專利名稱：一種igbt逆變式等離子弧電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及環(huán)保設(shè)備和電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體是用于為焚燒處理
固體垃圾的高溫等離子弧提供一種以高頻IGBT逆變技術(shù)為核心的500KW 級(jí)節(jié)能高效電源及其數(shù)字化協(xié)同控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平日益快速的不斷升級(jí)和社會(huì)對(duì)電子類(lèi)消費(fèi)產(chǎn)品需 求的不斷更新和膨脹，電子產(chǎn)品等固體垃圾被廢棄和淘汰的速度越來(lái)越快。 近年來(lái)，隨著各類(lèi)家用電器和電腦、手機(jī)等辦公和通信設(shè)備日益普及，尤其 是這類(lèi)高技術(shù)產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷加速，在未來(lái)的幾年內(nèi)，我國(guó)的電子產(chǎn)品將 會(huì)進(jìn)入一個(gè)前所未有的報(bào)廢高峰期。
采用溫度高達(dá)5000~8000QC的等離子弧取代傳統(tǒng)的油燃燒、電熱焚燒 電子等固體垃圾，不僅可以充分燒毀電子廢棄物和有害化學(xué)元素，大大減少 對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境安全造成極大的危害，同時(shí)還可以把電子垃圾中含有的銅、 汞、金等貴金屬有效地進(jìn)行熔煉、提取，因此，該種焚燒方法的可資源化程 度更高，再循環(huán)利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境價(jià)值也更高。高溫等離子弧焚燒電子 等固體垃圾的新技術(shù)，在國(guó)外愈來(lái)愈多的被采用，國(guó)內(nèi)也開(kāi)始引進(jìn)和采用。 然而，由于電子等垃圾處理量的不斷增加和提高處理效率的要求，等離子弧 不僅需要愈來(lái)愈大的功率，而且短路引弧和在電極距離子弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)過(guò)程造成 輸出電流電壓的較大跳動(dòng)，甚至用示波器無(wú)法捕捉波形，且不同的電極結(jié)構(gòu) 和小弧轉(zhuǎn)大弧的引弧方式不同，其跳動(dòng)情況也不同。此外，要求它每天工作 24小時(shí)，可靠性要求極高。為此，至今國(guó)內(nèi)外大都數(shù)采用的大功率電源還是 停留在用傳統(tǒng)的耗電耗材多、沖擊電流大、控制調(diào)節(jié)性能較差的晶闡管式整 流電源。雖然也開(kāi)始采用IGBT逆變式電源，但不僅功率較小，而且可靠性 和技術(shù)成熟性有待改進(jìn)、發(fā)展和提高。此外，這種大功率節(jié)能電源技術(shù)還可 用于發(fā)電鍋爐點(diǎn)火和助燃、城市煤的汽化和海水談化等等。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種為高效焚燒處理電子等固體垃圾的、基
于高頻IGBT逆變和模塊式N + M冗余結(jié)構(gòu)技術(shù)為核心的500KW級(jí)節(jié)能高 效電源裝備及其數(shù)字化協(xié)同控制技術(shù)，簡(jiǎn)稱焚燒處理固體垃圾的500KW級(jí) 等離子弧節(jié)能高效電源技術(shù)。由于功率轉(zhuǎn)換頻率從傳統(tǒng)的50Hz提高到 20000Hz以及采用模塊式和N + M冗余結(jié)構(gòu)，從而使主變壓器的材料及其耗 電成反比大大減少，效率髙達(dá)90%以上，節(jié)材60~70%，對(duì)網(wǎng)電沖擊電流 很小，控制性能好、可靠性髙。在某個(gè)單元模塊出故障時(shí)冗余結(jié)構(gòu)中的儲(chǔ)備 單元將被自動(dòng)切換而投入，保證不停機(jī)而可以使檢修正常運(yùn)行。
為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的采用如下技術(shù)方案 一種IGBT逆變式等離子 弧電源，包括五個(gè)機(jī)箱和內(nèi)置電路，所述內(nèi)置電路置于機(jī)箱內(nèi)，所述內(nèi)置電 路包括操作主控制模塊、程序協(xié)同控制模塊、100KW級(jí)IGBT逆變式電源； 所述操作主控制模塊分別與五個(gè)結(jié)構(gòu)相同、相互并聯(lián)的程序協(xié)同控制模塊相 連接，每一個(gè)程序協(xié)同控制模塊分別連接一組結(jié)構(gòu)相同的100KW級(jí)IGBT 逆變式電源，五組100KW級(jí)IGBT逆變式電源分別與負(fù)載相連接。
更具體的，所述100KW級(jí)IGBT逆變式電源由一個(gè)程序協(xié)同控制模塊 和四個(gè)結(jié)構(gòu)相同、相互并聯(lián)的25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源連接組成； 所述每個(gè)25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源，由IGBT逆變主電路和反饋閉環(huán) 恒流控制電路構(gòu)成，所述IGBT逆變主電路由電磁兼容模塊、輸入整流濾波 模塊、高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K、高頻功率主變壓模塊、高頻整流濾波 模塊、穩(wěn)弧模塊依次連接組成，其中，電磁兼容模塊與三相交流輸入電源相 連接，穩(wěn)弧模塊與負(fù)載相連接；所述反饋閉環(huán)恒流控制電路包括平均電流電 壓檢測(cè)模塊、比較器、等離子弧電參數(shù)給定模塊、單片機(jī)控制模塊、PWM 脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動(dòng)模塊，其中，平均電流電壓檢測(cè)模塊一端與負(fù)載相 連接，另一端與比較器模塊輸入端相連接，比較器另一輸入端連接等離子弧 電參數(shù)給定模塊，比較器輸出端與單片機(jī)控制模塊相連接，單片機(jī)控制模塊 與PWM脈寬調(diào)制模塊相連接，PWM脈寬調(diào)制模塊與高頻驅(qū)動(dòng)模塊相連接， 高頻驅(qū)動(dòng)模塊與高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K相連接，單片機(jī)控制模塊與程 序協(xié)同控制模塊相連接。也就是說(shuō)，所述程序協(xié)同控制模塊包括兩層的程序 協(xié)同控制模塊，其中一層(五個(gè))的程序協(xié)同控制模塊，每個(gè)分別連接四個(gè)25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源的單片機(jī)控制模塊，組成100KW級(jí)的IGBT
逆變式電源的程序協(xié)同控制網(wǎng)絡(luò)；另一層(五個(gè))的程序協(xié)同控制模塊，每個(gè)分別連接一組100KW級(jí)IGBT逆變式電源的程序協(xié)同控制模塊，組成500KW級(jí)的IGBT逆變式電源的程序協(xié)同控制網(wǎng)絡(luò)。
為了更好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述每個(gè)25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源還包括安全保護(hù)電路，所述安全保護(hù)電路包括網(wǎng)壓檢測(cè)模塊、安全保護(hù)模塊，所述網(wǎng)壓檢測(cè)模塊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)模塊與PWM脈寬調(diào)制模塊相連接。
所述單片機(jī)控制模塊主要由單片微機(jī)PALCE22V10Q、反相器ULN2003A及其外圍電路相互連接組成。
所述PWM脈寬調(diào)制模塊主要由誤差放大電路、PWM集成控制芯片SG3525及其外圍電路相互連接組成。
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及其外圍電路相互連接組成。
所述高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K由兩個(gè)單元的IGBT及其外圍電路組成。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理為本實(shí)用新型采用20KHzlGBT逆變技術(shù)，IGBT單管耐壓達(dá)1200V以上，額定電流150A。本設(shè)計(jì)采用了兩個(gè)IGBT管串聯(lián)模塊，并由兩個(gè)模塊組成全橋式電路模塊，不必并聯(lián)增大功率能力，特別適合25KW級(jí)單元功率輸出的所需場(chǎng)合，飽和壓降比較低，有利于減少管子功率損耗。本實(shí)用新型由五組100KW (含四個(gè)25KW單元)主機(jī)電源電路相互并聯(lián)組成，即由20個(gè)25KW單元主電路結(jié)構(gòu)相同的模塊并聯(lián)工作，由分組分層程序協(xié)同控制和反饋閉環(huán)恒流、均流控制調(diào)節(jié)，輸出500KW的電流、電壓以及外端電參數(shù)顯示。每個(gè)25KW單元主電路的三相交流輸入電源經(jīng)過(guò)電磁兼容(EMC)模塊、輸入整流濾波模塊成為平滑直流電后進(jìn)入高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K，然后通過(guò)高頻功率主變壓模塊，把520多伏的高頻交流電壓降為約250V，再經(jīng)高頻整流濾波模塊、穩(wěn)弧模塊后成為平滑直流電后提供負(fù)載(等離子弧/體)用電。與此同時(shí)，反饋閉環(huán)恒流控制模塊將平均電流電壓檢測(cè)模塊檢測(cè)到的等離子弧的電流信號(hào)與等離子弧電參數(shù)給定模塊給定的參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)反饋閉環(huán)恒流控制模塊的模糊控制算法運(yùn)算，發(fā)給PWM脈寬調(diào)制模塊一個(gè)信號(hào)，PWM脈寬調(diào)制模塊根據(jù)反饋閉環(huán)恒流控制模塊的算法產(chǎn)生兩路PWM信號(hào)。這兩路PWM信號(hào)通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊放大，去控制驅(qū)動(dòng)高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K的IGBT管開(kāi)通和關(guān)斷，從而得到20KHz高頻高壓交流電，高頻高壓交流電再經(jīng)過(guò)功率主變壓模塊降壓和高頻整流平滑和輸出端的穩(wěn)弧模塊，轉(zhuǎn)換成符合等離子弧焚燒固體垃圾、電子垃圾工藝要求的大電流高電壓的等離子弧電流，也就是反饋模糊閉環(huán)恒流控制過(guò)程。網(wǎng)壓檢測(cè)模塊檢測(cè)三相交流輸入電壓，把檢測(cè)到的電壓信號(hào)送給安全保護(hù)模塊，如出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、超溫的現(xiàn)象，安全保護(hù)模塊將送給PWM脈寬調(diào)制模塊一個(gè)信號(hào)，產(chǎn)生低電平通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊關(guān)斷高頻逆變模塊的IGBT管，保護(hù)逆變主電路安全工作。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的主要優(yōu)點(diǎn)和有益效果是.-1 、本實(shí)用新型采用先進(jìn)的高頻IGBT逆變和非晶態(tài)磁芯以及EMC電磁兼容技術(shù)，節(jié)能、效率高達(dá)90%以上，沖擊電流很小，抗電磁干擾能力強(qiáng)、可靠性髙，節(jié)省制造材料60~70%，體積小，重量輕。
2、 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)模塊式N + M冗余結(jié)構(gòu)和以25KW功率模塊單元電源為基礎(chǔ)和核心，通過(guò)反饋閉環(huán)恒流、均流和分組分層程序協(xié)同控制20個(gè)單元主電路結(jié)構(gòu)相同的模塊并聯(lián)工作，實(shí)現(xiàn)高達(dá)500KW大功率輸出，不僅使整機(jī)均流恒流輸出，等離子弧的穩(wěn)定性好，在等離子弧長(zhǎng)較大變動(dòng)范圍內(nèi)也有很好的適應(yīng)性，工作可靠性高、而且機(jī)動(dòng)靈活性好，即使出故障， 一般也只是某功率單元，自動(dòng)切換冗余單元模塊，不需停機(jī)檢修仍然能工作，損失小，修復(fù)易。每組100KW的IGBT逆變式電源及其各自的程序協(xié)同控制電路也可獨(dú)立運(yùn)行使用、調(diào)節(jié)和顯示電參數(shù)。
3、 本實(shí)用新型采用分組分層的程序協(xié)同控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)20個(gè)單元主電路單元模塊分批軟啟動(dòng)先后接入網(wǎng)電，避免整機(jī)同時(shí)接入網(wǎng)電而引起網(wǎng)電開(kāi)關(guān)的跳閘；本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了以較小的電流短路軟啟動(dòng)引燃等離子弧，在等離子弧可靠引燃后，自動(dòng)上升至所需的焚燒處理固體垃圾的正常電流，避免過(guò)大的短路引弧電流使電極燒損快和損壞功率電子器件。


圖1是本實(shí)用新型IGBT逆變式等離子弧電源的內(nèi)置電路結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是圖1的其中一組100KW級(jí)IGBT逆變式電源的結(jié)構(gòu)方框圖；圖3是圖2的其中一組25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源的IGBT逆變主
電路的電路原理圖4是圖3的IGBT逆變主電路中的高頻功率IGBT全橋逆變模塊的電
路原理圖5是圖3的IGBT逆變主電路中的電磁兼容模塊和輸入整流濾波模塊的電路原理圖6是圖2的其中一組25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源的反饋閉環(huán)恒流控制電路中的PWM脈寬調(diào)制模塊的電路原理圖7是圖2的其中一組25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源的反饋閉環(huán)恒流控制電路中的高頻驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖8是圖2的其中一組25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源的安全保護(hù)電路模塊的電路原理圖9是圖2的其中一組25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源的反饋閉環(huán)恒流控制電路的具體連接示意圖10是圖2的程序協(xié)同控制模塊的電路原理圖11是圖1的其中一組100KW級(jí)IGBT逆變式電源的組成結(jié)構(gòu)示意圖12是圖1的IGBT逆變式等離子弧電源的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述,但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
如圖1所示，本實(shí)用新型IGBT逆變式等離子弧電源包括五個(gè)機(jī)箱和內(nèi)置電路，內(nèi)置電路置于機(jī)箱內(nèi)，內(nèi)置電路包括操作主控制模塊116、程序協(xié)同控制模塊115、 100KW級(jí)IGBT逆變式電源117;操作主控制模塊116分別與五個(gè)結(jié)構(gòu)相同、相互并聯(lián)的程序協(xié)同控制模塊115相連接，每一個(gè)程序協(xié)同控制模塊115分別連接一組結(jié)構(gòu)相同的100KW級(jí)IGBT逆變式電源117,五組100KW級(jí)IGBT逆變式電源117分別與負(fù)載相連接。
圖1中每組100KW級(jí)IGBT逆變式電源117的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其由一個(gè)程序協(xié)同控制模塊115和四個(gè)結(jié)構(gòu)相同、相互并聯(lián)的25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118連接組成；每個(gè)25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118，由IGBT逆變
主電路和反饋閉環(huán)恒流控制電路構(gòu)成，所述IGBT逆變主電路由電磁兼容模塊101、輸入整流濾波模塊102、高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K103、高頻功率主變壓模塊104、高頻整流濾波模塊105、穩(wěn)弧模塊106依次連接組成，其中，電磁兼容模塊101與三相交流輸入電源相連接，穩(wěn)弧模塊106與負(fù)載相連接；所述反饋閉環(huán)恒流控制電路包括平均電流電壓檢測(cè)模塊112、比較器113、等離子弧電參數(shù)給定模塊114、單片機(jī)控制模塊111、 PWM脈寬調(diào)制模塊107和高頻驅(qū)動(dòng)模塊108，其中，平均電流電壓檢測(cè)模塊112—端與負(fù)載(等離子弧/體)相連接，另一端與比較器113輸入端相連接，比較器113另一輸入端連接等離子弧電參數(shù)給定模塊114，比較器113輸出端與單片機(jī)控制模塊111相連接，單片機(jī)控制模塊111與PWM脈寬調(diào)制模塊107相連接，PWM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與高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K103相連接，單片機(jī)控制模塊111與程序協(xié)同控制模塊115相連接，即在每組100KW級(jí)IGBT逆變式電源117中，四個(gè)25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源的單片機(jī)控制模塊111分別與程序協(xié)同控制模塊115相連接。所述每個(gè)25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源還包括安全保護(hù)電路，所述安全保護(hù)電路包括網(wǎng)壓檢測(cè)模塊109、安全保護(hù)模塊110，網(wǎng)壓檢測(cè)模塊109—端與接入的三相交流輸入電源連接，另一端與安全保護(hù)模塊110連接，安全保護(hù)模塊110與PWM脈寬調(diào)制模塊107連接。網(wǎng)壓檢測(cè)模塊109檢測(cè)三相交流輸入電源的電壓，其采用常用的電壓檢測(cè)裝置一一比較器芯片LM393。安全保護(hù)模塊110為一常用的邏輯門(mén)芯片CD4073，實(shí)現(xiàn)欠相、過(guò)壓、過(guò)流、超溫等保護(hù)。等離子弧電參數(shù)給定模塊114由1個(gè)電位器給定等離子弧電流參數(shù)。比較器113采用TL084比較器，對(duì)外環(huán)檢測(cè)信號(hào)與等離子弧給定參數(shù)進(jìn)行比較。平均電流電壓檢測(cè)模塊112為電壓電流傳感器，與負(fù)載連接，分別實(shí)時(shí)采集實(shí)際的等離子弧電流和電壓，送至反饋閉環(huán)控制電路以及顯示電路。
如圖3所示，在每個(gè)25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118的IGBT逆變主電路中，三相交流輸入電源經(jīng)過(guò)由C1、 C2、 C3和壓敏電阻YR4、 YR5、 YR6等相互連接組成的電磁兼容(EMC)模塊101，再連接入輸入整流濾波模塊102中的BR1，然后連接L1、 C5、 C6、 C7、 C8、 R3、 R4組成的濾波環(huán)節(jié)，
9再連接高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K103中的逆變橋VT廣VT4， C6~C10，輸出接高頻功率主變壓模塊104中的變壓器T1的一次繞組，變壓器T1二次繞組連接高頻整流濾波模塊105中的飽和RC吸收電路和高頻全波整流電路D1 D6二極管組及濾波電抗器L2，其輸出連接穩(wěn)弧模塊106中的R9、 C9、C10、 C17，然后輸出平滑干凈的直流電(最大值240V、 3000A)，以上環(huán)節(jié)構(gòu)成功率主電路。所述高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K103包括兩個(gè)兩單元的IGBTVT廣V丁4，平均電流電壓檢測(cè)模塊112為傳感器HALL，與負(fù)載連接。
圖3中的IGBT逆變主電路中的高頻功率IGBT全橋逆變模塊103的電路原理圖如圖4所示，高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K103中，為防止IGBT開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)瞬間過(guò)大的電流、電壓沖擊，造成IGBT的損壞，在IGBT的C和E極之間并聯(lián)RC吸收保護(hù)電路，包括C1卜C14、 R5 R8和壓敏電阻YR3、 C10。
圖3中的IGBT逆變主電路中的電磁兼容模塊101和輸入整流濾波模塊102的電路原理圖如圖5所示，在輸入整流濾波模塊102中，D1 D6為快速二極管組用于輸出整流，R1、 C15和R2、 C16分別組成上下兩組對(duì)稱的二極管的RC吸收回路，壓敏電阻YR1、 YR2用于鉗制快速二極管組的過(guò)高電壓。
圖2的其中一組25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118的反饋閉環(huán)恒流控制電路中的PWM脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖如圖6所示，PWM脈寬調(diào)制模塊107和高頻驅(qū)動(dòng)模塊108主要由PWM脈寬調(diào)制模塊107中的誤差放大電路、反相器芯片ULN2003A和PWM集成控制芯片SG3525以及高頻驅(qū)動(dòng)模塊108中的兩個(gè)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。PWM脈寬調(diào)制模塊107產(chǎn)生兩路波形互補(bǔ)的信號(hào)，分別進(jìn)入兩路高頻驅(qū)動(dòng)模塊。高頻驅(qū)動(dòng)模塊108將兩路信號(hào)進(jìn)行功率加強(qiáng)和通過(guò)兩個(gè)脈沖變壓器M1和M2進(jìn)行電的隔離藕合，為高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K103的逆變橋開(kāi)關(guān)管VT廣VT4輸出兩對(duì)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
圖2的其中一組25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118的安全保護(hù)電路模塊的電路原理圖如圖7所示，在安全保護(hù)模塊110中，U12A、 U12B、 U13A、U13B分別接溫控模塊和過(guò)流、過(guò)壓、欠相以及關(guān)斷信號(hào)的信號(hào)線，傳輸信號(hào)給三個(gè)與門(mén)邏輯電路和反相器芯片ULN2003A，通過(guò)ULN2003A的16腳與PWM脈寬調(diào)制模塊107中的集成控制芯片SG3525的10腳相接。本電路的輸出端與集成控制芯片SG3525的引腳2相連，作為集成控制芯片SG3525的輸入信號(hào)，在SG3525內(nèi)部與誤差信號(hào)比較，使集成控制芯片SG3525輸出相應(yīng)的兩路PWM信號(hào)。該兩路互補(bǔ)的PWM信號(hào)分別進(jìn)入高頻驅(qū)動(dòng)模塊108，作為逆變開(kāi)關(guān)管VT廣V丁4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如出現(xiàn)超溫過(guò)熱、過(guò)流、過(guò)壓、欠相的任何一種現(xiàn)象，安全保護(hù)模塊110將送給PWM脈寬調(diào)制模塊一個(gè)信號(hào)，產(chǎn)生低電平通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊108，關(guān)斷高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K103的IGBT開(kāi)關(guān)管，保護(hù)主電路安全工作。
圖2的其中一組25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118的反饋閉環(huán)恒流控制電路的具體連接示意圖如圖8所示，單片機(jī)控制模塊111主要由高性能單片微機(jī)PALCE22V10Q、反相器ULN2003A以及輔助電路相互連接組成。單片微機(jī)PALCE22V1 OQ作為閉環(huán)電流模糊控制的核心，采樣電流與給定信號(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PWM脈寬調(diào)制模塊107中集成控制芯片SG3525的腳2輸入信號(hào)，該信號(hào)與給定的電流比較，確定驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比大小，從而控制單元電源和整機(jī)功率電源的輸出大小。
圖2中的程序協(xié)同控制模塊115的電路原理圖如圖9所示，在程序協(xié)同控制模塊115中，為便于說(shuō)明問(wèn)題，以兩組25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118并聯(lián)為例做描述。圖中的兩個(gè)相互并聯(lián)的25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118的單片機(jī)控制模塊1"，分別與圖中的CN1、 CN2和CN3、 CN4端子連接。如用戶提出要求和操作需要，CN8與等離子弧的電極升降機(jī)構(gòu)的控制驅(qū)動(dòng)電路相連，電極升降機(jī)構(gòu)上的啟動(dòng)按鈕按下則圖中繼電器RLY1開(kāi)關(guān)吸合，使SHUTDOWN1端接地，從而觸發(fā)兩組25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118可以同時(shí)開(kāi)通。兩組25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118并聯(lián)的電流、電壓反饋顯示信號(hào)則通過(guò)LM324的疊加和放大計(jì)算，送到100KW級(jí)IGBT逆變式電源117的機(jī)殼面板和操作主控制模塊116的面板進(jìn)行電流電壓顯示的端口IDSP。
上述電路中，圖3中的平均電流電壓檢測(cè)模塊112為傳感器HALL,與比較器113連接、再與單片機(jī)控制模塊111的單片微機(jī)PALCE22V10Q通過(guò)反相器ULN2003A相連接。單片機(jī)控制模塊111輸出端與PWM脈寬調(diào)制模塊107的集成控制芯片SG3525的引腳2相連接，集成控制芯片SG3525的輸出端11、 14腳分別與高頻驅(qū)動(dòng)模塊108的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的5、 16管腳相連接，驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的輸出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，上述環(huán)節(jié)構(gòu)成反饋閉環(huán)恒流控制電路。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(D1~D3， D4 D6)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。
本實(shí)用新型是這樣工作的三相交流輸入電源經(jīng)過(guò)每組25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118中的電磁兼容(EMC)模塊101、輸入整流濾波模塊102后成為平滑直流電后進(jìn)入高頻IGBT逆變?nèi)珮蚰K103，單片機(jī)控制模塊1"將平均電流電壓檢測(cè)模塊112檢測(cè)到負(fù)載的電流信號(hào)與等離子弧電參數(shù)給定模塊114給定的參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制模塊111的模糊控制算法運(yùn)算，發(fā)給PWM脈寬調(diào)制模塊107—個(gè)信號(hào)，PWM脈寬調(diào)制模塊107根據(jù)單片機(jī)控制模塊111設(shè)定的算法產(chǎn)生兩路PWM信號(hào)。這兩路PWM信號(hào)通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊108放大去控制高頻IGBT逆變?nèi)珮蚰K103的IGBT管的開(kāi)通和關(guān)斷，從而得到20KHz高頻高壓交流電，高頻高壓交流電再經(jīng)過(guò)高頻功率主變壓模塊104轉(zhuǎn)換成符合等離子弧焚燒處理固體垃圾工藝要求的電壓、電流，再經(jīng)過(guò)高頻整流濾波模塊105，得到更加平滑的焊接電流，也就是均值模糊閉環(huán)恒流控制過(guò)程。網(wǎng)壓檢測(cè)模塊109檢測(cè)三相交流輸入電源的電壓，把檢測(cè)到的電壓信號(hào)送給安全保護(hù)模塊110，如出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流、超溫、欠壓的現(xiàn)象，安全保護(hù)模塊110將送給PWM脈寬調(diào)制模塊107—個(gè)信號(hào)，產(chǎn)生低電平通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)模塊108關(guān)斷高頻IGBT逆變?nèi)珮蚰K103的IGBT開(kāi)關(guān)管，從而保護(hù)主電路安全工作。
如圖10所示，每組100KW級(jí)IGBT逆變式電源117由四個(gè)25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118組成，每個(gè)25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118中的單片機(jī)控制模塊111都要分別接入程序協(xié)同控制模塊115，即接入圖10中的程序控制板，并由程序控制板連接單片機(jī)控制模塊111、 PWM脈寬調(diào)制模塊107、高頻驅(qū)動(dòng)模塊108，協(xié)同控制四個(gè)25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源118同步、均流、穩(wěn)定輸出。
由五組10OKW級(jí)的IGBT逆變式電源117并聯(lián)組成500KW級(jí)IGBT逆變式電源，每個(gè)10OKW級(jí)IGBT逆變式電源117中的程序協(xié)同控制模塊115需要再次連接程序協(xié)同控制模塊115，即接入如圖11中的程序控制板，再與操作主控制模塊116連接，由操作主控制模塊116實(shí)現(xiàn)500KW級(jí)IGBT逆變式電源的同步、均流、穩(wěn)定輸出。
本實(shí)用新型首次使用20路相互并聯(lián)的主電路，由程序協(xié)同控制模塊分
組分層控制20路主電路的輸出，有效地提高了等離子弧電流均勻性、穩(wěn)定
性、可靠性。
如上所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種IGBT逆變式等離子弧電源，其特征是，包括五組機(jī)箱和內(nèi)置電路，所述內(nèi)置電路置于機(jī)箱內(nèi)，所述內(nèi)置電路包括操作主控制模塊、程序協(xié)同控制模塊、100KW級(jí)IGBT逆變式電源；所述操作主控制模塊分別與五個(gè)結(jié)構(gòu)相同、相互并聯(lián)的程序協(xié)同控制模塊相連接，每一個(gè)程序協(xié)同控制模塊分別連接一組結(jié)構(gòu)相同的100KW級(jí)IGBT逆變式電源，五組100KW級(jí)IGBT逆變式電源分別與負(fù)載相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述IGBT逆變式等離子弧電源，其特征是，所述100KW級(jí)IGBT逆變式電源由一個(gè)程序協(xié)同控制模塊和四個(gè)結(jié)構(gòu)相同、相互并聯(lián)的25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源連接組成；所述每個(gè)25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源，由IGBT逆變主電路和反饋閉環(huán)恒流控制電路構(gòu)成，所述IGBT逆變主電路由電磁兼容模塊、輸入整流濾波模塊、高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K、高頻功率主變壓模塊、高頻整流濾波模塊、穩(wěn)弧模塊依次連接組成，其中，電磁兼容模塊與三相交流輸入電源相連接，穩(wěn)弧模塊與負(fù)載相連接；所述反饋閉環(huán)恒流控制電路包括平均電流電壓檢測(cè)模塊、比較器、等離子弧電參數(shù)給定模塊、單片機(jī)控制模塊、PWM脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動(dòng)模塊，其中，平均電流電壓檢測(cè)模塊一端與負(fù)載相連接，另一端與比較器模塊輸入端相連接，比較器另一輸入端連接等離子弧電參數(shù)給定模塊，比較器輸出端與單片機(jī)控制模塊相連接，單片機(jī)控制模塊與PWM脈寬調(diào)制模塊相連接，PWM脈寬調(diào)制模塊與高頻驅(qū)動(dòng)模塊相連接，高頻驅(qū)動(dòng)模塊與高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K相連接，單片機(jī)控制模塊與程序協(xié)同控制模塊相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述IGBT逆變式等離子弧電源，其特征是，所述每個(gè)25KW級(jí)IGBT逆變式單元電源還包括安全保護(hù)電路，所述安全保護(hù)電路包括網(wǎng)壓檢測(cè)模塊、安全保護(hù)模塊，所述網(wǎng)壓檢測(cè)模塊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)模塊與PWM脈寬調(diào)制模塊相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述IGBT逆變式等離子弧電源，其特征是，所述單片機(jī)控制模塊主要由單片微機(jī)PALCE22V10Q、反相器ULN2003A及其外圍電路相互連接組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述IGBT逆變式等離子弧電源，其特征是，所述PWM脈寬調(diào)制模塊主要由誤差放大電路、PWM集成控制芯片SG3525及其外圍電路相互連接組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述IGBT逆變式等離子弧電源，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及其外圍電路相互連接組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述IGBT逆變式等離子弧電源，其特征是，所述高頻功率IGBT逆變?nèi)珮蚰K由兩個(gè)單元的IGBT及其外圍電路組成。
專利摘要本實(shí)用新型為一種IGBT逆變式等離子弧電源，包括五組機(jī)箱和內(nèi)置電路，所述內(nèi)置電路置于機(jī)箱內(nèi)，所述內(nèi)置電路包括操作主控制模塊、程序協(xié)同控制模塊、100KW級(jí)IGBT逆變式電源；所述操作主控制模塊分別與五個(gè)結(jié)構(gòu)相同、相互并聯(lián)的程序協(xié)同控制模塊相連接，每一個(gè)程序協(xié)同控制模塊分別連接一組結(jié)構(gòu)相同的100KW級(jí)IGBT逆變式電源，五組100KW級(jí)IGBT逆變式電源分別與負(fù)載相連接，其中每組100KW級(jí)IGBT逆變式電源由一個(gè)程序協(xié)同控制模塊和四個(gè)結(jié)構(gòu)相同、相互并聯(lián)的25KW的IGBT逆變式單元電源連接組成。本實(shí)用新型采用高頻IGBT逆變和模塊式以及N+M冗余結(jié)構(gòu)，效率高、可靠性高。
文檔編號(hào)H05B7/148GK201303435SQ20082020274
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者劉曉光, 廖紅武, 黃石生 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)