根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定理與楞次定律，音頻中頻大電流流向被繞制成環(huán)狀或其它形狀的加熱線圈（通常是用紫銅管制作）。由此在線圈內(nèi)產(chǎn)生極性瞬間變化的強(qiáng)磁束，將金屬等被加熱物質(zhì)放置在線圈內(nèi)，磁束就會(huì)貫通整個(gè)被加熱物質(zhì)，在被加熱物質(zhì)內(nèi)部與加熱電流相反的方向產(chǎn)生很大的渦電流，由于被加熱物質(zhì)內(nèi)的電阻產(chǎn)生焦耳熱，使物質(zhì)自身的溫度迅速上升，利用工件中渦流產(chǎn)生的熱量進(jìn)行加熱的。它加熱效率高、速度快、可控性好，易于實(shí)現(xiàn)整體和局部加熱。

 音頻中頻大功率感應(yīng)加熱裝置，多年來(lái)一直采用可控硅做為開關(guān)器件。由于不能自行關(guān)斷、效率低，負(fù)載穩(wěn)定性差，在輕載運(yùn)行過程逆變器輸出電壓出現(xiàn)間歇式振蕩，因此在音頻中頻大功率場(chǎng)合采用IGBT半導(dǎo)體器件代替可控硅器件勢(shì)在必行。采用IGBT半導(dǎo)體器件的感應(yīng)加熱裝置具有效率高、對(duì)工件具有升溫快，易于控制，氧化脫碳少，工藝質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此采用IGBT來(lái)實(shí)現(xiàn)大功率感應(yīng)加熱電源是明智的選擇。

 IGBT串聯(lián)諧振電源

IGBT中頻感應(yīng)加熱設(shè)備的另外一種電路結(jié)構(gòu)為串聯(lián)諧振，主電路如下圖：

整流部分由6只二極管擔(dān)任，直接整流不斬波，不會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的功率因數(shù)下降。串聯(lián)諧振電路去掉了龐大而笨重的濾波電抗器，減小了損耗，濾波由電容C1擔(dān)任。變頻電路由4只IGBT構(gòu)成，IGBT的導(dǎo)通損耗比可控硅低，而關(guān)斷損耗大大低于可控硅的開關(guān)損耗，因此變頻電流的損耗大約在3%。

新型IGBT中頻電源的特點(diǎn)

IGBT（絕緣柵雙極晶體管）是MOSFET（雙極型晶體管）與GTR（大功率晶體管）的復(fù)合器件。因此，它既具有MOSFＥT的工作速度快、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、熱溫度性好的優(yōu)點(diǎn)，又包含了GTR的載流量大，阻斷電壓高等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，是取代GTR和SCR( 可控硅)的理想開關(guān)器件。從1996年至今，尤其是最近幾年來(lái)IGBT發(fā)展很快，目前已被廣泛地應(yīng)用于各種逆變器中。

（1）IGBT控制是采用導(dǎo)通寬度及頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出功率進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的中頻電源，且采用串聯(lián)諧振，無(wú)需加啟動(dòng)電路及前級(jí)調(diào)壓裝置，因此啟動(dòng)相當(dāng)方便，啟動(dòng)成功率百分之百，調(diào)節(jié)輸出功率極為方便。

（2）整流部分采用二極管三相全橋整流，使得控制電路極為簡(jiǎn)單，維修技術(shù)量降低。

（3）目前大部分廠家采用德國(guó)西門子公司產(chǎn)品作逆變器，中頻電源壽命在3萬(wàn)次以上，采用了限壓過流過壓保護(hù)電路，使得故障率極低，并且過流過壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)報(bào)警器馬上報(bào)警顯示且保護(hù)停機(jī)。

IGBT串聯(lián)感應(yīng)加熱電源對(duì)比可控硅并聯(lián)感應(yīng)加熱電源可靠性優(yōu)勢(shì)

可控硅并聯(lián)感應(yīng)加熱設(shè)備調(diào)節(jié)功率是通過調(diào)節(jié)整流可控硅的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)的，在設(shè)備工作在小功率時(shí)，可控硅導(dǎo)通角減小，電網(wǎng)的功率因數(shù)就會(huì)降低。因此必須另配功率因數(shù)補(bǔ)償柜，增加新的投入，如果不另配功率因數(shù)補(bǔ)償柜，將會(huì)導(dǎo)致用戶配電室的功率因數(shù)補(bǔ)償柜電容損壞或供電變壓器發(fā)熱。用戶的投入增加，并且?guī)��?lái)了電源效率的損耗。

IGBT串聯(lián)感應(yīng)加熱設(shè)備調(diào)節(jié)功率采用逆變側(cè)調(diào)節(jié)方式，整流電路采用二極管，整流的功率因數(shù)為100%，不需要在配電柜中另外配置設(shè)備。

IGBT串聯(lián)感應(yīng)加熱設(shè)備工作時(shí)，開關(guān)器件承受的反壓很小，其大小僅僅是開關(guān)器件反并聯(lián)二極管的導(dǎo)通壓降，非常小。

可控硅并聯(lián)電源工作時(shí)，開關(guān)器件承受承受反壓較大。由于自關(guān)斷器件IGBT承受反壓的能力很低，因此應(yīng)用中需要給每個(gè)橋臂的主開關(guān)管串接同等容量的快恢復(fù)二極管，增加了損耗。

IGBT串聯(lián)感應(yīng)加熱設(shè)備的逆變器輸入相當(dāng)于恒壓源，負(fù)載為R，L和C串聯(lián)，其輸出電壓為矩形波，電流為近似正弦波。其中的IGBT由于承受矩形電壓，故較大，吸收電路起著關(guān)鍵作用，而對(duì)其要求則較低。

可控硅并聯(lián)電源的逆變器輸入相當(dāng)于恒流源，負(fù)載為R，L和C并聯(lián)，其輸出電流為矩形波，輸出電壓為近似正弦波。其中的IGBT承受矩形電流，較大，有時(shí)為了減小，必須在電路中串聯(lián)電感以限制，電感增加損耗。

IGBT串聯(lián)感應(yīng)加熱設(shè)備在換流時(shí)，IGBT在關(guān)斷前諧振電流己經(jīng)逐漸減小到零，因而關(guān)斷時(shí)間短，損耗小。

可控硅并聯(lián)電源的逆變器在換流時(shí)，IGBT是在全電流運(yùn)行中被強(qiáng)迫關(guān)斷的，電流被迫降到零以后還需加一段反壓時(shí)間，因而關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)，因此開關(guān)損耗較高。

IGBT串聯(lián)感應(yīng)加熱設(shè)備的逆變器由電壓源供電，在換流過程中為避免逆變器上下橋臂開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通造成電壓源短路，在控制中必須確保先關(guān)斷再開通，即必須保證死區(qū)時(shí)間的存在。

可控硅并聯(lián)電源的逆變器由電流源供電，換流時(shí)為了避免直流濾波電感Ld上產(chǎn)生大的感生電勢(shì)，必須保證電流連續(xù)，即換流時(shí)要遵循先開通后關(guān)斷的原則，保證重疊時(shí)間的存在。重疊時(shí)間內(nèi)，雖然逆變器橋臂直通，但由于Ld比較大能夠限制電流上升率，不會(huì)造成直流電源短路，但換流過長(zhǎng)會(huì)使系統(tǒng)效率降低，因此重疊時(shí)間不可過長(zhǎng)。

IGBT串聯(lián)感應(yīng)加熱設(shè)備的起動(dòng)較為簡(jiǎn)單，既能自激工作，也能它激工作。我們可以利用這一點(diǎn)設(shè)計(jì)它激轉(zhuǎn)自激電路，容易的解決電路的起動(dòng)問題。

可控硅并聯(lián)電源起動(dòng)較為困難。起動(dòng)前需對(duì)直流濾波大電感預(yù)充電，以保證其為電流，只能工作于自激狀態(tài)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率不等于負(fù)載固有諧振頻率時(shí)，系統(tǒng)就起動(dòng)不起來(lái)，因此并聯(lián)諧振電源起動(dòng)之前必須測(cè)定負(fù)載的固有諧振頻率。

IGBT串聯(lián)感應(yīng)加熱設(shè)備的逆變器由于電壓高，電流小，對(duì)槽路布局要求較低，感應(yīng)加熱線圈與逆變電源的距離遠(yuǎn)時(shí)對(duì)輸出功率的影響很小，當(dāng)采用同軸電纜或?qū)��?lái)回線絞接在一起鋪設(shè)時(shí)影響則幾乎可以不計(jì)。

可控硅并聯(lián)電源的逆變器則由于電壓低，電流大而對(duì)槽路布線要求很高。感應(yīng)加熱線圈與逆變電源(尤其是諧振電容器)的距離應(yīng)盡量靠近，否則兩者之間的引線的分布電感會(huì)改變負(fù)載電路的結(jié)構(gòu)，對(duì)電源工作影響很大。

IGBT串聯(lián)感應(yīng)加熱設(shè)備在負(fù)載諧振頻率隨加熱過程不斷變化時(shí)，控制電路即使未能跟蹤其頻率變化，也只會(huì)造成負(fù)載功率因數(shù)的變化，不會(huì)發(fā)生停振或逆變顛覆等故障。

可控硅并聯(lián)電源在感應(yīng)加熱過程中，負(fù)載的等效阻抗等參數(shù)會(huì)有一定的變化，因此負(fù)載的諧振頻率就會(huì)相應(yīng)有變化，此時(shí)如果逆變器控制電路不能及時(shí)準(zhǔn)確的跟蹤到負(fù)載諧振頻率，就可能使逆變器停振，甚至發(fā)生逆變顛覆的故障。因此相比可控硅并聯(lián)電源，IGBT串聯(lián)電源工作可靠性更強(qiáng)。

IGBT串聯(lián)感應(yīng)加熱設(shè)備感應(yīng)線圈上的電壓和槽路電容器上的電壓，都為逆變器輸出電壓的Q倍，流過感應(yīng)線圈上的電流，等于逆變器的輸出電流。

可控硅并聯(lián)電源感應(yīng)線圈和槽路電容器上的電壓，都等于逆變器的輸出電壓，而流過感應(yīng)線圈的電流，則都等于逆變器輸出電流的Q倍。串聯(lián)諧振電源在諧振回路損耗更低。

綜上所述，IGBT中頻電源作為淬火、金屬加熱等，工廠及院校生產(chǎn)科研是電力電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，它將成為二十一世紀(jì)感應(yīng)加熱行業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志及發(fā)展方向。