锻造用中频感应加热设备几种电路形式的能耗比

锻造用中频感应加热设备几种电路形式的能耗比

2021-01-17 13:33

  锻造用中频感应加热设备几种电路形式的能耗比较_少儿英语_幼儿教育_教育专区。锻造用中频感应加热设备几种电路形式的能耗比较 目前国内使用的锻造用中频感应加热设备主要有三种电路形式, 其中使用量最大的是上世纪 80 年代初发展起来的由可控硅变频的中 频感应设备,主体电路如下

  锻造用中频感应加热设备几种电路形式的能耗比较 目前国内使用的锻造用中频感应加热设备主要有三种电路形式, 其中使用量最大的是上世纪 80 年代初发展起来的由可控硅变频的中 频感应设备,主体电路如下 图: (图一) 整流部分由 6 只可控硅完成将三相交流电变成直流,同时担任设 备的功率调节。此整流电路的缺点是:功率调节是通过调节可控硅的 导通角实现的,导通角减小电网的功率因数就会降低,用户不得不另 配功率因数补偿柜,增加新的投入,(如果用户不另配功率因数补偿 柜,将会导致用户配电室的功率因数补偿柜电容损坏或供电变压器发 热)。整流后的直流滤波由大的直流电抗器完成,此部分带来 1%~3% 的损耗,变频电路由 4 只可控硅完成,变频电路的损耗大约为 5%。 受可控硅关断的制约,变频回路的功率因数只能达到 0.8~0.85。输 出电路是由感应线圈(炉体)和补偿电容组成的并联谐振电路。受可 控硅耐压的限制,中频电压≤750V,因此,感应线圈上的电流通常是 直流电流的 5~10 倍,(5~10 是振荡回路的品质因数俗称 Q 值,并联 谐振电路的特征是振荡电流是直流电流的 Q 倍)所以并联谐振输出电 路通常有较大的损耗,约占整机功率的 25%-30%。因此可控硅变频中 频感应加热设备的整机效率大约只有 60%-70%左右。 上世纪 90 年代初国际上诞生了一种新的功率器件 IGBT,它具有 功率大、开关损耗低、工作频率高(可达 100Khz),由 IGBT 变频的 中频感应加热设备有两种线路:一种为并联谐振;另一种为串联谐振。 并联谐振的主电路如下图: (图二) 从主电路上可以看出,此线路与(图一)唯一的差别就是用 IGBT 和快速二极管替代了可控硅。IGBT 和快速二极管的组合其导通损耗 大于可控硅的导通损耗,但 IGBT 是一种可以工作在较高频率的功率 器件,其开关损耗比可控硅低。因此此线路的变频损耗与可控硅的变 频损耗大致相当,大约 5%,功率调节仍然是通过改变整流可控硅的 导通角实现的,因此电网的功率因数会受到影响。IGBT 是一种全控 型半导体器件,所以变频回路的功率因数可以近为 1,受快速二极管 的耐压限制,IGBT 并联型变频的中频电压≤550V,由此可见,IGBT 并联型变频电路的振荡电流将比可控硅变频的振荡电流还大。因此, IGBT 并联中频感应加热设备的总效率不会超过可控硅并联谐振感应 加热设备的总效率,大约也在 60%-70%之间。 IGBT 变频的中频感应加热设备的另外一种线路为串联谐振,主 电路如下图: (图三) 整流部分由 6 只二极管担任,直接整流不斩波,不会导致电网的 功率因数下降。串联谐振电路去掉了庞大而笨重的滤波电抗器,减小 了损耗,滤波由电容 C1 担任。可控硅 T1 在这里只作开关用,当电容 C1 上的电被充到一定电压后即开通,变频电路由 4 只 IGBT 构成,IGBT 的导通损耗与可控硅相当,而开关损耗低于可控硅的开关损耗,因此 变频电流的损耗大约在 3%。该电路的功率调节有两种方式:1、改变 变频电路的工作频率(变频),2、改变 IGBT 的导通时间(调宽)。 输出电路的特征是感应线圈与补偿电容串联构成串联谐振电路。此电 路的特征是流过 IGBT 的电流与流过感应线圈及补偿电容的电流相 等,而感应线圈上的电压是整流后直流电压的 3~10 倍,(串联谐振 电路的特征是振荡线圈的电压是直流电压的 Q 倍)。感应线圈上的功 率 P=感应线圈上的电压(V)×流过感应线圈的电流(I)。现在我 们来比较并联谐振与串联谐振,感应线圈的损耗。假设感应线圈上的 功率都是 P。 并联谐振:P=V 并×I 并;P=750×I 并; I 并= P/750; 串联谐振:P=V 串×I 串;P=1500×I 串; I 串= P/1500; (V 串 以最小 3 倍直流电压计算 3×500=1500) 则 I 串= ;我们知道感应线圈的损耗只与线圈的电阻相关,假设 线圈的电阻为 R,则损耗功率为: P=I2R;P 并=I2 并 R ;P 串=I2 串 R= = 因此可见在相同的功率与相同的感应线圈的情况下,串联谐振感 应线圈的损耗最多只有并联谐振感应线圈的 。因此,串联谐振输 出电路的损耗约占整机功率的 5%-10%,所以串联谐振变频的中频感 应加热设备的整机效率为 80%-90%。 在串联谐振电路中,感应线圈上中频电压的高低与变频功率器件 的耐压无关,只要感应线圈的绝缘允许,提高中频电压就可以进一步 降低感应线圈的损耗,整机效率就会进一步提高,这和输电为什么要 用高压输送是一个道理。 目前在锻造用中频感应加热设备的生产厂家中只有美国的应达 公司和我们金崃机电设备有限公司,采用串联谐振变频技术。

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