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高频加热电源
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中频感应加热电源的设计及原理

2019-11-28

       中频感应加热以其加热效率高、速度快,可控性好及易于实现机械化、自动化等优点,已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。

      感应加热电源采用IGBT作为开关器件,可工作在10 H2~10 kHz频段。它由整流器、滤波器、和逆变器组成。整流器采用不可控三三相全桥式整流电路。滤波器采用两个电解电容和一个电感组成II型滤波器滤波和无源功率因数校正。逆变器主要由PWM控制器SG3525A控制四个IGBT的开通和关断,实现DC-AC的转换。

       设计中采用的芯片主要是PWM控制器SG3525A和光耦合驱动电路HCPL-316J。设计过程中程充分利用了SG3525A的控制性能,具有宽的可调工作频率,死区时问可调,具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。由于HCPL-3I6J 具有快的开关速度(500ns),光隔离,故障状态反馈,可配置自动复位、自动关闭等功能,所以选择其作为IGBT的驱动。

       对原理样机的调试结果表明,所完成的设计实现了设计任务规定的基本功能。此外,为了满足不同器件对功率需要的要求,还设计了功率可调。


       随着功率器件的发展,感应加热电源的频率也逐步提高,经历了中频、超音频、高频几个阶段。在感应加热电源的应用中,淬火、焊管、焊接等工艺都要求高频率高功率的电源。功率MOSFET虽然可以实现高频工作,但其电压、电流容量等级低,大功率电源需采用串、并联技术,影响了电源运行的可靠性。绝缘栅双极晶体管(IGBT)比较容易实现电源高功率化,但在高频情况下,其开关损耗,尤其是IGBT关断时存在的尾部电流,会限制工作频率的进一-步提高。

     中频感应加热电源采用功率自关断功率器件IGBT,负载频率是开关管工作频率的二二倍,间接拓宽了IGBT的使用频率:功率管工作于零电流开关状态,彻底消除了尾部电流引起的关断损耗,理论上可实现零开关损耗;同时采用死区控制策略后,可实现负载阻抗调节。以往--般采用晶闸管来实现逆变电路,但是晶闸管关断期反压太低,参数匹配麻烦,输出频率仍然偏低:而采用IGBT后,并让电路工作在电流断续状态下,这些问题都得到很好地解决。

      为满足中小工件加热的需要,研制了一种新型线效的中频感应加热电源。该电源具有输出电压低圈匝数少、不需要中频变压器降压、结构简单、效率高。


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