一種中頻逆變電源及其在中頻感應加熱爐中的應用的製作方法

2023-06-27 12:47:16 2

專利名稱：一種中頻逆變電源及其在中頻感應加熱爐中的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種中頻逆變電源，尤其涉及中頻逆變電源的調節輸出功率方 式，並將其應用在中頻加熱爐中。
背景技術：
感應加熱是利用電磁感應原理將電能轉化為熱能，中頻感應加熱以其效率 高、汙染小等優點廣泛用於工業加熱領域。由於多種原因，我國中頻感應電源 目前普遍採用並聯諧振電源，它是一個電流型逆變器，在實際應用中存在著功 率因數低、電能消耗大，系統可靠性差等缺點。傳統的串聯諧振直流電源採用不可整流方式，通過採用不可整流方式，可 以提高系統的功率因數，但應用此種電源的中頻感應加熱爐只能採用逆變器調 壓方式調節中頻感應加熱爐的輸出功率。中頻感應加熱爐一般需要在大範圍內調節輸出功率，單一的調節功率的方 式不能較好的滿足中頻感應加熱爐的工作要求，也不能保證系統具有較好的性 能。發明內容本發明的目的是針對現有中頻感應電源存在的缺點，提供一種功率因數較 高、且採用非單一調功方式的中頻逆變電源，並將此中頻感應電源應用在中頻 加熱爐中。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案 一種中頻逆變電源，包括不可控整流電路，對輸入的交流電進行整流，輸出直流電； 濾波電路，對不可控整流電路輸出的直流電進行直流濾波；以及， 逆變電路，將經過濾波的直流電逆變為交流電供負載使用； 還包括變壓器補償控制器，輸入的交流電現經過變壓器補償控制器，再進 入不可控整流電路，對不可控整流電路的輸入電壓進行控制；以及， 所述的逆變電路為串聯諧振逆變電路。優選的是，所述的變壓器補償控制器具有兩套調壓系統，每套調壓系統具 有至少一個次線圈和一個二級主線圈組成的主電路，調壓系統主電路通過與主電路內線圈數量相同對數的同時動作的開關控制；其中一對開關控制二級主線 圈接入主電路的情況；另外的與次線圈數量相同的狀態互補的開關分別控制一 個次線圈接入主電路的情況。優選的是，所述的變壓器補償控制器具有兩套調壓系統，每套調壓系統均 為三個次線圈和一個二級主線圈組成的主電路，調壓系統電路通過四對同時動 作的開關控制；其中一對開關控制二級主線圈接入主電路的情況；另外三對狀 態互補的開關分別控制一個次線圈接入主電路的情況。優選的是，所述的每套調壓系統，在其主迴路內串聯接入並聯的兩個晶閘 管，並且兩個晶閘管的導通方向相反。優選的是，還包括DSP主板，分別與檢測電路、串聯諧振逆變電路和變壓 器補償控制器連接；接收檢測電路反饋的檢測信號，進行分析和處理，並根據 分析結果產生控制信號，控制變壓器補償控制器和串聯諧振逆變電路。優選的是，所述的濾波電路為電容濾波電路。優選的是，所述的串聯諧振逆變電路，採用全控型大功率電力電子器件IGCT 及全控橋逆變電路，和LC串聯諧振方式。一種中頻感應加熱爐，包括爐體、傾爐傳動裝置、操作控制臺、母線、感 應線圈、諧振電容、冷卻水路，以及中頻感應電源；此中頻感應電源包括不 可控整流電路，對輸入的交流電進行整流，輸出直流電；濾波電路，對不可控 整流電路輸出的直流電進行直流濾波；以及，逆變電路，將經過濾波的直流電 逆變為交流電供負載使用；還包括變壓器補償控制器，輸入的交流電現經過變 壓器補償控制器，再進入不可控整流電路，對不可控整流電路的輸入電壓進行 控制；以及，所述的逆變電路為串聯諧振逆變電路。本發明的有益之處是首先，採用了變壓器補償控制器對輸入不可控整流 電路的電壓進行調控，通過改變不可控整流電路的輸入電壓調節輸出功率；其 次，採用DSP主板進行總控制，實現自動化控制；最後，採用本發明所述的中 頻逆變電源的中頻感應加熱爐具有較高的可靠性和穩定性，以及較高的功率因 數。


圖1為本發明的主電路的連接關係示意圖；圖2為本發明的系統原理圖；圖3為單相變壓器補償調壓電路原理圖；圖4為圖2所示的串聯諧振逆變電路的原理圖；圖5為圖4所示的串聯諧振逆變電路的工作狀態示意圖。
具體實施方式
一種中頻逆變電源，如圖1所示，在電路拓撲方面，三相交流電依次經不 可控整流電路l;濾波電路，在本實施例中採用電容濾波電路；串聯諧振逆變電 路2;再輸出交流電供負載3使用。如圖2所示，本發明所述的中頻逆變電源，在調節功率方面採用了變壓器 補償控制器4調節不可控整流電路1的輸入電壓，與串聯諧振逆變電路2調節 其輸出電壓相結合的方式，改變串聯諧振電源只能依靠變頻器調節功率的單一 模式。如圖2所示，本發明所述的中頻逆變電源，在保護和控制方面採用了檢測電路5，以及DSP主板6;其中，檢測電路5與串聯諧振逆變電路2連接，檢測 串聯諧振逆變電路2的電流和電壓，並將檢測到的電流和電壓信號送至DSP主 板6。變壓器補償控制器4的單相變壓器補償調壓電路的原理如圖3所示，通過變 壓器補償控制器4控制開關K1、 K2、 K3、 K4、 K5、 K6、 K7、 K8的不同組合，可 以改變變壓器的輸出電壓。其中，開關Kl至K6均具有一對狀態相反的開關， Kla與Klb經控制將同時改變狀態，但二者的狀態相反，如圖3所示，此時的Kla閉合，而Klb斷開；K2a與K2b、 K3a與K3b、 K4a與K4b、 K5a與K5b，以及 K6a與K6b的關係與Kla與Klb的關係相同。圖中Kl、 K2、 K3、 K7，以及Ql和 Q2組成一套調壓系統；而K4、 K5、 K6、 K8，以及Q3和Q4組成另一套調壓系統。單相變壓器補償調壓電路正常工作時，只有一套系統工作，另一套系統處於 待工作狀態。切換工作時， 一套系統先投入工作狀態，而另一套系統在此系統 處於正常工作狀態後進入等待狀態。單相變壓器補償調壓電路應用的開關可以採用有觸點的開關也可以採用無 觸點開關，在本實施例中採用有觸點開關K1至K8，可以降低損耗，為避免有觸 點開關在切換時產生電腐蝕現象，在電路中的開關切換採用了零電壓零電流技 術，即在零電壓時接通開關，而在零電流時斷開開關，在本實施例中通過圖3 中的無觸點開關晶閘管Q1、 Q2、 Q3、 Q4實現零電壓零電流技術。Ql、 Q2和Q3， Q4作為無觸點開關，是在K1、 K2、 K3和K4，以及K5、 K6、 K7和K8動作後再導通或在先關斷，主要是保證開關切換時為零電壓導通零電流 關斷，以提高開關的使用壽命。如圖3所示，變壓器的輸出端串接在電源上，其中V1和V2為電壓表，二 者測量的電壓應相同。如此，對外輸出電壓與變壓器輸出電壓的關係為線性疊 加關係，通過改變變壓器的輸出電壓就能改變如圖4所示的對外輸出電壓UA。現以K1、 K2、 K3, K7及Q1和Q2工作過程說明如下如圖3所示，Kl、 K2、 K3， K7的不同組合將產生不同的組合電壓(電壓的 變化將按等差數輸出)，則變壓器輸出不同的電壓，該電壓與電源電壓是相位相 差180° ;如此，如圖4所示的對外輸出電壓UA為電源輸入電壓減去變壓器輸出電壓；而Q1和Q2，通過控制其控制端G1和G2控制其開關狀態。圖3中給出的電路為單相電源的調壓電路，要實現三相電源的調壓，只需 要連接三個如圖3所示的單相電源的調壓電路、並調控各電源的相序關係既能 實現，如此可以輸出如圖4所示的三項可控的對外輸出電壓UA、 UB和UC。如圖3所示，串聯在變壓器補償調壓電路中的電源開關KD可控制此調壓電 路的通斷；安全開關KQ在遇見異常情況時，起到安全保護的作用。如圖4所示，經變壓器補償控制器4輸出的三項對外輸出電壓UA、 UB和UC 經過D1、 D2、 D3、 D4、 D5和D6組成的不可控整流電路1進行整流輸出直流電， 再經過濾波進入到串聯諧振逆變電路2。串聯諧振逆變電路2的逆變過程如圖5 所示，四個IGCT (Q5、 Q6、 Q7和Q8)， Q5和Q8為一組，Q6和Q7為另一組， 兩組的控制信號在一個周期內互補動作(可以各有半周正偏，半周反偏)。當負 載為感性時，其工作波形如圖5所示。輸出電壓f/。為矩形波，其幅值fti=Ud, 輸出電流/。的波形隨負載情況而異。tl至t2時間段內Q5和Q8為通態，而Q6 和Q7為斷態。t2時刻時DSP主板6給Q5、 Q8關斷信號，給Q6、 Q7開通信號， 則Q5、 Q8關斷，但由於感性負載中的電流/。，不能立即改變方向，於是D8和 D9導通續流，在t3時刻/。降為零時，D8和D9截止，；。開始反向；同理，在 t4時刻給Q6、 Q7關斷信號，給Q5、 Q8開通信號後，Q6、 Q7關斷，D7， D10先導 通續流，在t5時刻/。降為零時，D7和D10截止，，'。開始反向；tl至t5之間為 一個運行周期，串聯諧振逆變電路2以此周期不端運行。當通過控制Q5和Q6， 以及Q7和Q8的控制端時，可以控制兩組的不同導通時間，改變輸出電壓。如圖2所示檢測電路5將檢測到的電流和電壓信號送給DSP主板6進行分析和處理，DSP主板6經過分析和處理得出控制信號控制變壓器補償控制器4的 開關和晶閘管，以及串聯諧振逆變電路2中的全控型大功率電力電子器件IGCT 的觸發控制端，調節輸出功率。中頻感應加熱爐一般由爐體、傾爐傳動裝置、操作控制臺、母線、感應線 圈、諧振電容、中頻電源裝置與冷卻水路系統組成，在本實施例中，中頻感應 加熱爐採用傳統的結構，只是傳統的中頻電源裝置採用本發明所述的中頻逆變 電源，不僅可以具有較高的功率因素，也可以具有較大的功率範圍。採用本發 明所述的中頻逆變電源的中頻感應加熱爐可以採用單爐或雙爐，根據用戶的具 體要求確定。
權利要求
1. 一種中頻逆變電源，包括不可控整流電路，對輸入的交流電進行整流，輸出直流電；濾波電路，對不可控整流電路輸出的直流電進行直流濾波；以及，逆變電路，將經過濾波的直流電逆變為交流電供負載使用；其特徵在於還包括變壓器補償控制器，輸入的交流電首先經過變壓器補償控制器，再進入不可控整流電路，對不可控整流電路的輸入電壓進行控制；以及，所述的逆變電路為串聯諧振逆變電路。
2、 根據權利要求1所述的中頻逆變電源，其特徵在於所述的變壓器補償控 制器具有兩套調壓系統，每套調壓系統具有至少一個次線圈和一個二級主線圈組成的主電路，調壓系統主電路通過與主電路內線圈數量相同對數的同時動作 的開關控制；其中一對開關控制二級主線圈接入主電路的情況；另外的與次線 圈數量相同的狀態互補的開關分別控制一個次線圈接入主電路的情況。
3、 根據權利要求2所述的中頻逆變電源，其特徵在於所述的變壓器補償控 制器具有兩套調壓系統，每套調壓系統均為三個次線圈和一個二級主線圈組成的主電路，調壓系統電路通過四對同時動作的開關控制；其中一對開關控制二 級主線圈接入主電路的情況；另外三對狀態互補的開關分別控制一個次線圈接 入主電路的情況。
4、 根據權利要求3所述的中頻逆變電源，其特徵在於所述的每套調壓系統， 在其主迴路內串聯接入並聯的兩個晶閘管，並且兩個晶閘管的導通方向相反。
5、 根據權利要求1或4所述的中頻逆變電源，其特徵在於還包括檢測電路， 與所述的逆變電路連接，對逆變電路的輸出電流和電壓進行檢測，並輸出檢測 信號。
6、 根據權利要求5所述的中頻逆變電源，其特徵在於還包括DSP主板，分 別與檢測電路、串聯諧振逆變電路和變壓器補償控制器連接；接收檢測電路反 饋的檢測信號，進行分析和處理，並根據分析結果產生控制信號，控制變壓器 補償控制器和串聯諧振逆變電路。
7、 根據權利要求6所述的中頻逆變電源，其特徵在於所述的濾波電路為電 容濾波電路。
8、 根據權利要求7所述的中頻逆變電源，其特徵在於所述的串聯諧振逆變 電路，採用全控型大功率電力電子器件IGCT及全控橋逆變電路，和LC串聯諧 振方式。
9、 一種應用權利要求1所述的中頻逆變電源的中頻感應加熱爐。
全文摘要
本發明公開了一種中頻逆變電源及其在中頻感應加熱爐中的應用，中頻逆變電源包括不可控整流電路；濾波電路，逆變電路；還包括變壓器補償控制器，輸入的交流電現經過變壓器補償控制器，再進入不可控整流電路，對不可控整流電路的輸入電壓進行控制；以及，所述的逆變電路為串聯諧振逆變電路。應用所述中頻逆變電源的中頻感應加熱爐，提高了功率因數。
文檔編號H05B6/02GK101262720SQ20081008935
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月15日 優先權日2008年4月15日
發明者華 劉 申請人:廣州市宏陽鑄造有限公司;劉 華