10 四桥臂组 成的单相逆变器，当两组对角桥臂轮流导通时输出电流 ia 就不断反相。由于 LC 并联谐振 电路对基波近于谐振，故负载 LC 两端的电压很近于基波 Ua 即正弦波。 逆变管 IGBT 每秒交替触发导通的次数即为逆变器输出电流频率，它与负载的 LC 的固 有频率密切相关，在感应加热过程中，负载的频率特性在一定范围内发生变化，触发脉冲 应具有良好的跟随特性，这是 IGBT 并联逆变器得以正常工作的必要条件。 （4）负载电路 LC LC 电路构成逆变器 Q7~Q10 的并联负载，电感 L 对装置而言为一电路元件，对加热工 件则为一能量传递的装置。L 与工件一起如同一个次级为一匝的变压器，它的成功设计依 赖于丰富的电磁场理论知识及工程经验。只有设计合理的感应器 L 与本装置匹配才会获得 理想的运行参数及工艺参数，提高电源运行可靠性，从而产生满意的经济效益。