一种节能型igbt串联逆变中频电源装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种节能型IGBT串联逆变中频电源装置，属于变频变流技术及铸造技术领域。
【背景技术】
[0002]随着感应加热应用领域日益不断的扩大，以及电力半导体器技术的不断发展，同时为响应国家节能减排政策的号召，中频感应加热电源正向节能、快速、无谐波干扰方向发展。在控制系统上，则是由模拟控制转向数字化控制发展，以提高控制系统的集成度和稳定性；在智能控制方面，通过PLC及组态软件等自动控制设备，逐步实现整套设备的智能化；在逆变形式方面，则由并联逆变向串联逆变方面发展，以提高输出电压，降低槽路电流，减少线路损耗。
[0003]目前国内铸造业采用的熔化形式基本为两种，一是采用焦炭冲天炉熔化，二是采用传统的并联可控硅中频电源(KGPS)熔化；焦炭冲天炉熔化形式因工作效率低、能源浪费严重、对环境污染严重，以及难以控制铸件质量等缺点，目前已被国家禁止使用；并联可控硅中频电源因其采用调压调功，负载采用并联谐振方式，所以其功率因数不能始终保持在
0.93以上，低功率运行时功率因数则较低，谐波污染严重，电流畸变较高，另外并联逆变为一种电流型逆变，电压低电流大线路损耗严重。这两种加热设备工作效率低，能源浪费严重，对电网及环境污染严重。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种功率因数高、谐波污染小、线路损耗小，耗电量低、熔化速度快的节能型IGBT串联逆变中频电源装置，节约了能源，避免了对电网及环境的污染。
[0005]为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案:一种节能型IGBT串联逆变中频电源装置，包括电连接的IGBT串联逆变电路、整流主电路、驱动电源电路、压控振荡电路、整流脉冲形成电路和保护信号电路。
[0006]所述IGBT串联逆变电路包括1681'模块11、了2、了3、了4和电容器(:1、02，逆变器由IGBT模块Tl、T2、T3、T4和电容器Cl，C2组成单相逆变桥。
所述IGBT模块Tl的门极接电容CFl的正极，电容CFl的负极接电容CF2的正极，电容CF2的负极接IGBT模块T2的发射极。
[0007]所述IGBT模块T2的集电极接IGBT模块Tl的发射极，IGBT模块Tl的集电极分别接IGBT模块T3的集电极和电容Cl的一端。
[0008]所述IGBT模块T3的发射极接IGBT模块Tl的发射极，IGBT模块T3的发射极经感应炉的等效电感和电阻L、R接电容Cl的另一端。
[0009]所述电容Cl的另一端接电容C2的一端，电容C2的另一端接IGBT模块T4的发射极。
[0010]所述Cl、C2的规格相同。
[0011]所述L、R为感应炉的等效电感和电阻。
[0012]本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点:
1、功率因数高，谐波污染小:节能型IGBT串联逆变中频电源装置的功率因数始终大于0.95，谐波含量小，低于国家“奇次谐波和偶次谐波之和小于5%”的要求，偶次谐波均小于2%，奇次谐波和偶次谐波之和小于5%，符合国家标准(GB/T14549-93)《电能质量公用电网谐波》的要求。
[0013]2、线路损耗小，耗电量低，比同类产品节能25%_30%:本项发明中输出部分中频电压高(2800V)，输出电流小(直流电流的2.5-3倍)，而目前其它中频电源的输出电压最高为1500V，输出电流为直流电流的5-6倍，以600KW设备为例，节能型IGBT串联逆变中频电源装置的中频电压为2800V，中频电流为3600A,而普通可控硅设备的中频电压为1500V,中频电流为6800A，假设输出部分的内阻为r，则线路损耗分别为:节能型IGBT串联逆变中频电源装置的线路损耗Pl=I2r=(3600)2*r，普通可控硅中频电源的线路损耗P2=I2r=(6800)2*r,普通可控硅中频电源的线路损耗远远大于节能型IGBT串联逆变中频电源装配的线路损耗。
[0014]耗电量方面，节能型IGBT串联逆变中频电源装置的吨耗电量为520-550度，而目前国内外先进可控硅熔炼设备的耗电量为650-680度，可节能25%-30%。
[0015]3、恒功率输出，熔化速度快:本项发明中的节能型IGBT串联逆变中频电源装置，是目前唯一能实现恒功率输出的设备，以600KW设备为例，熔化一炉总共需要55分钟，其中有53分钟的时间工作在恒功率状态，恒功率时间达到96%，这是其它设备无法达到的；
一方面由于节能型IGBT串联逆变中频电源装置实现了恒功率，达到96%，另外由于节能型IGBT串联逆变中频电源装置中频电源中频电压高，电磁耦合效率高，达到98%，两方面原因使得节能型IGBT串联逆变中频电源装置熔化速度特别快，150KG/300KW设备仅20分钟一炉，吨耗电量:550度，1000KG/700KW设备45分钟一炉，吨耗电量520度，其它设备均无法达到此种速度。
[0016]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
【附图说明】
[0017]附图1是本发明实施例中节能型IGBT串联逆变中频电源装置的IGBT串联逆变电路原理图；
附图2是本发明实施例中节能型IGBT串联逆变中频电源装置的整流主电路原理图； 附图3是本发明实施例中节能型IGBT串联逆变中频电源装置的驱动电源电路原理图；
附图4是本发明实施例中节能型IGBT串联逆变中频电源装置的压控振荡电路原理图；
附图5是本发明实施例中节能型IGBT串联逆变中频电源装置的整流脉冲形成电路原理图；
附图6是本发明实施例中节能型IGBT串联逆变中频电源装置的保护信号电路原理图； 附图7是本发明实施例中节能型IGBT串联逆变中频电源装置的功率因数变化图； 附图8是本发明实施例中节能型IGBT串联逆变中频电源装置的5次谐波含量图； 附图9是本发明实施例中节能型IGBT串联逆变中频电源装置的7次谐波含量图； 附图10是本发明实施例中节能型IGBT串联逆变中频电源装置的功率变化曲线图。
【具体实施方式】
[0018]实施例，一种节能型IGBT串联逆变中频电源装置包括电连接的IGBT串联逆变电路、整流主电路、驱动电源电路、压控振荡电路、整流脉冲形成电路和保护信号电路。
[0019]如附图1所示，IGBT串联逆变电路包括IGBT模块T1、T2、T3、T4和电容器C1、C2，逆变器由IGBT模块T1、T2、T3、T4和电容器C1，C2组成单相逆变桥，IGBT模块Tl的门极接电容CFl的正极，电容CFl的负极接电容CF2的正极，电容CF2的负极接IGBT模块T2的发射极，IGBT模块T2的集电极接IGBT模块Tl的发射极，IGBT模块Tl的集电极分别接IGBT模块T3的集电极和电容Cl的一端，IGBT模块T3的发射极接IGBT模块Tl的发射极，IGBT模块T3的发射极经感应炉的等效电感和电阻L、R接电容Cl的另一端，电容Cl的另一端接电容C2的一端，电容C2的另一端接IGBT模块T4的发射极。
[0020]Cl, C2的规格相同，L、R为感应炉的等效电感和电阻。
[0021]其工作过程如下:恒定的直流电压加在正极和负极母排之间，被电容Cl，C2平分，它们都充有上正下负电压，此时，触发Tl，T3，则流过感应炉的电流由两部分组成。一是Cl的放电流=Cl上端-T1、T3-L、R-C1下端，另一路是C2的充电电流:CF上端T1、T3_L、R_C ?下端。这两路都是同一谐振电路的一部分，前者有C1、L、R组成，后者由C2、L、R组成。由于C1=C2,因而两电路工作频率相同，等于由C=C1+C2、L、R组成电路的谐振频率。当Cl放电结束，其上电压为0，C2上充电电压必定为Ud，因为(^两端电压UD恒定，其值等于C1、C2上电压之和。这时流过L、R的电流最大，在L中储存的磁场能量作用下，维持上述两路电流继续流通，使Cl反向充电成下正上负，而C2则从Ud值继续升高，直到磁场能量降至O。这时，Cl上反压和C2上电压都达到最大值，到此流过感应炉L的电流正好为半个正玄波。接着在电容电压的作用下，形成两路和前述两路路径基本相同(只是模块中的续流二管代替Tl、T3流电流)、方向完全相反的电流，此电流仍按正玄规律变化，直到Cl又正向充电到1/2Ud，C2的电压也恢复为1/2Ud，电流降至0，流过感应炉的电流正好为一正玄负半波。接着触发T2、T4，即C2经L、R、T2、T4放电，Cl经L、R、T2、T4被充电，流过感应炉的电流同样是由两部分组成，其频率等于L、R、C(=C1+C2)组成电路的谐振频率。所以,流过感应炉的电流频率必定相同。
[0022]上述工作过程，负载按电路固有振荡半周期从电源获取能量，另一半周期又将能量送回电源。因此，负载取得的功率很小，为使负载获得最大功率，必须使触发频率接近电路的固有振荡频率。
[0023]串联逆变是电压型谐振，电源工作时，炉体线圈L上的压降和电容C上的压降量值相等而方向相反它们的值较电源电压高3-5倍，而可控硅并联谐振，感应圈上的电压只有电源电压的1.5倍左右，而线圈的损耗功率P=I2R,由于IGBT串联谐振中是电压高而电流小，可控硅并联谐振是电压低而电流大，所以，IGBT串联谐振线路损耗小。
[0024]如附图2所示，整流主电路包括电感TA、电感TB和电感TC，电感TA、电感TB和电感TC的一端接断路器，电感TA的另一端分别接整流二极管D7的正极、电容C7的一端和二极管Dl的正极，电容C7的另一端经电阻Rl接整流二极管D7的负极，二极管Dl的负极经电阻Ra接整流二极管D7的负极，电感TA的另一端分别接二极管D4的负极和电容C4的一端，电容C4的另一端经电阻R