动态-英飞凌IGBT:FF200R33KF2

发布时间:2019-12-05
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实现电子束焊接电源的软启动。IGBT(绝缘门极双极晶体管)中频电炉主要用于熔炼普通碳素钢、合金钢、铸钢、有色金属。这种IGBT电源是一个带有串联谐振输出的电压型逆变器,逆变部分采用IGBT晶体管。IGBT是一种半导体元件绝缘栅双极晶体管,其关断时间典型值为0.3μs。IGBT恒功率快速节能中频电源及一拖二炉,主要元件采用德国英飞凌原装进口,功率为100KW~3000KW,电炉容量为50KG~3000KG。采用IGBT模块能使电炉节能率高达15%~20%。IGBT中频电炉三相整流全导通,能保持*直流电压,逆变采用串联谐振电炉,功率由逆变来调节,是真正的恒功率电源。(1)IGBT中频电源是一种采用串联谐振式的中频感应熔炼炉。
它的逆变器件为一种*IGBT中频感应炉模块(绝缘栅双极型晶体管,德国生产),它主要用于熔炼普通碳素钢、合金钢、铸钢、有色金属。它具有熔化速度快、节能、高次谐波污染低等优点。IGBT中频电源为一种恒功率输出电源,加少量料即可达到满功率输出,并且始终保持不变,所以熔化速度快;因逆变部分采用串联谐振,且逆变电压高,所有IGBT中频比普通可控硅中频节能;IGBT中频采用调频调功,整流部分采用全桥整流,电感和电容滤波,且一直工作在500V,所以IGBT中频产生高次谐波小,对电网产生污染工低。IGBT中频电炉可以被作为一种冶炼工具来处理金属,但是金属中如果含有杂质会严重影响它的成型质量IGBT中频电炉除去金属杂质的方法。
1.做好炉台、出钢口、钢水包和浇注系统(含钢锭模)的清洁和吸清浮砂工作,减少外来夹杂物。2.强化钢液终脱氧,选用多元复合脱氧剂,结合钢包与底吹氩,降低脱氧产物残留量。3.造好复盖渣,减少钢液被大气污染。4.合理选择原材料:控制铁合金带入的夹杂物;制返回料的配入比例;选用纯度高的工业纯铁。按照以上的方式来去除IGBT中频电炉冶炼的过程中金属熔液中的杂质,方便安全。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。

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易于实现高温和局部加热。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。主电路由整流电路、逆变电路、保护电路组成,其结构如图1。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。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η=0.9。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a=2,根据实际二极管电压等级。
取URRM=1600V。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。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VV4和VV3交替导通,输出所需要的交流电压。IGBT的主要参数有*集射极电压(额定电压)、集射极电流等。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,式中1.15为电压保护系数,150为Ldt/dt引起的尖峰电压。令UCEP≥UCESP,并向上靠拢IGBT等级,取UCEP=1200V。式中,根号2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。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。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。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,电路中选用两2F/1200V的薄膜电容直接并在IGBT的两侧。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。

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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3~5uF/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。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。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。由实验可得负载的等效电阻为10Ω,等效电感为100mH。可见,该电源负载是功率因数非常低的感性负载,为了提高功率因数,有效利用电源容量,采用中频电容补偿无功功率,这样便组成了振荡电路。则串联补偿谐振电容C0=31.25uF。功率晶体管的电压/电流都选得足够大,除了注意自己的人身安全,一般不用担心功率晶体管会损坏。
但是在实际产品实验中,功率晶体管技术规格的裕量不可能选得这么大,大电流、高电压环境下工作的诸多因素在实验状态并不可知,上电即烧管子的现象屡见不鲜。有些管子的现象比较温和,但是更多的是过流、过压造成的激烈损坏,使功率晶体管“”,除了自身碎裂,还会导致“放烟花”、“放炮”,这会给实验者的心理造成压力。更为不利的是,炸管往往发生在瞬间,我们没有时间来观察损坏的原因;盲目上电会损坏很多管子,却不能解决问题。如果经常需要做功率电路实验,如何避免炸管是个很现实的问题。要避免炸管,工程师们自然各有各的方法,下面的是一种较为业余的方法,供入门者参考。接触式调压器又称为自耦调压器(图1),虽然与市电不隔离,却可以获得连续可调的电压;加上整流滤波电路后。
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