專利名稱：用于加工銅鋁管的感應加熱電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于加工銅鋁管的感應加熱電源，尤其是一種采用絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor簡稱IGBT)模塊作為逆變器的感應加熱電源。
背景技術：
在銅鋁管的生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對硬態(tài)管材進行盤到盤的連續(xù)在線感應退火。這種退火設備大多選用晶閘管作為逆變器的感應加熱電源，其電源頻率一般不會超過10KHZ。大功率高頻率感應電源往往已到達晶閘管工作頻率的使用極限，為了得到功率大、頻率高的電源，通常采取兩臺或多臺小功率電源并聯(lián)使用的方法，但由于受到多臺設備間控制協(xié)調(diào)及外界因素等變化的影響，故障率偏高，常會發(fā)生因某臺設備的故障而引起整套裝置及生產(chǎn)線的停車事故。晶閘管在使用中，除了受其關斷時間的影響可能導致逆變器運行角度加大、降低功率因素之外，還存在著起動和換相失敗的問題，當出現(xiàn)管芯溫度過高或冷卻不良時，晶閘管的關斷時間遠大于標稱時間無法關斷、引起換相失敗而無法正常工作。感應加熱電源功率大于400KW、頻率在6.5～8KHZ之間，國內(nèi)用晶閘管的逆變器構(gòu)成的感應加熱電源便很難滿足生產(chǎn)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種采用IGBT絕緣柵雙極晶體管模塊作為逆變器的感應加熱電源。
為解決上述技術問題，本實用新型的感應加熱電源，包括整流器、濾波器、逆變器、諧振電路、整流器控制電路、逆變器控制電路、保護電路和箱體，所述逆變器由IGBT絕緣柵雙極晶體管模塊構(gòu)成。
作為本實用新型的一種改進，所述逆變器可以采用積木式結(jié)構(gòu)，并聯(lián)連接至少兩個以上的IGBT絕緣柵雙極晶體管模塊。所述IGBT絕緣柵雙極晶體管模塊可采用并聯(lián)連接、串聯(lián)連接、單相或三相全橋逆變連接方式。
作為本實用新型的另一種改進，所述單相全橋逆變電路的正、負輸出端與所述并聯(lián)諧振電路相連，所述并聯(lián)諧振電路由電感L、電阻R和電容C組成，二極管VD1～VD4分別串聯(lián)在單相全橋逆變電路的每個橋臂上。
采用IGBT絕緣柵門極雙極晶體管模塊取代傳統(tǒng)的晶閘管來做逆變器的感應加熱電源，其關斷時間約150ns，晶閘管最快為5～10μs，因此遠遠低于晶閘管，其最高工作頻率可達50KHZ；若采用積木式結(jié)構(gòu)，單機功率可以做得很大，能夠超過800KW，特別適合大功率、高頻率的加工要求。由于IGBT屬于自控型器件，對諧振電路屬性無嚴格要求，通常工作在弱容性諧振狀態(tài)，不存在起動困難的問題，因此提高了逆變器的功率。經(jīng)三個月的24小時連續(xù)生產(chǎn)加工運行，其故障率為已有逆變器的1/10，十分安全可靠。采用定角控制、不受負載的影響，將其工作狀態(tài)設計成容性10°，其功率因素大于0.98，是一種節(jié)能效果顯著的感應加熱電源。表1、表2分別示出了本實用新型與晶閘管逆變器的感應加熱電源相對比的實測技術性能指標。
表1 表2 由上述兩表可以看出，本實用新型具有功率大、頻率高、節(jié)能省電、節(jié)約原材料、體積小而輕、維護簡易、安全、壽命長等優(yōu)點。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細說明。


圖1示出本實用新型的感應加熱電源的一種工作框圖。
圖2示出本實用新型的感應加熱電源的一種電氣原理圖。
具體實施方式
由圖1及圖2可知，一種用于加工銅鋁管的感應加熱電源，包括整流器、濾波器、逆變器、諧振電路、整流器控制電路、逆變器控制電路、保護電路和箱體，逆變器3由IGBT絕緣柵雙極晶體管模塊構(gòu)成。所述逆變器3可以采用積木式結(jié)構(gòu)，并聯(lián)連接至少兩個以上的絕緣柵雙極晶體管IGBT模塊。所述IGBT絕緣柵雙極晶體管模塊可分別采用并聯(lián)連接、串聯(lián)連接、單相或三相全橋逆變連接方式。現(xiàn)以單相全橋逆變器的感應加熱電源為例加以說明。所述單相全橋逆變電路的正、負輸出端與并聯(lián)諧振電路相連，所述并聯(lián)諧振電路由電感L、電阻R和電容C組成，二極管VD1～VD4分別串聯(lián)在單相全橋逆變電路的每個橋臂上。由于IGBT絕緣柵雙極晶體管模塊IG1～IG4無反向阻斷能力，所以在單相全橋逆變電路的每個橋臂上分別串聯(lián)二極管VD1～VD4來承受反向電壓。通過控制開通/關斷所述IGBT的門極實現(xiàn)橋臂換流，逆變器既可在諧振容性狀態(tài)下工作，又可在諧振感性狀態(tài)下工作。選用BSM400GA-170D型絕緣柵雙極晶體管模塊較為理想。當逆變器工作在容性狀態(tài)下時，換向關斷橋臂的串聯(lián)二極管反向恢復電流加到換向?qū)虮鄣慕^緣柵雙極晶體管IGBT，即IGBT導通時存在換向尖峰電流，為減小此尖峰電流，所述二極管VD1～VD4建議選用MEO450-12A型快恢復二極管。當逆變器工作在感性狀態(tài)時，換向關斷橋臂的絕緣柵雙極晶體管IGBT要承受尖峰電壓，此尖峰電壓的大小與逆變回路分布電感值及工作電流大小有關，分布電感和工作電流越大，尖峰電壓值也越大，反之則越小，而此狀態(tài)下對二極管的反向恢復特性無要求。由于逆變回路分布電感必然存在，尤其是對于大功率電源，工作電流也比較大，因此希望逆變器工作于弱容性諧振狀態(tài)，此時不僅功率器件具有良好的工作性能，同時也具最佳的功率因數(shù)，可達0.98。本感應加熱電源性能可靠、具有顯著的節(jié)能省電之特點。對于800KW、7～10KHZ感應加熱爐，本實用新型的單臺感應加熱電源相當于兩臺200KW組合使用的晶閘管感應加熱電源，且故障率減少80～90％。
權(quán)利要求1.一種用于加工銅鋁管的感應加熱電源，包括整流器、濾波器、逆變器、諧振電路、整流器控制電路、逆變器控制電路、保護電路和箱體，其特征在于逆變器(3)由IGBT絕緣柵雙極晶體管模塊構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于加工銅鋁管的感應加熱電源，其特征在于所述逆變器(3)可以采用積木式結(jié)構(gòu)，并聯(lián)連接至少兩個以上的IGBT絕緣柵雙極晶體管模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于加工銅鋁管的感應加熱電源，其特征在于所述IGBT絕緣柵雙極晶體管模塊可分別采用并聯(lián)連接、串聯(lián)連接、單相或三相全橋逆變連接方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于加工銅鋁管的感應加熱電源，其特征在于所述單相全橋逆變電路的正、負輸出端與并聯(lián)諧振電路相連，所述并聯(lián)諧振電路由電感L、電阻R和電容C組成，二極管VD1～VD4分別串聯(lián)在單相全橋逆變電路的每個橋臂上。
專利摘要一種用于加工銅鋁管的感應加熱電源，包括整流器、濾波器、逆變器、諧振電路、整流器控制電路、逆變器控制電路、保護電路和箱體，逆變器(3)由IGBT絕緣柵雙極晶體管模塊構(gòu)成。所述IGBT絕緣柵雙極晶體管模塊可分別采用并聯(lián)連接、串聯(lián)連接、單相或三相全橋逆變連接方式，所述單相全橋逆變電路的正、負輸出端與并聯(lián)諧振電路相連，所述并聯(lián)諧振電路由電感L、電阻R和電容C組成，二極管VD1～VD4分別串聯(lián)在每個橋臂上。本實用新型功率大、頻率高、性能可靠、節(jié)能省電壽命長。采用積木式結(jié)構(gòu)，單機功率可達800～1200KW，6.5～20KHZ，功率因素可達0.98，故障率減少80～90％。
文檔編號H02M7/5387GK2826890SQ20052007540
公開日2006年10月11日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月7日
發(fā)明者任曉波, 孔令書, 高峰, 陳海軍 申請人:江蘇興榮高新科技股份有限公司