專利名稱：中頻感應電爐用一拖二變頻供電裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及感應加熱技術領域，尤其是涉及一種中頻感應電爐用 一拖二變頻供電裝置。
背景技術：
現(xiàn)有中頻感應電爐所釆用的一拖二變頻供電方式主要有以下兩種第 一種方案是釆用兩套并聯(lián)的逆變變頻電源分別向兩臺爐子供電，其中一套 向保溫作業(yè)的電爐供電，因而該套逆變變頻電源的功率僅是20%左右，則 將會造成電網惻功率因數(shù)低；另外，由于使用了兩套電源，因而所需使用 兩套整流變壓器，最終造成投資成本高且占地空間大。第二種方案為2005 年11月16日公告的實用新型專利CN2741307中所披露的雙供電感應熔煉 裝置，該雙供電感應熔煉裝置具體是釆用一套由6只晶閘管組成的整流電 路以及并接在此整流電路上的兩個獨立工作的串聯(lián)逆變電路組成，并且其 串聯(lián)逆變電路中的控制器件為晶閘管。第二種方案雖然解決了第一種方案 缺點和不足，但也存在著一些問題。具體是由于其串聯(lián)逆變電路中釆用 的控制器件是晶閘管，由于晶閘管沒有自關斷能力，所以釆用負載換相， 需要關斷時間，因而工作不可靠，而且故障保護困難；另外，其工作頻率 只能低于諧振頻率，工作頻率范圍小，對負載適應性差；其整流電路也釆 用晶闊管，因而附帶有對晶閘管進行控制的控制單元，線路復雜。

實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提 供一種中頻感應電爐用一拖二變頻供電裝置，其電路簡單合理、使用成本 低且使用搡作簡便、動作性能可靠，能同時向兩臺電爐供電且無需任何切換開關或脈沖分配，真正實現(xiàn)了中頻感應電爐的雙向供電。
為解決上述技術問題，本實用新型釆用的技術方案是 一種中頻感應電 爐用一拖二變頻供電裝置，包括三相交流電源以及對所述三相交流電源進
行整流的整流電路，其特征在于還包括并接在整流電路輸出端上的兩個
獨立工作的串聯(lián)逆變電路，所述串聯(lián)逆變電路為由兩個相串接的補償電容
器和兩個相串接的IGBT模塊組成的半橋串聯(lián)逆變電路，兩個相串接的補 償電容器和兩個相串接的IGBT模塊均并接在整流電路的輸出端上，所述 IGBT模塊由一 IGBT管和一反并接在所述IGBT管上的快速恢復二極管組 成；兩個補償電容器的串接點和兩個IGBT模塊的串接點分別接中頻感應 電爐的感應線圈。
所述整流電路為由六個二極管組成的三相橋式整流電路。 所述整流電路的輸出端上還接有由濾波電抗器Ld和濾波電容器Cd組 成的LC濾波電路；所述三相交流電源經整流電路整流且經LC濾波電路濾 波后，輸入至所述串聯(lián)逆變電路。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點，1、電路簡單合理，使用 成本低且操作使用簡便。2、體積小，節(jié)省占地面積。3、其三相交流電源 的整流電路為由6個二極管組成的三相橋式整流電路，由于其整流元件釆 用二極管，無需控制，輸入電壓電流始終同相，因而電網側功率因數(shù)高。 另外，正由于本實用新型所釆用的整流方式為三相全波整流方式，則三相 自然平衡。同時，整流電路輸出端上接有由濾波電抗器L和濾波電容器 Cd組成的LC濾波電路；三相交流電源經整流電路整流且經LC濾波電路濾 波后，輸入至串聯(lián)逆變電路。4、性能安全可靠，其并接在整流電路輸出 端上的兩個獨立工作的串聯(lián)逆變電路均為由兩個相串接的補償電容器和 兩個相串接的IGBT模塊組成的半橋串聯(lián)逆變電路，兩個相串接的補償電 容器和兩個相串接的IGBT模塊均并接在整流電路的輸出端上；兩個補償 電容器的串接點和兩個IGBT模塊的串接點分別接中頻感應電爐的感應線 圈即負載線圈，通過此半橋串聯(lián)逆變電路向感應線圈提供變頻交變電能，綜上，本實用新型通過并接在整流電路輸出端上的兩個獨立工作的半橋串 聯(lián)逆變電路，實現(xiàn)一臺電源能同時向兩臺中頻感應電爐供電的目的，并能 在額定功率范圍內自由分配向各臺電爐的輸出功率；由于兩臺電爐的功率
可以自由分配，使兩臺電爐實現(xiàn)一臺保溫/澆注， 一臺熔化；或者兩臺同 時熔化；或者一臺工作，另一臺燒結爐襯的功能，因而大大提高了電爐和 功率的利用率，同時也減少了變壓器配置容量。5、由于IGBT模塊由一 IGBT 管和一反并接在所述IGBT管上的快速恢復用二極管組成，由于IGBT管(即 絕緣柵雙極晶體管)具有自關斷能力，通過對其基極進行控制，可在任何 時候令其瞬時通斷，不像可控硅那樣需要關斷時間，因此電路結構簡單、 可靠、負載功率因數(shù)高。另外，由IGBT模塊組成的半橋串聯(lián)逆變電路工 作頻率可高于固有諧振頻率，因而工作頻率范圍寬，這樣，在冷料熔化或 空爐加料時可提高工作頻率，使電爐效率提高，加熱速度加快。6、本實 用新型的工作原理是對其中一串聯(lián)逆變電路而言，當IGBT模塊正向導 通即正導通時，電流從濾波電容器Cd流入該串聯(lián)逆變電路，中頻感應線圈 即負載線圈得到有功功率；當IGBT模塊反向導通即反導通時，由于串聯(lián) 逆變電路的電流方向為從串聯(lián)逆變電路向外流出，因而串聯(lián)逆變電路中的 能量回送到濾波電容器Cd中進行保存。綜上，負載線圈中實際得到的功率 是IGBT模塊正向導通期間三相交流電源送出的能量和IGBT模塊反向導通 期間串聯(lián)逆變電路回送的能量之差。實際應用過程中，通過改變IGBT模 塊中IGBT管的觸發(fā)頻率，就會改變正向電流和反向電流的時間比。當觸 發(fā)頻率接近諧振頻率時，正向電流時間變長，反向電流時間變短，負載線 圈的功率就增大。當觸發(fā)頻率遠離諧振頻率時，情況相反。因此，對于本 實用新型來說，只需改變IGBT模塊中IGBT管的觸發(fā)頻率就可以改變負載 線圈上的功率。綜上，由于濾波電容器Cd容量很大，它對中頻電流是直通 的，因而工作時，兩個IGBT模塊對感應線圈來說，相當于交流供電，這 種電路等效為標準的串聯(lián)諧振電路，調節(jié)兩個IGBT模塊中IGBT管的開關 頻率就可以改變感應線圈的功率?？傊?，本實用新型電路簡單合理、使用成本低且使用操作靈活方便，通過本實用新型兩臺電爐可同時得到功率， 無需任何切換開關或脈沖分配，并且在兩臺電爐的輸出功率可在0-100% 范圍內任意分配，從而實現(xiàn)中頻感應電爐真正意義上的雙向供電。
下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。


圖l為本實用新型的電路原理圖。
附圖標記說明
l一整流電路； 2 —串聯(lián)逆變電路一
4一IGBT模塊一； 5 — IGBT模塊二；
7 —IGBT模塊三； 8 —IGBT模塊四；
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括三相交流電源以及對所述三相交流電源 進行整流的整流電路1,還包括并接在整流電路1輸出端上的兩個獨立工 作的串聯(lián)逆變電路，所述串聯(lián)逆變電路為由兩個相串接的補償電容器和兩 個相串接的IGBT模塊組成的半橋串聯(lián)逆變電路，兩個相串接的補償電容 器和兩個相串接的IGBT模塊均并接在整流電路1的輸出端上，所述IGBT 模塊由一 IGBT管和一反并接在所述IGBT管上的快速恢復二極管組成；兩 個補償電容器的串接點和兩個IGBT模塊的串接點分別接中頻感應電爐的 感應線圏。所述整流電路1為由六個二極管組成的三相橋式整流電路。所 述整流電路1的輸出端上還接有由濾波電抗器Ld和濾波電容器"組成的 LC濾波電路3;所述三相交流電源經整流電路1整流且經LC濾波電路3 濾波后，輸入至所述串聯(lián)逆變電路。
本實施例中，所述整流電路l為由六個二極管即二極管Dl-D6組成的 三相橋式整流電路，并接在整流電路1輸出端上的兩個串聯(lián)逆變電路為串 聯(lián)逆變電路一 2和串聯(lián)逆變電路二 6。所述三相交流電源經整流電路1整
3—LC濾波電路； 6—串聯(lián)逆變電路二;流且經LC濾波電路3濾波后，分別輸入至串聯(lián)逆變電路一 2和串聯(lián)逆變 電路二6。其中，組成串聯(lián)逆變電路一 2的兩個相串接的補償電容器為補 償電容器Cu和Cs2，兩個相串接的IGBT模塊為IGBT模塊一 4和IGBT模塊 二 5;補償電容器Cu和Cs2的串接點V以及IGBT模塊一 4和IGBT模塊二 5 的串接點W分別接一臺中頻感應電爐即lf電爐的感應線圈L。同樣，組成 串聯(lián)逆變電路二 6的兩個相串接的補償電容器為補償電容器Cd和Cs4,兩 個相串接的IGBT模塊為IGBT模塊三7和IGBT模塊四8;補償電容器Cs3 和Cs4的串接點M以及IGBT模塊三7和IGBT模塊四8的串接點N分別接 另一臺中頻感應電爐即2#電爐的感應線圈L，。所述整流電路l的正輸出 端經濾波電抗器Ld和濾波電容器Cd后接整流電路1的負輸出端，補償電容 器C^和Cs2串接后、IGBT模塊一 4和IGBT模塊二 5串接后、補償電容器 Cs3和"4串接后以及IGBT模塊三7和IGBT模塊四8串接后均并接在濾波 電容器"的兩端。
本實用新型的工作過程是以為1#電爐的感應線圈L提供變頻交變電 能的串聯(lián)逆變電路一 2的工作過程為例進行說明，初始狀態(tài)下即tl時刻， 感應線圈L的電流方向為從左至右(如圖1所示箭頭指示方向)，關斷IGBT 模塊一4，由于感應線圈L是電感元件，其電流不能突變，因而感應線圈 L中的電流即電爐電流全部換到IGBT模塊二 5中反并接的二極管上，即 IGBT模塊二 5為反導通狀態(tài)。此時，補償電容器d所構成的電流回路為 由補償電容器Csi、濾波電容器Cd、 IGBT模塊二 5的二極管以及感應線圈 L依次連通組成的電流回路；補償電容器Cs2所構成的電流回路為由補償 電容器Cs2、 IGBT模塊二 5的二極管以及感應線圈L依次連通組成的電流 回路，也就是說，此時，補償電容器"2的電壓為上負下正?？傊?，在tl 時刻，關斷IGBT模塊一4后，IGBT模塊二 5處于反導通狀態(tài)，此時感應 線圏L即負載線圈中的電流流入濾波電容器Cd中，使濾波電容器Cd中的直 流電壓升高，即負載線圈中的能量回送到濾波電容器Cd進行保存。此狀態(tài) 一直持續(xù)至t2時刻，即感應線圈L的電流反向。
7在t2時刻，感應線圈L的電流反向即其電流方向變?yōu)閺挠抑磷?，補
償電容器C^所構成的電流回路為補償電容器C^、感應線圈L、 IGBT模 塊二 5的IGBT管以及濾波電容器Cd依次連通組成的電流回路；補償電容 器Cs2所構成的電流回路為由補償電容器"2、感應線圈L以及IGBT模塊 二 5的IGBT管依次連通組成的電流回路，也就是說，此時，補償電容器 Cs2的電壓為上正下負?？傊?，此時，全部電爐電流即感應線圈L中的電流 均通過IGBT模塊二 5的IGBT管。對濾波電容器Cd而言，電流流出濾波電 容器Cd使其直流電壓降低，這時能量從濾波電容器Cd送到負載線圈中，即 電爐獲得有功功率。此狀態(tài)一直持續(xù)至t3時刻。
在t3時刻，感應線圈L的電流方向與t2時刻相同即從右至左，關斷 IGBT模塊二5，由于感應線圈L是電感元件，其電流不能突變，因而感應 線圈L中的電流即電爐電流全部換到IGBT模塊一 4中反并接的二極管上， 即IGBT模塊一 4為反導通狀態(tài)。此時，補償電容器C^所構成的電流回路 為由補償電容器C^、感應線圈L以及IGBT模塊一 4的二極管依次連通 組成的電流回路；補償電容器"2所構成的電流回路為由補償電容器"2、 感應線圈L、 IGBT模塊一 4的二極管以及濾波電容器Cd依次連通組成的電 流回路?？傊?，在t3時刻，關斷IGBT模塊二5后，IGBT模塊一4處于反 導通狀態(tài)，此時感應線圈L即負載線圈中的電流流入濾波電容器Cd中，使 濾波電容器Cd中的直流電壓升高，即負載線圈中的能量回送到濾波電容器 Cd進行保存。此狀態(tài)一直持續(xù)至t4時刻，即感應線圈L中的電流再次反 向。
在t4時刻，感應線圈L中的電流再次反向即其電流方向變?yōu)閺淖笾?右(與初始狀態(tài)即tl時刻的電流方向相同)，補償電容器Cd所構成的電 流回路為補償電容器Cd、 IGBT模塊一 4的IGBT管以及感應線圈L依次 連通組成的電流回路；補償電容器"2所構成的電流回路為由補償電容 器Cs2、濾波電容器"、IGBT模塊一 4的IGBT管以及感應線圈L依次連通
組成的電流回路，也就是說，此時，補償電容器Cs2的電壓為上負下正?？傊藭r，全部電爐電流即感應線圈L中的電流均通過IGBT模塊一 4 的IGBT管。對濾波電容器Cd而言，電流流出濾波電容器Cd使其直流電壓 降低，這時能量從濾波電容器Cd送到負載線圈中，即電爐獲得有功功率。 此狀態(tài)一直持續(xù)至t5時刻，t5時刻與初始狀態(tài)tl時刻電路的工作狀態(tài)完 全相同。
之后，串聯(lián)逆變電路一 2不斷依次重復tl-14時刻的工作過程，實現(xiàn) 1#電爐的獨立連續(xù)工作。由于濾波電容器Cd容量很大，它對中頻電流是 直通的。實際工作時，IGBT模塊一 4和IGBT模塊二 5中的IGBT管交替導 通，對感應線圈L來說，其供電方式相當于交流供電，串聯(lián)逆變電路一2 等效為標準的串聯(lián)諧振電路，通過調節(jié)IGBT模塊一 4和IGBT模塊二 5的 開關頻率就可以改變感應線圈L的功率?？傊?，實際應用過程中，通過改 變串聯(lián)逆變電路一2中IGBT管的觸發(fā)頻率即開關頻率，就能達到相應改 變1#中頻感應電爐中感應線圈L功率的目的。
同理，為2井電爐的感應線圈L，提供變頻交變電能的串聯(lián)逆變電路二 6的工作原理和工作過程與串聯(lián)逆變電路一 2，串聯(lián)逆變電路二 6同樣并 接在整流電路1的輸出端上，能獨立工作。實際使用過程中，通過串聯(lián)逆 變電路二 6實現(xiàn)2#中頻感應電爐的獨立連續(xù)工作；相應地，通過改變串聯(lián) 逆變電路二 6中IGBT管的觸發(fā)頻率，就能達到相應改變2#電爐中感應線 圈L'功率的目的。
綜上所述，本實用新型通過通過并接在整流電路輸出端上的兩個獨立 工作的半橋串聯(lián)逆變電路，實現(xiàn)一臺電源能同時向兩臺中頻感應電爐供電 的目的，并能在額定功率范圍內自由分配向各臺電爐的功率；由于兩臺電 爐的功率可以自由分配，使兩臺電爐實現(xiàn)一臺保溫/澆注， 一臺熔化；或 者兩臺同時熔化；或者一臺工作，另一臺燒結爐襯的功能，因而大大提高 了電爐和功率的利用率，同時也減少了變壓器配置容量。另外，被供電的
兩臺電爐可同時得到功率，無需任何切換開關或脈沖分配，并且向兩臺電 爐輸出的功率可在0-100%范圍內任意分配。比如，當1#電爐進行熔化作業(yè)2#爐進行保溫作業(yè)時，可使1#電爐獲得80%的功率，2#電爐獲得20°/。的 功率；當2#電爐進行熔化作業(yè)且1#電爐進行保溫作業(yè)時，可使2#爐獲得 80%的功率，1#爐獲得20%的功率；而整流電路1始終提供100%功率，并 且整流電路l釆用器件是二極管，因而無需控制，電壓電流始終同相，電 網側功率因數(shù)高。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限 制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更 以及等效結構變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
權利要求1.一種中頻感應電爐用一拖二變頻供電裝置，包括三相交流電源以及對所述三相交流電源進行整流的整流電路(1)，其特征在于還包括并接在整流電路(1)輸出端上的兩個獨立工作的串聯(lián)逆變電路，所述串聯(lián)逆變電路為由兩個相串接的補償電容器和兩個相串接的IGBT模塊組成的半橋串聯(lián)逆變電路，兩個相串接的補償電容器和兩個相串接的IGBT模塊均并接在整流電路(1)的輸出端上，所述IGBT模塊由一IGBT管和一反并接在所述IGBT管上的快速恢復二極管組成；兩個補償電容器的串接點和兩個IGBT模塊的串接點分別接中頻感應電爐的感應線圈。
2. 按照權利要求l所述的中頻感應電爐用一拖二變頻供電裝置，其特 征在于所述整流電路(1)為由六個二極管組成的三相橋式整流電路。
3. 按照權利要求l或2所述的中頻感應電爐用一拖二變頻供電裝置， 其特征在于所述整流電路(1)的輸出端上還接有由濾波電抗器Ld和濾 波電容器Cd組成的LC濾波電路(3);所述三相交流電源經整流電路(1) 整流且經LC濾波電路(3)濾波后，輸入至所述串聯(lián)逆變電路。
專利摘要本實用新型公開了一種中頻感應電爐用一拖二變頻供電裝置，包括三相交流電源及整流電路，還包括并接在整流電路上的兩個獨立工作的串聯(lián)逆變電路，所述串聯(lián)逆變電路為由兩個相串接的補償電容器和兩個相串接的IGBT模塊組成的半橋串聯(lián)逆變電路，兩個相串接的補償電容器和兩個相串接的IGBT模塊均并接在整流電路的輸出端上，所述IGBT模塊由一IGBT管和一反并接在IGBT管上的二極管組成；兩個補償電容器的串接點和兩個IGBT模塊的串接點分別接中頻感應電爐的感應線圈。本實用新型電路簡單合理、使用成本低且使用操作簡便、動作性能可靠，能同時向兩臺電爐供電且無需任何切換開關或脈沖分配，真正實現(xiàn)了中頻感應電爐的雙向供電。
文檔編號H02M5/00GK201345752SQ20092003192
公開日2009年11月11日 申請日期2009年2月16日 優(yōu)先權日2009年2月16日
發(fā)明者超 李, 顏文非 申請人:西安機電研究所