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Matlab的小功率感应加热电源的设计与仿真(11)
IGBT的工作原理是:IGBT的开关与关断是有栅极电压来控制。栅极施以正电压时,MOSFET内形成够到,并为PNP晶体管提供基极电流,从而使IGBT导通。
其原理图如图所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构, N+区称为源区,附于其上的电极称为源极。P+区称为漏区。器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P型区(包括P+和P-区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区(Subchannel region)。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区(Drain injector),它是IGBT特有的功能区,与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管,起发射极的作用,向漏极注入空穴,进行导电调制,以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。
图3.1 IGBT的原理图(右)与等效原理图(左)
3.3.2 三相桥式不控整流器功率器件相关参数计算
整流桥就是将数个整流管封在一个壳内,构成一个完整的整流电路。当功率进一步增加或由于其他原因要求多相整流时三相整流电路就被提了出来。三相整流桥分为三相全波整流桥(全桥)和三相半波整流桥(半桥)两种。选择整流桥要考虑整流电路和工作电压。对输出电压要求高的整流电路需要装电容器,对输出电压要求不高的整流电路的电容器可装可不装。
三相整流桥工作电压的计算,三相交流电压380V,峰值电压537V,同时应考虑安全因素以及电网电源波动的影响,安全因素系数一般取1.5~2,电网波动根据加热电源指标中允许的上限而定,1.15是考虑输入电网电压波动时允许的上限值增加系数,安全系数取2,则整流桥额定工作电压为:
=1236V (3.9)
考虑到安全使用,三相不控整流桥中使用的二极管工作额定电压,取1600V的整流桥。
整流桥输出直流电压 ,整流器的输出电流为: (3.10)
对于6KW的感应加热电源来说,当 =0.9时,整流器的输出电流 为: (3.11)
流过整流器二极管的电流有效值 =0.577*13=7.5A。
考虑到使用安全性,选取三相整流桥模块的额定电流为(2~3) ,即15~25A。根据对三相不控整流桥的额定电压及电流的计算,6KW的电源使用的是三相整流模块选取25A/1600V的模块。
3.4 感应加热电源谐振槽路参数计算
3.4.1 串并联谐振电路的比较与选择
感应加热电源根据补偿形式分为两种,并联谐振式(电流型)电源和串联谐振式(电压型)电源。
并联谐振式电源采用的逆变器是并联谐振逆变器,其负载为并联谐振负载。通常需电流源供电,在感应加热中,电流源通常由整流器加一个大电感构成。由于电感值较大,可以近似认为逆变器输入端电流固定不变。交替开通和关断逆变器上的可控器件就可以在逆变器的输出端获得交变的方波电流,其电流幅值取决于逆变器的输入端电流值,频率取决于器件的开关频率。
串联谐振式电源采用的逆变器是串联谐振逆变器,其负载为串联谐振负载。通常需电压源供电,在感应加热中,电压源通常由整流器加一个大电容构成。由于电容值较大,可以近似认为逆变器输入端电压固定不变。交替开通和关断逆变器上的可控器件就可以在逆变器的输出端获得交变的方波电压,其电压幅值取决于逆变器的输入端电压值,频率取决于器件的开关频率。
串联谐振逆变器和并联谐振逆变器的差别,源于它们所用的振荡电路不同,前者是用L、R和C串联,后者是L、R和C并联;
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