500kW IGBT并聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源主電路參數(shù)設(shè)計(jì)

摘 要：文章給出了500kW IGBT并聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源的主電路結(jié)構(gòu)，其整流器采用晶閘管相控整流方式，逆變器采用全控型器件IGBT，整個(gè)感應(yīng)加熱系統(tǒng)工作在弱容性準(zhǔn)諧振狀態(tài)。文中給出了感應(yīng)加熱電源控制結(jié)構(gòu)，對(duì)整流側(cè)和逆變側(cè)的元件參數(shù)進(jìn)行分析與計(jì)算。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)諧振；感應(yīng)加熱；電源；硬件；參數(shù)

1 概述

目前，作為國(guó)際上較為先進(jìn)的加熱技術(shù)——感應(yīng)加熱技術(shù)，相較于傳統(tǒng)加熱方式，具有一定程度上的優(yōu)勢(shì)，如高加熱效率、加熱速度快、可控性強(qiáng)和便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等[1]，因此在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。感應(yīng)加熱技術(shù)的核心技術(shù)點(diǎn)在于感應(yīng)加熱電源的研究，感應(yīng)加熱電源的性?xún)r(jià)比對(duì)感應(yīng)加熱系統(tǒng)獲得應(yīng)用的速度與廣度起著至關(guān)重要的作用[2]，隨著電力電子器件制造技術(shù)及其控制技術(shù)的逐步成熟，以電力半導(dǎo)體器件為主要元件的固態(tài)電源的制造成本正在迅速下降，不斷提升其性能水平是這種新技術(shù)獲得最大限度推廣的重要條件。

本文所研究的500kW IGBT并聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源中的整流器采用晶閘管相控整流方式[3]，由全控型器件IGBT組成并聯(lián)諧振式逆變器，負(fù)載槽路的諧振頻率要略低于主開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率，整個(gè)系統(tǒng)工作在弱容性準(zhǔn)諧振狀態(tài)[4]，本文主要分析、計(jì)算了整流側(cè)和逆變側(cè)的元件參數(shù)。感應(yīng)加熱電源控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 整流側(cè)硬件參數(shù)分析設(shè)計(jì)

2.1 整流橋晶閘管的選型

整流器采用三相橋式可控整流[5]，通過(guò)改變整流控制角來(lái)改變整流器輸出電壓。

進(jìn)線的線電壓為：U1=380V

整流器輸出電壓為：Ud=1.35U1=513V

整流元件所能承受的峰值電壓為：660V

負(fù)載電壓有效值為：U0= =1.11Ud≈575V

輸出電流有效值為：Id= = =870A

因此，晶閘管的通態(tài)平均電流為：I= = =360A

選擇晶閘管型號(hào)為：KP-800A/1200V

2.2 濾波電容器的分析設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中濾波和穩(wěn)定電壓的功能主要由濾波電容器C來(lái)完成，其電壓紋波脈動(dòng)為300Hz，濾波電容器C與直流電源的等效負(fù)載Z0的乘積等于濾波電路的時(shí)間常數(shù)[6]，其值必須是紋波中基波的周期時(shí)間的6-8倍以上[7]，即

電源諧振時(shí)的阻抗為：Z0= =0.66

3 逆變側(cè)硬件參數(shù)分析設(shè)計(jì)

3.1 IGBT的參數(shù)分析設(shè)定

IGBT所承受的正向電壓值就是前端整流器的輸出電壓Ud，實(shí)際應(yīng)用中留有一定的安全裕量，一般為2到3倍的Ud[8]，所以IGBT的額定電壓為：

UN=2～3Ud=1026～1539V

因此可選定額定電壓為1500V的SKM100GB123D IGBT。

3.2 槽路參數(shù)分析設(shè)定

因?yàn)橹C振時(shí)阻抗為：Z0=Q2R（在此，取Q=4）[9]

所以槽路電阻為：R= =0.04

又因?yàn)镼= = ，[10]

所以，選取槽路R=0.04？贅，L=2.55？滋H，C=100

4 結(jié)束語(yǔ)

本文中，全控型器件IGBT組成并聯(lián)諧振式逆變器作為硬件電路的逆變器，系統(tǒng)工作在弱容性準(zhǔn)諧振狀態(tài)，通過(guò)分析比較，設(shè)定了整流側(cè)和逆變側(cè)的主要元件參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]周美蘭，李艷萍，王吉昌.高頻感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（1）：16-17.

[2]金亞杰.感應(yīng)加熱電源的發(fā)展歷程與動(dòng)向[J].電焊機(jī)，2001，31（11）：

3-6.

[3]翦志強(qiáng)，司徒琴.三相電壓不對(duì)稱(chēng)跌落光伏并網(wǎng)逆變器控制方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，43（14）：126-127.

[4]王強(qiáng)，陳祥雪，劉巖松，等.應(yīng)用于高功率領(lǐng)域的改進(jìn)型諧振直流環(huán)節(jié)逆變器[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2016（3）：63-64.

[5]楊忠林，吳正國(guó)，李慧.基于直流側(cè)電流檢測(cè)的逆變器開(kāi)路故障診斷方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28（27）：18-20.

[6]田健，王華民，郭會(huì)軍，等.串聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源頻率跟蹤控制的研究[J].工業(yè)加熱，2000（2）：4-8.

[7]張舟山，王曉東，徐國(guó)卿，等.電力電子裝置濾波電容容量的設(shè)計(jì)方法[J].電力電子技術(shù)，2005，39（1）：71-74.

[8]汪顯博，卜文紹.三相電壓型PWM整流器研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].電源技術(shù)，2010，34（10）：1093-1095.

[9]程啟明，程尹曼，薛陽(yáng)，等.三相電源型PWM整流器控制方法的發(fā)展綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（3）：145-150.

[10]天社平，陳洪亮，張峰.電路品質(zhì)因數(shù)的計(jì)算[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（4）：6-8.

作者簡(jiǎn)介：邱燕（1981-），女，漢族，陜西西安人，陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，碩士，主要從事電力電子技術(shù)方面的研究。