專利名稱：一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)igbt逆變式燒結(jié)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域，還涉及有色金屬冶煉與加工技 術(shù)、電力電子技術(shù)、高頻逆變技術(shù)、數(shù)字化控制技術(shù)以及自動(dòng)控制理論與技 術(shù)，具體是指一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)IGBT逆變式燒結(jié)電源。
背景技術(shù)：
有色金屬冶煉與加工行業(yè)是一個(gè)高能耗的行業(yè)， 一般的企業(yè)均將電能作 為生產(chǎn)原材料來(lái)進(jìn)行核算，能耗直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)成本。有色金屬燒結(jié) 過(guò)程的能量損耗很大一部分集中在電能傳遞環(huán)節(jié)，即供電電源環(huán)節(jié)，電源的 效率直接影響到整個(gè)燒結(jié)冶煉過(guò)程的能源利用效率。燒結(jié)能源的功率大，單機(jī)在100KVA以上，甚至高達(dá)2000KVA，并且基 本上是100。/。暫載率長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，環(huán)境溫度較高，對(duì)供電電源的穩(wěn)定性、 可靠性提出了非常嚴(yán)格的要求。供電電源的質(zhì)量在很大程度上取決于功率器 件的水平、控制方法以及主回路關(guān)鍵器件參數(shù)的合理匹配。由于受到器件質(zhì) 量以及科技水平的限制，目前的有色金屬燒結(jié)爐的供電電源部分基本上采用 工頻變壓器降壓之后用低壓工頻交流電供電加熱的方式，采用優(yōu)質(zhì)石墨材料 作為加熱負(fù)載，通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通角大小的方式來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，從而達(dá) 到對(duì)燒結(jié)加熱過(guò)程的溫度控制。這種加熱方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作比較穩(wěn)定可靠， 控制方式簡(jiǎn)單，已經(jīng)在有色金屬燒結(jié)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但是隨著科技的進(jìn) 步以及功率器件的逐步成熟，這種加熱方式的缺點(diǎn)越來(lái)越明顯1、 電能傳遞變換過(guò)程的效率很低，由于電能變換過(guò)程中的頻率很低，變 壓器的銅損、鐵損、磁滯損耗等比較高，實(shí)際效率很難超過(guò)65%，在空載或 者輕載情況下的效率更低，通常在0.3 0.5左右。2、 功率因數(shù)低(空載時(shí)0.35，負(fù)載時(shí)0.6至0.7左右)，有功功率不高， 導(dǎo)致在輸出相同功率的情況下對(duì)電網(wǎng)的容量有更高要求， 一旦需要擴(kuò)大生產(chǎn) 規(guī)模，電網(wǎng)的增容費(fèi)用很高。3、 采用工頻交流直接對(duì)石墨負(fù)載加熱，因?yàn)槭?fù)載為純電阻性it，工 頻交流過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間比較長(zhǎng)，加熱效率難以進(jìn)一步提高。4、 晶閘管屬于半可控器件，無(wú)法自關(guān)斷，采用晶閘管作為功率輸出的調(diào) 節(jié)器件，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)受到限制，整個(gè)控制系統(tǒng)的控制周期比較長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn) 對(duì)能量輸出的精密動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和準(zhǔn)確控制，動(dòng)態(tài)性能欠佳，特別是在較低功率工作時(shí)穩(wěn)定性和連續(xù)性較差；5、 體積龐大，耗材多，重量重，占用空間。20世紀(jì)70年代末期以來(lái)，逆變技術(shù)因其高效節(jié)能省材等優(yōu)點(diǎn)開(kāi)始得到越 來(lái)越多的關(guān)注，被譽(yù)為"明天的電源"，"新一代的電源"。采用逆變技術(shù) 是解決以上這些問(wèn)題的良好方法。首先，逆變技術(shù)大幅度提高電源的轉(zhuǎn)換頻 率，使得電源主變壓器的體積、質(zhì)量大幅度地減小；同時(shí)，由于電子功率器 件工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，變壓器等可以采用鐵損系數(shù)很小的磁芯材料，效率得到 極大地提高；由于主電路中存在電容，功率因數(shù)得到提高，節(jié)能效果明顯； 此外，由于工作頻率很高，主電路中濾波電感值小，電磁慣性小，易于獲得 良好的動(dòng)特性，因此可控性好。逆變電源的數(shù)字化控制是大勢(shì)所趨。工業(yè)逆變電源的數(shù)字化控制技術(shù)， 使逆變電源更可靠，性能更好，功能更全，. 一致性更好。逆變電源的數(shù)字化 控制技術(shù)主要有兩個(gè)目的 一是使用數(shù)字化技術(shù)迅速解決逆變電源自身問(wèn)題； 二是用數(shù)字化技術(shù)提升逆變電源的功能，滿足先進(jìn)制造技術(shù)的需求。數(shù)字化 控制易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制算法，使得工業(yè)電源的智能化程度 更高，性能更加完美；控制系統(tǒng)靈活，系統(tǒng)升級(jí)方便，易于實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的協(xié) 同控制，甚至可以在線修改控制算法及控制參數(shù)，而不必改動(dòng)硬件線路，大 大縮短了設(shè)計(jì)周期；控制電路的元器件數(shù)量明顯減少，提高了系統(tǒng)的抗干擾 能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性；控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化；系統(tǒng)的一致性較 好，生產(chǎn)制造方便；由于控制方法靈活，便于多個(gè)逆變電源并聯(lián)運(yùn)行控制， 從而實(shí)現(xiàn)更大功率輸出。目前，嚴(yán)重制約大功率特種工業(yè)逆變電源發(fā)展的問(wèn)題之一就是其對(duì)環(huán)境 的污染問(wèn)題，"電磁污染"已經(jīng)繼"水、氣、渣、聲"之后被確定為第五大 環(huán)境污染源。為進(jìn)一步提高我國(guó)電氣電子產(chǎn)品的安全性和可靠性，電氣電子 產(chǎn)品的電磁兼容性要求將納入國(guó)家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證范圍。在出口方面，由于 受歐盟指令的限制，我國(guó)特種工業(yè)逆變電源產(chǎn)品很難進(jìn)入歐洲市場(chǎng)。中國(guó)已 經(jīng)加入WTO，隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，如不加快逆變電源的"綠色化"改造進(jìn)程，國(guó)產(chǎn)的特種工業(yè)逆變電源很可能被擠出國(guó)際甚至國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。 采用軟開(kāi)關(guān)高頻逆變技術(shù)，不僅可以有效改善功率器件工作環(huán)境、提高系統(tǒng) 可靠性，還可以有效地降低大功率特種工業(yè)電源的電磁干擾，提高逆變電源 的電磁兼容性。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，針對(duì) 目前有色金屬冶煉與加工供電電源存在的問(wèn)題以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，提供一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)IGBT逆變式燒結(jié)電源，效率可髙達(dá)90%，節(jié)省制造 材料，體積小巧，沖擊電流小，電磁兼容性好，可靠性髙，并減少對(duì)電網(wǎng)的 干擾，加熱速度快，加熱過(guò)程可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)優(yōu)化匹配，加熱質(zhì)量高，特別適 合有色金屬冶煉與加工行業(yè)應(yīng)用。本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)所述一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)IGBT逆變式燒結(jié)電源，包括多組主機(jī)電源 電路、程序控制模塊相互連接組成，所述多組主機(jī)電源電路相互并聯(lián)，并分 別與程序控制模塊相連接；所述主機(jī)電源電路包括主電路和控制電路相互連 接組成；所述主電路包括整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊、整 流平滑和穩(wěn)弧模塊依次連接組成，所述整流濾波模塊還與三相交流輸入電源 相連接，所述整流平滑和穩(wěn)弧模塊還與負(fù)載相連接；所述控制電路包括電流 電壓檢測(cè)模塊、參數(shù)給定模塊、比較器、控制系統(tǒng)、脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū) 動(dòng)模塊相互連接組成，所述電流電壓檢測(cè)模塊的一端與負(fù)載相連接，另一端 與比較器的輸入端相連接，所述參數(shù)給定模塊與比較器的另一輸入端相連接， 所述比較器的輸出端與控制系統(tǒng)相連接，所述控制系統(tǒng)與脈寬調(diào)制模塊、高 頻驅(qū)動(dòng)模塊依次連接，還與程序控制模塊相連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊與高頻 逆變模塊相連接。為了更好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述主機(jī)電源電路包括安全保護(hù)電路，所 述安全保護(hù)電路包括網(wǎng)壓檢測(cè)模塊、過(guò)熱檢測(cè)模塊、安全保護(hù)模塊相互連接 組成；所述網(wǎng)壓檢測(cè)模塊的一端與三相交流輸入電源相連接，另一端與安全 保護(hù)模塊相連接，所述安全保護(hù)模塊還分別與過(guò)熱檢測(cè)模塊、脈寬調(diào)制模塊 相連接。所述過(guò)熱檢測(cè)模塊的一端分別與高頻逆變模塊的散熱器以及功率變 壓模塊相連接，另一端與安全保護(hù)模塊相連接。所述控制系統(tǒng)主要由可編程控制器PALCE22V10Q、反相器芯片ULN2003A以及輔助電路相互連接組 成。所述脈寬調(diào)制模塊主要由誤差放大電路、反相器芯片ULN2003A和移相 集成控制芯片UC3879及輔助電路相互連接組成。所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊主要由 兩個(gè)高頻脈沖變壓器M1和M2、芯片2SK1417、 M74HC4049和CD4011及輔助電路相互連接組成。所述程序控制模塊主要由NE555、 LM324、 LM393、 CD4066以及外圍電路組成。本實(shí)用新型采用高頻IGBT軟開(kāi)關(guān)逆變技術(shù)，其單管或者模塊的容量比 較大，耐壓最高達(dá)6500V以上，電流容量可達(dá)3300A，特別適合金屬冶煉燒 結(jié)應(yīng)用對(duì)大功率供電的耍求。通過(guò)智能型積木式、t莫塊式結(jié)構(gòu)，由多組結(jié)構(gòu) 基本相同的模塊式主機(jī)電源電路并聯(lián)工作，在程序控制模塊的協(xié)同控制作用 下，通過(guò)積木式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)功率增大，構(gòu)成大功率高頻軟開(kāi)關(guān)逆變式燒結(jié)電源。 多組模塊式主機(jī)電源電路的控制系統(tǒng)通過(guò)程序控制模塊相連接，實(shí)現(xiàn)多模塊 的均流控制和協(xié)同工作，調(diào)節(jié)輸出電壓電流以及顯示。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、 本實(shí)用新型采用先進(jìn)的高頻IGBT軟開(kāi)關(guān)逆變技術(shù)，效率高達(dá)90%， 節(jié)省制造材料，沖擊電流很小，電磁兼容性好，并減少對(duì)電網(wǎng)的千擾，可靠 性髙，節(jié)能，體積小，重量輕，移動(dòng)方便。2、 本實(shí)用新型以可編程控制器PALCE22V10Q為控制核心，易于實(shí)現(xiàn) 多特性和多功能的轉(zhuǎn)換， 一元化調(diào)節(jié)、自動(dòng)匹配加熱參數(shù)，操作簡(jiǎn)單、快捷。3、 本實(shí)用新型采用數(shù)字化動(dòng)特性精密控制技術(shù)，系統(tǒng)具有良好的動(dòng)特性， 加熱迅速準(zhǔn)確，并具備自動(dòng)電網(wǎng)波動(dòng)補(bǔ)償功能——電網(wǎng)波動(dòng)士15。/o不影響燒 結(jié)電源正常工作。4、 本實(shí)用新型采用了積木式、模塊式的結(jié)構(gòu)，通過(guò)協(xié)同控制實(shí)現(xiàn)多組并 聯(lián)模塊的自動(dòng)均流與協(xié)同工作，在增大輸出功率的同吋，進(jìn)一步提高了系統(tǒng) 的冗余能力和可靠性，特別適合有色金屬冶煉與加工行業(yè)應(yīng)用。
圖1是本實(shí)用新型的電路方框圖； 圖2是本實(shí)用新型的單組主機(jī)電源電路的電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型的脈寬調(diào)制模塊的電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型的高頻驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖圖5是本實(shí)用新型的安全保護(hù)電路的電路原理圖； 圖6是本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)的電路原理圖； 圖7是本實(shí)用新型的程序控制模塊的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用 新型的實(shí)現(xiàn)方式并不限于此。如圖1所示，本實(shí)用新型所述一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)IGBT逆變式燒結(jié) 電源包括多組主機(jī)電源電路(模塊1、 2……n)、程序控制模塊112相互連 接組成，多組主機(jī)電源電路(模塊1、 2……n)相互并聯(lián)，并分別與程序控 制模塊112相連接。單組主機(jī)電源電路包括主電路和控制電路。主電路由依 次連接的整流濾波模塊101、高頻逆變模塊102、功率變壓模塊103和整流 平滑和穩(wěn)弧模塊104組成。整流濾波模塊101與三相交流輸入電源相連接， 整流平滑和穩(wěn)弧模塊104與負(fù)載相連接?？刂齐娐钒娏麟妷簷z測(cè)模塊 109、參數(shù)給定模塊110、比較器113、控制系統(tǒng)111、脈寬調(diào)制模塊107 和高頻驅(qū)動(dòng)模塊108。電流電壓檢測(cè)模塊109的一端與負(fù)載相連接，另一端 與比較器113輸入端相連接，參數(shù)給定模塊110與比較器113的另一輸入端 相連接，比較器113的輸出端與控制系統(tǒng)111相連接，控制系統(tǒng)111與脈寬 調(diào)制模塊107相連接，脈寬調(diào)制模塊107與高頻驅(qū)動(dòng)模塊108相連接，高頻 驅(qū)動(dòng)模塊108與高頻逆變模塊102相連接。主電路還包括安全保護(hù)電路，該 電路包括網(wǎng)壓檢測(cè)模塊105、過(guò)熱檢測(cè)模塊114、安全保護(hù)模塊106;網(wǎng)壓 檢測(cè)模塊105的一端與接入的三相交流電源連接，另一端與安全保護(hù)模塊 106連接，安全保護(hù)模塊106與脈寬調(diào)制模塊107連接。兩組主機(jī)電源電路 的控制系統(tǒng)111之間通過(guò)程序控制模塊112相連接。網(wǎng)壓檢測(cè)模塊105檢測(cè) 三相交流輸入電壓。過(guò)熱檢測(cè)模塊114的一端分別與高頻逆變模塊102的散 熱器以及功率變壓模塊103相連接，另一端與安全保護(hù)模塊106相連接。安 全保護(hù)模塊106實(shí)現(xiàn)欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱等保護(hù)。參數(shù)給定模塊110由 兩個(gè)電位器組成，給定電壓和電流。比較器113采用TL084比較器，對(duì)外環(huán) 檢測(cè)信號(hào)與給定參數(shù)進(jìn)行比較。電流電壓檢測(cè)模塊109為電流電壓HALL傳感器，分別實(shí)時(shí)采集實(shí)際的輸出電流和電壓，送至閉環(huán)控制電路以及顯示電 路。如圖2所示，三相交流輸入電源接整流濾波模塊101的整流橋，然后連 接濾波環(huán)節(jié)L1 、 C5—a，再連接高頻逆變模塊102的逆變橋VT1—4、 C11 _ 14、 R5-8，其中，R5-8在實(shí)際電路當(dāng)中用零電阻線代替，Cn—"為外接的諧振電 容。高頻逆變模塊102的輸出接功率變壓模塊103的高頻功率變壓器T1初 級(jí)，變壓器次級(jí)通過(guò)高頻全波整流電路D卜4、濾波環(huán)節(jié)L2、 C9—1Q、 C15-16、 R卜2、 R9后輸出直流電，以上環(huán)節(jié)構(gòu)成功率主電路。高頻逆變模塊102包括 TR1和TR2兩個(gè)逆變橋臂(分別為超前橋臂和滯后橋臂)，每個(gè)橋臂包含了 兩個(gè)單元的IGBT。電流電壓檢測(cè)模塊109同比較器113連接、再與控制系 統(tǒng)111的PALCE22V10Q通過(guò)反相器ULN2003A相連接。控制系統(tǒng)111的 輸出端同脈寬調(diào)制模塊107的移相集成控制芯片UC3879相連接，移相集成 控制芯片UC3879的輸出端分別與高頻驅(qū)動(dòng)模塊108相連接，高頻驅(qū)動(dòng)模塊 108的輸出端分別與高頻逆變模塊102的四個(gè)開(kāi)關(guān)管的G、 E極相連接，i:. 述環(huán)節(jié)構(gòu)成反饋閉環(huán)控制電路。逆變后的高頻(20KHz)高壓電經(jīng)變壓器T1 降壓后，通過(guò)高頻整流由快速二極管并聯(lián)構(gòu)成的全波整流電路，再經(jīng)輸出電 感L2濾波后輸出。如圖3、 4所示，脈寬調(diào)制模塊107主要由誤差放大電路、反相器芯片 ULN2003A和移相集成控制芯片UC3879及輔助電路相互連接組成高頻驅(qū) 動(dòng)模塊108主要由兩個(gè)高頻脈沖變壓器M1和M2、芯片2SK1417、 M74HC4049和CD4011及輔助電路相互連接組成。高頻驅(qū)動(dòng)模塊108主要 起到數(shù)模隔離以及功率放大作用，脈寬調(diào)制模塊107的UC3879輸出的四路 相位差可調(diào)、死區(qū)時(shí)間可調(diào)的PWM信號(hào)，通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊108之后分別 驅(qū)動(dòng)超前和滯后逆變橋臂TR1、 TR2的四個(gè)IGBT模塊。PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)高 頻驅(qū)動(dòng)模塊108隔離放大之后，轉(zhuǎn)變?yōu)檎氩ㄗ罡叻? 15V，負(fù)半波最低 幅值-15V的交流脈沖信號(hào)，可以滿足大功率IGBT可靠開(kāi)啟和關(guān)斷的需要。 通過(guò)控制超前橋臂TR1和滯后橋臂TR2的相位差異，也即控制PWM信號(hào) 的移相角，通過(guò)逆變主回路屮的外接諧振電容、寄生電容和功率變壓器的寄 生電感、漏感等構(gòu)成了一個(gè)LC諧振回路，在功率開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)過(guò)程中實(shí)現(xiàn) 零電壓諧振換流，開(kāi)關(guān)損耗低，器件的電磁應(yīng)力大幅度降低，改善了功率開(kāi) 關(guān)管的工作環(huán)境，提高了逆變電源的電磁兼容能力和工作可靠性。如圖5所示，在安全保護(hù)電路中，CN6連接過(guò)熱檢測(cè)模塊114，并與過(guò)熱、過(guò)流以及關(guān)斷信號(hào)的信號(hào)線和三個(gè)與門邏輯電路以及反相器芯片ULN2003A相連接，通過(guò)ULN2003A與集成移相控制芯片UC3879的相連 接。 一旦出現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)壓或者欠壓情況，ULN2003A輸出有效的控制信號(hào)給 UC3879，使得UC3879移相脈寬迅速調(diào)整，導(dǎo)致逆變橋關(guān)斷，停止輸出。如圖6所示，控制系統(tǒng)111主要由可編程控制器PALCE22V10Q、反相 器ULN2003A以及輔助電路相互連接組成。PALCE22V10Q系統(tǒng)作為閉環(huán)模 糊控制的核心，采樣電流電壓與給定信號(hào)的偏差在內(nèi)部進(jìn)行模糊運(yùn)算過(guò)程， 輸出信號(hào)作為脈寬調(diào)制模塊107中集成控制芯片UC3879的輸入信號(hào)，該信 號(hào)同注入的電流電壓信號(hào)比較，確定移相PWM的移相寬度，從而控制電源 的輸出。如圖7所示，程序控制模塊112主要由NE555、LM324、LM393、CD4066等電子器件構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)多組模塊信號(hào)的運(yùn)算處理、均流控制、協(xié)同工作和 程序控制。多套模塊式主機(jī)電源電路的控制系統(tǒng)111分別與CN1、CN2、CN3 等接口端子連接，輸入電流電壓信號(hào)以及顯示信息，CN5接口主要實(shí)現(xiàn)電流 電壓調(diào)節(jié)，CN6接口主要實(shí)現(xiàn)本地/遠(yuǎn)程控制功能接口， CN7/CN8接口實(shí) 現(xiàn)電流電壓輸出顯示等功能。應(yīng)用本實(shí)用新型時(shí)，三相工頻交流電經(jīng)過(guò)整流濾波模塊101后成為平滑 直流電，進(jìn)入高頻逆變模塊102，控制系統(tǒng)111根據(jù)電流電壓檢測(cè)模塊109 檢測(cè)到負(fù)載的電流、電壓信號(hào)與參數(shù)給定模塊110給定的參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng) 過(guò)控制系統(tǒng)111的模糊控制算法運(yùn)算，發(fā)給脈寬調(diào)制模塊107—個(gè)信號(hào)，脈 寬調(diào)制模塊107根據(jù)控制系統(tǒng)111設(shè)定的算法產(chǎn)生四路移相PWM信號(hào)，并 通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊108放大去控制高頻逆變模塊102的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān) 斷，由于高頻逆變模塊102的諧振電容和功率變壓模塊103寄生的電感產(chǎn)生 諧振以及四個(gè)IGBT開(kāi)通存在相位差，使IGBT開(kāi)關(guān)管能夠諧振換流，最終 實(shí)現(xiàn)零電壓軟開(kāi)關(guān)，從而得到20KHz高頻高壓電，高頻高壓電再經(jīng)過(guò)功率變 壓模塊103轉(zhuǎn)換成符合燒結(jié)加熱工藝要求的大電流低電壓輸出，經(jīng)過(guò)整流平 滑和穩(wěn)弧模塊104，吸收整流環(huán)節(jié)的電壓尖峰，并在小電流工作以及電流變 化較大的情況下進(jìn)行能量供給微調(diào)，得到更加平滑的功率輸出，這就是反饋 模糊閉環(huán)控制過(guò)程。網(wǎng)壓檢測(cè)模塊105檢測(cè)三相工頻電壓，把檢測(cè)到的電壓 信號(hào)送給安全保護(hù)模塊106，過(guò)熱檢測(cè)模塊114檢測(cè)高頻逆變模塊102以及功率變壓模塊103的溫升情況，如出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、國(guó)人等現(xiàn)象，安 全保護(hù)模塊106將送給脈寬調(diào)制模塊107 —個(gè)信號(hào)，通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊108 關(guān)斷高頻逆變模塊102的開(kāi)關(guān)管，保護(hù)主電路安全工作。 本實(shí)用新型的上述實(shí)施例具有以下顯著特征1、 本實(shí)施例首次使用智能型積木式、模塊式結(jié)構(gòu)的多組結(jié)構(gòu)基本相同的 主機(jī)電源電路，解決了大電流高功率情況下的并聯(lián)均流工作問(wèn)題，使逆變式 燒結(jié)電源功率可靠增大到100KW級(jí)以上，滿足金屬冶煉與加工行業(yè)對(duì)燒結(jié) 能源的功率的需求；由于采用程序控制模塊控制多組結(jié)構(gòu)基本相同的主機(jī)電 源電路的輸出，這種模塊式、積木式的控制結(jié)構(gòu)提高了燒結(jié)電源的冗余能力， 進(jìn)一步提高了燒結(jié)電源對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、大電流、持續(xù)生產(chǎn)等惡劣的金屬冶煉與加 工生產(chǎn)環(huán)境的適應(yīng)能力。2、 本實(shí)施例采用先進(jìn)的高頻IGBT軟開(kāi)關(guān)逆變技術(shù)，使節(jié)電優(yōu)勢(shì)特別明 顯，效率高達(dá)90%，沖擊電流很小，可靠性髙，體積小，重量輕，移動(dòng)方便。 更為重要的是，采用該新型軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，不僅可以有效改善功率器件工作環(huán) 境、提高系統(tǒng)可靠性，還可以有效地降低大功率特種工業(yè)電源的電磁干擾， 提高逆變電源的電磁兼容能力。3、 本實(shí)施例以可編程控制器PALCE22V10Q為控制核心，采用數(shù)字化 動(dòng)特性精密控制技術(shù)，系統(tǒng)具有良好的動(dòng)特性，易于實(shí)現(xiàn)多特性和多功能的 轉(zhuǎn)換， 一元化調(diào)節(jié)、自動(dòng)匹配加熱參數(shù)，操作簡(jiǎn)單、快捷。由于燒結(jié)采用純 電阻性質(zhì)的石墨材料作為發(fā)熱載體，本實(shí)用新型的輸出為直流/脈沖直流方 式，不存在工頻交流加熱過(guò)程過(guò)零點(diǎn)問(wèn)題，使得加熱迅速準(zhǔn)確，大大提高了 燒結(jié)過(guò)程的工藝性能，使得工藝過(guò)程的可控性得到了極大的提高，可以進(jìn)一 步降低能耗，提高燒結(jié)質(zhì)量。4、 本實(shí)施例設(shè)置了較全面的安全檢測(cè)與保護(hù)電路，包括過(guò)壓、欠壓、過(guò) 流、過(guò)熱等等保護(hù)電路，有效地提高了燒結(jié)能源的安全性和可靠性，并具備 自動(dòng)電網(wǎng)波動(dòng)補(bǔ)償功能——在電網(wǎng)波動(dòng)±15%的情況下都不會(huì)影響燒結(jié)電源 的正常工作。如上所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1、一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)IGBT逆變式燒結(jié)電源，其特征是，包括多組主機(jī)電源電路、程序控制模塊相互連接組成，所述多組主機(jī)電源電路相互并聯(lián)，并分別與程序控制模塊相連接；所述主機(jī)電源電路包括主電路和控制電路相互連接組成；所述主電路包括整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊、整流平滑和穩(wěn)弧模塊依次連接組成，所述整流濾波模塊還與三相交流輸入電源相連接，所述整流平滑和穩(wěn)弧模塊還與負(fù)載相連接；所述控制電路包括電流電壓檢測(cè)模塊、參數(shù)給定模塊、比較器、控制系統(tǒng)、脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動(dòng)模塊相互連接組成，所述電流電壓檢測(cè)模塊的一端與負(fù)載相連接，另一端與比較器的輸入端相連接，所述參數(shù)給定模塊與比較器的另一輸入端相連接，所述比較器的輸出端與控制系統(tǒng)相連接，所述控制系統(tǒng)與脈寬調(diào)制模塊、高頻驅(qū)動(dòng)模塊依次連接，還與程序控制模塊相連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊與高頻逆變模塊相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)IGBT逆變式燒結(jié)電源， 其特征是，所述主機(jī)電源電路包括安全保護(hù)電路，所述安全保護(hù)電路包括網(wǎng) 壓檢測(cè)模塊、過(guò)熱檢測(cè)模塊、安全保護(hù)模塊相互連接組成；所述網(wǎng)壓撿測(cè)模 塊的一端與三相交流輸入電源相連接，另一端與安全保護(hù)模塊相連接，所述 安全保護(hù)模塊還分別與過(guò)熱檢測(cè)模塊、脈寬調(diào)制模塊相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)IGBT逆變式燒結(jié)電源， 其特征是，所述過(guò)熱檢測(cè)模塊的一端分別與高頻逆變模塊的散熱器以及功率 變壓模塊相連接，另一端與安全保護(hù)模塊相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)IGBT逆變式燒結(jié)電源， 其特征是，所述控制系統(tǒng)主要由可編程控制器PALCE22V10Q、反相器芯片 ULN2003A以及輔助電路相互連接組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)IGBT逆變式燒結(jié)電源， 其特征是，所述脈寬調(diào)制模塊主要由誤差放大電路、反相器芯片ULN2003A 和移相集成控制芯片UC3879及輔助電路相互連接組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)K3BT逆變式燒結(jié)電源, 其特征是，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊主要由兩個(gè)高頻脈沖變壓器M1和M2、芯片 2SK1417、 M74HC4049和CD4011及輔助電路相互連接組成。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)IGBT逆變式燒結(jié)電源， 其特征是，所述程序控制模塊主要由NE555、 LM324、 LM393、 CD4066以及外圍電路組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種大功率高頻軟開(kāi)關(guān)IGBT逆變式燒結(jié)電源，包括多組主機(jī)電源電路、程序控制模塊相互連接組成，所述多組主機(jī)電源電路相互并聯(lián)，并分別與程序控制模塊相連接。本實(shí)用新型采用高頻IGBT軟開(kāi)關(guān)逆變技術(shù)，效率達(dá)90％，節(jié)省制造材料，沖擊電流小，電磁兼容性好，并減少對(duì)電網(wǎng)的干擾，可靠性高，節(jié)能，體積小，重量輕；易于實(shí)現(xiàn)多特性和多功能的轉(zhuǎn)換，一元化調(diào)節(jié)、自動(dòng)匹配加熱參數(shù)，操作簡(jiǎn)單、快捷；系統(tǒng)具有良好的動(dòng)特性，加熱迅速準(zhǔn)確，并具備自動(dòng)電網(wǎng)波動(dòng)補(bǔ)償功能；采用了積木式、模塊式結(jié)構(gòu)，通過(guò)協(xié)同控制實(shí)現(xiàn)多組并聯(lián)模塊的自動(dòng)均流與協(xié)同工作，在增大輸出功率的同時(shí)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的冗余能力和可靠性。
文檔編號(hào)H02M1/32GK201118463SQ20072005957
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者王振民, 黃石生 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)