[实用新型]一种模块式大功率高频IGBT逆变式电镀电源

说明书

技术领域

本实用新型涉及光机电一体化技术领域，还涉及金属冶炼与加工技术、电力电子技术、高频逆变技术、数字化控制技术以及自动控制理论与技术，具体是指一种模块式大功率高频IGBT逆变式电镀电源。

背景技术

电镀产业是一个典型的高能耗产业。电镀能源的功率大，单机在100KVA以上，甚至高达4000KVA，并且基本上是100％暂载率，要求24小时不停机连续工作，耗电严重，一般的电镀企业均将用电量作为电镀生产的原材料进行核算。因此，电镀电源的效率和可靠性对电镀企业的生产具有重要影响。

电镀行业恶劣的生产环境对电镀电源的效率、稳定性、可靠性均提出了非常严格的要求。电镀电源的质量在很大程度上取决于功率器件的水平、控制方法以及主回路关键器件参数的合理匹配。由于受到器件质量以及科技水平的限制，目前的电镀电源基本为可控硅电源，有的还是变压器整流电源，结构简单，工作比较稳定可靠，控制方式简单，已经在电镀领域得到广泛应用，但是随着科技的进步以及功率器件的逐步成熟，这种电源的缺点越来越明显：

1、电能传递变换过程的效率很低，由于频率低，变压器的铜损、铁损、磁滞损耗等比较高，可控硅电源中的工频变压器的转换效率通常为85％，再加上整流部分的各种损耗，使其在最理想状态下效率也只能在70％左右，硅整流电源的效率最高也难以超过55％；在空载或者轻载情况下的效率更低，通常在0.3～0.5左右。

2、功率因数低(空载时0.35，负载时0.6至0.7左右)，有功功率不高，导致在输出相同功率的情况下对电网的容量有更高要求，一旦需要扩大生产规模，电网的增容费用很高。

3、晶闸管属于半可控器件，无法自关断，采用晶闸管作为功率输出的调节器件，开关频率会受到限制，整个控制系统的控制周期比较长，难以实现对能量输出的精密动态调节和准确控制，动态性能欠佳，特别是在较低功率工作时稳定性和连续性较差。

4、体积庞大，耗材多，重量重，占用空间。

20世纪70年代末期以来，逆变技术因其高效节能省材等优点开始得到越来越多的关注，被誉为“明天的电源”、“新一代的电源”。采用逆变技术是解决以上这些问题的良好方法。首先，逆变技术大幅度提高电源的转换频率，使得电源主变压器的体积、质量大幅度地减小；同时，由于电子功率器件工作于开关状态，变压器等可以采用铁损系数很小的磁芯材料，效率得到极大地提高；由于主电路中存在电容，功率因数得到提高，节能效果明显；此外，由于工作频率很高，主电路中滤波电感值小，电磁惯性小，易于获得良好的动特性，因此可控性好。逆变式高频电镀电源为第四代直流电镀电源，较之可控硅电源有着许多无可比拟的优势。目前市面上有不少高频电镀电源厂家，但这些产品存在的问题在于工艺适应性、可靠性、大功率以及电磁兼容方面，实际使用效果并不理想，由于大功率/特大功率逆变电源的技术门槛比较高，不少关键问题没有得到很好的解决。

逆变电源的数字化控制是大势所趋。工业逆变电源的数字化控制技术，使逆变电源更可靠，性能更好，功能更全，一致性更好。逆变电源的数字化控制技术主要有两个目的：一是使用数字化技术迅速解决逆变电源自身问题；二是用数字化技术提升逆变电源的功能，满足先进制造技术的需求。数字化控制易于采用先进的控制方法和智能控制算法，使得工业电源的智能化程度更高，性能更加完美；控制系统灵活，系统升级方便，易于实现多参数的协同控制，甚至可以在线修改控制算法及控制参数，而不必改动硬件线路，大大缩短了设计周期；控制电路的元器件数量明显减少，提高了系统的抗干扰能力和系统稳定性；控制系统的可靠性提高，易于标准化；系统的一致性较好，生产制造方便；由于控制方法灵活，便于多个逆变电源并联运行控制，从而实现更大功率输出。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，针对目前金属电镀电解电源存在的问题以及相关技术的发展趋势，提供一种模块式大功率高频IGBT逆变式电镀电源，效率可高达86～88％，比可控硅电源节能20％以上，比硅整流电源节能35％以上，此外，还节省大量制造材料，体积小巧，冲击电流小，电磁兼容性好，可靠性高，并减少对电网的干扰。由于动态响应能力强，数字化控制，可实现多参数优化匹配，工艺控制效果好，特别适合电镀电解行业应用。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：