500kW IGBT并聯(lián)諧振感應加熱電源主電路參數(shù)設計

摘 要：文章給出了500kW IGBT并聯(lián)諧振感應加熱電源的主電路結構，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，整個感應加熱系統(tǒng)工作在弱容性準諧振狀態(tài)。文中給出了感應加熱電源控制結構，對整流側和逆變側的元件參數(shù)進行分析與計算。

關鍵詞：并聯(lián)諧振；感應加熱；電源；硬件；參數(shù)

1 概述

目前，作為國際上較為先進的加熱技術——感應加熱技術，相較于傳統(tǒng)加熱方式，具有一定程度上的優(yōu)勢，如高加熱效率、加熱速度快、可控性強和便于實現(xiàn)自動控制等[1]，因此在國民經濟和生產生活中得到了廣泛的應用。感應加熱技術的核心技術點在于感應加熱電源的研究，感應加熱電源的性價比對感應加熱系統(tǒng)獲得應用的速度與廣度起著至關重要的作用[2]，隨著電力電子器件制造技術及其控制技術的逐步成熟，以電力半導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，負載槽路的諧振頻率要略低于主開關器件的開關頻率，整個系統(tǒng)工作在弱容性準諧振狀態(tài)[4]，本文主要分析、計算了整流側和逆變側的元件參數(shù)。感應加熱電源控制結構如圖1所示。

2 整流側硬件參數(shù)分析設計

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]，通過改變整流控制角來改變整流器輸出電壓。

進線的線電壓為：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

選擇晶閘管型號為：KP-800A/1200V

2.2 濾波電容器的分析設計

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

電源諧振時的阻抗為：Z0= =0.66

3 逆變側硬件參數(shù)分析設計

3.1 IGBT的參數(shù)分析設定

IGBT所承受的正向電壓值就是前端整流器的輸出電壓Ud，實際應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)分析設定

因為諧振時阻抗為：Z0=Q2R（在此，取Q=4）[9]

所以槽路電阻為：R= =0.04

又因為Q= = ，[10]

所以，選取槽路R=0.04？贅，L=2.55？滋H，C=100

4 結束語

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)工作在弱容性準諧振狀態(tài)，通過分析比較，設定了整流側和逆變側的主要元件參數(shù)。

參考文獻

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作者簡介：邱燕（1981-），女，漢族，陜西西安人，陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院副教授，碩士，主要從事電力電子技術方面的研究。