感应加热用IGBT超音频电源
感应加热设备历史起源及发展现状
（3）低淬透性钢齿轮淬火 早在20世纪70年代我国曾进行55DT、60DT、70DT钢研究并取得初步成果，以后因钢的淬透性不稳定等原因，低淬钢未继续用于生产。1992年俄罗斯低淬钢创始人，K.3ЩЕПЕ ЛЯКОВСКЦЦ博士来中国讲学，并到某一钢厂调查冶炼低淬钢的条件，认为该厂完全具备生产低淬钢条件。YB 2009—1981《低淬透性含钛优质碳素结构钢》中对合金元素的控制与俄罗斯不同，（俄）1054—74、58（55П П）钢的元素含量对 Mn、Cr、Ni、Cu四元素之和规定要求<0.5%（质量分数），而YB2009—8155Ti钢对Cr、Ni、Cu三元素之和规定<0.5%（质量分数），这可能是关键所在。
二、感应加热新工艺
感应加热工艺是感应加热技术水平的主要体现，是技术发展的基础，先进的感应加热工艺技术可以有效地发挥感应加热的特点，实现高效、节能的局部热处理。
（1）纵向感应加热淬火 半轴纵向感应加热淬火已用于汽车、拖拉机工业。半轴纵向加热是一次淬火。在德国、美国有半轴一次淬火专用机床，将加热、校正和淬火在一台机床上完成，提高了生产率，一次淬火与连续淬火相同产量的设备占地面积各为40m2与115m2。
（5）特殊应用 如等离子、堆焊等。
以一汽为例，在生产的中型车、轻型车和轿车上，就有近200种零件需要感应加热淬火处理，从感应加热淬火零件的形状和尺寸来看，可称得上花样繁多且大小均有。随着感应淬火技术的不断发展，感应淬火的零件已上升到占全部热处理零件的50%左右。据有关数据表明，在我国的汽车工业中，感应热处理的应用正进入世界先进水平的行列。
国产中频电源目前都采用并联谐振型逆变器结构。因此，在研究和开发更大容量的并联逆变中频电源的同时，研制结构简单、易于频繁起动的串联逆变中频电源是国内中频感应加热装置领域有待解决的问题，尤其是在熔炼、铸造应用中，串联逆变电源易实现全工况下恒功率输出 （有利于降低电能吨耗）及一机多负载功率分配控制，更值得推广应用。
基于IGBT的超音频感应加热系统设计
基于IGBT的超音频感应加热系统设计洪武;陈迪峰;陆春【摘要】对串联谐振半桥感应加热电源进行了研究,使用SG3525芯片和EXB841芯片设计控制驱动电路,具有过流保护功能.在研究的基础上,设计并制作了20kHz 的串联谐振感应加热设备样机,它能在实验工况下安全可靠地运行.【期刊名称】《漯河职业技术学院学报》【年(卷),期】2015(014)002【总页数】3页(P39-41)【关键词】IGBT;感应加热;串联谐振【作者】洪武;陈迪峰;陆春【作者单位】台州职业技术学院电气信息学院,浙江台州318000;台州职业技术学院电气信息学院,浙江台州318000;台州职业技术学院电气信息学院,浙江台州318000【正文语种】中文【中图分类】TM924.70 引言感应加热技术具有效率高、容易控制、加热速度快、工作环境中烟尘和噪声少等优点，在工业加热中得到了广泛应用。
从早期的工频感应加热电源渐渐发展到使用晶闸管实现的中频感应加热电源，再到使用IGBT实现的超音频感应加热电源以及使用MOSFET实现的高频感应加热电源，感应加热电源在工业加热行业中起到了极其重要的作用。
MOSFET全控型半导体器件的研发生产，促进了电力电子技术的发展，使得感应加热技术也有了较大的进步。
如今，感应加热技术在企业中的应用意义重大，有助于提高企业的行业竞争力。
1 系统整体设计以一台2KW应用于吸塑机料筒的超音频感应加热电源为对象，讨论适用于频繁起动的超音频感应加热系统的设计。
首先，在输入直流电源的选择上，本文选择实现较为方便的电压源型逆变电路；为了使主电路简单化、工作电压更低，逆变电路选用半桥式逆变器，属于串联谐振逆变器；在选择负载谐振工作方式时，考虑到电流源型全桥并联谐振逆变器起振较为困难、容易逆变颠覆的缺点，本文选用串联谐振方式，以保证启动性能，方便电路的控制和实现，提高系统的抗干扰能力。
本文提出的感应加热电源的主系统由不可控整流电路、电容滤波、稳压电路、半桥逆变电路、加热线圈负载电路以及相应的控制驱动和保护电路组成。
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。
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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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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中频、超音频感应加热电源
IGBT 中频、超音频感应加热电源IGBT 中频、超音频感应加热电源
IPS 系列中频、超音频电源是清华大学自行研制的新产品，该电源的逆变电路采用新型大功率电力电子器件IGBT
简介：
IPS 系列中频、超音频电源是清华大学自行研制的新产品，该电源的逆变电路采用新型大功率电力电子器件IGBT。
本产品具有体积小，噪音低，整机效率高，维护方便等优点。
频率范围2.5kHz～100kHz。
最大功率可达
500kW，可完全替代高耗能的电子管式超音频电源，中频机组和晶闸管中频电源。
主要应用于金属热处理、热加工，如淬火、透热、熔化、焊接等。
特点：。
全数字IGBT感应加热电源使用说明书(串联型)
目录1. 全数字IGBT感应加热电源（串联型）功能简介 (6)2. 电源结构 (6)3. 使用要求 (6)4. 功能详解 (7)4.1. 实体按钮 (7)4.1.1. 实体按钮概述 (7)4.1.2. 调功电位器 (7)4.1.3. 控制方式切换开关 (7)4.1.4. 断路器操作按钮 (8)4.1.5. 整流单元操作按钮 (8)4.1.6. 逆变单元操作按钮 (8)4.1.7. 急停按钮 (8)4.2. 固定界面 (8)4.3. 主界面 (9)4.3.1. 主界面概述 (9)4.3.2. 主界面左侧电源主要运行数据 (10)4.3.2.1. 当前功率 (10)4.3.2.2. 直流电压 (10)4.3.2.3. 直流电流 (10)4.3.2.4. 逆变电流 (10)4.3.2.5. 炉体电流 (10)4.3.2.6. 当前频率 (10)4.3.2.7. 当前温度 (11)4.3.3. 调功方式切换按钮及功率给定输入框 (11)4.3.4. 数值输入键盘 (11)4.3.5. 控制方式切换按钮 (13)4.3.6. 整流单元操作按钮 (14)4.3.7. 逆变单元操作按钮 (14)4.4. 电能检测 (15)4.4.1. 三相有功功率 (15)4.4.2. 三相视在功率 (15)4.4.3. 三相功率因数 (15)4.4.4. 三相电压 (16)4.4.5. 三相电流 (16)4.4.6. 合相视在功率 (16)4.4.7. 合相视在电能 (16)4.4.8. 合相功率因数 (16)4.4.9. 合相有功功率 (16)4.4.10. 合相有功电能 (16)4.4.11. 电能清零按钮 (16)4.5. 工艺曲线 (17)4.5.1. 工艺曲线 (17)4.5.2. 工艺曲线的设置 (18)4.5.3. 运行工艺曲线 (20)4.6. 实时曲线 (21)4.6.1. 实时曲线 (21)4.6.2. 曲线历史 (22)4.7. 管理 (24)4.7.1. 修改密码 (25)4.7.2. 存储空间 (26)4.7.3. 参数设定 (27)4.7.3.1. 参数设定界面1 (27)4.7.3.2. 参数设定界面2 (29)4.7.3.3. 参数设定界面3 (30)4.7.4. 报警信息 (31)4.7.4.1. 与触摸屏通信中断 (32)4.7.4.2. 直流电压过压报警 (32)4.7.4.3. 直流电压欠压报警 (32)4.7.4.4. 直流电流过流报警 (32)4.7.4.5. 炉体电流过流报警 (33)4.7.4.6. 逆变电流过流报警 (33)4.7.4.7. 加热线圈接地报警 (33)4.7.4.8. SCR水流开关报警 (33)4.7.4.9. IGBT水流开关报警 (33)4.7.4.10. SCR温度开关报警 (34)4.7.4.11. IGBT温度开关报警 (34)4.7.4.12. 开门报警 (34)4.7.4.13. 急停报警 (34)4.7.4.14. 温度反馈断线 (34)4.7.4.15. 直流电压反馈断线 (34)4.7.4.16. 直流电流反馈断线 (34)4.7.4.17. 炉体电流反馈断线 (35)4.7.4.18. 逆变电流反馈断线 (35)4.7.4.19. 频率超上限 (35)4.7.4.20. 频率超下限 (35)4.7.4.21. 电源欠压或缺相 (35)4.7.4.22. 逆变模块X正过流报警 (35)4.7.4.23. 逆变模块X负过流报警 (35)4.7.4.24. IGBT驱动X报警 (35)4.7.4.25. 主板IGBT保护报警 (36)4.7.4.26. 主板正过流保护报警 (36)4.7.4.27. 主板负过流保护报警 (36)4.7.4.28. 主板温度流量保护报警 (36)4.7.5. 报警历史 (36)4.7.6. 状态诊断 (37)5. 通信 (40)6. 安全 (40)7. 电源注册 (41)1.全数字IGBT感应加热电源（串联型）功能简介非常感谢您使用我公司全数字IGBT感应加热电源（以下简称电源），希望我公司的电源能够为您提供更丰富的功能，更高的生产率，更高的效益。
DSP+IGBT感应加热电源
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在国外，数字技术在感应加热领域早已成熟应用， 已经全面替代模拟设备。而在国内，数字感应加热 设备的应用已经开始，越来越多的企业开始从事数 字设备的研发、制造、应用，也必将成为未来行业 发展的趋势。 感应加热电源广泛应用于金属热处理、淬火、透热、 熔炼、焊接、热套、半导体材料炼制、塑料热合、 烘烤和提纯等场合，利用在高频磁场作用下产生的 感应电流引起导体自身发热而进行加热。感应加热 与气体燃烧加热或者通电加热相比，具有显著节能、 非接触、速度快、效率高、工序简单、容易实现自 动化等显著优点。
3） 谐振频率和相位自动准确跟踪
4） 完善的限制保护措施
5） 双通道的中频和高频感应加热控制技术
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越来越多的企业开始从事数字设备的研发、制造、应用，也必将成 为未来行业发展的趋势。数字式感应加热已具备如下的特点： 1、输出更为平稳，不会出现冷板电流下降的情况，加热更为 均匀； 2、多级保护，提高频繁启停工作状态下设备的可靠性，故障 率低，减少维修成本； 3、5段电流加热控制，使加热工艺设计更为灵活； 4、全面自动化兼容，可直接与PLC连接控制； 5、可存储10种工件加热参数，便于转产；
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系统采用ZCS电路实现高频低损耗IGBT逆变，在DSP 的控制下，能快速精准地跟踪负载的变化，及时调 整逆变频率和相位；消除了目前普遍存在的IGBT逆 变容易脱离ZCS模式的缺陷，因此解决了IGBT容易损 坏的问题。较模拟式控制方式相比，系统在跟踪速 度、跟踪精度、综合保护能力、效率等性能上均明 显提高。 系统具有“自动”和“手动”两套独立的控制策略， 即使控制电路局部故障，“手动”模式仍能保证电 源继续工作，因此进一步提高系统可靠性和连续运 行能力。“手动”模式下提供恒电流运行模式以及 基本的限制保护功能；“自动”模式下可提供恒电 流、恒功率、温度闭环、分段定时等更多运行模式， 并提供更先进的其它功能。
中频炉的历史
2）加热温度高，是非接触式的电磁感应加热。
3）可进行局部加热，容易控制加热部位。被加热产品质量稳定，加热工件的质量再现性与重复性好，各种参数容易控制。
4）控制温度的精度高，可保证温差在±0.5%～1%范围内。
5）感应加热的热效率高，一般可达50%~70%，而火焰炉的热效率一般只有30%左右。
4）高频电源（100kHz以上）目前正处在传统的电子管振荡器向固态电源的过度阶段。领先的国家有日本，西班牙，德国，比利时，美国等，采用的器件有SIT和MOSFET，感应加热电源可达到1MW/15~600kHz。
我国与国外先进国家在感应加热方面进行比较，存在较大的差距。
3国内感应加热电源技术发展与现状
2）中频电源（50Hz或60Hz以上~10kHz）晶闸管感应加热电源已完全取代了传统的中频发电机组和电磁倍频器。国外的单台容量已达数十MW。
3）超音频电源（10耀100kHz）早期采用晶闸管———时间分割电路和倍频电路构成超音频电源。20世纪80年代开始，随着新型器件（GTO、GTR、MCT、IJBT、BSIT、SITH和IGBT）的相继问世，由这些器件构成的简单逆变桥电路得到了很大的发展，占据了感应加热电源主导地位。其中IGBT更是一支独秀，受到了开发者的重视。90年代初期，日本就采用IGBT研制出了1200kW/50kHz的电流型感应加热电源。我国1998年进口日本的3200kW/80kHz感应加热线在上海运行，是当时国际上最先进的电源之一。一些发达国家如美国，英国，法国，瑞士等都研制出了超音频感应加热电源，已达数千kW。
20世纪90年代，国外的一些感应电炉公司直接到中国来办厂，如美国的英达感应加热公司，彼乐公司等，和国内的同行业厂家同台竞争。他们的产品技术含量高，电源功率大，品牌全，炉子吨位大，生产线规模大，占据了国内的很大一部分市场。只是他们的设备价格高（国内同性能产品大约是其价格的1/10)，这才使技术落后于他们的国内厂家，有了一定的市场发展空间。
感应加热电源的现状与感应加热电源发展趋势
感应加热电源的现状与感应加热电源发展趋势————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：感应加热电源的现状与感应加热电源发展趋势中频感应加热设备的电源目前主要有两种模式：并联谐振、串联谐振，这是当前许多电炉厂家与铸造企业所共知的。
并联技术成熟稳定，但耗电量偏高；串联谐振技术是我公司最新研发的中频电源，并传统并联电源节能30%，但制造成本稍高，华信电炉中频设备研发能力一直走在世界行业前沿。
感应加热电源是感应加热的核心设备。
感应加热电源是随着电力电子技术、微电子技术和现代控制技术发展成熟的。
自从感应加热技术应用于上业生产以来，人们对感应加热电源作了大量的研究，形成了多种多样的工作方式和功率控制方式。
目前，感应加热电源主要存在着电能转换效率低，装置单位体积功率密度低，EMI大等缺点。
为了获得较高的电能转换效率，就要求电源装置具有较高输入、输出功率因数，并实现电力电子器件的软开关，以降低开关损耗。
为了获得较大的功率密度，就要求尽可能地减小电源装置的体积。
为了减小系统的EMI，就要保证电源系统的电压和电流为正弦波，无高次谐波成份，电子电子器件的开关噪音小。
由于目前功率控制方式及主电路拓扑结构的限制，使得在感应加热电源中同时实现以上要求变得非常困难。
因此研究一种能够同时实现以上要求的、电路拓扑结构简单、功率控制方便的新型电源变得十分紧迫。
一、国外感应加热电源的发展现状晶闸管的问世后，静止变频器取代了原先的中频机组，成为感应加热的主要供电设备口。
上世纪七十年代，国内将可控硅感应加热电源装置进行了研究、推广和应用。
进入上世纪八十年代和九十年代，随着GTO、GTR、IGBT和大功率MOSFET等全控型大功率开关器件的相继诞生，感应加热电源也不断推陈出新，朝着高功率密度和高频化方向不断发展。
尤其是1983年美国GE公司发明的功率器件IGBT，在解决了其挚住问题后（由寄生NPN晶体管引起），大功率高速IGBT已成为众多加热电源的首选器件，频率高达100KHZ以上，功率高达ＭＷ级电源已可实现。
超高频感应加热电源主电路元件选择和设计方案
个人资料整理仅限学习使用摘要..................................................................... Abstract . (I)1绪论................................................. 错误！未定义书签。
1.1感应加热的发展及应用01.2 感应加热技术国内外现状及其发展趋势11.2.1 国外现状11.2.2 国内现状21.2.3 现代感应加热技术发展趋势22感应加热原理及其主要拓扑结构分析与应用 (4)2.1基本原理42.1.1 感应加热原理42.1.2 基于感应加热的效应52.2 感应加热系统组成及分析72.3 逆变电源拓扑基本结构及其特性83主电路元件的选择和设计 (11)3.1功率开关器件的选择及参数设定113.2 EMI滤波环节的设计133.3共模抑制电路的设计143.4整流器设计163.4.1电路结构163.4.2 工作原理163.5 电容桥臂的选择183.6 缓冲电路的设计193.6.1缓冲电路的设计193.6.2负载谐振电路参数的分析计算21参考文献： (22)摘要近几十年以来，随着科学技术的提高以及更先进器件的发展与应用，对感应加热逆变电源的发展产生了巨大影响，体积更小、重量更轻、电路简单、高效节能、携带方便、负载适应范围大成为感应加热装置发展的方向。
感应加热技术在国外发展比较迅猛，尤其是欧美和同本等国家，在资金和技术等方面更具有优势，所以他们在感应加热领域，对于高频和超高频产品的开发方面基本上代表了感应加热技术上的最高水平.但是对小工件的热处理，需要感应加热装置功率更加集中，输出频率更高，频率的提高对感应加热效率的提高具有显著意义。
所以，提高感应加热的功率和频率，一直是感应加热领域研究的重点与需要解决的难点。
超高频感应加热的突出特点为：利用IGBT功率器件设计的超高频逆变电源，可连续工作，可靠性高；重量轻，体积小，操作携带方便；效率高，功耗低，更加节能；可加热物体体积更小，可加热超小型器件；加热更加集中，加热均匀。
IGBT在电磁感应加热系统中的应用探讨
IGBT在电磁感应加热系统中的应用探讨Discussion on the Application of IGBT in Electromagnetic Induction Heating System龚辉平（珠海格力电器股份有限公司珠海519070）摘要：本文结合IGBT的基本结构、关键参数解读和IGBT开通和关断的时序分析，以及单管并联方案拓扑结构的电磁感应加热系统的工作原理，输出在IH饭煲、电磁炉产品在IGBT的驱动电阻选型、布局、走线、检锅脉冲宽度选择和反压保护阈值设计的一些注意事项，并提供了理论和实验相结合验证设计可靠性的方法。
关键词：IGBT；感应加热；PCB走线；波形Abstract:This article combines the basic structure of IGBT,the interpretation of key parameters and the timing analysis of IGBT tum-on and turn-o览as well as the working principle of the electromagnetic induction heating system of the single-tube parallel scheme topology.The output is in the IH rice cooker,induction cooker products in the IGBT drive resistance selection some precautions for type,layout,wiring,selection of pulse width for pot detection, and back pressure protection threshold design,and provide a combination of theory and experiment to verify the reliability of the design.Key words:IGBT;induction heating;PCB routing;wave引言功率器件IGBT在电磁感应加热系统中承担着重要的角色，应用好IGBT对加热系统的可靠性至关重要，本文旨在根据单管并联拓扑结构的电磁加热系统的工作特性，探讨出IGBT的应用要点。
中频感应加热电源的设计
圆环效应：若将交流电通过圆环形线圈时，最大电流密度出现在线圈导体的内侧热电源的大容量化，可将大容量化技术分为二大类：一类是器件的串、并联，另一类是多台电源的串、并联器件的均流问题，由于器件制造工艺和参数的离散性，限制了器件的串、并联数目，且串、并联数越多，装置的可靠性越差。多台电源的串、并联技术是在器件串、并联技术基础上进一步大容量化的有效手段，借助于可靠的电源串、并联技术，在单机容量适当的情况下，可简单地通过串、并联运行方式得到大容量装置，每台单机只是装置的一个单元或一个模块。感应加热电源逆变器主要有并联逆变器和串联逆变器，串联逆变器输出可等效为一低阻抗的电压源，当二电压源并联时，相互间的幅值、相位和频率不同或波动时将导致很大的环流以致逆变器器件的电流产生严重不均，因此串联逆变器存在并机扩容困难；而对并联逆变器，逆变器输入端的直流大电抗器可充当各并联器之间的电流缓冲环节，使得输入端的AC/DC或DC/AC环节有足够的时间来纠正直流电源的偏差，达到多机并联扩容。
①高频率
目前，感应加热电源在中频频段主要采用晶闸管，超音频频段主要采用IGBT，而高频频段，由于SIT存在高导通损耗等缺陷，主要发展MOSFET电源。感应加热电源谐振逆变器中采用的功率器件利于实现软开关，但是，感应加热电源通常功率较大，对功率器件，无源器件，电缆，布线，接地，屏蔽等均有许多特殊要求，尤其是高频电源。因此，实现感应加热电源高频化仍有许多应用基础技术需要进一步探讨。
金属中产生的功率为：
（1-5）
感应电势和发热功率不仅与频率和磁场强弱有关，而且与工件的截面大小、截面形状等有关，还与工件本身的导电、导磁特性等有关。
感应加热原理
感应加热电源逆变器主要有并联逆变器和串联逆变器， 串联逆变器输出可等效为一低阻抗的电压源，当两电压 源并联时，相互间的幅值、相位和频率不一样或动摇时 将致使很大的环流，以至逆变器件的电流产生严峻不均， 因此，串联逆变器存在并机扩容困难，而对并联逆变器， 逆变器输入端的直流大电抗器可充任各并联逆变器之间 的电流缓冲环节，使得输入端的AG/DG或DG/DG环节有满 足的时刻来纠正直流电流的误差，到达多机并联扩容， 晶体管化超音频、高频电流多选用并联逆变器构造，并 联逆变器易于模块化、大容量化是其间的一个主要原因。
感应加热原理
感应加热发展过程
我国感应加热在工业上的运用，起步于20世纪50年代， 在机床制造、纺织机制造、汽车、拖拉机工业等有些运 用最早，当时的感应加热技术，绝大有些来自前苏联， 少有些来自捷克、比利时等国家。50年代末，我国已克 己出电子管式高频电源与机械式中频发电机，感应熔炼、 感应透热、淬火、介质加热等各种设备与技术相继在工 业上得到运用。60年代后，各个有些、公司在自给自足 精神鼓舞下，研制出晶闸管中频电源，改进了电子管式 高频电源，并计划、制造了各种型式的淬火机床，其典 型构造已汇编入原机械部第六计划院的淬火机床图集算 计55种。对外开放以来，经过出国考察、进口设备、引 入技术等多种途径，工业发达国家的现代感应加热技术 逐步进入了我国工业的各个有些，使感应加热这一节能、
焦耳热效应是由涡流损耗发生的。涡流损耗和焦耳的表达式和直 流电、交流电的能量消耗公式相同。和其它电流相同，涡流也必 须有一个闭合回路。假定该电路中电压为V，电阻为R，电流为I， 由欧姆定律V＝IR。电势下降时，电能就转变成热能。这种电能 的转化过程类似于机械运动过程中势能的转化。势能转化过程是 因为在重力效果下，物体由高处向低处落下时发生的。电势下降 时发生热，其关系式能够由P=I2R给出。在这里，应留意：发生的 是热功率，即单位时间内的热功。
中频炉历史
为适应熔炼炉工艺中熔炼和保温工艺的同时需要，国内还开发出了双供电变频电源：一台电源同时输出功率到两台炉体线圈上，这样可使一台变频电源的功率能灵活的分配给两台炉体，即把一台电源的大功率分配给熔炼炉，余下小功率分配给保温炉。两台炉的功率可自由互补的调整，整体不超过电源输出总功率，也可以同时将小功率输出到两台炉体用以保温。市场上称这种电源为DX中频电源，俗称“一拖二”中频电源。国内“一拖二”电源的电路结构是建立在逆变串联谐振电源的基础上的，前端电路是可控或不控的三相整流电路；中间是直流电路，由电容进行滤波；后端电路由两个独立的半桥串联逆变谐振电路进行逆变，输出两路输出频率和功率可各自调节的中频电压。“一拖二”中频电源功率器件有选晶闸管的，，这种电路都有成熟产品在工业现场运行。这里特别要说明的是“一拖二”变频电源在国外主电路有两种形式：美国应达、比乐电炉公司开发的为串联谐振的“一拖二”；德国容克、ABP公司生产的是并联谐振的“一拖二”。单机容量功率一般在１MW到10MW。“一拖二”电源尽管市场需求量不大，但很有卖点，是代表感应电炉公司电源开发能力的标志。
中频炉的历史
中频炉海山连载中频炉的历史（1）：
感应加热是一门年轻的学科。虽然它的原理发现的较早，但人类真正广泛应用该项技术还是近三十年的事情。现在它的重要性越来越被人们所认识。
早在19世纪科学家就发现了电磁感应现象：1831年法拉第（MichaelFaraday）发现电磁感应规律；1868年福考特（Foucault）提出涡流理论；1840年焦耳-楞茨确定了电阻发热的关系式Q=I2Rt，这些都是感应加热的理论基础。
5）感应加热的双供电电源（一拖二）和多供电电源（一拖多），一般是功率越大，拖的炉子越多，技术含量越高。
6）感应加热、熔炼、淬火过程的计算机软件对其系统的检测、控制、管理的简单化、傻瓜化、智能化、网络化和故障自诊断，加上触摸屏技术的采用，都是感应加热技术先进性的标志。
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。
感应加热电源IGBT驱动及保护电路设计
感应加热电源IGBT驱动及保护电路设计摘要本文以感应加热电源IGBT驱动及保护电路为研究对象，阐述感应加热电源的现状与发展趋势、感应加热电源的优点、应用和基本原理。
其中，IGBT（绝缘栅双极晶体管）是一种复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件,它同时具有MOSFET的高速开关及电压驱动特性和双极晶体管的低饱和电压特性，易实现较大电流的能力，既具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大的优点。
近年来IGBT成为电力电子领域中尤为瞩目的电力电子器件，并得到越来越广泛的应用。
本文分析了感应加热电源的总体结构和介绍了IGBT的基本结构、工作原理、驱动电路，同时简要概括了IGBT模块的选择方法和保护措施等，通过对IGBT的学习，来探讨IGBT在当代感应加热领域的广泛应用和发展前景。
关键词：感应加热电源，绝缘栅双极晶体管，IGBT驱动电路，IGBT保护电路。
Induction heating power IGBT drive and protective circuitdesignABSTRACTBased on the induction heating power IGBT drive and protection circuit as the research object, this paper present situation and the development trend of induction heating power supply, the advantages of induction heating power supply, the application and the basic principle. Among them, the IGBT (insulated gate bipolar transistor) is a kind of composite power field effect tube and the advantage of the power transistor and produce a new type of composite device, it also has a high-speed switching and voltage of the MOSFET drive characteristic and low of the bipolar transistor saturation voltage characteristic, easy to realize large current capacity, not only has high input impedance, working speed, good thermal stability and drive circuit, the advantages of simple and has a low voltage state, the advantages of high voltage and current under the big. In recent years the IGBT as power electronics is particularly outstanding in the field of power electronics, and get more and more widely used.This paper analyzes the overall structure of induction heating power supply, and introduces the basic structure, working principle of IGBT, drive circuit, and briefly summarizes the IGBT module selection method and protection measures, etc., through the study of IGBT, to explore the IGBT are widely used in the field of contemporary induction heating and development prospects.KEY WORDS: Induction heating power supply, insulated gate bipolar transistor, IGBT drive circuit, protection circuit for IGB目录前言 (1)第1章感应加热电源的原理 (2)1.1 感应加热电源的基本知识 (2)1.1.1感应加热电源的优点及应用 (2)1.1.2 感应加热电源的基本原理 (2)1.1.3感应加热中的三种效应和穿透深度 (2)1.2 感应加热电源发展现状及趋势 (3)1.2.1感应加热电源频率划分 (3)1.2.2国外高频感应加热电源发展现状 (3)1.2.3国内高频感应加热电源发展现状 (4)1.2.4感应加热电源的IGBT (4)1.3本文研究的内容及任务 (4)1.3.1课题主要研究内容 (4)1.3.2课题目的和要求 (5)第2章IGBT的基本结构和工作原理 (6)2.1 IGBT的工作特性 (6)2.1.1 IGBT的基本结构 (6)2.1.2 IGBT的工作原理 (8)2.1.3 IGBT的工作特性 (8)2.2 IGBT工作原理 (10)2.2.1 IGBT工作方法 (10)2.2.2 导通 (11)2.2.3关断 (11)2.2.4 阻断与闩锁 (12)2.3 英飞凌FZ400R12KS4 (12)2.4 IGBT驱动电路 (12)2.4.1分立元件驱动电路 (13)2.4.2光电耦合器驱动电路 (13)2.4.3脉冲变压器直接驱动IGBT的电路 (14)2.4.4专用集成驱动电路 (14)第3章IGBT的保护电路设计 (16)3. 1 IGBT过压保护电路 (16)3.1.1 IGBT栅极过压保护电路 (16)3.1.2 集电极与发射极间的过压保护电路 (17)3.1.3 直流过电压 (18)3.1.4 浪涌过电压 (18)3.1.5 IGBT开关过程中的过电压 (18)3.2 IGBT过流短路保护电路 (19)3.2.1 IGBT过流保护的分类 (19)3.2.2 过流保护检测电路 (20)3.2.3 过流和短路保护措施 (20)3.3 IGBT过热保护电路 (21)3.4 IGBT欠压保护电路 (22)第4章IGBT的驱动电路 (23)4.1 IGBT的驱动要求 (23)4.2 驱动电路的隔离方式 (23)4.2.1隔离的重要性： (23)4.2.2. 集成光电隔离驱动模块HCPL-316J (23)4.2.2器件特性 (24)4.4.3芯片管脚及其功能介绍 (24)4.4.4 内部逻辑电路结构分析 (26)4.5 IGBT驱动电路 (27)第5章辅助直流稳压电源 (29)5.1辅助直流稳压电源方案的选择 (29)5.2本次设计用的电源 (29)5.2.1 18伏, 15伏稳压电压电源 (29)5.2.2 ±12伏，±5伏双路稳压电源 (30)5.2.3 元器件选择及参数计算 (31)第6章功能仿真 (33)结论..................................................................... 错误!未定义书签。
基于IGBT的超音频感应加热电源的研制
（ Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａ ｎ ｉ ｍ ａ ｌ Ｈ ｕ ｓ ｂ ａ ｎ ｄ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍ ｙ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ， Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ ４ ５ ０ ０ ４ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
５ ０ ｋ Ｈ ｚ ， 单 机 容量 在 ３ ～ ５ ０ ０ ｋ Ｗ 的Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 电 源 已经 完 全 商 品
逆 变 电路 ， 其 中， Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ １ 和Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ４ 组成 １ 组， Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ２ 和Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ３
组成 １ 组。 串联谐 振 电路 由Ｃ 和负载等效电阻Ｒ 和等效 电 抗Ｌ 组成 。 其 中， Ｔ ｌ 是 匹配变压器 ， ｃ ｇ 为隔直 电容器 ， 作用
第３ ２卷第 １ ９期
Ｖｏｌ ＿ ３２ Ｎｏ ． １ ９
企 业 技 术 开 发
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩ ＣＡＬ ＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩ Ｓ Ｅ
２ ０ １ ３ 年 ７月
Ｊ ｕ １ ． ２ ０ １ ３
基于 Ｉ ＧＢ Ｔ的超 音频感应加热电源的研制
孙汉卿
（ 河 南牧业经济学 院 ， 河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ４ ４ ）
摘 要： 文章在 分 析 串联 谐 振 逆 变 器原 理 的基 础 上 ， 设计 并 实现 一种 采 用 绝缘 栅 双极 晶 体 管（ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ） 的５ ｋ Ｗ／ ６ ０ ｋ Ｈ ｚ 超 音 频 串联 谐 振 感应 加 热整 体 系统 ， 通 过 实际 样机 的 工作 结 果表 明 该机 工作 性 能稳 定 ， 加 热效 率 高。
’ ’
电流仍为反向 ， 此时二极管Ｖ Ｄ １ 和Ｖ Ｄ ４ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ通 ， 由于负载 电 路是Ｌ ｃ 串联谐振 电路 ， 品质因数Ｑ ＞ Ｉ ， 所 以， 电流ｉ 。 按谐振
毕业设计 大功率感应加热电源设计
摘要感应加热电源在金属熔炼、铸造、锻造、透热、淬火、弯管、烧结、表面热处理、铜焊以及晶体生长等行业得到了广泛的应用。
同时，由于感应加热电源的加热特点，超音频、大功率是感应加热电源领域研究的重点之一。
本文详细介绍了所设计的感应加热电源，它主要包括不控整流，滤波缓冲电路，降压斩波，逆变电路，数字锁相环电路，保护电路和单片机采样显示电路。
而且本文高频感应加热电源的斩波电路和控制电路进行设计中，采用的是专门电压控制型芯片控制和IGBT器件取代原有的模拟控制和晶闸管器件，实现对老装备的更新改造；推出主电路的参数计算公式，建立了系统的等效电路，负载的等效模型并分析了控制电路的结构和原理。
关键词：感应加热；串联谐振；数字锁相环AbstractInduction heating power in metal smelting, casting, forging, heated, quenching, bend, sintering and surface treatment, brazing and crystal growth industries has been widely used。
At the same time, due to the characteristics of inductive heating power, super audio, heating power inductive heating power field study is one of the key。
This paper introduces the design of induction heating power, it mainly includes not controlled rectifier circuit, step-down, filtering buffer chopper, inverter circuits, digital circuit, protect circuit chip and sampling display circuit。
超音频电源基本工作原理
图2 吸收缓冲电路
24
六、逆变桥的基本工作原理
6.2 IGBT及驱动波形：IGBT为全控器件，可以通过门极控制关断或导通，从而将直流电流转 及驱动波形： 为全控器件， 及驱动波形 为全控器件 可以通过门极控制关断或导通， 换成交流电流，驱动波形如图。 换成交流电流，驱动波形如图。
25
六、逆变桥的基本工作原理
K3板
驱动板
ห้องสมุดไป่ตู้
YH4
YH5
UF板
XF板
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六、逆变桥的基本工作原理
6.4 反压限制的相位跟踪技术
300V <100V
采用前
采用后
性能： 性能：二极管反压 300V 效果： 效果：反向恢复损耗
：100V
９：１
负载适应性比原来有大幅提高。 负载适应性比原来有大幅提高。 水平：国内领先（国内查新未见其他报道）。 水平：国内领先（国内查新未见其他报道）。
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四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.1三相桥式全控整流电路的主要元件和布局 三相桥式全控整流电路的主要元件和布局
8
四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.1三相桥式全控整流电路的主要元件和布局 三相桥式全控整流电路的主要元件和布局
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四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.1三相桥式全控整流电路的主要元件和布局 三相桥式全控整流电路的主要元件和布局
L1 La SCR1 SCR3 SCR5
D4 D2 D5 D3 D6 IGBT1 D9 IGBT4 L
Lb
Lc
D1
scr7 C IGBT2 R1 E1 + IGBT3 R
SCR4
SCR6
SCR2
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图8 滚动轴承热处理标视图
表1电子管和IGBT电源的电场强度和磁场强度比较
电场强度(V/m)磁场强度(A/m)运行参数国家标准205 IGBT电源54f=25kHzId=40AUd=350V电子管电源7580f=193kHzId=3AUd=11500V
4结语
据统计，我国现有100kW级高频电源一万余台，在各个生产领域运行，而且每年还新增近1000台电子管或晶闸管高频电源设备，浪费电能的情况十分严重。如果采用IGBT超音频电源不仅节能效果显著、效率高，而且保护环境。它的推广应用势必将产生巨大的经济效益和社会效益。
21主电路采用并联谐振式逆变器，主电路。
图1各种功率器件的应用
图2主电路原理图
电流源并联谐振逆变器具有负载适应性强，抗负载短路能力强等优点，该设备的波形较好，有利于提高装置的效率和可靠性。
主电路为三相全波不控整流加滤波，再经斩波后输入给逆变器。由于采用IGBT斩波频率较高（约为20kHz），输出波形较好，电抗器尺寸将可缩小为原来的1/3。
（2）841过流是检测IGBT在门极导通时CE间的电压，当超过6V延迟10μs则判断为过流。但实践中发现很多IGBT在CE间电压6V时已经损坏，因此我们在IGBT的C极和841的第6脚串一个3V稳压管，使841检测值由此6V降低为3V实践证明这样改进明显增加了841对过流判断的灵敏性，使线路不仅能正常的驱动元件而且在过流时能更有效的保护器件。
IGBT是一种复合功率器件，它集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体，具有电压型控制，输入阻抗大、驱动功率小，控制电路简单，开关损耗小，通断速度快，工作频率较高，元件容量大。它不仅达到了晶闸管不能达到的频率（60kHz以上），而且正在逐步取代快速晶闸管。国外1kHz～80kHz的感应加热已广泛应用IGBT，这是感应加热电源的发展方向。图1为国外各种功率器件的应用。2IGBT电源结构及工作原理
某厂的滚柱轴承要求表面局部淬火和局部退火，。采用我厂生产的感应加热电源设备，经工艺试验，均取得圆满成功。特别值得一提的是：电子管高频电源周围有强大的电磁场辐射，如长期在这种环境工作，对操作员身体健康是有害的，而我厂研制的个IGBT超音频电源，由于输出电压、频率都比电子管高频电源低得多，经测定，周围辐射电磁场强度，均未超过国家规定标准，测定结果如表1所示。
（2）过压在这种的谐振电路里主要有两种过压产生：1、随着负载电流和电压角度的增加，负载电压会越来越高，这会对器件构成威胁，解决的办法是逆变控制锁0度，另外在负载上加电压传感器检测电压的大小，当过大时加以控制。2、换流过程中的电压毛刺，这种现象主要靠加阻容吸收，值得注意的是逆变电路中的二极管也需要加阻容吸收，。
常见的他激转自激线路这里也没有选用，他激转自激，是指在低电压使用他激信号，随着电压的升高自动变为自激信号，这也就使它有一个缺点，当感应器换掉，他激和自激频率有差异时，就会产生电压上升过程中过流的现象。在我们的设备是将他激的固定频率发生器改进为变频的频率发生器，既从100kHz逐步变为10kHz，同时检测谐振电压，在谐振点时变自激并且过零触发，保证设备工作在零度。逆变线路控制框图。
（2）熔炼白金
白金熔点为1800，相对比较难熔化，过去采用电子管电源，但它体积大，耗电高，难控制，在很多场合、尤其在实验室十分不合适，国外多采用固态电源，价格十分昂贵（约为国内产品的5～10倍），我们采用30kW/30kHzIGBT超音频电源成功地解决了这一问题，它具有体积小，熔化迅速，控制精度高，可靠耐用的优点。
这种逆变控制方式既防止了他激转自激过程中的逆变失败，又防止了小信号下线路找不到自激频率情况。
24IGBT驱动
IGBT可采用有源或无源两种驱动方式，无源驱动相对线路简单，但波形调整不是很方便，为此采用富士公司841这种线路，，对于841很多文章有介绍，这里只提两个问题：
（1）在841保护时并未完全封锁脉冲，这给器件安全构成威胁，因此在过流输出和驱动信号输入之间加了一个RS触发器，在有过流输出时完全封锁驱动脉冲。
图3SG3525原理框图
图4逆变控制框图
图5841原理框图
IGBT为自关断器件，既可工作在容性又可工作在感性。然而工作在容性或感性都将引起电压或电流的毛刺，因此采用锁零电路，使电源基本上工作在谐振状况。在这种情况下，电压的正弦波和电流的方波（谐振回路上）都比较好，这不仅对减少开关损耗，增加器件寿命有重要意义，而且也减轻了阻容吸收的负担。
（3）电冰箱压缩机外壳紫铜管钎焊
通常采用高频焊，某厂家现采用我厂生产的IGBT20kW20kHz型IGBT超音频电源，其主要优点：一是加热效率高，可达85％，发振均匀，加热迅速，达到了日本生产的HFB303H1A高周波钎焊设备T10型超音频电源的水平，为国家节省了大量外汇。
（4）滚柱轴承局部淬火（退火）
图6桥路阻容吸收形式
图7储液罐外形
①③铜件，②钢件，要求焊接①～②及②～③连接处，焊接表面光亮而且要求基本不变型。
我们采用IGBT超音频20kW、40kHz电源，配合氮气保护成功地解决了这一问题。为了提高效率，采用一台电源同时匹配两台变压器的技术，依次完成每个部件两处焊接任务，每个焊接过程约定4～5秒时间，焊接表面光洁，无变型。
感应加热用IGBT超音频电源
1引言
感应加热是将工件直接加热，它具有效率高，作业条件好，温度容易控制，金属烧损小，无需预热等优点。
传统的感应加热设备应用的电力电子器件是电子管和快速晶闸管。电子管电压高，稳定性差，幅射强，效率低，已经到了淘汰的边缘，但它频率高，功率大，所以在市场上仍有一席之地。快速晶闸管是目前应用的主力军，它耐压高，电流大，抗过流、过压能力较强。但它只能工作在10000Hz以下，这使其使用范围受到了限制。
25过流和过压的保护
（1）过流IGBT相对SCR来说抗过流能力比较弱，因此线路设计一定要保证IGBT的安全。主要靠两个办法：一个是841过流保护，但这种方式风险性较大，二是在电抗器和逆变桥输入之间串了一个电流传感器，当它的输出值超过预定值时，一方面封锁斩波脉冲，另一方面封锁逆变脉冲，这一措施使IGBT通过了负载短路实验的考验。
该装置的整流桥采用普通整流二极管，滤波电容为电解电容450V/1500μF，斩波IGBT及二极管为富士公司产品，平波电抗器为自制，逆变IGBT也是富士公司产品，谐振回路电容为特制的超音频电容器，功率输出变压器为自行设计生产。
22斩波控制斩波控制采用SG3525脉宽调制型控制器，SG3525是集成PWM控制器件，控制功能比较完备用于斩波十分合适，全推挽输出形式，其输出峰值为±500mA，电源电压为（8～35）V，内部设有欠压停止电路，当电压过低时，输出级截止。具有5.1V，温度系数±1％的基准稳压电源，误差放大器、振荡器频率为100Hz～400kHz（其值由外接电阻Rt，电容Ct决定）的锯齿波振荡器，软起动电路，同步电路，关闭电路，脉宽调制比较器，RS寄存器及保护电路。SG3525原理框图。23逆变控制