CN114465511B - 一种感应炉及感应炉用igbt电源 - Google Patents

一种感应炉及感应炉用igbt电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种感应炉及感应炉用IGBT电源，其中感应炉用IGBT电源包括多个IGBT STACK单元组和多组共振交流电容，所述IGBT STACK单元组的输入端分别与整流器电路连接，每一IGBT STACK单元组的输出端分别与每一组共振交流电容相串联后，再与感应炉中的感应线圈电路连接。本发明能够解决各IGBT STACK单元组间以及各IGBT模块间存在电流不平衡的问题。

Description

一种感应炉及感应炉用IGBT电源
技术领域
本发明涉及感应炉技术领域，具体涉及一种感应炉及感应炉用IGBT电源。
背景技术
感应炉就是利用电磁感应原理，使处于交变磁场中的金属材料内部感应电流，从而把材料加热直至熔化的种电热设备。感应炉的主要部件包括感应器、炉体、IGBT电源、整流柜和控制系统等，而IGBT电源包括变频柜和电容柜，其中整流柜是用于将客户引入经变压器降压后的交流电变为直流电，变频柜则用于将直流电逆变为可控的交流电，通过电容柜输入至负载(炉体线圈)。
然而，现有的变频柜中各IGBT STACK单元组输出电流以及IGBT模块输出电流平衡度较差，导致降低了IGBT STACK单元组的输出电流，因此当需要达到目标输出功率时，需要更多的IGBT STACK单元组；例如750kw电源单体模块，根据每个IGBT STACK单元组的输出功率只需12个IGBT模块组成的IGBT STACK单元组即可，然而由于各IGBT STACK单元组间以及各IGBT模块间存在电流不平衡的问题，可能需要24个IGBT模块组成的IGBT STACK单元组才能满足要求；这样不仅浪费资源，而且由于过多IGBT STACK单元组导致变频柜的体积较大，安装占用面积大。另外，现有的IGBT电源中的变频柜和电容柜属于分体构造，整体拼接后长度长，安装占有面积大，而且分体构造不利于设备的标准化、系列化设计。而且，现有变频柜内IGBT STACK单元组的PN输入导体、UV输出导体均安装在单元组的正面，当IGBT单元组需要拖出维护时必须先拆除PN、UV导体和其它妨碍的固定具，现场维护困难，维护成本高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种感应炉用IGBT电源，能够解决各IGBTSTACK单元组间以及各IGBT模块间存在电流不平衡的问题。
为了实现上述目的，本发明公开了一种感应炉用IGBT电源，包括多个IGBT STACK单元组和多组共振交流电容，所述IGBT STACK单元组的输入端分别与整流器电路连接，每一IGBT STACK单元组的输出端分别与每一组共振交流电容相串联后，再与感应炉中的感应线圈电路连接。
进一步的，各IGBT STACK单元组的输入端与整流器的同一P极、同一N极电路连接。
进一步的，每一组IGBT STACK单元组包括电容Ci0、IGBT管Qi1、IGBT管Qi2、IGBT管Qi3和IGBT管Qi4，每一组共振交流电容包括电容Ci1和电容Ci2；IGBT管Qi1的集电极c与整流器的P极电路连接，IGBT管Qi1的发射极e与IGBT管Qi2的集电极c电路连接，IGBT管Qi2的发射极e与IGBT管Qi4的发射极e电路连接，IGBT管Qi4的集电极c与IGBT管Qi3的发射极e电路连接；电容Ci0的一端与IGBT管Qi1的集电极c电路连接，另一端与IGBT管Qi2的发射极e电路连接；IGBT管Qi2的集电极c与电容Ci1的一端电路连接，IGBT管Qi4的集电极c与电容Ci2的一端电路连接；各IGBT STACK单元组中电容Ci1的另一端汇集于节点C，各IGBT STACK单元组中电容Ci2的另一端汇集于节点D，所述节点C与感应线圈的U极电路连接，所述节点D与感应线圈的V极电路连接；各IGBT STACK单元组中的IGBT管Qi1的集电极c汇集于节点A，各IGBT STACK单元组中的IGBT管Qi1的发射极e汇集于节点B，所述节点A与整流器的P极电路连接，所述节点B与整流器的N极电路连接。
进一步的，还包括开关DS1和二极管D1，二极管D1的负极与各IGBT STACK单元组的输入连接节点A电路连接，二极管D1的正极与开关DS1串联后接入整流器的P极。
进一步的，还包括电容C1和电容C2，电容C1的一端与节点A电路连接，另一端接地；电容C2的一端与节点B电路连接，另一端接地。
进一步的，所述IGBT STACK单元组和所述共振交流电容安装于同一电源柜中，所述IGBT STACK单元组和所述共振交流电容为上下结构配置。
另一方面，本发明还公开了一种感应炉，包括以上所述感应炉用IGBT电源。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明将各IGBT STACK单元组的输出端分别与每一组共振交流电容相串联后，再与感应炉中的感应线圈电路连接，通过共振交流电容的z，使各IGBT STACK单元组输出配线z电流不平衡的影响消失，从而确保各IGBTSTACK单元组间以及各IGBT模块间的电流平衡，从而不需要因电流不平衡而降低IGBTSTACK单元组的输出电流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有IGBT电源接线电路结构图；
图2为本发明感应炉用IGBT电源一实施例的电路结构图；
图3为本发明感应炉用IGBT电源另一实施例的电路结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图2，本发明实施方式公开了一种感应炉用IGBT电源，包括多个IGBT STACK单元组和多组共振交流电容，所述IGBT STACK单元组的输入端分别与整流器电路连接，每一IGBT STACK单元组的输出端分别与每一组共振交流电容相串联后，再与感应炉中的感应线圈(或者炉体线圈)电路连接。
图1为现有IGBT电源接线电路结构图，由图1可以看出，现有技术中将各IGBTSTACK单元组的输出端汇集于节点后再与电容柜电路连接的方式，多组IGBT STACK单元组并联汇集于UV平行铜排后，由于IGBT STACK单元组的排布距离以及汇集至电容柜的输入端铜排长度等的距离存在差异，所以实际每组IGBT STACK单元组输出电流也就存在了不平衡。
而本实施例中，通过将各IGBT STACK单元组的输出端分别与每一组共振交流电容相串联后再与感应炉中的感应线圈电路连接的方式，替换了现有中将各IGBT STACK单元组的输出端汇集于节点后再与电容柜电路连接的方式，利用共振交流电容的容抗值z，使各IGBT STACK单元组输出配线z电流不平衡的影响消失，从而确保各IGBT STACK单元组间的电流平衡。具体的，如图2所示，IGBT电源由IGBT STACK单元组并联后输出，电流的不平衡则取决于输出回路的导体阻抗，而单纯的导体阻抗很小，当串联电容后电容的阻抗相比与短距离的导体阻抗要大很多；例如，假设没有串联电容时每组IGBT STACK单元组的输出阻抗分别为0.02Ω，0.05Ω，0.09Ω，不平衡率为-62.5％～+68.75％，但是如果串联了电容的容抗为1Ω，则每组单元组输出阻抗分别为1.02Ω，1.05Ω，1.09Ω，不平衡率为-3.16％～3.48％，从而极大地减少了输出电路不平衡的问题。
综上IGBT STACK单元组输出配线阻抗不平衡对策以及IGBT STACK单元组内部配线回路均等化设计，从而无需因电流不平衡问题而降低IGBT STACK单元组内IGBT模块的输出电流。例如，现有技术中因电流不平衡的原因限制了每个IGBT模块的输出电流，因此现有的750Kw IGBT STACK单元组一般是由24个IGBT模块构成，而本实施例中，由于IGBT STACK单元组因电流不平衡问题的得到解决，加大了每个IGBT模块的输出电流，从而相较现有IGBT STACK电源，可以减少一半的IGBT模块数量。
本实施例中，整流器只设置一个输出端，各IGBT STACK单元组的输入端与整流器的同一输出端相连接，即各IGBT STACK单元组的输入端与整流器的同一P极、同一N极电路连接，此时IGBT STACK单元组采用1直列时，即使两台以上炉子同时运行时，不会在直流中间电容及各模块间形成错误回路电流被AS检测电路检出误报警，从而能够有效避免2直列串联方式电源1台电源拖动多台炉体配置时AS(桥臂短路)故障误报警的发生，具体可参见图3中1台电源拖动多台炉体配置接线方式。
其中，具体的，如图2所示，每一组IGBT STACK单元组包括电容Ci0、IGBT管Qi1、IGBT管Qi2、IGBT管Qi3和IGBT管Qi4，每一组共振交流电容包括电容Ci1和电容Ci2；IGBT管Qi1的集电极c与整流器的P极电路连接，IGBT管Qi1的发射极e与IGBT管Qi2的集电极c电路连接，IGBT管Qi2的发射极e与IGBT管Qi4的发射极e电路连接，IGBT管Qi4的集电极c与IGBT管Qi3的发射极e电路连接；电容Ci0的一端与IGBT管Qi1的集电极c电路连接，另一端与IGBT管Qi2的发射极e电路连接；IGBT管Qi2的集电极c与电容Ci1的一端电路连接，IGBT管Qi4的集电极c与电容Ci2的一端电路连接；各IGBT STACK单元组中电容Ci1的另一端汇集于节点C，各IGBT STACK单元组中电容Ci2的另一端汇集于节点D，所述节点C与感应线圈的U极电路连接，所述节点D与感应线圈的V极电路连接；各IGBT STACK单元组中的IGBT管Qi1的集电极c汇集于节点A，各IGBT STACK单元组中的IGBT管Qi1的发射极e汇集于节点B，所述节点A与整流器的P极电路连接，所述节点B与整流器的N极电路连接。其中，第一个IGBT STACK单元组中的i＝1,而第二个IGBT STACK单元组中的i＝2，……，以此类推。
本实施例中，每一组IGBT STACK单元组中IGBT管Qi1的发射极e、IGBT管Qi3的发射极e分别与共振交流电容相串联后，作为感应炉用IGBT电源的输出端，利用共振交流电容的z，使各IGBT STACK单元组输出配线z电流不平衡的影响消失，IGBT STACK单元组内部模块回路均等化设计，确保了各IGBT STACK单元组间以及各IGBT模块间的电流平衡，从而能够减少IGBT STACK单元组或IGBT单体模块的数量，并且能够保证感应炉用IGBT电源的功率输出及性能不变。
其中，各IGBT STACK单元组中的IGBT管Qi1的集电极c汇集于节点A，各IGBT STACK单元组中的IGBT管Qi1的发射极e汇集于节点B，节点A与整流器的P极电路连接，节点B与整流器的N极电路连接，通过改变主回路原有的结线方式，将变频逆变方式由2直列串联变更为1直列并联，能有效地避免1台电源拖动多台炉体配置时AS(桥臂短路)故障误报警的发生。
进一步的，感应炉用IGBT电源还包括开关DS1和二极管D1，二极管D1的负极与各IGBT STACK单元组的输入连接节点A电路连接，二极管D1的正极与开关DS1串联后接入整流器的P极。本实施例中，开关DS1为隔离开关，当2炉以上时设置在回路上用于检修，当该电源故障时可将DS1断开，而不影响其它炉体的运转；而二极管D1为逆流防止二极管，当2炉以上配置时设置在直流回路上，以防止炉体间流通循环电流。
进一步的，感应炉用IGBT电源还包括电容C1和电容C2，电容C1的一端与节点A电路连接，另一端接地；电容C2的一端与节点B电路连接，另一端接地。本实施例中，电容C1和电容C2作为接地检测电容。
本实施例中，图2为1个电源拖动一台炉体配置结线方式，当一个IGBT STACK单元组输出功率达不到要求时，可将多个IGBT STACK单元组按设计要求进行拼接。
本实施例中，IGBT STACK单元组和共振交流电容安装于同一电源柜中，将IGBTSTACK单元组和共振交流电容设置为上下结构配置，从而将现有中的变频柜和电容柜二合一，减小了电源柜整体安装占地面积，做到电源柜的标准化、模块化设计。
本发明另一实施例中，还公开了一种感应炉，包括以上所述感应炉用IGBT电源。
综上所述，本发明中感应炉用IGBT电源，通过优化IGBT STACK单元组构造，改变单元组内部接线方式，改变单元组输入、输出导体间的电流平衡方式，能够消除各IGBT STACK单元组间、单元组内各IGBT单体模块间的电流不平衡问题，使得同一功率(比如：750kW)的IGBT STACK单元组所使用的IGBT模块和其它配套控制电气元件相较现有的连接方式能够减少50％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种感应炉用IGBT电源，其特征在于，包括多个IGBT STACK单元组和多组共振交流电容，所述IGBT STACK单元组的输入端分别与整流器电路连接，每一IGBT STACK单元组的输出端分别与每一组共振交流电容相串联后，再与感应炉中的感应线圈电路连接；
各IGBT STACK单元组的输入端与整流器的同一P极、同一N极电路连接；
每一组IGBT STACK单元组包括电容Ci0、IGBT管Qi1、IGBT管Qi2、IGBT管Qi3和IGBT管Qi4；每一组IGBT STACK单元组中IGBT管Qi1的发射极e、IGBT管Qi3的发射极e分别与共振交流电容相串联后，作为感应炉用IGBT电源的输出端；
各IGBT STACK单元组中的IGBT管Qi1的集电极c汇集于节点A，各IGBT STACK单元组中的IGBT管Qi2的发射极e汇集于节点B，节点A与整流器的P极电路连接，节点B与整流器的N极电路连接；
每一组所述共振交流电容包括电容Ci1和电容Ci2；
IGBT管Qi1的集电极c与整流器的P极电路连接，IGBT管Qi1的发射极e与IGBT管Qi2的集电极c电路连接，IGBT管Qi2的发射极e与IGBT管Qi4的发射极e电路连接，IGBT管Qi4的集电极c与IGBT管Qi3的发射极e电路连接；电容Ci0的一端与IGBT管Qi1的集电极c电路连接，另一端与IGBT管Qi2的发射极e电路连接；IGBT管Qi2的集电极c与电容Ci1的一端电路连接，IGBT管Qi4的集电极c与电容Ci2的一端电路连接；
各IGBT STACK单元组中电容Ci1的另一端汇集于节点C，各IGBT STACK单元组中电容Ci2的另一端汇集于节点D，所述节点C与感应线圈的U极电路连接，所述节点D与感应线圈的V极电路连接；其中，i为大于0的正整数，其作为IGBT STACK单元组的标记号。
2.根据权利要求1所述感应炉用IGBT电源，其特征在于，还包括开关DS1和二极管D1，二极管D1的负极与各IGBT STACK单元组的输入连接节点A电路连接，二极管D1的正极与开关DS1串联后接入整流器的P极。
3.根据权利要求2所述感应炉用IGBT电源，其特征在于，还包括电容C1和电容C2，电容C1的一端与节点A电路连接，另一端接地；电容C2的一端与节点B电路连接，另一端接地。
4.根据权利要求1所述感应炉用IGBT电源，其特征在于，所述IGBT STACK单元组和所述共振交流电容安装于同一电源柜中，所述IGBT STACK单元组和所述共振交流电容为上下结构配置。
5.一种感应炉，其特征在于，包括若干如权利要求1-4任一所述感应炉用IGBT电源。
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