IGBT变频电源在汽车曲轴淬火中的应用

中心议题：
    * IGBT变频电源设计
解决方案：
    *  IGBT变频电源工作原理及特点
    * 实际应用效果

当代的感应热处理技术具有优质、高效、环保等诸多特点，符合现代汽车生产需要，因而得到广泛应用。作为感应热处理技术基础的变频器的IGBT模块已商品化，在我国感应加热领域已成功生产出10～100 kHz、功率达数百千瓦的IGBT变频电源。实践证明，采用IGBT变频电源完全可以取代耗能严重的变频发电机组。

2  IGBT变频电源工作原理及特点

　　IGBT变频电源电路如图1所示：

IGBT变频电源采用三相桥式全控整流电路，逆变器采用单相桥式逆变电路，负载为并联谐振形式，直流滤波环节为大电感滤波，以满足并联逆变器的输入要求。逆变控制主要功能采用定时原则实现负载频率自动跟踪、逆变桥启动及为逆变桥功率器件提供可靠的驱动脉冲，其工作原理如图2所示。

　取之于负载的电压信号通过调节延时电路而超前输出电压，经过过零比较电路获得自激方波信号。逆变器工作前．由于负载上电压为零，所以采用他激启动。逆变器启动成功后，当电源输出电压达到某一值时，电平检测电路输出翻转，使电子开关输出由他激信号转换成自激信号，从而完成逆变器的启动过程。分相和驱动电路完成逆变桥四臂功率器件IGBT正确的驱动脉冲。

　　并联逆变式IGBT变频电源属电流型逆变器，电源功率即逆变输入功率P为：

式中，为负载电压；为并联谐振负载回路的交流等效阻抗。

　　当IGBT变频电源电网电压波动+10％时，输出电压波动不大于±1％。对于感应器短接，汇流排的短接、开路及负载电容器的损坏造成的过流、过压，设备均能给予正确的保护。通水冷却方式有相应的检测保护。

3　实际应用效果

　　南京菲亚特发动机厂曲轴的淬火有9个加热部位，需分别加热。由于这9个部位必须具有各自独立的负载匹配控制部分，且从电源设备到负载匹配部分距离较远，在连杆轴颈淬火加热时感应器必须运动等，所以作为该曲轴淬火用的电源设备应具备以下条件：

　　a． 采用10-30 kHz的频率，具有较高工作效率：
　　b． 能连接多个负载匹配部位，且负载匹配部位的体积要小；
　　c． 电能损耗必须要小；
　　d． 能快速跟踪负载变化。

　　IGBT变频电源完全能满足上述要求。南京菲亚特发动机厂曲轴的生产原采用进口160 kW／10 Hz变频发电机组供电，基于其启动和停止麻烦、工作时噪声大、不能进行频率跟踪等缺点，加之发电机组使用年久故障频繁，难以适应当代汽车生产发展需要。为此，该厂采用IGBT电源取代早年进口的变频发电机组对曲轴4个工位9个轴颈的淬火机床供电，取得了较理想的效果，改造前、后技术指标如表1所列。

综合上述可知，IGBT变频电源具有如下优点：

　　a． 节能显著。工作时，IGBT变频电源比变频发电机组平均节能约10％～18％；空载时IGBT变频电源损耗很少。
　　b． 额定负载下效率高。
　　c． 频率能够自动跟踪。
　　d． 体积小、质量轻、占地面积小、节水显著。

参考文献
1沈庆通。感应热处理技术的发展．金属热处理．2002（1）
2 潘天明．现代感应加热装置．北京：治金工业出版社，1996