IGBT电源技术说明.docVIP

IGBT电源技术说明 主要优点： 采用三回路振荡电路，输出效率高、性能稳定、负载适应性强； 微机控制调压电源，输出功率可平滑调节，并随时检测、显示设备运行情况； 设有三级过电流保护及水流保护等保护装置。 功率可以平滑调整，频率可以分段调整。 1、设备组成部分： 感应加热电源主要由主机柜、电容器柜、水电保护系统、淬火变压器等部分组成。 2、电源的主要技术参数 　　振荡功率：　1200KW； 　　振荡频率：　5～20KHz；分段控制 　　使用电源：　三相380V(±10％) 50Hz； 　　直流电压稳定精度：　±1％; 3、电源的工作原理及主要电路的说明 3.1、IGBT晶体管电源工作原理的说明 本设备采用了大功率晶体管式（IGBT）振荡器，将50Hz工频电流变为5～20KHZ的中频/超音频电流。 工作原理??? 感应加热电源采用交——直——交变频原理，三相50Hz输入电压经过整流器成为脉动的直流电压，再经过滤波器成为平滑直流电压，而逆变器则由于开关器件的开关作用将直流电压变成不同频率的交流电压供负载使用。其整体结构框图如图1所示。  图1 超音频感应加热系统整体结构框图图中以Ud 为中心分为整流电源和逆变振荡两部分，整流部分通过电流PI调节器和电压PI调节器实现了电压稳定调节和电流限制调节，并有故障检测及显示。逆变振荡部分利用单片机实现他激/自激转换及产生逆变驱动信号。逆变器正常工作时，逆变触发脉冲的控制信号取自负载槽路，工作于自激状态，然而当逆变器尚未投入运行时，无法从槽路取得控制信号。此外，逆变器在起动以后，工作于自激状态，均能适应实际负载。一般逆变器的起动采用两种方法，一种为他激起动，其原理是先让逆变触发器发出频率与负载振荡回路的谐振频率相近的脉冲，去触发逆变桥功率元件，使负载回路逐渐建立起振荡后，再由他激转成自激工作。采用此法所需设备简单，可大大降低装置的造价。但是，必须预先知道负载的谐振频率，并且在更换负载时，要重新校正起动频率，使之和负载频率相近。因此此法适用于负载稳定的情况，而不适宜于负载变动大的场合。另一种起动方法为自激起动，其工作原理为预先给负载谐振回路中的贮能元件（电容器或电感）充上能量，然后在谐振电路中产生阻尼振荡，从而使逆变器起动。此法线路复杂，起动设备较庞大，由于是从振荡衰减中取得谐振频率，因此对于品质因数Q值较低的情况下，预充电的能量消耗太快，振荡衰减太快，起动就很困难。??? 为此我们设计了一种零压起动限幅的他激转自激的方案,切换电路框图2。该方案的原理是将整流器直流输出电压从零开始逐渐升高到一定值，并辅之以他激方式触发逆变器，当检测槽路电压电流信号达到某一值（阈值）时，表明槽路电压已正常建立，取回的是自激频率，这时，转换成自激信号，频率自动跟踪系统工作，设备正常运行。如果检测槽路电压电流信号一直达不到所设定的阈值，则整流器的直流输出电压将一直限制在某一比较低的值，不会随外部调节给定的增加而加大。可见，在这种方式下，与自激起动法不同，负载回路不再需要预先用外加直流电源提供能量激起振荡，而是直接由逆变器提供能量，当起动完成之后，逆变器输入端直流电压才会随外部给定的增加而上升。当然，他激频率不能是一成不变的，要随负载的变化作相应改变，否则起动便不易成功。经过多次实验证明这种起动方式起动方便、成功率高，即使起动失败由于电压是从零逐渐升高且到一相对低的值，因此也不会引起大的冲击电流，不会损坏元器件。 图2 他激转自激切换电路框图 IGBT驱动电路??? 由于IGBT是电压控制型器件，应用频率高，功率大，而目前市场所购IGBT的容量有限，为此每个桥臂均采用了双管并联结构。这样就要求有较大的驱动功率，而目前市场上驱动芯片很难满足要求。为此，我们专门设计了驱动电路，不仅满足驱动基本要求，而且驱动频率最高可达上百千赫兹。由于并联逆变器实质是电流型逆变器，为防止逆变桥开路引起过电压，上、下桥臂功率模块驱动信号需一重叠导通时间。我们将这一重叠时间设计在驱动电路中，并且重叠时间做成可调整方式，最大限度地解决了驱动信号时间补偿问题。这样也简化了控制电路，大大提高了系统抗干扰能力。实验证明驱动脉冲性能良好，保证了驱动信号的一致性，顺利解决了驱动信号时间补偿问题。图3 为驱动板重叠时间波形图，图4为驱动电路输出的实验波形。 图3 驱动重叠时间波形 图4 驱动电路实验波形 MCS-51系列的89C51单片机为控制核心，构成全数字触发器，充分利用单片机的智能化功能，构成功能齐全的保护措施，并且由于89C51单片机控制程序内置，抗干扰能力大大提高。 ②全数字触发器确保脉冲等间距触发，最大限度地降低了非特征谐波，减少了电网污染。 ③采用直流电压调节为外环，电流调节为内环的双闭环PI调节器，克服传统比例控制方式