工频加热技术与其它各种物理加热技术相比，确实具有较高的效率，但存在一些明显的不足。在现代工业的金属熔炼、热处理、焊接等过程中，感应加热被广泛应用。感应加热是根据电磁感应原理，利用工件中涡流产生的热量进行加热的，它加热效率高、速度快、可控性好，易于实现高温和局部加热。随着电力电子技术的不断成熟，感应加热技术得到了迅速发展。本文设计的70KW/500HZ中频感应加热电源采用IGBT串联谐振式逆变电路，能够实现频率自动，电路结构简单，高效节能。

1   主电路结构

主电路由整流电路、逆变电路、保护电路组成，其结构如图1。

2   主要器件的设计

2.1  整流电路的设计

中频电源采用三相全控桥式整流电路，它的输出电压调节范围大而移相控制角的变化范围小，有利于系统的自动调节，输出电压的脉动频率较高可以减轻直流滤波环节的负担。根据设计要求：额定输出功率P=70KW，输出频率f=500HZ，进线电压U_IN=380V，取逆变器的变换效率=0.9。

1） 确定电压额定值U_RRM

考虑到其峰值、波动、雷击等因

 =2，选取电压为：

U_RRM≥U_IN××1.1=1179V

根据实际二极管电压等级，取U_RRM=1600V。

2） 确定电流额定值I_T(AV)

I_T(AV)=0.368×I_d

=0.368×

=0.368×=56A

考虑冲击电流和安全系数，实取额定电压1600V，额定电流200A的整流模块。

2.2    逆变电路的设计

逆变电路是由全控器件IGBT构

成的串联谐振式逆变器，两组全控器件V₁、V₄和V₂、V₃交替导通，输出所需要的交流电压。IGBT的主要参数有最高集射极电压（额定电压）、集射极电流等。

1） 确定电压额定值U_CEP

IGBT的输入端与电容相并联，起到了缓冲波动和干扰的作用，因此安全系数不必取得很大，一般取安全系数=1.1平波后的直流电压：

E_d=380V××=590V

关断时的峰值电压：

U_CESP=(590×1.15+150)×=912V

式中1.15为电压保护系数， 150为L引起的尖峰电压。令U_CEP≥U_CESP,并向上靠拢IGBT等级，取U_CEP=1200V。

2） 确定电流额定值I_c

Ic=(×1.5)I_d

=≈374A

式中，为I_d的峰值，1.5为允许1min过载容量，0.9为变换效率。由于电路采用桥式结构，4只IGBT轮流导通，根据IGBT等级，选用西门子BSM200GB120两单元并联。

3） 电解电容C_d的计算

C_d主要起滤波、稳定电压和改善功率因数的作用，在串联谐振电路中相当于电压源。C_d可用下式计算：

C_d=(40～50)×Id

≈(40～50)×150A

≈6000～7500

选用6800/400VDC电解电容，三只并联后再串联，在每只电解电容两端并联上放电电阻100K/2W,两只并联。由于串联谐振式逆变器的直流电源回路还必须流过无功电流，该无功电流随逆变器的输出功率因数减小而增大，而电解电容C_d中不能流通高频无功电流，否则会发热损坏。高频电容的选择一般根据逆变器的工作频率和容量大小来确定，电路中选用两只2F/1200V的薄膜电容直接并在IGBT的两侧。