【正文】 ；因而使開通與關(guān)斷能耗均增加。為了避免這種誤觸發(fā)，在IGBT關(guān)斷時(shí)，應(yīng)在門極上加負(fù)電壓，5V～10V。 IGBT的門極驅(qū)動(dòng)與特性的關(guān)系特 性、負(fù)載短路能力條件 UCE大UCE 大RG 大 減小————減小—— 增大——微增大 增大減小————增大減小減小負(fù)偏電壓UGE直接影響IGBT的可靠運(yùn)行，負(fù)偏電壓增高時(shí)漏極浪涌電流明顯下降，對(duì)關(guān)斷能耗無(wú)顯著影響，UGE與集電極浪涌電流和關(guān)斷能耗EOFF的關(guān)系十分密切。若+UGE固定不變時(shí)，導(dǎo)通電壓將隨集電極電流增大而增高，開通損耗將隨結(jié)溫而升高。設(shè)計(jì)門極驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，應(yīng)特別注意其開通特性、負(fù)載短路能力和引起的誤觸發(fā)等問(wèn)題。其重要性在于IGBT的開關(guān)特性與驅(qū)動(dòng)電路的性能密切相關(guān)。這是本設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，也是今后研究的一個(gè)重要趨勢(shì)，目前只能靠LC濾波器來(lái)盡量減少諧波分量的影響。電阻還能阻止電容與線路分布電感形成的振蕩以及限制當(dāng)開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)，由電容放電引起的di /dt和浪涌電流。圖14 感應(yīng)加熱電源電路換流過(guò)程中的電壓毛刺會(huì)引起電路產(chǎn)生過(guò)電壓，這種現(xiàn)象主要靠增加阻容吸收來(lái)克服，須注意：逆變回路二極管上也需要加阻容吸收。它的分?jǐn)鄷r(shí)間短（ 〈10ms），允許能量小，分?jǐn)嗄芰?qiáng)（1000A）以上）。可控硅器件的抗過(guò)流能力較弱，熱容量較小，過(guò)載電流流過(guò)器件時(shí)會(huì)使器件溫度迅速上升，如來(lái)不及切斷或限制過(guò)電流，很快就會(huì)使器件因溫度過(guò)高而損壞；過(guò)載電流越大器件能承受過(guò)電流時(shí)間越短，因此線路設(shè)計(jì)須考慮保護(hù)。一般過(guò)電壓是用阻容元件吸收和消耗產(chǎn)生過(guò)電壓的能量，或是選用非線性元件限制過(guò)電壓的幅度和用電子電路來(lái)實(shí)施保護(hù)等方法來(lái)抑制過(guò)電壓。 過(guò)流和過(guò)壓的保護(hù)電路電力電子半導(dǎo)體器件特點(diǎn)之一是承受過(guò)電壓、過(guò)電流的能力較差，一旦遇到故障，幾乎瞬間就壞。（2）恒功率因數(shù)原則，其目的是爐子在加熱運(yùn)行過(guò)程中，始終保持引前觸發(fā)角平為恒定值。啟動(dòng)時(shí)為使逆變器可靠換向，需人為增大t值。（1）恒時(shí)間t原則，即加熱過(guò)程中始終保持引前觸發(fā)時(shí)間為恒值。 頻率跟蹤電路頻率自動(dòng)跟蹤可由逆變器或負(fù)載端的電流或電壓量，經(jīng)過(guò)處理，產(chǎn)生脈沖，使逆變器隨爐子參數(shù)的變化不斷改變觸發(fā)脈沖頻率。同時(shí)逆變器電流超前于電壓的角度不能太小，否則晶閘管承受反向電壓的時(shí)間太短，就不能可靠地關(guān)斷晶閘管，待負(fù)載電壓過(guò)零后，管子又將得到正向電壓，造成換向失敗，但引前觸發(fā)角不能太大，它會(huì)造成功率因數(shù)下降，輸出電壓值升高。 控制觸發(fā)回路頻率跟蹤調(diào)節(jié) 觸發(fā)要求為使逆變器可靠換向，必須按一定引前功率因數(shù)運(yùn)行。通過(guò)對(duì)主回路的三相全控整流橋的控制，即對(duì)三相全控橋的六個(gè)晶閘管導(dǎo)通角α的控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載功率的控制。 ，其中采用電流為內(nèi)環(huán)，電壓為外環(huán)的控制方式，如圖12所示。比例調(diào)節(jié)P反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用以減少偏差，較大的比例系數(shù)可以使系統(tǒng)很快到達(dá)設(shè)定位，但是也增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性；積分調(diào)節(jié)I用于消除靜態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度；在感應(yīng)加熱中，熱慣性比電慣性大得多，所以一般忽略微分調(diào)節(jié)D，在實(shí)際設(shè)備中采用PI調(diào)節(jié)雙閉環(huán)控制。整流控制角調(diào)節(jié)器電壓反饋溫度反饋UsUrUdU UHfTr＋P I調(diào)節(jié)P I調(diào)節(jié)可控 整流濾波電路逆變電路負(fù)載電路＋Tg控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中的控制系統(tǒng)外環(huán)根據(jù)用戶給定的設(shè)定溫度和反饋的工件溫度進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后設(shè)定給定電壓值，內(nèi)環(huán)根據(jù)和中頻電壓反饋經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)后通過(guò)整流控制角調(diào)節(jié)器設(shè)定整流的角，控制中頻電源的輸出功率。溫度和中頻電壓串級(jí)控制，溫度閉環(huán)為外環(huán)，電壓閉環(huán)為內(nèi)環(huán)。由上面的分析可知，調(diào)節(jié)中頻電壓的值就可達(dá)到調(diào)節(jié)鍛件溫度的目的。中頻輸出功率與工件溫度之間存在如下關(guān)系： （41）式中： ——電源總效率； C——鍛件的比熱容； ——鍛件加熱時(shí)間； G——鍛件質(zhì)量；——環(huán)境溫度。經(jīng)過(guò)感應(yīng)加熱的產(chǎn)品最重要的技術(shù)指標(biāo)就是溫度。圖中另一內(nèi)環(huán)描述逆變電路具有頻率自動(dòng)跟蹤的能力。這樣系統(tǒng)在外界干擾和的作用下也能維持輸出電壓為恒值。逆變觸發(fā)電路脈沖形成電路UsaUdUnfd1UdU0UtU1 可控整流給定電壓d2電壓調(diào)節(jié) 器Tc負(fù)載電路電壓反饋電路整流控制角調(diào)節(jié)器濾波電路逆變變路圖10 中頻電源控制原理閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理圖如10所示?？煽卣麟娐吩陔娋W(wǎng)電壓為的條件下把轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓；經(jīng)過(guò)濾波電感后，逆變器將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率為f的中頻電壓向負(fù)載輸出電能；負(fù)載電路將中頻電壓轉(zhuǎn)換成工件溫度，改變控制信號(hào)即可改變工件溫度。中頻電源的開環(huán)控制如圖9所示。前者僅限于電源在擾動(dòng)下不至于失去控制。但是，與其他自動(dòng)裝置相比較，中頻電源對(duì)各項(xiàng)調(diào)節(jié)品質(zhì)指標(biāo)的要求(動(dòng)態(tài)的和靜態(tài)的)相對(duì)要低一些。（4）中頻加熱電源的負(fù)載頻率必須要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤功能。（3）是為了達(dá)到調(diào)節(jié)和保護(hù)等目的，系統(tǒng)必須具有對(duì)各種參量進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)視的能力。對(duì)于整流電路、逆變電路必須在各種擾動(dòng)下維持系統(tǒng)各參量(如電流、輸出電壓等)不偏離其設(shè)定值。高頻感應(yīng)熱處理逆變電源采用并聯(lián)諧振式全橋DC/AC逆變電路，以晶閘管為主開關(guān)器件，由電流調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)組成雙閉環(huán)進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，用頻率跟蹤電路控制逆變器的工作頻率，使逆變器始終工作于諧振狀態(tài)，逆變器輸出功率因數(shù)接近于1，而且能始終工作在準(zhǔn)零電流開關(guān)狀態(tài)、整機(jī)工作效率較高。為了減小逆變管的開關(guān)損耗，逆變器的工作頻率大于其諧振頻率。在兩橋臂開關(guān)器件都關(guān)斷時(shí)，由反并聯(lián)二極管續(xù)流。根據(jù)脈沖的作用先后可把橋臂分為超前臂(Q1, Q3)和滯后臂(4)。但是當(dāng)所需功率很小時(shí)，會(huì)讓系統(tǒng)工作在嚴(yán)重失諧的狀態(tài)，無(wú)功損耗大。逆變電路的工作頻率f的大小由所需的功率要求決定。由此可見，逆變器的輸出功率可由工作頻率來(lái)調(diào)節(jié)，特別當(dāng)負(fù)載回路Q值較高時(shí)調(diào)節(jié)更靈敏。若逆變器的工作電壓不變，則在諧振點(diǎn)附近負(fù)載等效阻抗最低，如圖7所示，電流最大，因而輸出功率也最大。功率調(diào)節(jié)方式有三種：（1）改變功率因數(shù)z通過(guò)改變工作頻率來(lái)改變功率因數(shù)。以此信號(hào)作為反饋，可有效降低高次諧波的干擾，使系統(tǒng)能穩(wěn)定地跟蹤諧振頻率，再加上適當(dāng)?shù)钠秒娐罚梢允沟霉ぷ黝l率略高于諧振頻率。鎖相環(huán)電路的目的是跟蹤負(fù)載的諧振頻率，從而控制逆變電路的工作頻率，這就是所謂的鎖相控制。其中，驅(qū)動(dòng)電路所產(chǎn)生的脈沖的次序和占空比由控制策略決定，硬件主要是由集成驅(qū)動(dòng)模塊及其一些外圍電路組成，也有用純模擬電路搭成的，還可以是數(shù)字與模擬電路共同合成。整流橋的控制一般用典型的全可控整流(在不要求移相調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓時(shí))或可控整流(需要調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓時(shí))，具體用哪一種取決于控制策略。也就是說(shuō)，整流側(cè)和逆變側(cè)是協(xié)調(diào)工作的。感應(yīng)加熱電源主要用于工業(yè)快速，均勻加熱，特點(diǎn)是隨著加熱過(guò)程的進(jìn)行，負(fù)載不斷變化，負(fù)載的固有諧振頻率變化，功率因數(shù)變化。 控制電路的結(jié)構(gòu)與原理控制電路包括整流控制電路、逆變控制電路，保護(hù)電路等，如圖6所示。因此，與其他自動(dòng)裝置一樣，中頻電源必須具備相應(yīng)的控制功能，才能有可靠的工作和產(chǎn)品質(zhì)量的保證。例如鍛坯加熱時(shí)，為保證工件的出口溫度，電源必須具有電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力，以適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)的影響。 控制電路系統(tǒng)的概述敢應(yīng)加熱對(duì)其電源提出了一定的技術(shù)要求，感應(yīng)加熱電源的控制系統(tǒng)就是根據(jù)這些要求來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的。（4）電力電容的計(jì)算；因?yàn)槭?個(gè)脈動(dòng)整流波動(dòng)，50Hz電網(wǎng)輸入。（3）的選?。坏哪蛪汉湍土髋c整流二極管是相同等級(jí)的。安全系數(shù)=。 上面圖5是不同時(shí)的輸出電壓波形給出了在感性負(fù)載電流非斷續(xù)的狀態(tài)下，不同角下的輸出電壓的波形，其中的狀態(tài)稱為整流橋的逆變工作狀態(tài)，其實(shí)質(zhì)是負(fù)載向電網(wǎng)反饋能量。在CA段內(nèi)，AC和CA導(dǎo)通，Ud=Uca。負(fù)荷電壓Ud=Ubc。電流從b相繞組流出。在AB和AC段內(nèi)，由于負(fù)荷的電感量較大，流過(guò)AB的電流也保持不變。b相繞組內(nèi)的電流為正，c相繞組內(nèi)的電流為負(fù)。在AC段內(nèi)，a相電壓仍然最高，晶閘管AB繼續(xù)導(dǎo)通，電流從a相繞組流出，經(jīng)過(guò)AB負(fù)荷和CB。a相繞組內(nèi)的電流為正，b相繞組內(nèi)的電流為負(fù)。把一個(gè)周期平均分為6段，如圖5所示。圖4 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的輸出電壓為三相半波可控電路的兩倍三相橋式全控整流電路的輸出電壓為： （31）式中：——輸出直流電壓平均值； ——電網(wǎng)相電壓； ——觸發(fā)移相角。三相橋式整流電路圖如圖3所示。 所以在此設(shè)計(jì)中選用了三相橋式全控整流電路。橋式整流屬于全波整流，三相整流只有全波整流，沒(méi)有半波整流。經(jīng)常使用的整流電源電路是效率高的全波整流電源電路，僅用電容器作為濾波電路的電路有中心抽頭式和橋式。全波整流：一是變壓器與半流整流電路相同，但用四個(gè)二極管組成橋式電路，將次級(jí)線圈的正、負(fù)半周都用起來(lái)；二是變壓器的次級(jí)繞組圈數(shù)加倍，中間抽頭，實(shí)際上由兩個(gè)次級(jí)線圈構(gòu)成。這種電路，變壓器中有直流分量流過(guò)，降低了變壓器的效率；整流電流的脈動(dòng)成分太大，對(duì)濾波電路的要求高。 整流電路的選擇半波整流：變壓器的次級(jí)繞組與負(fù)載相接，中間串聯(lián)一個(gè)整流二極管，就是半波整流。三相整流器濾波器逆變器負(fù)載整流器控制電路逆變器控制電路圖2 感應(yīng)加熱電源的基本結(jié)構(gòu) 整流電路的分類整流電路是電力電子電路中最早出現(xiàn)的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟姡瑧?yīng)用十分廣泛，電路形式各種各樣；按組成的器件可分為不可控、半控和全控三種，按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路，按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路，按變壓器二次側(cè)電流的方向是單相或雙相，又分為半波電路和全波電路；實(shí)用電路是上述的組合結(jié)構(gòu)。 基本結(jié)構(gòu)隨著電力電子學(xué)及功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，感應(yīng)加熱電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)不斷的完善，已形成一種固定的AC/DC/AC變換形式，基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。因?yàn)榻饘俟ぜ械母袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于磁通變化率，所以的頻率越高，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大。增大即增大金屬工件中的交變磁通的最大值。由上可知，感應(yīng)加熱是靠感應(yīng)線圈把電能傳遞給要加熱的金屬工件，然后在金屬內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，感?yīng)線圈與被加熱金屬不直接電接觸，能量是通過(guò)電磁感應(yīng)傳遞的?；竟ぷ髟砣鐖D1所示，圖中A為感應(yīng)線圈（也稱負(fù)載線圈），B為被加熱的金屬工件。感應(yīng)加熱的物體必須是導(dǎo)體，感應(yīng)加熱能在被加熱物體內(nèi)部直接生熱，因而熱效率高，升溫速度快，容易實(shí)現(xiàn)整體均勻加熱或局部加熱（包括表面加熱）。 基本工作原理感應(yīng)加熱是利用導(dǎo)體處于交變電磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流）所形成的熱效應(yīng)使導(dǎo)體本身發(fā)熱。在這一領(lǐng)域，對(duì)感應(yīng)加熱電源的可靠性和可控性要求更高。因此，感應(yīng)加熱電源是某些高新技術(shù)研發(fā)中心不可缺少的裝備。但隨著減少電網(wǎng)無(wú)功及諧波污染要求的提高，具有高功率因數(shù)(采用大功率三相功率因數(shù)校正技術(shù))及低諧波污染電源必將成為今后發(fā)展趨勢(shì)。具有計(jì)算機(jī)智能接口、遠(yuǎn)程控制、故障自動(dòng)診斷等控制性能的感應(yīng)加熱電源正成為下一代發(fā)展目標(biāo)。另外，從電路拓?fù)渖县?fù)載結(jié)構(gòu)以三個(gè)無(wú)源元件代替原來(lái)的二個(gè)無(wú)源元件，以代替匹配變壓器實(shí)現(xiàn)高效，低成