鍛造用中頻感應加熱設備幾種電路形式的能耗比較
目前國內使用的鍛造用中頻感應加熱設備主要有三種電路形式,其中使用量最大的是上世紀80年代初發展起來的由可控硅變頻的中頻感應設備,主體電路如下圖: (圖一)
整流部分由6只可控硅完成將三相交流電變成直流,同時擔任設備的功率調節。此整流電路的缺點是:功率調節是通過調節可控硅的導通角實現的,導通角減小電網的功率因數就會降低,用戶不得不另配功率因數補償柜,增加新的投入,(如果用戶不另配功率因數補償柜,將會導致用戶配電室的功率因數補償柜電容損壞或供電變壓器發熱)。整流后的直流濾波由大的直流電抗器完成,此部分帶來1%~3%的損耗,變頻電路由4只可控硅完成,變頻電路的損耗大約為5%。受可控硅關斷的制約,變頻回路的功率因數只能達到0.8~0.85。輸出電路是由感應線圈(爐體)和補償電容組成的并聯諧振電路。受可控硅耐壓的限制,中頻電壓≤750V,因此,感應線圈上的電流通常是直流電流的5~10倍,(5~10是振蕩回路的品質因數俗稱Q值,并聯諧振電路的特征是振蕩電流是直流電流的Q倍)所以并聯諧振輸出電路通常有較大的損耗,約占整機功率的25%-30%。因此可控硅變頻中頻感應加熱設備的整機效率大約只有60%-70%左右。 上世紀90年代初國際上誕生了一種新的功率器件IGBT,它具有功率大、開關損耗低、工作頻率高(可達100Khz),由IGBT變頻的中頻感應加熱設備有兩種線路:一種為并聯諧振;另一種為串聯諧振。 并聯諧振的主電路如下圖: (圖二)
IGBT變頻的中頻感應加熱設備的另外一種線路為串聯諧振,主電路如下圖: (圖三) 整流部分由6只二極管擔任,直接整流不斬波,不會導致電網的功率因數下降。串聯諧振電路去掉了龐大而笨重的濾波電抗器,減小了損耗,濾波由電容C1擔任??煽毓?/SPAN>T1在這里只作開關用,當電容C1上的電被充到一定電壓后即開通,變頻電路由4只IGBT構成,IGBT的導通損耗與可控硅相當,而開關損耗低于可控硅的開關損耗,因此變頻電流的損耗大約在3%。該電路的功率調節有兩種方式:1、改變變頻電路的工作頻率(變頻),2、改變IGBT的導通時間(調寬)。輸出電路的特征是感應線圈與補償電容串聯構成串聯諧振電路。此電路的特征是流過IGBT的電流與流過感應線圈及補償電容的電流相等,而感應線圈上的電壓是整流后直流電壓的3~10倍,(串聯諧振電路的特征是振蕩線圈的電壓是直流電壓的Q倍)。感應線圈上的功率P=感應線圈上的電壓(V)×流過感應線圈的電流(I)。現在我們來比較并聯諧振與串聯諧振,感應線圈的損耗。假設感應線圈上的功率都是P。 并聯諧振:P=V并×I并;P=750×I并; I并= P/750; 串聯諧振:P=V串×I串;P=1500×I串; I串= P/1500; (V串 以最小3倍直流電壓計算3×500=1500) 則I串= P=I2R;P并=I2并R ;P串=I2串R= 因此可見在相同的功率與相同的感應線圈的情況下,串聯諧振感應線圈的損耗最多只有并聯諧振感應線圈的 在串聯諧振電路中,感應線圈上中頻電壓的高低與變頻功率器件的耐壓無關,只要感應線圈的絕緣允許,提高中頻電壓就可以進一步降低感應線圈的損耗,整機效率就會進一步提高,這和輸電為什么要用高壓輸送是一個道理。 |