全數(shù)字化 IGBT 大功率直流電源系統(tǒng)

  一．系統(tǒng)圖片

圖1柜體圖

  二．系統(tǒng)參數(shù)

序號	項點	參數(shù)	備注
1	額定輸出功率		按客戶需求
2	輸出功率可調(diào)范圍	0～100%
3	控制精準度	0.50%
4	輸入電壓頻率	50Hz	波動±5%
5	輸入電流	3AC 1850A
6	諧振頻率	50～3000Hz	根據(jù)具體負載情況選擇頻率
7	效率	≥97%	電源效率
8	過載能力	1.1 倍額定功率	1min/10min
		1.2 倍額定功率	10s/10min
9	柜體防護等級	IP32
10	冷卻方式	水冷/風冷
11	使用環(huán)境溫度	-20～40℃	需要防凍液冷卻
		40～55℃降額使用	溫度每升高 1℃， 輸出功率降低 2%
12	濕度	不超過 95%	不凝露
13	海拔	不超過 2000 米	2000 米以上降額使用，海拔 每升高 100 米，輸出功率降低
14	振動環(huán)境	無強烈振動環(huán)境
15	外形尺寸	長*寬*高:2000× 650×1700mm	電源柜預估尺寸
16	重量	不大于 600kg	電源柜重量
17	人機界面	觸摸屏+按鈕
18	控制架構	DSP+CPLD
19	控制算法	PID

圖2參數(shù)圖

  三.系統(tǒng)技術優(yōu)勢

  1.綠色節(jié)能
  電源采用電路拓撲里先進的IGBT串聯(lián)諧振技術，采用IGBT作為開關器件，響應時間快，開通與關斷可自由控制，做到精確控制每一次開關的輸出能量，開關與通態(tài)損耗小，節(jié)約能耗，綠色環(huán)保；相比可控硅并聯(lián)諧振電源節(jié)能30%，比IGBT并聯(lián)諧振電源節(jié)能15%-20%，是目前世界上理想的諧振技術。
  超高頻范圍：100kHZ以上；高頻范圍：30-80kHZ；超音頻范圍：20-50kHZ；中頻范圍：10HZ-20KHZ。

圖3串聯(lián)諧振主電路拓撲

  2.靈活穩(wěn)定
  足夠功率及輸出穩(wěn)定的加熱能力，確保工件能夠快速加熱到目標溫度；加熱溫度任意可調(diào)；加熱時間以及保溫時間任意可調(diào)，時間控制精度為0.1秒。

  3.精準控溫
  精準的恒溫恒功等控制技術，采用目標溫度或功率等閉環(huán)控制技術，恒溫誤差可控制在±2℃范圍，保證被加熱工件的性能一致性。
  4.控溫曲線自定義
  基于強大的DSP+CPLD控制系統(tǒng)平臺，具有低功耗高性能的浮點DSP數(shù)據(jù)運算處理器加CPLD的數(shù)據(jù)采集設計方案及對外接口控制處理，高速的響應與計算速度支撐自主研發(fā)的熱處理專家控制系統(tǒng)，獨特的PID控制算法支持用戶在線編輯工件升溫+恒溫+降溫曲線，電源啟動后加熱曲線將按照用戶編輯的曲線進行加熱處理。

圖4控溫曲線自定義界面

  5.諧振頻率自動跟蹤
  電源具有鎖相、諧振頻率自動跟蹤等先進控制技術，可根據(jù)被加熱工件自動調(diào)節(jié)頻率，使設備工作在合適工作點，加熱效率更高。
  6.工藝參數(shù)保存及調(diào)用
  設置好的工藝參數(shù)可以保存并命名，用戶可以根據(jù)不同的加熱工件快速調(diào)用參數(shù)，方便不同工件加熱并保證工件工藝參數(shù)的一致性。
  7.友好的人機交互
  自主研發(fā)的智能面板，接口豐富，高分辨率的顯示觸摸屏，使用方便，可自由設置、查看各種參數(shù)信息。
  8.自主研發(fā)
  感應加熱電源具有完全知識產(chǎn)權，純自主設計、生產(chǎn)、調(diào)試；控制程序
  自主編寫，能根據(jù)客戶需求提供定制化服務。
  9.原料可靠
  IGBT器件、控制芯片等核心器件均采用國際知名品牌（英飛凌）、通用型號，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，得到市場充分驗證。
  10.全面的保護策略
  具有全面的保護策略，超壓、過流、過熱、短路、接地、故障急停等保護，能有效保證設備及人員的安全。
  11.客戶至上
  設備到現(xiàn)場后，根據(jù)客戶要求隨時配合完成設備安裝、調(diào)試、培訓等任務；7x24小時技術支持，保證設備的連續(xù)運行；主要零部件通用性好，有完善的備品備件可隨時供更換。

  四．系統(tǒng)優(yōu)勢
  IGBT電源是一種新型的IGBT逆變器模塊，主要用來熔煉碳鋼，合金鋼，鑄鋼，有色金屬等。具有加熱速度快，節(jié)能環(huán)保等特點。
  1.IGBT電源作為恒功率電源，全功率輸出，保持恒定不變，因此加熱速度快。采用串聯(lián)諧振變壓器，變壓器電壓高，比可控硅電源節(jié)能。采用頻率調(diào)控系統(tǒng)調(diào)整頻率，整流部分包括全橋整流器，感應器和電容濾波器，在500V的條件下工作，IGBT電源產(chǎn)生極少的低次諧波，低網(wǎng)格污染。
  2.IGBT電源比可控硅電源節(jié)約電能15%-25%，原因有以下幾個方面：
  A.逆變器電壓高，電流，電路損失低，這部分可以節(jié)約電能15%。IGBT電源變壓器的電壓是2800V，傳統(tǒng)的可控硅電源逆變器的電壓是750V，電流減小了四倍，線路損失降低了。
  B.高功率因素，功率因素大于0.98，無功損耗低，這部分比可控硅電源節(jié)約電能3%-5%。IGBT采用全橋式整流，整流部分不調(diào)整可控硅傳導角，所以整個過程的功率因素大于0.98。
  C.爐體熱損耗小，同功率條件下，IGBT比可控硅每批次加熱快15分鐘。在爐出口的熱損失占整個過程的3%，因此這部分比可控硅電源節(jié)約3%的熱量。
  4.高次諧波干擾：當可控硅產(chǎn)生電壓峰值的時候整流器的高次諧波調(diào)整電壓。電壓電網(wǎng)會被嚴重污染導致其他的設備不能工作，IGBT電源整流器部分采用全橋整流器。直流電壓總是在最高程度工作，不需要調(diào)整傳導角，因此不會產(chǎn)生高次諧波，不會污染電網(wǎng)，變壓器，交換器不會被加熱，不會干擾其他電子器件的工作。
  5.恒功率輸出：可控硅電源帶有電壓和電流調(diào)節(jié)器，IGBT采用頻率和功率調(diào)節(jié)器，它不會受爐料和爐襯厚度的影響。在加熱過程中保持恒功率輸出，尤其是在生產(chǎn)不銹鋼，鋼料，鋁料和其他非磁性物質(zhì)的時候，IGBT電源具有高超的工作效率。爐襯燒損減少，降低了鑄造成本。

  五．系列電源應用案例

行業(yè)：齒輪淬火	行業(yè)：透熱	行業(yè)：熱裝配
頻率：300kHz	頻率：2kHz	頻率：12kHz
功率：50kW	功率：500kW	功率：120kW

行業(yè)：熔煉	行業(yè)：拉晶	行業(yè)：真空焊接
頻率：2kHZ	頻率：15kHZ	頻率：10kHZ
功率：1100kW	功率：120kW	功率：100kW

行業(yè)：深層淬火	行業(yè)：淺層淬火	行業(yè)：軸淬火
頻率：4kHZ	頻率：100kHZ	頻率：50HZ
功率：300kW	功率：50kW	功率：1000kW

  齒輪淬火原理:將工件放入感應器(線圈)內(nèi)，當感應器中通入一定頻率的交變電流時，周圍即產(chǎn)生交變磁場。交變磁場的電磁感應作用使工件內(nèi)產(chǎn)生封閉的感應電流──渦流。感應電流在工件截面上的分布很不均勻，工件表層電流密度很高，向內(nèi)逐漸減小，這種現(xiàn)象稱為集膚效應。工件表層高密度電流的電能轉變?yōu)闊崮埽贡韺拥臏囟壬?，即實現(xiàn)表面加熱。電流頻率越高，工件表層與內(nèi)部的電流密度差則越大，加熱層越薄。在加熱層溫度超過鋼的臨界點溫度后迅速冷卻，即可實現(xiàn)表面淬火。
  透熱爐可以根據(jù)不同材質(zhì)工件的幾何形狀和加熱工藝要求，采用500-10000Hz中頻電源對工件進行加熱。
  感應加熱電源對金屬材料加熱效率高、速度快，且低耗環(huán)保。它已經(jīng)廣泛應用于各行各業(yè)對金屬材料的熱加工、熱處理、熱裝配及焊接、熔煉等工藝中。

  熱處理行業(yè)：
  1.各種汽、摩配高頻淬火熱處理，如：曲軸、連桿、活塞銷、凸輪軸、氣門、變速箱內(nèi)的各種齒輪、各種拔叉、各種花鍵軸、傳動半軸、各種小軸曲柄銷、各種搖臂、搖臂軸等高頻淬火熱處理。高頻焊機
  2.各種不銹鋼行業(yè)的退火。如不銹鋼盆、罐的退火拉伸、退火卷邊以及水槽的退火、不銹鋼管、不銹鋼餐具、不銹鋼杯等；
  3.其他各種金屬工件的退火，如高爾夫球頭、球桿、銅鎖頭、五金銅配件、菜刀把、刀刃、鋁鍋、鋁桶、鋁散熱器以及各類鋁制品。

  釬焊行業(yè)：
  1.各種五金刀具的焊接；
  2.各種五金機械配件的焊接；
  3.硬質(zhì)合金的焊接。

  鍛壓行業(yè)：
  1.五金工具透熱，如鉗子，扳手等加熱透熱成型；
  2.表殼、表胚、拉手、模具附件、廚房餐具用品、工藝品、標準件、緊固件、機械零件加工、銅鎖、鉚釘、鋼釬、釬具的熱擠壓等等；
  3.電腦散熱器的銅芯與鋁片、喇叭網(wǎng)的埋值焊接、鋼塑管的復合、鋁箔的封口（牙膏皮）、電機轉子、電熱管封口等等；
  冶煉行業(yè)：對感應加熱爐進行加熱。