IGBT中频变频装置及其在感应加热领域中的应用
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图７ ＩＧＢＴ过压保护 一般图７ａ、图７ｂ形式的电路多用在小功率ＩＧＢＴ
变频电源中，而较大功率则采用图７ｃ、图７ｄ形式的 电路．吸收电容ｃ、的数值可以这样确定：
Ｇ—Ｌｓｉ：／“：
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式中：ｉ为１ＧＢＴ关断时刻的电流；Ｕ为ＩＧＢＴ正向阻 断时承受的电压．阻尼电阻Ｒ的额定功率可以按下式
（９）：５４８－５５０
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ＷＺ ００２８１５不定形耐材内村的弹塑性分析——《耐火物》， １９９９，＇ｄ０１５１，Ｎｏ ９，４７４～４８３（日）
表２ ＧＷ５型ＩＧＢＴ中频熔炼保温炉参数表
该型电炉功率配置灵活，适用于大容量，高产量 琏续浇铸场合。
（３）６００ ｋＷ／８ｋＨｚ中频感应透热炉（表３ Ｊ 采用全桥串联谐振电路、定频移相控制模式，配 以新颖的缝式感应器。适合各类金属棒料的穿透加热 场合。
《工业加热》２００２年第１期
表３ ６００ ｋＷ／８ ｋＨｚ ＩＧＢＴ中频感应透热炉参数表
确定：
Ｐ。＝０ ５Ｃ ｕ－＇ｆ
（３）
式巾：／为装置的逆变频率。
５典型应用举例
（¨５００ ｋｇ（钢）快速熔炼炉 采用半桥串联谐振线路，三相３８０ Ｖ进线电压， 设计电炉品质因数Ｑ＝１４，这样巾频电压队。、最大
万方数据
（２）５ ０００ｋｇ（铸铁Ｊ双向供电熔炼保温炉【表２， 我厂自行开发研制的５ ｔ双向供电中频熔炼保温 炉，采用３ ０００ｋＷ／２００Ｈｚ双输出（一拖二）ＩＧＢＴ电 源，内部配置功率自动分配器，口Ｊ以自以下ＪＬ种，垒ｆ了 模式： ａ熔化保温模式。一只炉体分配２ ５Ｍｗ熔炼的 同时，另一只炉体分配５００ ｋＷ保温。两只炉体可以 熔炼保温交替进行。 ｂ快速升温模式．两只炉体平均分配１ ５ ＭＷ， 同时进行快速升温。升温ｌ ５０℃，产量口】达５０㈨。 ｃ快速熔炼模式．总功率３ Ｍｗ牟部用于单炉 作快速熔化，产量可达５ ｌ讹。
Ｓ’南ｐ
ｉ１）
可见原边补偿对变压器容量要求较高，通常只能 采用空心变压器．
ｆ４ Ｊ并联谐振变频电源 ＩＧＢＴ并联谐振电路如图４所示。每个桥臂串联 二极管以帮助ＩＧＢＴ在关断时承受反向电压。谐振回 路有简单并联和串并联”１两种形式．后者利用升压电 容ｃ。帮助提升电炉感应圈两端中频电压，减小中频电
趱癍 流，降低线圈损耗，以适合大功率运用场台．
（ａＩ
（ｂ）
图４并联谐振变频电源
３控制技术
感应加热经典控制技术主要有整流晶闸管三相同 步触发控制；逆变器自激、它激控制等。这里主要谈 谈有关ＩＧＢＴ变频装置的控制技术。
（１）脉宽调制技术 每个逆变桥臂上下两只管子的驱动脉冲，相位互 差１８０。，通过改变脉冲宽度来调节负载电流大小。 （２）移相控制技术 以全侨串联谐振电路为例，结台图２与图５，和 咏宽调制技术比较说明移相控制技术的原理。
（２）全桥串联谐振变频电源（图２）
图２全桥串联谐振变频电源 三相二极管不控整流后，经电感、电容滤波，由 两组ＩＧＢＴ逆变桥臂实现负载（ＬＣ）串联振荡、
琴毋零莽零拉零紧零窑毋毋葶字、秘毋秘罅辞霹辞撰零霉参零磬祭社稿撰零零零察零、毋ｘ撰棼李零寥铲铲妒ｇ、
炉预热器日臻完善，充分挖掘了节能潜力，从而实现 更大的经济效益和社会效益．
额定功幸ｍｗ
６００ 加热工件（钢）
ｑ）２５ｘ２００
额定频率／ｋＨｚ
８加热温度，℃源自９００额定电压／ｋＶ
１ ２ 生产率／ｔ ｈ‘
３．２
额定电耗，ｋｗ ｈ ｔ“ ３８０ 加热速度，根ｍｉｎ“
６０
１４）５００ ｋＷ／３ ｋＨｚ中频钢管焊缝热处理设备 由一台５００ ｋＷ／３ ｋＨｚ ＩＧＢＴ并联谐振变频装置、
参考文献： …张砖，扬晓东钢铁工业能源消耗和＿次能源利用途径盈对
万方数据
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文章编号：１００２一１６３９ １２００２）０Ｉ·００３３—３４
《工业加热）２００２年第ｌ期
ＩＧＢＴ中频变频装置及萁在感应加热领域中的应用
戴育航
（无锡市环湖电炉厂，江苏无锡２１４０７２）
擅要：嗣述丁ＩＧＢＴ中颠变频装置的具体结构和工作原理，介绍了其在感应加热领域中几方面典型应用
《工业加热》２００２年筘１期
司逃：
ＵＬ。＝口“／２—１４×２５５＝３ ５７０Ｖ
（４）
通过电压ＰＩＤ控制，维持在２ ８００Ｖ左右，使感 应圈电流显著减小，损耗也明显降低。达到快速熔炼 的目的。由于中频电流较小，补偿电容全部宦装在电 源柜内部，无须就近靠近炉体安装，简化ｒ安装步骤 节省ｒ安装成本。采用三相＝极管４：控整流、电网功 率因数高，对电网谐波十扰小“·。
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近年来，日本的钢包内村多使用ＡＩ…Ｏ ＭｇＯ质不定形
耐火材料．这种耐材在使用初期易发生龟裂，导致耐材严重 剥离，影响其使用寿命，故提高耐材的抗剥离特性是十分重 要的课题．利用有限元法研究探讨了上述钢包内衬酎材的弹 塑性特性与熟弹性结构．依据研究结果闸述了钢包内衬耐材 剥离的发生机理．给出了上述内衬耐材的弹性系数和塑性系 数的计算．图１３表２参１１
绝缘栅极功率晶体管有以下几个特点： ①良好的自关断性能。ＩＧＢＴ的开通和关断完全 取决于栅极控制电压的幅值，不必借助复杂的换流电 路。使［ＧＢＴ电源控制方便，启动性能较好． ②通态电阻具有正温度系数．即管子的结温越高， 通态电阻越大，通态电流也就越小．这说明ＩＧＢＴ具 有自动电流平衡的作用．这使得大容量电源中ＩＧＢＴ 的并联使用更容易实现． ③目前ＩＧＢＴ的保护技术已经发展得十分完善， 主要通过管于通态压降检测，运用降栅压、缓关断技 术，反应时间短，保护迅速及时。 ④ＩＧＢＴ的开关频率最高可达几十千赫兹，完全 覆盖低频、中频以及超音频频段。 ⑤ＩＧＢＴ单管最大容量已达２ ４００ Ａ／３ ３００ Ｖ，为 研制大功率ＩＧＢＴ变频电源提供了良好的条件． 下面就ＩＧＢＴ中频变频装置基本原理和典型应用 作进步深入介绍。
关键词：ＩＧＢＴ：中顿；变颠装置：感应加热
中图分类号：ＴＭ９２４ ５．ＴＮ３４９
文献标识码：Ｂ
Ｍｅｄｉｕｍ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＧＢＴ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｉｎｄｕｃｄｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ ＤＡＩ Ｙｕ·ｈａｎｇ
前言
２基本结构
从第一只ＩＧＢＴ（绝缘栅极功率晶体管）问世到 现在，已经有２０多年的历史．在这不长的一段时期 内，以ＩＧＢＴ作为主要功率器件的中频变频装置不断 发展，在感应加热领域被广泛应用．
无锡市环湖电炉厂生产的ＧＷ０ ５型ＩＧＢＴ快谜熔 炼炉具体技术指标如表１所示。
表１ ＧＷ０ ５型ＩＧＢＴ快速熔炼炉参数表
图６ ＩＧＢＴ的电流保护
１、ＩＧＢＴ关断时，由回路杂散电感Ｌ。在管子两端 形成幅值为Ｌ。ｄ／／ｄｔ的电压尖峰，大小一般可达额定的 ２～３倍．必须增加吸收回路来减小尖峰电压峰值。 吸收回路的形式如图７示．
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《工业加热》２００２年第１期
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（ａ）脉宽调制法
ｒｂ）移相丰孛制法
图５ ＩＯＢＴ栅极触发脉冲波形
采用脉宽调制法，前后桥臂１、４（２、３ｊ弓ＩＧＢＴ 的驱动脉冲是同相的，调节是通过改变脉冲宽度进行 的。而对于移相控制法，后桥臂３、４号｜ＧＢＴ分别滞 后于前桥臂１、２号ＩＧＢＴ一定的相位角，调节过程中 脉冲宽度并不改变，而是改变移相角的大小
【陈留根摘ｌ ＷＺ００２８１６蒂森克鲁勃钢铁公司布鲁克豪淼钢厂的４００ｔ钢 包炉投人运行——（（ＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＥｎｇ．》，１９９９，Ｖ ７６，Ｎｏ ｌ，１２（英）
由德国施劳耶曼西马格公司制造的４００ｔ钢包精炼炉 在布鲁克豪森钢厂投入运行，该钢包炉包括１台５５ＭＶＡ的 电炉变压器和两个热处理站，每个站均设有实行间接排气系 统的钢包盖，以保证在包盖下部的熔炼室内始终维持氩气保 护气氛。还配有Ｃａ－Ｓｉ丝喂丝机、炉顶事故氧抢，测温取样 枪，以及台金料自动加料系统。
４保护技术
主要谈一下ＩＧＢＴ的电流、ｌ乜压保护 在额定电流范围内，ＩＧＢＴ的通志匝降均维持在 大致个同定值上，屿电流值趔过额定使用范围后， 通态压降便迅速窜升．ＩＧＢＴ的电流宴叫检测保护便
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是利用这一特性来实现的． 图６显示的是ＩＧＢＴ过流保护流程图．一般１ＧＢＴ
耐受两倍额定电流的时间为１０¨ｓ，而且当降低控制 极电压后，管子的电流耐量提高，灵敏度减小，设定 １０ ｐｓ的判断时间，既提高电路的抗干扰能力，又小 会影响ＩＧＢＴ的安全使用．
两种方法均可用来实现电源功率的调节．实际上， 当脉宽调制法中的“脉冲宽度”和移相控制法中的 “脉冲重叠宽度”相等时，两者对功率的调节效果足 一样的。。只是后者的器件升关损耗较小，更有利于半 导体器件的安全运行。
（３）频率控制技术 感应加热过程中，炉料电阻率、导磁率等参数会 随着加热温度的提高而改变，最终会影响到电炉固有 频率的改变。斟此，必须设计“频率自动跟踪”控制 电路，保证电炉运行过程中始终保持在谐振或临近喈 振状态． 一般，频率控制技术具体自： ①它激、自激转换法”１。首先利用多谐振荡器发 出－－Ｎ脉冲触发逆变ＩＧＢＴ，待感应圈中频电流（电 压）建立后，检测中频电流（电压）过零点，并以此 为基准产生逆变自激信号，并通过电子开关封锁￡激 信号。 ②锁相环控制。首先由脉冲发生器产１：迥变基准 信号，采样巾频电压、电流的相位角进行比较，乓差 值经滤波后控制压控振荡器的输出师１率，并建立负反 馈。该调制信号叠加到脉冲发生器基准信号ｒ，共同 决定逆变频率。 由于电源在负载谐振时输出功率最大，失谐时输 出功率相应减小，所以频率控制也可用于功率词节场 合。 此外还包括电源恒功率控制、电流电压ＰＩＤ凋节 等，篇幅所限，这里就不赘述了。
