基于IGBT的熔炼炉用中频电源的应用

基于IGBT的熔炼炉用中频电源的应用

【摘要】中频电源已广泛应用于工业加热领域。文章结合实际讨论了一种新型IG-BT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，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

1概述

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。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。本文设计的100kW／2500Hz中频感应加热电源采用IGBT串联谐振式逆变电路，能够实现频率自动控制，电路结构简单，无有害气体排放，高效节能。

2工作原理

整流电路采用可控的三相半桥整流，逆变器采用单相全控逆变，系统上电后，三相交流电经过整流，通过电阻限流给滤波电容充电，经延时后输出脉冲信号将IGBT触发导通，启动系统工作。系统启动后以固有频率2500Hz产生移相控制信号使系统工作，微处理器产生的移相信号控制IGBT功率器件的导通与关断，通过对输出电流相位的检测，并在输出侧串无感电容与负载实现谐振，使装置的输出效率最高，根据温度的设定值和温度的检测值进行闭环控制，调整移相角，改变逆变器的输出电压实现温度的准确控制。

3主电路的设计

中频电源采用三相半桥式整流电路，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，根据设计要求，额定输出功率P=100kW，输出频率

f=2500Hz，进线电压为380V。

考虑冲击电流和安全系数，实取额定电压以800V，额定电流200A的整流模块，在主电路的直流侧串入了一个电阻并且与之并联了一个IGBT，当系统刚启动时由于电容电

压为零，对瞬态的启动电容相当于短路，这样就会使得启动电流过高对系统产生危害，在接入电阻后可实现系统的软启动，系统上电后通过电阻对电容充电使电容电压逐渐升高，当电容电压达到一定值时触发导通IGBT，切除电阻。系统软启动有效的抑制了启动电流过大对系统造成的危害，缺点是降低了启动的速度。

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TR1、TR3、TR5和TR2、TR4、TR6交替导通，输出所需要的交流电压。在电路的直流侧，电解电容C1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，在每只电解电容两端并联上均压、放电电阻，另外，由于串联谐振式逆变器的直流电源回路必须流过无功电流，该无功电流随逆变器的输出功率因数减小而增大，而电解电容C1中不能流通高频无功电流，否则会发热损坏，高频电容的选择一般根据逆变器的工作频率和容量大小来确定，电路中选用2.5 uF／850V的金属化聚丙烯膜电容直接并在IGBT的两侧，对于该逆变器比较典型的控制方式是采用移相控制，移相控制方式两个半桥电路各自按照180度方波控制(上下两个桥臂互补通断)，但两半桥的控制方波在相位上相差一定角度t(0