中频电源电流及各参数计算

1、中频电源已广泛应用于工业加热领域0引言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1。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70KW/500HZ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，电路结构简单，高效节能。1主电路结构主电路由整流电路、逆变电路、保护电路组成，其结构如图1。2主要器件的设计2.1整流电路的设计中频电

2、源采用三相全控桥式整流电路，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2。根据设计要求：额定输出功率P=70KW，输出频率f=500HZ，进线电压UIN=380V，取逆 变器的变换效率=0.9。确定电压额定值URRM考虑到其峰值、波动、雷击等因素，取波动系数为1.1，安全系数=2，选取电压为：URRMUINx X1.1 =1179V根据实际二极管电压等级，取URRM=1600V。确定电流额定值IT(AV)IT(AV)=0.368xId=0.368x=0.368x =56A考虑冲击电流和安全系数，实取额定电压1600V

3、，额定电流200A的整流模块。2.2 逆变电路的设计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V1、V4和V2、V3交替导通，输出所需要的交流电压。IGBT的主要参数有最高集射极电压(额定电压)、集射极电流等3。确定电压额定值UCEPIGBT的输入端与电容相并联，起到了缓冲波动和干扰的作用，因此安全系数不必取得很大，一般取安全系数=1.1平波后的直流电压：Ed=380Vx x =590V关断时的峰值电压：UCESP=(590 x1.15+150)x =912V式中1.15为电压保护系数，150为L引起的尖峰电压。令UCEP2UCES0并向上靠拢IGBT等级，取 UCEP=

4、1200V。确定电流额定值IcIc=( x1.5)Id=-374A式中，为Id的峰值，1.5为允许1min过载容量，0.9为变换效率。由于电路采用桥式结构，4只IGBT轮流导通，根据IGBT等级，选用西门子BSM200GB120两单元并联。3)电解电容Cd的计算Cd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。Cd可 用下式计算：Cd=(40 50)xId”(40 50)x150A”60007500选用6800/400VDC电解电容，三只并联后再串联，在每只电解电容两端并联上放电电阻 100K/2W,两只并联。由于串联谐振式逆变器的直流电源回路还必须流过无功电流，该无

5、功 电流随逆变器的输出功率因数减小而增大，而电解电容Cd中不能流通高频无功电流，否则 会发热损坏4。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，电路中选用两只2F/1200V的薄膜 电容直接并在IGBT的两侧。2.3逆变电路的保护IGBT采用缓冲保护电路，它以上下桥臂为单元进行设置，这种电路缓冲元件的功耗小，降 低了 IGBT的关断损耗。通常采用计算和实验相结合的方法，确定缓冲元件的参数。CS选 取35 F/1200V的电解电容，RS选用62 /150W的无感电阻。在开关电源中，逆变电路中二极管除整流作用外，还起电压嵌位和续流作用，二极管在正向 偏置时，呈低阻状态，近似短路，在反向

6、偏置时，呈高阻状态，近似开路。二极管从低阻转 变成高阻或从高阻转变成低阻并不是瞬间完成的，普通二极管的反向恢复时间较长，不适应 高频开关电路的要求，需要使用快速恢复二极管5。系统阻容吸收电路中采用IXYS公司的 DSE12X快速恢复二极管模块，其恢复时间在60ns左右。由电路产生的PWM脉冲，不能直接驱动大功率器件，为确保功率管的开关准确可靠，IGBT 驱动放大电路采用三菱公司的M57962L，它采用+ 15V-15V双电源供电，外围元件少，具 有较强的驱动能力，又能有效的限制短路电流值和由此产生的应力，实现软关断。3负载电路的计算中频电源用于加热时，负载主要是由集肤效应、涡流效应、滞后效应产生的阻抗和感抗，虽 然还存在着其他作用引起的额外电感和电容，但它们的等效电感量和电容量很小，所以，在 频率不太高的情况下，负载可以等效为感抗和阻抗串联。如图2。4结论上述方法设计的中频电源采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，其单管容量超过GTR,中频特 性优于SCR，电路结构简单。作为感应加热电源有利于改进加热质量，提高装置的加热效率。 参考文献：1潘天明.现代感应加热装置M.北京：冶金工业出版社，1996.王兆安，黄俊.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2003.3康华光.电子技术基础M.北京：高等教育出版社，20