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论IGBT在烧结钕铁硼甩带炉上应用 　　摘 要：该文着重闸述了IGBT电源在烧结钕铁硼甩带炉生产中的应用，该文还具体比较了可控硅电源与IGBT电源二种不同电源，在烧结钕铁硼甩带炉中的不同效果，从而让使用者有了比较的标准和选择方法，同时还提出了IGBT电源与可控电源相比，那一种节能。 　　关键词：IGBT电源 可控硅（SCR）全桥并联逆变固体电源 二者效果比较 节能 　　中图分类号：TG232 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（a）-0073-04 　　IGBT电源在烧结钕铁硼生产中最先用的是中频熔炼炉上，那时最大功率是50 kW左右，当时替代了可控电源，效果相当不错。由于烧结钕铁硼生产工艺的改进，中频甩带炉取代了中频熔炼，而且中频甩带炉的功率增大到500～800 kW左右，IGBT电源仍然可靠安全取代了可控电源。尤其是甩带炉在倒料时只要10%的电功率时，该电源仍然保持稳定的、恒定的输出功率，正是因为IGBT电源有以上的优点，使得IGBT电源大量的应用于烧结钕铁硼中频甩带炉生产工艺中。下面从不同角度、各项实测数据，来具体详细比较。 　　在我国的铸造界中，一般对配置可控硅（SCR）全桥并联逆变固体电源的中频感应电炉通常俗称为中频炉，其逆变部分电路如图1。而对配置IGBT半桥串联逆变固体电源的中频感应电炉通常俗称为变频炉（这个称呼并不确切，只是为了与配置可控硅全桥并联逆变器的中频炉相区别），其逆变部分电路如图2。由于这两种感应电炉的逆变供电电源不同，因此，在工作性能上也有很大的区别。该文就将对它们各自的优缺点和适用范围将做一下简单的介绍，让用户能够根据各自的工艺要求来对不同类型的电炉进行正确的选择。 　　1 固体电源的各项性能比较 　　1.1 目前可以提供的上述二种产品规格 　　经过近几十年的发展，可控硅已成为一种非常成熟的电力半导体元件。目前国外著名的SCR制造商可以提供2700 A/2500 V等级的快速可控硅器件。如图1所示，在SCR并联逆变器中，并联补偿电容器和电炉的感应线圈自成振荡回路，流过可控硅的电流通常是电炉感应线圈电流的1/6―1/10（熔化负载）。因此SCR全桥并联逆变器通常可以做到更大的功率。国内现在一般的生产能???SCR全桥并联逆变固体电源的功率范围是160～3000 kW。 　　绝缘栅双极晶体管（IGBT）是一种新型电力半导体器件。现在进入实用阶段的大电流IGBT的规格是2500 A/1700 V（德国进口）。如图2所示，在IGBT半桥串联逆变器中，补偿电容器与电炉的感应线圈串联，不能自成回路，电炉感应线圈的电流必须全部流过IGBT。在这种电路中，IGBT通常采用多个并联工作。但IGBT是一种快速开关器件，由于连接铜排电感的作用下，在IGBT关断时，会在自身上产生较高的关断过电压，如图3。这个过电压要在IGBT的额定耐压范围内，不然就会导致IGBT损坏。也就是说，IGBT可并联的个数受到了连接铜排的电感限制。因此，在现有条件下，采用IGBT元件的半桥串联逆变固体电源的功率不会很大。张家港东方四通科技现在生产的IGBT半桥串联逆变固体电源的功率范围是30～2000 kW。 　　1.2 电网侧的功率因数和谐波干扰 　　整流电路的工作方式决定了电网侧的功率因数。对于三相桥式整流器而言，如果整流元件在受正向电压时始终开通（如二极管），则它的功率因数就会接近于1。如果整流元件已经受正向电压一段时间后开通（如受移相控制的可控硅），那么功率因数等于控制角（120°-导电角）的余弦函数。当控制角为0°时，功率因数接近于1，此时整流器的输出电压最高。也就是说当控制角逐步增大时，功率因数和整流器的输出电压也就会随着控制角的增大而减小和降低。 　　对于SCR全桥并联逆变器，其必须工作在电炉电流的相位超前于电炉电压的相位状态，它依靠反向施加在可控硅上的电炉电压（或着补偿电容器的电压）使其关断，可控硅是无法自己关断的。这个超前的相位角（超前时间）取决于可控硅的关断时间（20～50 μs），加上一定的安全余量，一般是不可调的。也就是说，SCR全桥并联逆变器本身不能调节输出功率。所以，它必须由SCR桥式整流器供电，依靠改变SCR桥式整流器的控制角来调节整流器的输出电压，从而调节输出功率。因此，当SCR全桥并联逆变器工作在额定输出功率时，其电网侧功率因数接近于1，而当输出功率减小时，其电网侧功率因数也相应地降低。 　　IGBT半桥串联逆变器的情况有所不同。IGBT元件可以由门极电压控制其开通或关断，在任何情况下只要其门极没有电压，IGBT元件就被关断。因此，可以任意改变IGBT半桥串联逆变器的工作频率。由串联谐振电路的工作原理可知，当工作频率改变时，电炉电压和电流的相位角随之改变，也