500kW IGBT并联谐振感应加热电源主电路参数设计

摘 要：文章给出了500kW IGBT并联谐振感应加热电源的主电路结构，其整流器采用晶闸管相控整流方式，逆变器采用全控型器件IGBT，整个感应加热系统工作在弱容性准谐振状态。文中给出了感应加热电源控制结构，对整流侧和逆变侧的元件参数进行分析与计算。

关键词：并联谐振；感应加热；电源；硬件；参数

1 概述

目前，作为国际上较为先进的加热技术――感应加热技术，相较于传统加热方式，具有一定程度上的优势，如高加热效率、加热速度快、可控性强和便于实现自动控制等[1]，因此在国民经济和生产生活中得到了广泛的应用。感应加热技术的核心技术点在于感应加热电源的研究，感应加热电源的性价比对感应加热系统获得应用的速度与广度起着至关重要的作用[2]，随着电力电子器件制造技术及其控制技术的逐步成熟，以电力半导体器件为主要元件的固态电源的制造成本正在迅速下降，不断提升其性能水平是这种新技术获得最大限度推广的重要条件。

本文所研究的500kW IGBT并联谐振感应加热电源中的整流器采用晶闸管相控整流方式[3]，由全控型器件IGBT组成并联谐振式逆变器，负载槽路的谐振频率要略低于主开关器件的开关频率，整个系统工作在弱容性准谐振状态[4]，本文主要分析、计算了整流侧和逆变侧的元件参数。感应加热电源控制结构如图1所示。

2 整流侧硬件参数分析设计

2.1 整流桥晶闸管的选型

整流器采用三相桥式可控整流[5]，通过改变整流控制角来改变整流器输出电压。

进线的线电压为：U1=380V

整流器输出电压为：Ud=1.35U1=513V

整流元件所能承受的峰值电压为：660V

负载电压有效值为：U0= =1.11Ud≈575V

输出电流有效值为：Id= = =870A

因此，晶闸管的通态平均电流为：I= = =360A

选择晶闸管型号为：KP-800A/1200V

2.2 滤波电容器的分析设计

系统中滤波和稳定电压的功能主要由滤波电容器C来完成，其电压纹波脉动为300Hz，滤波电容器C与直流电源的等效负载Z0的乘积等于滤波电路的时间常数[6]，其值必须是纹波中基波的周期时间的6-8倍以上[7]，即

电源谐振时的阻抗为：Z0= =0.66

3 逆变侧硬件参数分析设计

3.1 IGBT的参数分析设定

IGBT所承受的正向电压值就是前端整流器的输出电压Ud，实际应用中留有一定的安全裕量，一般为2到3倍的Ud[8]，所以IGBT的额定电压为：

UN=2～3Ud=1026～1539V

因此可选定额定电压为1500V的SKM100GB123D IGBT。

3.2 槽路参数分析设定

因为谐振时阻抗为：Z0=Q2R（在此，取Q=4）[9]

所以槽路电阻为：R= =0.04

又因为Q= = ，[10]

所以，选取槽路R=0.04？赘，L=2.55？滋H，C=100

4 结束语

本文中，全控型器件IGBT组成并联谐振式逆变器作为硬件电路的逆变器，系统工作在弱容性准谐振状态，通过分析比较，设定了整流侧和逆变侧的主要元件参数。

参考文献

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作者简介：邱燕（1981-），女，汉族，陕西西安人，陕西国防工业职业技术学院副教授，硕士，主要从事电力电子技术方面的研究。