工頻加熱技術與其它各種物理加熱技術相比，確實具有較高的效率，但存在一些明顯的不足。在現(xiàn)代工業(yè)的金屬熔煉、熱處理、焊接等過程中，感應加熱被廣泛應用。感應加熱是根據(jù)電磁感應原理，利用工件中渦流產生的熱量進行加熱的，它加熱效率高、速度快、可控性好，易于實現(xiàn)高溫和局部加熱。隨著電力電子技術的不斷成熟，感應加熱技術得到了迅速發(fā)展。本文設計的70KW/500HZ中頻感應加熱電源采用IGBT串聯(lián)諧振式逆變電路，能夠實現(xiàn)頻率自動，電路結構簡單，高效節(jié)能。

1   主電路結構

主電路由整流電路、逆變電路、保護電路組成，其結構如圖1。

2   主要器件的設計

2.1  整流電路的設計

中頻電源采用三相全控橋式整流電路，它的輸出電壓調節(jié)范圍大而移相控制角的變化范圍小，有利于系統(tǒng)的自動調節(jié)，輸出電壓的脈動頻率較高可以減輕直流濾波環(huán)節(jié)的負擔。根據(jù)設計要求：額定輸出功率P=70KW，輸出頻率f=500HZ，進線電壓U_IN=380V，取逆變器的變換效率=0.9。

1） 確定電壓額定值U_RRM

考慮到其峰值、波動、雷擊等因

 =2，選取電壓為：

U_RRM≥U_IN××1.1=1179V

根據(jù)實際二極管電壓等級，取U_RRM=1600V。

2） 確定電流額定值I_T(AV)

I_T(AV)=0.368×I_d

=0.368×

=0.368×=56A

考慮沖擊電流和安全系數(shù)，實取額定電壓1600V，額定電流200A的整流模塊。

2.2    逆變電路的設計

逆變電路是由全控器件IGBT構

成的串聯(lián)諧振式逆變器，兩組全控器件V₁、V₄和V₂、V₃交替導通，輸出所需要的交流電壓。IGBT的主要參數(shù)有最高集射極電壓（額定電壓）、集射極電流等。

1） 確定電壓額定值U_CEP

IGBT的輸入端與電容相并聯(lián)，起到了緩沖波動和干擾的作用，因此安全系數(shù)不必取得很大，一般取安全系數(shù)=1.1平波后的直流電壓：

E_d=380V××=590V

關斷時的峰值電壓：

U_CESP=(590×1.15+150)×=912V

式中1.15為電壓保護系數(shù)， 150為L引起的尖峰電壓。令U_CEP≥U_CESP,并向上靠攏IGBT等級，取U_CEP=1200V。

2） 確定電流額定值I_c

Ic=(×1.5)I_d

=≈374A

式中，為I_d的峰值，1.5為允許1min過載容量，0.9為變換效率。由于電路采用橋式結構，4只IGBT輪流導通，根據(jù)IGBT等級，選用西門子BSM200GB120兩單元并聯(lián)。

3） 電解電容C_d的計算

C_d主要起濾波、穩(wěn)定電壓和改善功率因數(shù)的作用，在串聯(lián)諧振電路中相當于電壓源。C_d可用下式計算：

C_d=(40～50)×Id

≈(40～50)×150A

≈6000～7500

選用6800/400VDC電解電容，三只并聯(lián)后再串聯(lián)，在每只電解電容兩端并聯(lián)上放電電阻100K/2W,兩只并聯(lián)。由于串聯(lián)諧振式逆變器的直流電源回路還必須流過無功電流，該無功電流隨逆變器的輸出功率因數(shù)減小而增大，而電解電容C_d中不能流通高頻無功電流，否則會發(fā)熱損壞。高頻電容的選擇一般根據(jù)逆變器的工作頻率和容量大小來確定，電路中選用兩只2F/1200V的薄膜電容直接并在IGBT的兩側。