基于IGBT的超音频感应加热电源的研制
第３２卷第１９期 Ｖｏｌ＿３２ Ｎｏ．１９ 企业技术开发 ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ ２０１３年７月 Ｊｕ１．２０１３
基于ＩＧＢＴ的超音频感应加热电源的研制
孙汉卿
（河南牧业经济学院，河南郑州４５００４４）
摘要：文章在分析串联谐振逆变器原理的基础上，设计并实现一种采用绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ）的５ ｋＷ／６０ ｋＨｚ超音 频串联谐振感应加热整体系统，通过实际样机的工作结果表明该机工作性能稳定，加热效率高。 关键词：感应加热；串联谐振 中图分类号：ＴＭ４６４；ＴＭ９２４．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２０１３）１９—００１７—０２
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ａｕｄｉｏ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｕｓｉｎｇ
ｉｎｓｕｌａｔｅ－ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
ＳＵＮ Ｈａｎ－ｑｉｎｇ
（Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｎｉｍａｌ Ｈｕｓｂａｎｄｒｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅｎａｎ ４５００４４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｓｅｒｉｅｓ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｉｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｕｌｔｒａ—ａｕｄｉｏ一￣ｅｑｕｅｎｃｙ ５ ｋＷ／６０ ｋＨｚ
ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｉｎｓｕｌａｔｅ—ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＩＧＢＴ），ｉｔ ｔｕｒｎｓ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍａｃｈｉｎｅ ｈａｓ ｓｔａｂｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｈｉ ｇｈ
ｈｅａｔｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ；ｓｅｒｉｅｓ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ
绝缘栅双极晶体管ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ
Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）是ＭＯＳＦＥＴ与ＧＴＲ的复合器件口Ｉ，它既具有ＭＯＳ—
ＦＥＴ的工作速度快、开关频率高、输入阻抗高、驱动电路
简单、热温度性好的优点，又包含了ＧＴＲ的载流量大、阻
断电压高等多项优点［２］，应用越来越广泛。频率在０．５～
５０ ｋＨｚ，单机容量在３～５００ ｋＷ的ＩＧＢＴ电源已经完全商品
化，而频率在５０～１００ ｋＨｚ的ＩＧＢＴ电源，目前国内还处于试
验研究阶段［３１。
１高频逆变电源主电路
串联谐振逆变器不需要外加启动，启动较为容易，
对工作环境要求不高等优点，因此，本设计采用串联谐
振电路作为逆变主电路，如图１所示。
’ ’ ■ ～ ■ｒ— 一 ｙ 一 ［ ］ ［ 】
Ｃｄ＝ ｃＩ ● Ｌ
工 逆变电路，其中，ＩＧＢＴ１和ＩＧＢＴ４组成１组，ＩＧＢＴ２和ＩＧＢＴ３
组成１组。串联谐振电路由Ｃ和负载等效电阻Ｒ和等效电
抗Ｌ组成。其中，Ｔｌ是匹配变压器，ｃｇ为隔直电容器，作用
为了防止变压器颠覆 。
逆变桥由４组ＩＧＢＴ管ＶＴ１～Ｖｒｒ４及与其反并联的快速
二极管组成。图２为串联谐振电路的电压、电流波形。在ｔ：
ｔｏ时，ＶＴ１和ＶＴ４开通，负载网络上加正向方波电压。此时
电流仍为反向，此时二极管ＶＤ１和ＶＤ４开通，由于负载电
路是Ｌｃ串联谐振电路，品质因数Ｑ＞Ｉ，所以，电流ｉ。按谐振
正弦变化，从ｔ 以后，电流变为零，而ＶＴ４和ＶＴ１还是开通
的，谐振电路中的电流为正，同理，电流也是从零开始按
正弦规律变化。直到ｔ 时￣ｗＪＶＴ１和ｖＴ４关断，由于电流的连
续性，谐振回路将产生负电压，保持电流继续流通。同时，
Ｌ
图１串联谐振逆变主电路 该电路主要由整流滤波电路、逆变电路、串联谐振
电路３部分组成。逆变电路由４个ＩＧＢＴ１～ＩＧＢＴ４组成全桥
收稿日期：２０１３—０５—２１ 作者简介：孙汉卿（１９８１一），男，河南原阳人，硕士研究生，助教，研究 方向：高频逆变电路。 二极管ＶＤ２和ＶＤ３开通，与主电源构成回路，谐
振网络向主电源反馈能量。经过ＶＤ２和ＶＤ３续流
阶段，ＶＴ２和ＶＴ３被驱动打开，但是ｖｒｒ２和ＶＴ３中
并无电流，直到ｔ，时刻，谐振电路中的电流将从
ＶＤ２和ＶＤ３转移￣ＩＪＶＴ２和ＶＴ３，实现了零电流换
流。直到ｔ 时刻，ＶＴ２和ＶＴ３关断，谐振电路中的
电流由ＶＤ１和ＶＤ４续流，ＶＴ１和ＶＴ４再次的被打
开，直到ｔ 时刻，ＶＴ１和ＶＴ４再次有电流通过。此
时，完成一个工作周期。
由串联谐振电路理论知识可知谐振频率：
ｆ＝—— （１） ２叮Ｔ、／Ｌ
式中，Ｃ 为串联谐振电路中的总的电容量；Ｌ
为串联 １８ 企业技术开发 ２０１３年７月
０ ／厂 毛 ， ， ／－－～
ｆ０ ‘
． ．／ 一
图４驱动电路图 为使全桥逆变电路的各个桥臂之间的电气隔离，在
每支驱动电路中用６Ｎ１３７高速光耦隔离。为了有效降低
驱动电路的输出阻抗，提高驱动能力，更加适合大功率
开关管的驱动，该驱动电路的主电路采用推挽方式输出，
其中，Ｔ２～Ｔ５构成脉冲放大电路，Ｔ１和Ｒ３构成射极跟随
器，为推挽电路提供快速电流源，以减少开关管ＩＧＢＴ的
开通和关断时间嘲。为了使开关管关断时，可靠的关断及
防止误导通，在栅源之间接双向稳压管Ｄ３为其提供一个
可靠的关断负压。是ＩＧＢＴ的门极串联电阻。
５实验结果及结论
根据设计要求，设计出１台６０ ｋＨｚ／５ ｋＷ超音频感应
１ｔ１３控制电路原理图
本设计采用ＰＩ调节器与ＴＬ４９４相结合，以锁相环控制
原理为基础，实现的感应加热频率自动跟踪技术，可以
通过动态的调整ＴＬ４９４的６脚上的震荡电阻调节频率。工
作过程中，通过比较谐振电路的电压和电流之间的相位
差，将相位差输入到鉴相器中，在通过滤波等处理后输
人到ＰＩ调节器中，当谐振电路中的电流和电压相位差值
过大的时候，ＰＩ调节器输出相对应的电压信号，将此电压
信号加到图中的三极管的基极，通过调节基极电位等效
的改变负载电阻的大小，以此调节ＴＬ４９４的输出频率，从
而实现感应加热器的自动频率跟踪。
３驱动电路的设计
在高频感应加热电源中，要求信号传输速度快波形
失真小，并有足够的驱动功率，以保证功率器件可靠地
开关。所以，必须为此设计满足条件的驱动电路，如图４
所示。 热电源样机。样机的电压电流输出波形，如图５所示。
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．：…． ：
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： ｌ ： 图５ ｙｏｇｉ。波形图 本文研制的样机电源在大量实验的基础上完成的。
实验证明，该样机能适应高频感应加热的工作要求。逆
变器输入交流３８０Ｖ电压，输出电压为７０Ｖ，电流为７２Ａ，
此时，功率超过５ ｋＷ，工作频率为６０ ｋＨｚ。
参考文献：
［１】王生德，刘平．ＭＭ７４ＨＣ４０４６在高频感应加热电源中的应用
［Ｊ］．电力电子技术，２００７，４（８）：７３—７４．
［２】王永，刘志强，刘富贵．一种新型实用的ＩＧＢＴ驱动电路［Ｊ】．
微计算机信息，２００１，１７（１２）：３７—３８．
【３］张学勤，金天均，陈辉明．基于ＩＧＢＴ的１００ ｋＨｚ高频感应加
热电源的研制［Ｊ】．电力电子技术，２００６，４０（２）：７９—８０．
【４】潘天明．现代感应加热装置【Ｍ】．北京：冶金工业出版社，
１９９６． 【５］薛永毅，王淑英，何希才．新型电源电路应用实例［Ｍ】．北
京：电子工业出版社，２００１．
高频感应加热电源控制电路优化设计
高频感应加热电源控制电路优化设计
摘要：感应加热电源是一种变压变频装置，广泛应用于机械行业中。 感应加热电源的负载是感应圈和工件共同组成的，实际应用时负载参数随被加热材料温度和量而变，其变化涉及磁、电 、热传导等物理过程，影响因素很多，目前尚无实用的数学模型进行描述。基于以上原因通常采用锁相环频率跟踪电路去控制逆变，让逆变器工作频率自动跟踪负载固有谐振频率，保证负载侧在高功率因数下运行。但传统的控制电路存在许多缺点，下面本文对优化设计高频感应加热电源的控制电路进行研究。
关键词：感应加热；数字控制；自动保护；模块化设计
前言：高频感应加热由于敏感度高，节能型好，近些年来备受人们的关注。本文详细分析了半桥谐振逆变电路的工作原理，给出了其负载工作在感性、容性和电阻状态下的电路工作条件，并选择电路工作在感性状态才能确保主电路安全可靠的工作。最后制作了样机并给出了实验结果，实验结果验证了理论分析的正确性。
1、概述 感应加热相对于燃气、和煤等传统加热方式，它具有以下优点：（1）加热速度快；（2）热损少和加热效率高；（3）绿色环保无污染；（4）易于实现自动控制；（5）实现了加热部分和变换器部分的隔离，避免了因保护层的损坏而导致的漏电，在安全性上大大提高。目前科研人员在感应加热电源方面做了大量的工作，利用全桥谐振电路设计了2kW的感应加热电源，能够实现开关器件的软开通，设计了数字控制的感应加热电磁炉，相对于模拟控制的感应加热电源，可以实现更多的控制功能，而且便于升级和维护。
2、感应加热电磁炉主电路的工作原理
输入交流电为380V，经过二极管整流桥以及滤波后变为510V左右的直流，然后经过半桥逆变电路作用后，可以在负载两端的感应线圈中产生变化的磁场，从而使金属材料中产生涡流，最终产生热量。接下来详细分析感应加热电磁炉所采用的半桥电路处在谐振工作情况下的工作原理。开关管S1和S2为IGBT，并且S1和S2两端都反并联一个二极管D1和D2。第1种情况，当变换器工作频率高于谐振频率时，电流相位滞后电压，此时负载特性表现为感性负载。如果这个时候令开关管S1处于开通，S2关断，负载中流过电流。当S1关断时，由于电感对电流起阻碍作用，此时电流方向不能突变，电流方向还是保持原来的流向，这个时候让二极管D2开通，电流通过D2续流。二极管D2开通，此时D2导通压降为1V，因为D2跟开关管S2并联，所以开关管S2两端电压保持为1V左右，此时如果给S2高电平，S2实现开通，同时D2关断，如果能够正好在续流结束之前让S2开通，则可以让S2实现软开关，即零电压开通，同时二极管D2也可以实现了零电流关断，减少了电路的开关损耗，可以提高系统的效率。第2种情况当变换器的工作频率低于谐振频率时，电压相位滞后电流，此时负载特性表现为容性负载。如果这个时候令开关管S1处于导通状态，负载中流过电流。由于负载呈容性，所以电压相位滞后电流，因此在S1仍保持开通，然后电流减小直至到零，然后电流反向流过二极管D。二极管D1开通后，S1失去对电流的控制作用，当S1保持关断，S2保持开通，此时D1将承受反向电压而关断，由于二极管自身的特性，其在关断过程中有反向电流流过D1，其反向电流也会经过S2，从而会使电源VCC短路，而致使开关器件IGBT损坏。另外，如果当S2保持关断，电流会再次反向，D2保持导通。如果S1保持开通，此时二极管D2由于承受负电压，致使其关断，同理由于二极管D2本身的特性，有反向恢复电流流过D2，继而使D2和S2使电源VCC短路，从而损坏IGBT。第3种情况，当变换器的工作频率和谐振频率相同时，电流与电压相位相同，负载呈纯电阻性，此时电路工作模式与常规半桥电路工作原理完全一致，相当于S1与S2反并联二极管D1与D2不存在。从以上分析可得出：当变换器的负载呈容性阻抗时，开关器件IGBT的轮流开通，此时二极管反向恢复电流较大，因此开关器件IGBT功率损耗比较大，在工作频率较高的场合不太合适。当变换器的负载呈感性负载时，开关器件IGBT可以实现软开关，不但能保证变换器的安全，而且系统损耗也比较低。最后可以得出在谐振变换器工作在感性负载时，才能确保变换器安全工作。
100MN挤压机配套IGBT感应加热炉调试与国产化改造
・１６２・ 重型机械 ２０１２ ＮＯ．３
１００ＭＮ挤压机配套ＩＧＢＴ感应
加热炉调试与国产化改造
张新峰，刘 凯，李宝文，苏伟
（山东兖矿轻合金有限公司，山东济宁）
摘要：针对传统以晶闸管控制、谐振变压器匹配的感应加热电源效率低、损耗大，寿命短的问 题，以某公司进口感应加热炉为基础，通过调试和国产化改造，提出一种新型铝合金感应加热电源， 并对感应加热电源的整流、逆变、谐振回路以及控制进行了详细的分析与研究。 关键词：感应加热；ＬＬＣ谐振拓扑；双机并联；ＳＰＷＭ；负载特性 中图分类号：ＴＧ１５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—１９６Ｘ（２０１２）０３—０１６２—０３
Ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｏｍｅｓｔｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｍｏｕｌｄｉｎｇ ｏｆ ＩＧＢＴ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ
ｈｅａｔｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ ｍａｔｅｄ ｔｏ １ ００ ＭＮ ｅｘｔｒｕｄｅｒ
ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎ－ｆｅｎｇ，ＬＩＵ Ｋａｉ，ＬＩ Ｂａｏ－ｗｅｎ，ＳＵ Ｗｅｉ （Ｌｉｇｈｔ Ａｌｌｏｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｙａｎｋｕａｎｇ Ｇｒｏｕｐ，Ｊｉｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｏｍｅｓｔｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｍｏｕｌｄｉｎｇ ｏｆ ａｎ ｉｍｐｏｓｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂｅａｔｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ，ａ ｎｅｗ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｌｏｗ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｈｉｇｈ ｌｏｓｓ ａｎｄ ｓｈｏｒｔ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ａｎｄ ｍａｔｃｈｅｄ ｔｈ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｔｒａｎｓｌｂｒｍｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．ｃｏｎｔｒａｖａｒｉａｎｅｅ．ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｒｅｔｕｒｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎ． ｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ；ＬＬＣ ｒｅｓｏｎａｎｅｅ ｔｏｐｏｌｏｇｙ；ｄｏｕｂｌｅ—ｍａｃｈｉｎｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；ＳＰＷＭ
全数字中频感应加热电源设计
毕业设计说明书
1 摘 要
本设计是全数字中频感应加热电源, 采用串联谐振电路。主电路整流部分采用了三相全控整流电路，逆变电路采用了单相逆变桥。串联逆变器的输入电压恒定，近似为恒压源，逆变元件采用IGBT,利用单片机控制其开关，控制部分采用PIC16F877单片机，实现对中频电源的控制。其中使用了IGBT专用驱动芯片。
本设计完成了中频感应电源控制系统的硬件和软件设计任务，实现了负载频率的自动跟踪。控制电路简单可靠，方案合理。
关键词：整流；逆变；可控硅；IGBT；单片机。
毕业设计说明书
2 Abstact
This design is the entire digital mid-frequency induction heating power source.
The main circuit rectification part with transported three-phase in this design has all
controlled the leveling circuit, inverted the electric circuit to use the single item
inversion electric circuit sine pulse width to modulate (SPWM), the load is a
antiresonance circuit. This paper introduces a new inversion and three phase bridge
rectification control circuit based on PIC16F877 microcontroller for thyristor medium
frequency power supply. Meanwhile the hardware and software designs are also
水轮发电机定子线圈接头的IGPS超音频电源感应焊接
２６ 水轮发电机定子线圈接头的ＩＧＰＳ超音频电源感应焊接 ２００６．№２
１引言 水轮发电机定子线圈接头的
ＩＧＰＳ超音频电源感应焊接
罗树成 （湖南益阳柘溪电力发展有限公司，湖南益阳４１３５０８）
【摘要】ＩＧＰＳ（ＩＧＢＴ）￣ｄ］音频电源感应焊接水轮发电机定子线圈接头具有焊接效率高，焊接质量可靠，焊接
设备轻便，操作简单的特点，是国内水轮发电机定子线圈接头焊接新的工艺。
【关键词】水轮发电机；定子线圈接头；超音频电源感应焊
【中图分类号】ＴＭ３０３．１ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１０００—３９８３（２００６）０２—００２６－０３
ＴｌＩｅ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｓｔａｔｏｒ Ｃｏｉｌ Ｊｏｉｎｔｓ ｗｉｔｈ ＩＧＰＳ ＬＵＯ Ｓｈｕ—ｃｈｅｎｇ
（Ｈｕｎａｎ Ｙｉｙａｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｙｉｙａｎｇ ４１３５０８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｔａｔｏｒ ｃｏｉｌ ｊ ｏｉｎｔｓ ｕｓｉｎｇ ＩＧＢＴ ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ａ ｎｅｗ
ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｃｔ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｗｅｉｇｈｔ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ
ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅｓ ａｒｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｂｏｔｈ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ／ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ
ｗｏｒｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｓｔａｔｏｒ ｃｏｉｌ；ｗｅｌｄｉｎｇ ｊｏｉｎｔｓ；ＩＧＰＳ
用来焊接水轮发电机定子线圈接头的ＩＧＰＳ超音 频电源感应设备，是ＩＧＢＴ逆变、变频电源派生出来 的一种新型的焊接电源设备，通过针对水轮发电机定
IGBT
《工业加热）２００２年第１期
文童编号：Ｌ００２一ｔ６３９ ｆ２００２）０ｌ４）０３３－０４
ＩＧＢＴ中龋变频箍置及其在感应加热颤坦中的应用
戴育航
无锡市环湖电炉厂，江苏无锡２１４０７２）
摘要：阐述Ｔ ＩＧＢＴ中频变颠装置的具体结构和工作原理．介绍丁其在感应加热领域中几方面典型应用 关键词：ＩＧＢＴ：中频：变频装置；感应加热 中围分类号：ＴＭ９２４ ５：ＴＮ３４９ 文献标识码：Ｂ
Ｍｅｄｉｕｍ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＧＢＴ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｃａｔｔｌｌｇ ＤＡＩ Ｙｕ－ｈａｎｇ
１前言 ２基本结构
从第一只ＩＧＢＴ（绝缘栅极功率晶体管）问世到
现在，已经有２０多年的历史。在这不长的一段时期
内，以ＩＧＢＴ作为主要功率器件的中频变频装置不断 发展，在感应加热领域被广泛应用。
绝缘栅极功率晶体管有以下几个特点：
①良好的自关断性能 ＩＧＢＴ的开通和关断完全
取决于栅极控制电压的幅值，不必借助复杂的换流电 路。使ＩＧＢＴ电源控制方便，启动性能较好．
②通态电阻具有正温度系数 即管子的结温越高， 通态电阻越大．通态电流也就越小。这说明［ＧＢＴ具
有自动电流平衡的作用。这使得太容量电源中ＩＧＢＴ
的并联使用更容易实现。
③目前ＩＧＢＴ的保护技术已经发展得十分完善，
主要通过管于通态压降检测，运用降栅压、疆关断技
术，反应时间短，保护迅速及时
④ＩＧＢＴ的开关频率最高可达几十千赫兹，完全 覆盖低频、中频以及超音频频段．
⑤ＩＧＢＴ单管最大容量已达２ ４００ Ａ／３ ３００ Ｖ，为
研制大功率［ＧＢＴ变频电源提供了良好的条件。
下面就ＩＧＢＴ中频变频装置基本原理和典型应用 作进一步深人介绍
ｇ ＩＧＢＴ中频变频装置主要包括串联电容谐振和并
联电容谐振两种基本结构，下面作逐一介绍。
（１）半桥串联谐振变频电源（图１）
基于PC和DSP的感应加热电源远程控制技术的研究王义乐
*河南省科技攻关计划重点项目（082102210015）基于PC和DSP的感应加热电源远程控制技术的研究
*
王义乐1宋书中1朱锦洪2李岩1
（1河南科技大学电子信息工程学院，河南洛阳471003；
2河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳471003）RemoteMonitoringSystemforInductionHeatingPowerSourceBasedonPCandDSP
感应加热电源正在从传统到数字化智能化的方向发展［1］，
但是目前对感应加热电源远程控制的研究还很缺乏，为此本文
提出基于PC
网关和DSP
的感应加热电源远程控制的思想，并
且进行了设计。
系统的监控任务主要有：实现远程开关电源设备的控制；远
程显示电源设备的电源状态参数；依据电源设备状态数据实现
电压电流功率调节控制；对电源设备运行状态数据进行图形分
析；实现远程控制的电源设备间的通信；实现感应加热电源系统
控制算法的改进和软件的升级等功能［3］。
稳定可靠的监控系统，方便了远程工作人员和维护人员对
现场设备进行操作和维护，避免了人们在恶劣的现场环境下工
作，而且可以实现随时随地获取现场情报和实施必要控制，具有
重要的工程使用价值［3］。
1
系统结构
感应加热电源远程控制结构示意图如图1
所示。现场监控
PC
相当于一个服务器和网关，通过数据库技术将控制数据通过
以太网在浏览器（Web
）上显示和实时更新数据，并可供远程客
户对现场设备进行控制和升级。
图1感应加热电源远程控制结构示意图
采用的B／S
（浏览器／
服务器）模式，克服了C／S
（客户机／
服
务器）模式安装升级维护困难、不能异地互访、软件设计周期长、
适应性差、系统生命周期短、移植困难等缺点，解决了跨平台问
题，通过浏览器可访问多个应用平台，易于管理和维护，无需开发客户端软件，开发效率高，周期短［2］。
2DSP
对感应加热电源设备的控制
DSP
全数字化控制是
本系统的控制核心，首先，
要完成现场数据采集、功率
调节、产生逆变电路IGBT
巴马克说明书
内容目录
一：产品概况.....................................................................................................................2 1、AtecD高频和AtecF中频系列产品简介..............................................................2 2、感应加热电源概述...............................................................................................2 3、目前同类产品普遍存在的问题...........................................................................2 4、Atec系列感应加热电源解决问题的主要措施...................................................3 二：原理介绍.....................................................................................................................3 1、感应加热原理.......................................................................................................3 2、Atec系列感应加热电源主回路图.......................................................................4 三: 应用领域.....................................................................................................................5 四：Atec系列感应加热电源主要特点及性能比较.........................................................5 1、Atec系列感应加热电源主要特点.......................................................................5 2、四种类型感应加热电源性能比较.......................................................................8 五：运行及控制.................................................................................................................9 1、就地控制和远程控制...........................................................................................9 2、开环运行和闭环运行...........................................................................................9 3、运行控制模式选择（在就地控制状态下）.......................................................9 4、通讯控制.............................................................................................................10 5、输出电流以及输出功率限制.............................................................................11 6、装置的报警和保护功能.....................................................................................11 7、自动重启动输出功能.........................................................................................11 六：显示及操作说明.......................................................................................................12 1、显示功能.............................................................................................................12 2、操作功能.............................................................................................................15 3、参数设置.............................................................................................................16 4、工艺程序运行程序设置（选配）.....................................................................20 1）、如何进入工艺运行模式...................................................................................20 2）、如何退出工艺运行模式...................................................................................20 3）、指定运行段.......................................................................................................20 4）、如何选择其他工艺程序...................................................................................21 5）、工艺程序运行程序编制...................................................................................21 6）、程序段描述.......................................................................................................24 5、推荐的常规开关机步骤.....................................................................................26 七：结构及安装...............................................................................................................27 八：电气连接...................................................................................................................28 1、安全注意！.........................................................................................................28 2、电气连接的内容：.............................................................................................28 3、接地.....................................................................................................................30 4、用户接口端子表.................................................................................................31 九：主要技术指标...........................................................................................................35 十：检修维护及故障诊断...............................................................................................35 1、安全注意！.........................................................................................................35 2、推荐的维护周期和内容.....................................................................................35 3、故障诊断表.........................................................................................................37 高频/中频感应加热电源使用说明书V35
中频电磁感应加热器设计
摘要
本文以感应加热为研究对象，简要介绍了感应加热的基本原理和特点，阐述了感应加热技术的现状及其发展趋势。本文主要研究了感应加热器的设计方法。感应加热器是利用工件中的涡流的焦耳效应将工件加热，这种加热方式具有效率高、控制精确、污染少等特点，在工业生产中得到了广泛的应用。如何设置感应线圈的参数使之满足被加热工件中性能要求普遍关注的问题。
传统的设计方法是利用线圈在整个电路中的等效电阻地位，利用一系列电磁学公式计算出线圈的性能参数。然而这种基于实验的系统设计方法却耗时费力，并且测量成本高。因此，近似模拟方法对于感应加热器的设计和研究具有重要意义。
本文的主要工作是建立感应加热器的近似设计方法。从感应加热理论的一系列经过实验数据修正过的理论曲线为依据，根据工艺要求得出相关物理参数，并通过计算得到感应器的设计参数。
关键词：
第一章 绪论
1.1 国内外感应加热的发展与现状
随着现代科学技术的发展，对机械零件的性能和可靠性要求越来越高，金属零件的性能和质量除材料成分特新外，更与其加热技术密不可分。例如，加热速度的快慢不仅影响生产效率而且影响产品的氧化程度，局部温度过冷或过热可能导致产品变形甚至损坏等。由于感应加热具有热效率高，便于控制等优点，目前在金属材料加工，处理等方面得到广泛应用。
在工业发达国家，感应加热研究起步较早，应用也更为广泛。1890年瑞士技术人员发明了第一台感应熔炼炉——开槽式有芯炉，1916年美国人发明了闭槽式有芯炉，感应加热技术开始进入实用化阶段。1966年，瑞士和西德开始利用可控硅半导体器件研制感应加热装置。从此感应加热技术开始飞速发展，并且被广泛用于生产活动中。
在我国，感应加热技术起步比较晚，与世界发达国家相比存在较大的差距。直到80年代初，感应加热设备才有一定的应用，但因其与其它加热方式相比在节能和无环境污染等方面的显著优势，近几年来得到了长足的发展，已经广泛应用于钢铁、石油、化工、有色金属、汽车、机械、和军工产品的零部件热处理方面，且随着感应加热技术的进一步发展，其市场应用前景将越来越广阔。
感应热处理的历史、现状与发展——感应热处理技术路线图
感应热处理的历史、现状与发展——感应热处理技术路线图
朱会文;沈庆通
【期刊名称】《金属加工：热加工》
【年(卷),期】2014(000)001
【总页数】9页(P8,10,12-18)
【作 者】朱会文;沈庆通
【作者单位】;
【正文语种】中 文
一、历史回顾
1.感应加热的发展历史
1831年，法拉第（Michael Faraday）发现了电磁感应加热现象。1868年，福考特提出了涡流理论。1890年，瑞典技术人员发明了第一台感应熔炼炉：开槽式有芯炉。1916年，美国人发明了闭槽有芯炉，用于熔炼金属。1930年，前苏联研制成高频感应炉。1935年，前苏联对曲轴的轴颈进行感应淬火；与此同时，美国俄亥俄州曲轴工厂为提高曲轴轴颈的耐磨性，研制了曲轴淬火机床。国际上以前苏联和美国为代表的工业化国家将感应加热技术成功地应用于机械工业的热处理领域。
其后，感应淬火被广泛地应用于汽车、铁路、机床、轴承制造等各个行业。1957年，美国研制出作为电力电子器件里程碑的晶闸管，标志着现代电力电子技术的开始，也引发了感应加热技术的革命；1964年，用于逆变器的晶闸管问世；1966年，瑞士和西德首先利用晶闸管研制感应加热装置，从此感应加热技术开始飞速发展；1969年，第一台540Hz全固态电源建成；1972年，第一台50kHz全固态电源建成；1973年，LED诊断控制屏用于故障显示；1974年，电源设备的冷却系统改进，可见的排出水被流量计及压力表所取代，第一台压力闭路循环冷却系统使用于整个感应加热系统的冷却；1978年，第一台效率为97%全固态电源问世；1980年，工业发达国家基本淘汰了机式发电机及倍频器；20世纪80年代后，电力电子器件再次快速发展，MOSFET、IGBT等器件相继出现。感应加热装置也逐渐摒弃晶闸管，开始采用这些新器件。现在比较常用的是IGBT和MOSFET，IGBT用于较大功率场合，而MOSFET用于较高频率场合。
感应加热电源的发展动态及选用
圜 ｒｏｐｉ Ｒｅ ｗ 热处理及表面工程专辑 感应加热电源的发展动态及选用 清华大学核能与新能源技术研究院 （北京１０００８４） 赵前哲志大器周伟松周景春 摘要：本文从感应加热电源采用的半导体开关器件以及电路拓扑技术入手，分析了不同种类的感应加 热电源的应用范围和优缺点。在对感应加热电源发展趋势分析的基础上，提出了感应加热电源选用的基 本原则。 １、概述 尽管有不同的称谓，如转换器，变频器或振荡 器，实际上感应加热电源都是频率转换器，它们能有效 地把工频电源转变成感应热处理工艺所需频率的单相电 源。电源的整流部分将工频输入的交流转换成直流，变 频器或振荡器部分则将直流转换成所需加热频率的单相 交流。本文着重从半导体开关器件以及电路拓扑技术方 面讨论不同类型电源的特性，从而可以根据不同应用选 择最佳方案。 二、感应加热电源的发展动态 随着现代半导体集成技术与功率半导体技术的发 展，引起了感应加热电源技术以致整个电力电子学领域 的一场革命，同时感应加热电源及应用得到了飞速发 展。 １．半导体开关器件 ２０世纪５０年代末，半导体硅晶闸管的出现标志着 以固态半导体器件为核心的现代电力电子学的开始，在 中频（１～８ｋＨｚ）范围内，晶闸管感应加热装置逐步取 代了传统的中频发电机组。然而，由于晶闸管本身开关 特性等参数的限制，仍然存在着关断不可控、工作频率 范围窄等缺点，难以满足不同负载的要求，尤其是在高 频（１０ｋＨｚ以上）范围内，这些局限性给电源的研制带 来了很大的技术难度。 ７０年代末８０年代初，随着一大批新型的电力电子 半导体器件的研制开发成功，为更高频率和更大功率 感应加热电源的研制提供了坚实的基础。其中ＭＯＳＦＥＴ 口 笪！塑 缸槭１ 工 ＷＷＩ４￣ｍＳｃｎｌｎｌＳｔ．ｃｏｒｎ ｎ 为单极性多子器件，不存在存储时间，具有开关速度 快、驱动功率小、无二次击穿现象、易并联等优点， 成为高频大功率感应加热电源装置的主要开关器件。 早在８０年代中期，西欧国家就研制出了用功率场效应 管（ＭＯＳＦＥＴ）作开关器件的高频电源，其频率为２００ｋＨｚ 左右，功率可达数十千瓦。目前，国外已有６００ｋＷ／ ４００ｋＨｚ的ＭＯＳＦＥＴ电源应用于管道焊接，而在国内相 关高频电源的研究尚处在起步阶段，与国外水平相差很 大。 大约在８０年代末，一种综合了场效应管与双极 晶体管优点的全控开关器件——绝缘栅极双极晶体管 （ＩＧＢＴ）的出现，由于其具有开关速度高、容量大、通 态压降低等特点，高压大电流的高速ＩＧＢＴ成为目前国 际上众多加热电源的首选器件。在图１中列出了示了各 种半导体器件及相应电源的应用情况。现在国内各电 源生产厂家也已推出了自主开发的技术成熟的ＩＧＢＴ电 源，如清华大学电力电子厂生产的３００ｋＷ／５０ｋＨｚ电流型 感应加热电源已经在科研和生产实践中获得广泛应用， １００ｋｗ／１００ｋＨｚ电源也已成功研制。这些产品已经在一 定程度上填补了国内相关电源研制和开发的空白。