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    新型感應(yīng)加熱技術(shù)及簡介
    發(fā)布者:aaaa1978722  發(fā)布時間:2012-11-29 21:34:33

     在目前主流的 IGBT 式感應(yīng)加熱產(chǎn)品中,仍有較多的電路和結(jié)構(gòu)方式差異。從整流單元看有可控整流方式和不可控整流方式;從逆變單元看有脈寬調(diào)制逆變方式和斬波調(diào)壓逆變方式;從諧振輸出單元看有并聯(lián)諧振方式和串聯(lián)諧振方式。各種電路和結(jié)構(gòu)方式在效率、功率因數(shù)、可靠性等性能上各有差異。

      1 目前產(chǎn)品普遍存在的問題及原因

      雖然采用 IGBT 取代晶閘管和電子管已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步,但目前大多數(shù)生產(chǎn)廠商研制生產(chǎn)的感應(yīng)加熱電源設(shè)備仍然存在一些普遍問題,這些問題主要表現(xiàn)為:

      a 效率較低、電能和冷卻水消耗大b 功率元件 IGBT 容易損壞c 電抗器或輸出變壓器容易損壞d 冷卻水回路故障較多e 功率因數(shù)較低、諧波污染大f 設(shè)備可靠連續(xù)運行性能欠佳這些問題主要是因為設(shè)計上的缺陷所致,現(xiàn)針對這些問題探討其原因:

      a 由于 IGBT、電抗器、輸出變壓器、諧振電容器均采取水冷結(jié)構(gòu),不僅損耗較大、效率較低,冷卻水消耗大,而且容易發(fā)生因為銅管結(jié)垢堵塞導(dǎo)致器件燒毀,也容易發(fā)生漏水導(dǎo)致故障范圍擴大等問題;且由于水路并聯(lián)支路很多,系統(tǒng)無法保證每一支路均具有斷水保護功能。

      b 由于模擬式控制電路不能適應(yīng)各種變化工況,使得功率元件IGBT 脫離過零軟開關(guān)狀態(tài),因此開關(guān)損耗增加、并經(jīng)常導(dǎo)致IGBT 過熱損壞。

      c 脈寬調(diào)制型(無斬波調(diào)壓)產(chǎn)品采用軟開通、硬關(guān)斷(或帶緩沖的硬關(guān)斷)電路,因此IGBT 損耗大,且這種方式容易脫離軟開關(guān)狀態(tài)導(dǎo)致IGBT 損壞。

      d 設(shè)備在過壓、過載、感應(yīng)圈短路或部分短路、功率元件過熱等情況下控制電路不能起到有效限制和保護作用,導(dǎo)致設(shè)備損壞。

      e 并聯(lián)諧振方式的設(shè)備容易發(fā)生逆變單元過壓而損壞器件。

      f 控制電路抗干擾能力差,系統(tǒng)運行不穩(wěn)定或保護限制功能容易誤動作,設(shè)備可靠性差;或設(shè)備設(shè)備由于外界因素或偶然因素保護停機后不能自動重起動。

      g 整流后直接采用大容量電力電容濾波,無濾波電感或直流側(cè)IGBT 斬波電路,因此功率因數(shù)低,輸入電流諧波大;如采用電力電解電容,還有發(fā)熱、串聯(lián)均壓問題、壽命較短等缺陷。

      2 新型數(shù)字式空冷感應(yīng)加熱電源的主要特點

      一種新型引進(jìn)技術(shù)的 YFL 系列感應(yīng)加熱電源主回路如下圖所示,該產(chǎn)品為創(chuàng)新的全空冷結(jié)構(gòu),在中央處理器DSP 的數(shù)字式控制下,功率器件IGBT 始終精確工作在零電流開關(guān)狀態(tài),自動重起動功能保證了設(shè)備連續(xù)運行的可靠性;與非數(shù)字式產(chǎn)品相比,數(shù)字式產(chǎn)品在各方面性能均得以提高。

      該產(chǎn)品的整流單元為不可控整流,且直流側(cè)采用 IGBT 斬波調(diào)壓,諧振方式為輸出隔離型次級串聯(lián)諧振。這種電路有效提高了設(shè)備效率和功率因數(shù)、減少輸入諧波、降低IGBT損耗;使得設(shè)備可以采用全空冷結(jié)構(gòu),并消除設(shè)備來自水系統(tǒng)的故障;基于這種結(jié)構(gòu),設(shè)備的工作頻率為1KHz-100KHz。

      2.1 準(zhǔn)確可靠的過零軟開關(guān)IGBT 逆變

      高頻感應(yīng)加熱電源一般均采用諧振軟開關(guān)控制,可以大為降低IGBT 開關(guān)損耗,且實現(xiàn)自動跟蹤諧振頻率。

      有的產(chǎn)品直流側(cè)沒有 IGBT 斬波電路,這是一種軟開通硬關(guān)斷電路,或者是帶緩沖的硬關(guān)斷電路。這種電路的關(guān)斷損耗較大,且容易脫離軟開關(guān)狀態(tài)。采用直流側(cè)IGBT 斬波電路后,可以實現(xiàn)完全的軟開通軟關(guān)斷,并將開通損耗和關(guān)斷損耗均降至最低。

      傳統(tǒng)控制電路采用鎖相環(huán)跟蹤系統(tǒng)諧振頻率,但諧振頻率較高時,影響頻率跟蹤的離散參數(shù)比較突出,頻率較高時,鎖相環(huán)精度不夠,容易出現(xiàn)脫離軟開關(guān)的狀態(tài),因此開關(guān)損耗增大,嚴(yán)重時導(dǎo)致IGBT 損壞。因此,提高控制的準(zhǔn)確度是保證IGBT 安全運行的前提條件。

      新型 YFL 系列感應(yīng)加熱電源采用DSP 進(jìn)行跟蹤控制,憑借DSP 的快速處理能力,可根據(jù)不同工況進(jìn)行跟蹤補償,使系統(tǒng)準(zhǔn)確度大幅度提高,諧振頻率和相位的跟蹤誤差大為降低。此外,系統(tǒng)采用的快速IGBT 驅(qū)動電路也有助于更準(zhǔn)確快速的高頻軟開關(guān)電路的實現(xiàn)。

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