中频电源已广泛应用于工业加热领域
0 引言
工频加热技术与其它各种物理加热技术相比，确实具有较高的效率，但存在一些明显的不足。
在现代工业的金属熔炼、热处理、焊接等过程中，感应加热被广泛应用。
感应加热是根据电磁感应原理，利用工件中涡流产生的热量进行加热的，它加热效率高、速度快、可控性好，易于实现高温和局部加热[1]。
随着电力电子技术的不断
成熟，感应加热技术得到了迅速发展。
本文设计的70KW/500HZ中频感应加热电源采用IGBT 串联谐振式逆变电路，能够实现频率自动，电路结构简单，高效节能。
1 主电路结构
主电路由整流电路、逆变电路、保护电路组成，其结构如图1。
2 主要器件的设计
2.1 整流电路的设计
中频电源采用三相全控桥式整流电路，它的输出电压调节范围大而移相控制角的变化范围小，有利于系统的自动调节，输出电压的脉动频率较高可以减轻直流滤波环节的负担[2]。
根据设计要求：额定输出功率P=70KW，输出频率f=500HZ，进线电压UIN=380V，取逆变器的变换效率=0.9。
1）确定电压额定值URRM
考虑到其峰值、波动、雷击等因素，取波动系数为 1.1，安全系数=2，选取电压为：URRM≥UIN× ×1.1 =1179V
根据实际二极管电压等级，取URRM=1600V。
2）确定电流额定值IT(AV)
IT(AV)=0.368×Id
=0.368×
=0.368× =56A
考虑冲击电流和安全系数，实取额定电压1600V，额定电流200A的整流模块。
2.2 逆变电路的设计
逆变电路是由全控器件IGBT构
成的串联谐振式逆变器，两组全控器件V1、V4和V2、V3交替导通，输出所需要的交流电压。
IGBT的主要参数有最高集射极电压（额定电压）、集射极电流等[3]。
1）确定电压额定值UCEP
IGBT的输入端与电容相并联，起到了缓冲波动和干扰的作用，因此安全系数不必取得很大，一般取安全系数=1.1平波后的直流电压：
Ed=380V× × =590V
关断时的峰值电压：
UCESP=(590×1.15+150)× =912V
式中1.15为电压保护系数，150为L 引起的尖峰电压。
令UCEP≥UCESP,并向上靠拢IGBT 等级，取UCEP=1200V。
2）确定电流额定值Ic
Ic=( ×1.5)Id
= ≈374A
式中，为Id的峰值，1.5为允许1min过载容量，0.9为变换效率。
由于电路采用桥式结构，4只IGBT轮流导通，根据IGBT等级，选用西门子BSM200GB120两单元并联。
3）电解电容Cd的计算
Cd主要起滤波、稳定电压和改善功率因数的作用，在串联谐振电路中相当于电压源。
Cd可用下式计算：
Cd=(40～50)×Id
≈(40～50)×150A
≈6000～7500
选用6800/400VDC电解电容，三只并联后再串联，在每只电解电容两端并联上放电电阻100K /2W,两只并联。
由于串联谐振式逆变器的直流电源回路还必须流过无功电流，该无功电流随逆变器的输出功率因数减小而增大，而电解电容Cd中不能流通高频无功电流，否则会发热损坏[4]。
高频电
容的选择一般根据逆变器的工作频率和容量大小来确定，电路中选用两只2F/1200V的薄膜电容直接并在IGBT的两侧。
2.3 逆变电路的保护
IGBT采用缓冲保护电路，它以上下桥臂为单元进行设置，这种电路缓冲元件的功耗小，降低了IGBT的关断损耗。
通常采用计算和实验相结合的方法，确定缓冲元件的参数。
CS选取3～5 F/1200V的电解电容，RS选用62 /150W的无感电阻。
在开关电源中，逆变电路中二极管除整流作用外，还起电压嵌位和续流作用，二极管在正向偏置时，呈低阻状态，近似短路，在反向偏置时，呈高阻状态，近似开路。
二极管从低阻转变成高阻或从高阻转变成低阻并不是瞬间完成的，普通二极管的反向恢复时间较长，不适应高频开关电路的要求，需要使用快速恢复二极管[5]。
系统阻容吸收电路中采用IXYS公司的DSE12X快速恢复二极管模块，其恢复时间在60ns左右。
由电路产生的PWM脉冲，不能直接驱动大功率器件，为确保功率管的开关准确可靠，IGBT 驱动放大电路采用三菱公司的M57962L，它采用+15V\-15V双电源供电，外围元件少，具有较强的驱动能力，又能有效的限制短路电流值和由此产生的应力，实现软关断。
3 负载电路的计算
中频电源用于加热时，负载主要是由集肤效应、涡流效应、滞后效应产生的阻抗和感抗，虽然还存在着其他作用引起的额外电感和电容，但它们的等效电感量和电容量很小，所以，在频率不太高的情况下，负载可以等效为感抗和阻抗串联。
如图2。
4 结论
上述方法设计的中频电源采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT），其单管容量超过GTR,中频特性优于SCR，电路结构简单。
作为感应加热电源有利于改进加热质量，提高装置的加热效率。
参考文献：
[1] 潘天明.现代感应加热装置[M].北京：冶金工业出版社，1996.
[2] 王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2003.
[3] 康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2000.
[4] 张仲超.基于新型移相控制的感应加热电源的研究[J].电力电子技术，2001，35（1）：3-5.
[5] 杨润，赵秦延，李勇，王庆.感应加热用IGBT电流源逆变器[J].电力电子技术，2004，38（1）：90-91。