專利名稱：全空冷數(shù)字式感應(yīng)加熱電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種諧振式感應(yīng)加熱電源，為電氣設(shè)備領(lǐng)域內(nèi)的電力電子產(chǎn)品，能以高效、快速、非接觸式感應(yīng)加熱的方法實(shí)現(xiàn)金屬熱處理、熱鍛、焊接、熔煉、熱裝配、晶體生長(zhǎng)和各種爐內(nèi)加熱。
背景技術(shù)：
目前所使用的感應(yīng)加熱電源通常為水冷模擬式，其通常存在下列缺陷:1)水系統(tǒng)故障率高，漏水、堵塞、管路老化問(wèn)題多，可靠性較低。2)電效率低、功率因素低、諧波大、水消耗大。3)不能自動(dòng)跟蹤或跟蹤范圍小。4)控制不準(zhǔn)確，運(yùn)行不穩(wěn)定，不能空載運(yùn)行。5)逆變?cè)蘒GBT容易損壞，設(shè)備壽命短。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種徹底消除水系統(tǒng)故障，運(yùn)行高效且準(zhǔn)確可靠的感應(yīng)加熱電源。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供了一種全空冷數(shù)字式感應(yīng)加熱電源，包括主回路及用于控制主回路的控制回路，主回路包括第一斷路器，第一斷路器經(jīng)由熔斷裝置連接三相橋式整流電路，三相橋式整流電路的輸出端連接充電緩沖電路或直流斬波電路，充電緩沖電路或直流斬波電路連接逆變?yōu)V波電容組，逆變?yōu)V波電容組通過(guò)高頻吸收單元連接IGBT逆變橋，IGBT逆變橋的輸出端連接諧振輸出電路，其特征在于:控制回路包括第二斷路器，第二斷路器的輸入端連接控制電源，其輸出端連接冷卻風(fēng)機(jī)，由冷卻風(fēng)機(jī)對(duì)三相橋式整流電路、IGBT逆變 橋、諧振輸出電路中的變壓器及諧振電容器組進(jìn)行風(fēng)冷，冷卻風(fēng)機(jī)連接開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源連接DSP主控單元，DSP主控單元分別連接顯示及按鍵單元與IGBT隔離驅(qū)動(dòng)單元，IGBT隔離驅(qū)動(dòng)單元連接IGBT逆變橋。優(yōu)選地，所述熔斷裝置為串聯(lián)在所述第一斷路器輸出端上的第一熔斷絲及第二熔斷絲。優(yōu)選地，在所述三相橋式整流電路的輸出端上并聯(lián)有濾波電容。優(yōu)選地，在所述充電緩沖電路或所述直流斬波電路與所述逆變?yōu)V波電容組之間串聯(lián)有濾波電感。優(yōu)選地，所述充電緩沖電路由緩沖接觸器和緩沖電阻構(gòu)成，所述直流斬波電路由IGBT、續(xù)流二極管及電抗器構(gòu)成。優(yōu)選地，所述高頻吸收單元為并聯(lián)的第一高頻吸收電容及第二高頻吸收電容，第一高頻吸收電容及第二高頻吸收電容并聯(lián)在所述逆變?yōu)V波電容組的輸出端上。優(yōu)選地，所述諧振輸出電路包括中頻變壓器，中頻變壓器的初級(jí)繞組連接隔直電容，在中頻變壓器的次級(jí)繞組上連接有諧振電容器組。優(yōu)選地，所述冷卻風(fēng)機(jī)有四個(gè)，其中兩個(gè)冷卻風(fēng)機(jī)用于對(duì)所述三相橋式整流電路及所述IGBT逆變橋進(jìn)行風(fēng)冷，另外兩個(gè)用于對(duì)所述諧振輸出電路中的變壓器及諧振電容器組進(jìn)行風(fēng)冷。本實(shí)用新型的內(nèi)部電力電子器件、變壓器和諧振電容器均采用空冷技術(shù)，電源內(nèi)部不需要通水，并采用DSP控制器和CPLD進(jìn)行數(shù)字式控制，能高效率地完成大功率整流、逆變、隔離和諧振。與傳統(tǒng)的通水冷卻感應(yīng)加熱電源相比，本實(shí)用新型具有高效率、高可靠性、長(zhǎng)壽命、維護(hù)方便等特點(diǎn)；同時(shí)，本實(shí)用新型還具有控制精確、能自動(dòng)跟蹤、運(yùn)行穩(wěn)定、具有數(shù)字界面和接口、多種運(yùn)行和控制模式、適應(yīng)范圍寬等特點(diǎn)。

圖1為中頻結(jié)構(gòu)主回路的電路圖；圖2為聞?lì)l結(jié)構(gòu)主回路的電路圖；圖3為控制回路的電路圖；圖4為報(bào)警電路示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。本實(shí)用新型的主回路具有兩種結(jié)構(gòu)形式:中頻結(jié)構(gòu)和高頻結(jié)構(gòu)。如圖1所示，中頻結(jié)構(gòu)主回路包括第一斷路器K1，三相380VAC電源進(jìn)入第一斷路器Kl后經(jīng)第一熔斷絲Fl和第二熔斷絲F2連接至三相橋式整流電路BDl。在三相橋式整流電路BDl的輸出端上并聯(lián)濾波電容Cl。在三相橋式整流電路BDl的輸出側(cè)采用濾波電容Cl，可以提高電源的功率因素、降低輸出電流諧波。由緩沖接觸器K2和緩沖電阻RBl公共構(gòu)成充電緩沖電路，充電緩沖電路的作用是消除上電時(shí)對(duì)輸入回路和三相橋式整流電路BDl的電流沖擊，并減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊和干擾。充電緩沖電路經(jīng)由濾波電感LI連接逆變?yōu)V波電容組GCA2。逆變?yōu)V波電容組GCA2的輸出端并聯(lián)第一高頻吸收電容C2和第二高頻吸收電容C3后連接IGBT逆變橋，IGBT逆變橋連接諧振輸出電路。諧振輸出電路包括中頻變壓器Tl，中頻變壓器Tl的初級(jí)繞組連接隔直電容C4，其次級(jí)繞組通過(guò)諧振電容組連接感應(yīng)器T。結(jié)合圖2，從結(jié)構(gòu)形式上看，高頻結(jié)構(gòu)主回路與中頻結(jié)構(gòu)主回路的區(qū)別在于采用直流斬波電路代替了充電緩沖電路。直流斬波電路主回路由IGBT、續(xù)流二極管Dl及電抗器LI構(gòu)成，因此，高頻結(jié)構(gòu)的逆變側(cè)直流電壓是可以調(diào)節(jié)的。高頻結(jié)構(gòu)的其它部分電路以及原理與中頻結(jié)構(gòu)主回路相同。中頻結(jié)構(gòu)主回路和高頻結(jié)構(gòu)主回路的控制回路如圖3所示，包括第二斷路器CKl，220VAC控制電源連接至第二斷路器CK1。第二斷路器CKl的輸出端分別連接四個(gè)冷卻風(fēng)機(jī)，即第一冷卻風(fēng)機(jī)FUNl、第二冷卻風(fēng)機(jī)FUN2、第三冷卻風(fēng)機(jī)FUN3及第四冷卻風(fēng)機(jī)FUN4其中兩個(gè)冷卻風(fēng)機(jī)用于主回路電力電子器件(三相橋式整流電路BDl及IGBT逆變橋)的冷卻，另外兩個(gè)用于中頻變壓器Tl和諧振電容器組的冷卻，該全空冷結(jié)構(gòu)使得電源內(nèi)部不需要通水，因此可徹底消除水系統(tǒng)故障。冷卻風(fēng)機(jī)通過(guò)緩沖接觸器的線圈K2及控制緩沖接觸器的繼電器觸點(diǎn)K3連接內(nèi)部開(kāi)關(guān)電源SP0W。內(nèi)部開(kāi)關(guān)電源SPOW連接DSP主控單元，DSP主控單元為本實(shí)用新型的核心單元，所有的測(cè)量、運(yùn)行、控制、保護(hù)、輸入和輸出均在DSP主控單元上完成。DSP主控單元連接顯示及按鍵單元，操作人員由 顯示及按鍵單元完成操作和界面顯示。DSP主控單元還與IGBT隔離驅(qū)動(dòng)單元相連，IGBT隔離驅(qū)動(dòng)單元連接主回路中的IGBT逆變橋。IGBT逆變橋在DSP主控單元的控制下完成變流轉(zhuǎn)換，將直流電壓轉(zhuǎn)換成中頻交流電壓，且中頻交流電壓的頻率正好與諧振輸出電路中的諧振電容組和感應(yīng)器的諧振頻率一致，相位則滿足IGBT的電流過(guò)零切換。如圖4所示，報(bào)警電路包括報(bào)警狀態(tài)指示燈LA2，報(bào)警狀態(tài)指示燈LA2串聯(lián)線圈K2的觸點(diǎn)K2.2后與24VDC電源指示燈LAl并聯(lián)，控制緩沖接觸器的繼電器K3與其觸點(diǎn)K3.2串聯(lián)后與24VDC電源指示燈LAl并聯(lián)，24VDC控制電源并聯(lián)在24VDC電源指示燈LAl兩端，，觸點(diǎn)K2.2及觸點(diǎn)K3.2受DSP主控單元的控制，當(dāng)裝置發(fā)生報(bào)警時(shí)，報(bào)警狀態(tài)指示燈LA2亮。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的關(guān)鍵技術(shù)在于在逆變、隔離以及諧振環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)高效率低損耗轉(zhuǎn)換，同時(shí)這也是全空冷技術(shù)得以可能實(shí)施的基礎(chǔ)。在逆變環(huán)節(jié)，降低IGBT逆變橋的開(kāi)關(guān)損耗是關(guān)鍵，本實(shí)用新型采用零電流開(kāi)關(guān)方案，在DSP主控單元的準(zhǔn)確、快速控制下，能保證在各種工況下實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)關(guān)，準(zhǔn)確跟蹤諧振頻率，不產(chǎn)生相位偏移，并通過(guò)降低死區(qū)時(shí)間、提高驅(qū)動(dòng)速度、選用快速型IGBT等措施，保證了低損耗和穩(wěn)定的IGBT逆變。在隔離和阻抗匹配環(huán)節(jié)，本實(shí)用新型采用了高頻鐵氧體或超微晶鐵心變壓器，并采用高頻電纜制作繞組以降低渦流損耗，采用降低漏感以及提高散熱能力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工變壓器。在諧振環(huán)節(jié)，本實(shí)用新型的諧振電容器組采用多個(gè)空冷聚丙烯薄膜電容器，替代傳統(tǒng)的水冷式電熱電容器，用降低漏感、降低感應(yīng)損耗、提高散熱能力的方式串并聯(lián)組合，以獲得低損耗、高電壓和大電流的諧振輸出。本實(shí)用新型還具有如下特點(diǎn):采用零電流(ZCS)電路實(shí)現(xiàn)高頻低損耗IGBT逆變，能快速精準(zhǔn)地跟蹤負(fù)載的變化，及時(shí)調(diào)整逆變頻率和相位；消除了目前普遍存在的IGBT逆變?nèi)菀酌撾xZCS模式的缺陷，因此解決了 IGBT容易損壞的問(wèn)題。
較模擬式控制方式相比，系統(tǒng)在跟蹤速度、跟蹤精度、綜合保護(hù)能力、效率等性能上均明顯提聞。系統(tǒng)采用創(chuàng)新的快速IGBT驅(qū)動(dòng)電路，與現(xiàn)行驅(qū)動(dòng)電路相比，能明顯改善諧振波形，降低死區(qū)時(shí)間，并進(jìn)一步降低開(kāi)關(guān)損耗，增加高頻跟蹤逆變的穩(wěn)定性；同時(shí)具有短路保護(hù)和欠壓保護(hù)功能。在意外保護(hù)或發(fā)生供電回路快切或閃變情況下，裝置可以進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，避免停機(jī)造成的生產(chǎn)損失。裝置內(nèi)置PID程序，適合溫度閉環(huán)運(yùn)行，也可以實(shí)現(xiàn)升溫及降溫速度控制。由于采用數(shù)字式控制，適應(yīng)各種快速和慢速溫度變化的場(chǎng)合，溫度時(shí)間常數(shù)范圍從I秒至數(shù)萬(wàn)秒，并且可以在線整定。具有恒輸出電流運(yùn)行、恒輸出功率運(yùn)行、溫度閉環(huán)運(yùn)行、分段運(yùn)行四種運(yùn)行模式。裝置提供可選的感應(yīng)器水流量檢測(cè)及水流量低保護(hù)功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)感應(yīng)器水流量，且保護(hù)值可任意設(shè)置。實(shí)現(xiàn)輸出功率0-100%連續(xù)可調(diào)。完善的保護(hù)限制功能裝置具有短路、過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫保護(hù)和限制功能，具有變壓器狀態(tài)檢測(cè)。裝置可配置RS232/RS485C接口和通訊協(xié)議，支持MODBUS協(xié)議，通過(guò)RS232/RS485，可以實(shí)現(xiàn)通訊控制，并與其他設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行，完成對(duì)加熱對(duì)象特別的過(guò)程控制。裝置采用高亮度點(diǎn)陣顯示單元，可提供中文顯示界面，顯示操作簡(jiǎn)單，界面用戶友好。裝置的運(yùn)行控制、限制保護(hù)等參數(shù)均可在線進(jìn)行設(shè)置，斷電后設(shè)置的參數(shù)不丟失。裝置能記錄在運(yùn)行過(guò)程中所發(fā)生的報(bào)警和故障事件，所有保存的事件均能在系統(tǒng)顯示單元上查詢。裝置的用戶接口包括隔離的數(shù)字量輸入輸出接口、繼電器接點(diǎn)輸出接口，隔離的模擬量輸入接口。通過(guò)用戶接口 ，可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制、中央控制等功能。
權(quán)利要求1.一種全空冷數(shù)字式感應(yīng)加熱電源，包括主回路及用于控制主回路的控制回路，主回路包括第一斷路器(Kl)，第一斷路器(Kl)經(jīng)由熔斷裝置連接三相橋式整流電路(BDl)，三相橋式整流電路(BDl)的輸出端連接充電緩沖電路或直流斬波電路，充電緩沖電路或直流斬波電路連接逆變?yōu)V波電容組(GCA2)，逆變?yōu)V波電容組(GCA2)通過(guò)高頻吸收單元連接IGBT逆變橋，IGBT逆變橋的輸出端連接諧振輸出電路，其特征在于:控制回路包括第二斷路器(CK1)，第二斷路器(CKl)的輸入端連接控制電源，其輸出端連接冷卻風(fēng)機(jī)，由冷卻風(fēng)機(jī)對(duì)三相橋式整流電路(BDl)、IGBT逆變橋、諧振輸出電路中的變壓器(Tl)及諧振電容器組進(jìn)行風(fēng)冷，冷卻風(fēng)機(jī)連接開(kāi)關(guān)電源(SPOW)，開(kāi)關(guān)電源(SPOW)連接DSP主控單元，DSP主控單元分別連接顯示及按鍵單元與IGBT隔離驅(qū)動(dòng)單元,IGBT隔離驅(qū)動(dòng)單元連接IGBT逆變橋。
2.如權(quán)利要求1所述的一種全空冷數(shù)字式感應(yīng)加熱電源，其特征在于:所述熔斷裝置為串聯(lián)在所述第一斷路器(Kl)輸出端上的第一熔斷絲(Fl)及第二熔斷絲(F2)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種全空冷數(shù)字式感應(yīng)加熱電源，其特征在于:在所述三相橋式整流電路(BDl)的輸出端上并聯(lián)有濾波電容(Cl)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種全空冷數(shù)字式感應(yīng)加熱電源，其特征在于:在所述充電緩沖電路或所述直流斬波電路與所述逆變?yōu)V波電容組(GCA2)之間串聯(lián)有濾波電感(LI)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種全空冷數(shù)字式感應(yīng)加熱電源，其特征在于:所述充電緩沖電路由緩沖接觸 器(K2)和緩沖電阻(RBl)構(gòu)成，所述直流斬波電路由IGBT、續(xù)流二極管(Dl)及電抗器(LI)構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的一種全空冷數(shù)字式感應(yīng)加熱電源,其特征在于:所述高頻吸收單元為并聯(lián)的第一高頻吸收電容(C2)及第二高頻吸收電容(C3)，第一高頻吸收電容(C2)及第二高頻吸收電容(C3)并聯(lián)在所述逆變?yōu)V波電容組(GCA2)的輸出端上。
7.如權(quán)利要求1所述的一種全空冷數(shù)字式感應(yīng)加熱電源，其特征在于:所述諧振輸出電路包括中頻變壓器(Tl)，中頻變壓器(Tl)的初級(jí)繞組連接隔直電容(C4)，在中頻變壓器(Tl)的次級(jí)繞組上連接有諧振電容器組。
8.如權(quán)利要求1所述的一種全空冷數(shù)字式感應(yīng)加熱電源，其特征在于:所述冷卻風(fēng)機(jī)有四個(gè)，其中兩個(gè)冷卻風(fēng)機(jī)用于對(duì)所述三相橋式整流電路(BDl)及所述IGBT逆變橋進(jìn)行風(fēng)冷，另外兩個(gè)用于對(duì)所述諧振輸出電路中的變壓器(Tl)及諧振電容器組進(jìn)行風(fēng)冷。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種全空冷數(shù)字式感應(yīng)加熱電源，包括主回路及用于控制主回路的控制回路，其特征在于控制回路包括第二斷路器，第二斷路器的輸入端連接控制電源，其輸出端連接冷卻風(fēng)機(jī)，由冷卻風(fēng)機(jī)對(duì)三相橋式整流電路、IGBT逆變橋、諧振輸出電路中的變壓器及諧振電容器組進(jìn)行風(fēng)冷，冷卻風(fēng)機(jī)連接開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源連接DSP主控單元，DSP主控單元分別連接顯示及按鍵單元與IGBT隔離驅(qū)動(dòng)單元，IGBT隔離驅(qū)動(dòng)單元連接IGBT逆變橋。本實(shí)用新型采用空冷技術(shù)，電源內(nèi)部不需要通水，并采用DSP控制器和CPLD進(jìn)行數(shù)字式控制，能高效率地完成大功率整流、逆變、隔離和諧振。
文檔編號(hào)H02M5/458GK203120197SQ20132008778
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者李南坤 申請(qǐng)人:巴瑪克電氣設(shè)備(上海)有限公司, 上海巴瑪克電氣技術(shù)有限公司