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感应加热电源主电路形式选择依据与分析

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人气:-发表时间:2021-08-12 15:00【

感应加热电源已广泛应用于金属冶炼,焊接、弯管、表面淬火等热加工和热处理行业。对于不同工件、不同工艺,则要求不同的电源工作频率和输出功率。

感应加热电源按其工作频率不同分为400Hz一10kHz晶闸管(SCR)式半导体中频电源和100Hz一400kH电子管式高频加热电源。本文提到的中频感应加热电源采用IGBT作为开关器件,可工作在10Hz一10kHz频段。它充分利用中频趋肤效应、邻近效应和圆环效应原理,通过感应加热器,使电能有效地转化为热能,从而达到高效节能的目的。

感应加热电源.png

1主电路

1.1方案选择感应加热电源的电路形式很多,其选择依据是:

1)采用串联谐振式逆变器  适合感应加热装置的逆变器主要有并联谐振(电流型逆变器)和串联谐振(电压逆变器)2种形式。在换流期间,并联谐振逆变器的逆变开关器件有可能承受反向电压,而IGBT却不能承受反向电压。如果用反并联快速二极管予以保护,则会出现环流损坏器件。因此,每个桥臂必须串入与开关器件相同电压等极的快恢复整流二极管,以承受反向电压。然而,这会增大每臂的通态损耗,同时增加设备成本。此外,由于频率较高,采用并联谐振逆变器时,其谐振电容器与加热线圈之间的引线不宜太长,否则会严重影响功率输出和效率。这对串联谐振逆变器来说,引线长一点,只会改变工作频率,对输出频率和效率影响极小。

感应加热电源.png

2)采用单管IGBT模块作为开关器件在电力半导体器件中,IGBT的开关速度可以满足50kHz以下感应加热电源的要求。它具有输人阻抗高、驱动功率小、通态损耗小等一系列优点。

3)采用变压器藕合输出采用三相380V电网供电的单相逆变桥,其输出电压高达530V左右,若直接输出,则因谐振电容器和加热线圈上的电压是输出电压的Q倍(Q值随负载不同,可以在3~15范围变化。),使得加在加热圈上的电压太高,而必须采取降压措施。再者,高压电容器也难以解决。

感应加热电源.png

4) 采用PWM控制方式调节输出功率串联谐振逆变器的功率调节方式有2种,一是改变直流电压;二是改变功率因数。前者可根据负载情况,给出相应的频率,使逆变器始终工作在功率因数为1的状态。通过改变直流电压来调节输出功率。此电路虽然对逆变器开关管承受的浪涌电压和浪涌电流要求不高,同时逆变器经常工作在较高的功率因数状态,流过IGBT模块的无功电流不大,这对IGBT十分有利。用改变功率因数的方法调节输出功率。具体方法为先调节输出频率使系统工作在接近谐振状态,然后调节PWM的脉冲宽度,使其达到要求输出功率。

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