500kW IGBT并聯諧振感應加熱電源主電路參數設計

摘 要：文章給出了500kW IGBT并聯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，整個感應加熱系統工作在弱容性準諧振狀態。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進行分析與計算。

關鍵詞：并聯諧振；感應加熱；電源；硬件；參數

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，相較于傳統加熱方式，具有一定程度上的優勢，如高加熱效率、加熱速度快、可控性強和便于實現自動控制等[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，整個系統工作在弱容性準諧振狀態[4]，本文主要分析、計算了整流側和逆變側的元件參數。感應加熱電源控制結構如圖1所示。

2 整流側硬件參數分析設計

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

系統中濾波和穩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[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 逆變側硬件參數分析設計

3.1 IGBT的參數分析設定

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組成并聯諧振式逆變器作為硬件電路的逆變器，系統工作在弱容性準諧振狀態，通過分析比較，設定了整流側和逆變側的主要元件參數。

參考文獻

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