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IGBT變頻電源的原理、特點及應用介紹

電子設計 ? 來源:郭婷 ? 作者:電子設計 ? 2018-12-12 09:02 ? 次閱讀

1 前言

當代的感應熱處理技術具有優質、高效、環保等諸多特點,符合現代汽車生產需要,因而得到廣泛應用。作為感應熱處理技術基礎的變頻器IGBT模塊已商品化,在我國感應加熱領域已成功生產出10~100 kHz、功率達數百千瓦的IGBT變頻電源。實踐證明,采用IGBT變頻電源完全可以取代耗能嚴重的變頻發電機組。

2 IGBT變頻電源工作原理及特點

IGBT變頻電源電路如圖1所示:

IGBT變頻電源的原理、特點及應用介紹

IGBT變頻電源采用三相橋式全控整流電路,逆變器采用單相橋式逆變電路,負載為并聯諧振形式,直流濾波環節為大電感濾波,以滿足并聯逆變器的輸入要求。逆變控制主要功能采用定時原則實現負載頻率自動跟蹤、逆變橋啟動及為逆變橋功率器件提供可靠的驅動脈沖,其工作原理如圖2所示。

IGBT變頻電源的原理、特點及應用介紹

取之于負載的電壓信號通過調節延時電路而超前輸出電壓,經過過零比較電路獲得自激方波信號。逆變器工作前。由于負載上電壓為零,所以采用他激啟動。逆變器啟動成功后,當電源輸出電壓達到某一值時,電平檢測電路輸出翻轉,使電子開關輸出由他激信號轉換成自激信號,從而完成逆變器的啟動過程。分相和驅動電路完成逆變橋四臂功率器件IGBT正確的驅動脈沖。

并聯逆變式IGBT變頻電源屬電流型逆變器,電源功率即逆變輸入功率P為:

IGBT變頻電源的原理、特點及應用介紹

式中,為負載電壓;為并聯諧振負載回路的交流等效阻抗。

當IGBT變頻電源電網電壓波動+10%時,輸出電壓波動不大于±1%。對于感應器短接,匯流排的短接、開路及負載電容器的損壞造成的過流、過壓,設備均能給予正確的保護。通水冷卻方式有相應的檢測保護。

3實際應用效果

南京菲亞特發動機廠曲軸的淬火有9個加熱部位,需分別加熱。由于這9個部位必須具有各自獨立的負載匹配控制部分,且從電源設備到負載匹配部分距離較遠,在連桿軸頸淬火加熱時感應器必須運動等,所以作為該曲軸淬火用的電源設備應具備以下條件:

a. 采用10-30 kHz的頻率,具有較高工作效率:

b. 能連接多個負載匹配部位,且負載匹配部位的體積要小;

c. 電能損耗必須要小;

d. 能快速跟蹤負載變化。

IGBT變頻電源完全能滿足上述要求。南京菲亞特發動機廠曲軸的生產原采用進口160 kW/10 Hz變頻發電機組供電,基于其啟動和停止麻煩、工作時噪聲大、不能進行頻率跟蹤等缺點,加之發電機組使用年久故障頻繁,難以適應當代汽車生產發展需要。為此,該廠采用IGBT電源取代早年進口的變頻發電機組對曲軸4個工位9個軸頸的淬火機床供電,取得了較理想的效果,改造前、后技術指標如表1所列。

IGBT變頻電源的原理、特點及應用介紹

綜合上述可知,IGBT變頻電源具有如下優點:

a. 節能顯著。工作時,IGBT變頻電源比變頻發電機組平均節能約10%~18%;空載時IGBT變頻電源損耗很少。

b. 額定負載下效率高。

c. 頻率能夠自動跟蹤。

d. 體積小、質量輕、占地面積小、節水顯著。

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