IGBT變頻電源的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用介紹

1 前言

當(dāng)代的感應(yīng)熱處理技術(shù)具有優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保等諸多特點(diǎn)，符合現(xiàn)代汽車生產(chǎn)需要，因而得到廣泛應(yīng)用。作為感應(yīng)熱處理技術(shù)基礎(chǔ)的變頻器的IGBT模塊已商品化，在我國感應(yīng)加熱領(lǐng)域已成功生產(chǎn)出10～100 kHz、功率達(dá)數(shù)百千瓦的IGBT變頻電源。實(shí)踐證明，采用IGBT變頻電源完全可以取代耗能嚴(yán)重的變頻發(fā)電機(jī)組。

2 IGBT變頻電源工作原理及特點(diǎn)

IGBT變頻電源電路如圖1所示：

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(fù)載為并聯(lián)諧振形式，直流濾波環(huán)節(jié)為大電感濾波，以滿足并聯(lián)逆變器的輸入要求。逆變控制主要功能采用定時(shí)原則實(shí)現(xiàn)負(fù)載頻率自動(dòng)跟蹤、逆變橋啟動(dòng)及為逆變橋功率器件提供可靠的驅(qū)動(dòng)脈沖，其工作原理如圖2所示。

取之于負(fù)載的電壓信號(hào)通過調(diào)節(jié)延時(shí)電路而超前輸出電壓，經(jīng)過過零比較電路獲得自激方波信號(hào)。逆變器工作前。由于負(fù)載上電壓為零，所以采用他激啟動(dòng)。逆變器啟動(dòng)成功后，當(dāng)電源輸出電壓達(dá)到某一值時(shí)，電平檢測(cè)電路輸出翻轉(zhuǎn)，使電子開關(guān)輸出由他激信號(hào)轉(zhuǎn)換成自激信號(hào)，從而完成逆變器的啟動(dòng)過程。分相和驅(qū)動(dòng)電路完成逆變橋四臂功率器件IGBT正確的驅(qū)動(dòng)脈沖。

并聯(lián)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：

式中，為負(fù)載電壓；為并聯(lián)諧振負(fù)載回路的交流等效阻抗。

當(dāng)IGBT變頻電源電網(wǎng)電壓波動(dòng)+10％時(shí)，輸出電壓波動(dòng)不大于±1％。對(duì)于感應(yīng)器短接，匯流排的短接、開路及負(fù)載電容器的損壞造成的過流、過壓，設(shè)備均能給予正確的保護(hù)。通水冷卻方式有相應(yīng)的檢測(cè)保護(hù)。

3實(shí)際應(yīng)用效果

南京菲亞特發(fā)動(dòng)機(jī)廠曲軸的淬火有9個(gè)加熱部位，需分別加熱。由于這9個(gè)部位必須具有各自獨(dú)立的負(fù)載匹配控制部分，且從電源設(shè)備到負(fù)載匹配部分距離較遠(yuǎn)，在連桿軸頸淬火加熱時(shí)感應(yīng)器必須運(yùn)動(dòng)等，所以作為該曲軸淬火用的電源設(shè)備應(yīng)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(gè)負(fù)載匹配部位，且負(fù)載匹配部位的體積要??；

c. 電能損耗必須要?。?/p>

d. 能快速跟蹤負(fù)載變化。

IGBT變頻電源完全能滿足上述要求。南京菲亞特發(fā)動(dòng)機(jī)廠曲軸的生產(chǎn)原采用進(jìn)口160 kW／10 Hz變頻發(fā)電機(jī)組供電，基于其啟動(dòng)和停止麻煩、工作時(shí)噪聲大、不能進(jìn)行頻率跟蹤等缺點(diǎn)，加之發(fā)電機(jī)組使用年久故障頻繁，難以適應(yīng)當(dāng)代汽車生產(chǎn)發(fā)展需要。為此，該廠采用IGBT電源取代早年進(jìn)口的變頻發(fā)電機(jī)組對(duì)曲軸4個(gè)工位9個(gè)軸頸的淬火機(jī)床供電，取得了較理想的效果，改造前、后技術(shù)指標(biāo)如表1所列。

綜合上述可知，IGBT變頻電源具有如下優(yōu)點(diǎn)：

a. 節(jié)能顯著。工作時(shí)，IGBT變頻電源比變頻發(fā)電機(jī)組平均節(jié)能約10％～18％；空載時(shí)IGBT變頻電源損耗很少。

b. 額定負(fù)載下效率高。

c. 頻率能夠自動(dòng)跟蹤。

d. 體積小、質(zhì)量輕、占地面積小、節(jié)水顯著。