專利名稱：一種感應(yīng)加熱雙循環(huán)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種加熱控制器，尤其涉及一種感應(yīng)加熱雙循環(huán)控制器。
背景技術(shù)：
感應(yīng)加熱電源在熱處理行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。它采用的逆變器負(fù)載通常有串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振兩種方式。前者，適用于高阻抗，需頻繁起動(dòng)的場(chǎng)合；后者，適用于低阻抗，負(fù)載變動(dòng)范圍大的場(chǎng)合。目前，并聯(lián)諧振型感應(yīng)加熱電源的輸出功率調(diào)節(jié)，主要是通過改變逆變器的輸入直流電壓方式來實(shí)現(xiàn)的。采用晶閘管相控整流，實(shí)現(xiàn)直流調(diào)壓功率調(diào)節(jié)的主要缺點(diǎn)是功率因數(shù)低，深控時(shí)對(duì)網(wǎng)側(cè)的諧波污染嚴(yán)重。采用傳統(tǒng)的直流硬斬波調(diào)壓調(diào)功是一個(gè)比較好的方案，但功率器件一般工作于硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，EMI嚴(yán)重。為了進(jìn)一步提高電源容量和效率，改善裝置的EMC性能，要求基于全控型器件的新型感應(yīng)加熱電源不僅逆變器實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)；而目直流斬波調(diào)功電路也應(yīng)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。由于并聯(lián)型諧振逆變電路必須具有頻率自動(dòng)跟蹤功能。這是逆變器的基本功能之一，由于被加熱工件在加熱過程中其物理性質(zhì)(電阻率、導(dǎo)磁率等)都會(huì)隨溫度不斷變化， 因而負(fù)載電路的固有諧振頻率也會(huì)隨之變化。為了使逆變器可靠工作，逆變控制電路必須有自動(dòng)調(diào)頻能力，以適應(yīng)負(fù)載的變化。同時(shí)為了并聯(lián)型逆變器的安全工作，應(yīng)保證逆變器工作在容性狀態(tài)下，即輸出電流相位超前于輸出電壓相位，則控制電路必須滿足輸出觸發(fā)頻率高于負(fù)載固有諧振頻率。對(duì)于并聯(lián)逆變器上、下橋臂開關(guān)器件的觸發(fā)，必須遵守“先開通、 后關(guān)斷”的原則，即上、下橋臂開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖之間必須有一重疊時(shí)間，且為了使開關(guān)器件在合適時(shí)刻導(dǎo)通和關(guān)斷，重疊時(shí)間大小必須隨著負(fù)載的變化調(diào)整。為了使逆變器有較強(qiáng)的頻率適應(yīng)性和負(fù)載適應(yīng)性，逆變器的功率因數(shù)角應(yīng)保持恒定，不跟隨逆變器工作頻率和負(fù)載特性變化?？刂齐娐肪哂凶銐驈?qiáng)的抗干擾能力，這是控制電路的基本要求，要保證控制電路在有外界干擾的情況下能達(dá)到控制要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提出了一種感應(yīng)加熱雙循環(huán)控制器，該感應(yīng)加熱電源控制器克服了輸出功率受電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響，保證了恒功率輸出，同時(shí)能夠保證逆變器的功率因數(shù)角保持恒定，不跟隨逆變器工作頻率和負(fù)載特性變化，能夠滿足控制電路在有外界干擾的情況下任然能夠達(dá)到控制要求。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出的感應(yīng)加熱雙循環(huán)控制器包括有主電路， 電流電壓信號(hào)檢測(cè)電路，無損緩沖雙閉環(huán)控制電路，定角頻率跟蹤控制電路。其特征在于 所述的主電路用于將市電轉(zhuǎn)化為感應(yīng)加熱負(fù)載需要的高頻交流電，所述的電流電壓信號(hào)檢測(cè)電路用于檢測(cè)主電路直流母線電流，直流側(cè)電壓，交流電壓；所述的無損緩沖雙閉環(huán)控制電路用于對(duì)直流電壓的控制；所述的定角頻率跟蹤控制電路用于對(duì)并聯(lián)型逆變器負(fù)載頻率的自動(dòng)跟蹤和逆變器運(yùn)行狀態(tài)的高性能的控制。本實(shí)用新型的感應(yīng)加熱電源，通過無損緩沖雙閉環(huán)控制策略和定角頻率跟蹤控制策略，使得感應(yīng)加熱能夠在輸入電網(wǎng)及負(fù)載變化時(shí)能夠保持恒功率輸出，使得功率因數(shù)角在逆變頻率和負(fù)載變化時(shí)保持恒定，滿足了感應(yīng)加熱電源抗干擾性高的要求。

圖1軟斬波調(diào)功并聯(lián)諧振感應(yīng)加熱控制器的系統(tǒng)框圖；圖2定角頻率跟蹤控制策略框圖；圖3CD4046BE的鑒相波形；圖4負(fù)載電壓UH的絕對(duì)值積分電路；圖5直流電流采樣電路；圖6CD4046鑒相電路。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步詳細(xì)地介紹本實(shí)用新型，
以下結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖1所示為軟斬波調(diào)功并聯(lián)諧振感應(yīng)加熱控制器的系統(tǒng)框圖，包括有主電路，電流電壓信號(hào)檢測(cè)電路，無損緩沖雙閉環(huán)控制電路，定角頻率跟蹤控制電路。主電路原理為三相不控整流橋整流橋通過相工業(yè)用電進(jìn)行整流得到脈動(dòng)的直流電壓，經(jīng)過Cd濾波后得到平滑的直流電壓；然后通過一種有源緩沖軟PWM BUCK變換器將直流電壓進(jìn)行功率調(diào)節(jié)得到可調(diào)節(jié)的平滑的直流；最終通過并聯(lián)諧振逆變器對(duì)前級(jí)獲得的直流進(jìn)行逆變得到高頻的交流供給負(fù)載；通過LEM采集直流母線電流，采集直流電壓，無損緩沖軟PWM斬波器及緩沖電路部分通過電壓調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)，電流調(diào)節(jié)外環(huán)，保證了了輸出功率在電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的情況下不變化，保證了恒功率輸出。如圖2，圖3所示，本控制策略取逆變器的輸出電壓 作為頻率環(huán)的反饋信號(hào)，經(jīng)過過零比較電路得到和Uh同相位同頻率的方波，該方波同MCU輸出的PWM控制脈沖一起經(jīng)過電荷泵鑒相器(⑶4046鑒相器2)_2 π——2 π司鑒頻鑒相，得到二者的相位差；再經(jīng)過低通濾波器得到反映該相位差大小的直流電。在感應(yīng)加熱電源初始啟動(dòng)的時(shí)刻，負(fù)載諧振電壓信號(hào)尚未建立，則以上電路將因?yàn)闆]有反饋信號(hào)而無法產(chǎn)生作用，因此除了實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤的基本功能外，還必須通過軟件實(shí)現(xiàn)使負(fù)載諧振電壓建立起來的啟動(dòng)單元。本實(shí)用新型主電路采用全控型器件IGBT作為并聯(lián)逆變器功率器件。采用比較理想的它激轉(zhuǎn)自激的起動(dòng)方式，設(shè)計(jì)有它激軟啟動(dòng)程序。當(dāng)負(fù)載諧振電壓建立后，控制程序從它激模式轉(zhuǎn)換到自動(dòng)頻率跟蹤模式，兩種模式之間的轉(zhuǎn)換通過程序中的判斷語句實(shí)現(xiàn)，而建立一定幅值穩(wěn)定的負(fù)載電壓信號(hào) 是模式切換的判據(jù)。為了在負(fù)載電流變化比較大的時(shí)候使并聯(lián)諧振能夠安全換流，MCU通過采樣直流電流可以改變死區(qū)寄存器的值，從而調(diào)整輸出驅(qū)動(dòng)脈沖重疊時(shí)間的大小。圖4所示為負(fù)載電壓UH的絕對(duì)值積分電路(或稱為精密整流電路)，一方面在逆變器啟動(dòng)的時(shí)候，可以通過該電路的采樣值來判斷負(fù)載電壓的有無，作為它激和自激狀態(tài)的轉(zhuǎn)換的依據(jù)。另一方面在啟動(dòng)成功，系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，該電路的采樣值可以作為功率控制器的反饋量。圖5為直流電流的采樣電路直流電流通過LEM采樣進(jìn)來，通過放大電路調(diào)整增益。再通過低通濾波、電壓跟隨后送入MCU采樣。[0020]圖6所示為⑶4046鑒相電路，負(fù)載諧振電壓UH通過分壓，放大后，通過LM311構(gòu)成的過零比較電路，得到同相位的方波，該方波和MCU的輸出PWM信號(hào)一起送入⑶4046作鑒相，經(jīng)低通濾波得到直流電平，將其幅值調(diào)整后送入MCU采樣。兩個(gè)串聯(lián)的施密特觸發(fā)器 74LS14起延時(shí)和抗干擾的作用。本實(shí)用新型提出基于MCU并聯(lián)型逆變器數(shù)字頻率跟蹤控制。利用高速M(fèi)CU超快的運(yùn)算速度和豐富的片上資源的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)并聯(lián)型逆變器負(fù)載頻率的自動(dòng)跟蹤和逆變器運(yùn)行狀態(tài)的高性能的控制。保證無論負(fù)載是在重載、輕載、還是加熱過程中固有頻率變化的情況下，控制電路都能夠自動(dòng)調(diào)整所發(fā)出的觸發(fā)控制信號(hào)，使得并聯(lián)逆變器工作在小容性狀態(tài)，輸出功率因數(shù)基本為一個(gè)定值，從而保證逆變器的安全工作，提高電源的可靠性。以上所舉僅以方便說明本實(shí)用新型，在不脫離本實(shí)用新型的創(chuàng)作精神范疇內(nèi)，任何熟知此技術(shù)的技術(shù)人員所做的任何變相的修飾與變形，仍屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范疇。
權(quán)利要求1. 一種感應(yīng)加熱雙循環(huán)控制器，包括有主電路，電流電壓信號(hào)檢測(cè)電路，無損緩沖雙閉環(huán)控制電路，定角頻率跟蹤控制電路，并聯(lián)型逆變器負(fù)載，其特征在于 所述的主電路用于將市電轉(zhuǎn)化為感應(yīng)加熱負(fù)載需要的高頻交流電； 所述的電流電壓信號(hào)檢測(cè)電路用于檢測(cè)主電路直流母線電流，直流側(cè)電壓，交流電壓；所述的無損緩沖雙閉環(huán)控制電路用于對(duì)直流電壓進(jìn)行控制；所述的定角頻率跟蹤控制電路用于對(duì)并聯(lián)型逆變器負(fù)載頻率的自動(dòng)跟蹤和逆變器運(yùn)行狀態(tài)的高性能的控制。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種感應(yīng)加熱雙循環(huán)控制器的電流電壓雙閉環(huán)功率控制及數(shù)字頻率跟蹤控制電路。包括有主電路，電流電壓信號(hào)檢測(cè)電路，無損緩沖雙閉環(huán)控制電路，定角頻率跟蹤控制電路。無損緩沖軟PWM斬波器及緩沖電路部分采用電壓調(diào)節(jié)為內(nèi)環(huán)，電流調(diào)節(jié)為外環(huán)，克服了輸出功率受電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響，保證了恒功率輸出。定角頻率跟蹤控制電路保證了恒功率輸出能夠保證逆變器的功率因數(shù)角保持恒定，不跟隨逆變器工作頻率和負(fù)載特性變化，能夠滿足控制電路在有外界干擾的情況下任然能夠達(dá)到控制要求。這對(duì)提高加感應(yīng)加熱的熱效率，保證加熱一致性具有重要的意義。
文檔編號(hào)H05B6/06GK201967167SQ201120035598
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月30日
發(fā)明者王軍, 王勇, 王婷婷, 郭霞 申請(qǐng)人:鹽城市廣慶電器有限公司