感應加熱電源已廣泛應用于金屬冶煉,焊接、彎管、表面淬火等熱加工和熱處理行業。對于不同工件、不同工藝,則要求不同的電源工作頻率和輸出功率。感應加熱電源按其工作頻率不同分為400Hz一10kHz晶閘管(SCR)式半導體中頻電源和100Hz一400kH電子管式高頻加熱電源。本文提到的中頻感應加熱電源采用IGBT作為開關器件,可工作在10Hz一10kHz頻段。它充分利用中頻趨膚效應、鄰近效應和圓環效應原理,通過感應加熱器,使電能有效地轉化為熱能,從而達到高效節能的目的。

1主電路

1.1方案選擇感應加熱電源的電路形式很多,其選擇依據是:

1)采用串聯諧振式逆變器  適合感應加熱裝置的逆變器主要有并聯諧振(電流型逆變器)和串聯諧振(電壓逆變器)2種形式。在換流期間,并聯諧振逆變器的逆變開關器件有可能承受反向電壓,而IGBT卻不能承受反向電壓。如果用反并聯快速二極管予以保護,則會出現環流損壞器件。因此,每個橋臂必須串入與開關器件相同電壓等極的快恢復整流二極管,以承受反向電壓。然而,這會增大每臂的通態損耗,同時增加設備成本。此外,由于頻率較高,采用并聯諧振逆變器時,其諧振電容器與加熱線圈之間的引線不宜太長,否則會嚴重影響功率輸出和效率。這對串聯諧振逆變器來說,引線長一點,只會改變工作頻率,對輸出頻率和效率影響極小。

2)采用單管IGBT模塊作為開關器件在電力半導體器件中,IGBT的開關速度可以滿足50kHz以下感應加熱電源的要求。它具有輸人阻抗高、驅動功率小、通態損耗小等一系列優點。

3)采用變壓器藕合輸出采用三相380V電網供電的單相逆變橋,其輸出電壓高達530V左右,若直接輸出,則因諧振電容器和加熱線圈上的電壓是輸出電壓的Q倍(Q值隨負載不同,可以在3~15范圍變化。),使得加在加熱圈上的電壓太高,而必須采取降壓措施。再者,高壓電容器也難以解決。

4) 采用PWM控制方式調節輸出功率串聯諧振逆變器的功率調節方式有2種,一是改變直流電壓;二是改變功率因數。前者可根據負載情況,給出相應的頻率,使逆變器始終工作在功率因數為1的狀態。通過改變直流電壓來調節輸出功率。此電路雖然對逆變器開關管承受的浪涌電壓和浪涌電流要求不高,同時逆變器經常工作在較高的功率因數狀態,流過IGBT模塊的無功電流不大,這對IGBT十分有利。用改變功率因數的方法調節輸出功率。具體方法為先調節輸出頻率使系統工作在接近諧振狀態,然后調節PWM的脈沖寬度,使其達到要求輸出功率

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