专利名称：一种全风冷型igbt感应加热设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种本工业热处理行业中的感应加热设备，具体地说是涉 及一种冷却效果好的新型高频感应加热设备。
技术背景在石油，天然气管道输送施工现场，石油化工生产基地施工现场和大型火 电站施工现场等等均遇到大型管道对接处的焊前预热和焊后应力释放的加热工 艺技术难题。采用火焰加热，温度不均匀且污染环境，操作也不安全。采用电 阻丝利用热传导的方式加热，操作复杂且管道口径大时，加热功率不能满足温 升需要，施工速度慢而影响工程进度。而采用感应加热的方式是理想选择。它 只要将特制的感应圈装入管道焊缝处，开启感应加热电源设备，即能实现无接 触式对焊接处的理想加热过程。感应加热温度均匀，温升曲线可随工艺要求方 便设置，极大地提高了工程质量和工程进度，而且工人不必置身在灼热的有爆 炸性气体的加热器旁操作，极大地降低了工人的劳动程度而且无环境污染和操 作安全可靠。但目前国产感应加热设备体积大，并且要配有庞大的水冷装置才能正常工 作。这给野外施工带来极大的不方便，因而影响了感应加热技术在此领域的广 泛使用。发明内容本实用新型的目的是提供一种冷却效果好且体积较小的全风冷型IGBT感应 加热设备。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案本实用新型包括三相全桥整流电路，三相全桥整流电路的输出端与逆变电 路的输入端相连接，逆变电路的输出端与谐振回路相连接，上述三相全桥整流 电路和逆变电路中功率元器件的散热器均采用风冷翅片。上述逆变电路为全桥逆变电路，其四只功率元器件IGBT管采用130X130 X300mm的铝制风冷翅片；在所述三相全桥整流电路中采用130X 130X 180ram的 铝制风冷翅片。在谐振回路中，输出变压器采用铁氧体磁芯和多股高频线绕制的线圈。 上述铁氧体磁芯的散热器上设有风冷翅片。上述的逆变电路分别与过流保护电路、过热保护电路、欠压保护龟路、过 压保护电路和缺相显示报警电路相连采用上述方案的本实用新型，由于所有功率器件全部采用全风冷的结构型 式，冷却效果好，体积小，排除了水冷结构带来的麻烦和设备庞大的问题，使一台50KW的新型IGBT感应加热电源设备的体积只有760X750X520mm，重量仅 有96公斤。另夕卜，合理的匹配变压器初级匝数和变比设计，即提高了整机效率， 又保证了感应线圈长期工作不发热，因而实现了全部加热过程任何一个部位均 不需水冷却。采用以IGBT为逆变主器件新型感应加热设备模式，设备体积小， 重量轻，效率高。控制电路全部采用数字化电路，控制精度高，保护电路工作 可靠反应灵敏。在本实用新型中，整机还可以采取可靠的防震减震措施，满足 车载灵活移动的野外施工要求。
图1为本实用新型中逆变电路IGBT管采用风冷翅片的断面图； 图2为本实用新型中逆变电路IGBT管采用风冷翅片的俯视图； 图3为本实用新型中输出变压器采用风冷翅片的断面图；图4为本实用新型中输出变压器采用风冷翅片的俯视图； 图5为本实用新型的主电路图； 图6为本实用新型控制电路图。
具体实施方式
在本实用新型包括三相全桥整流电路，三相全桥整流电路的输出端与逆变 电路的输入端相连接，逆变电路的输出端与谐振回路相连接。其中，三相全桥 整流电路、逆变电路和谐振回路中所有功率元器件的散热器均采用风冷翅片。具体地说，如图l、图2所示，上述的逆变电路为全桥逆变电路，其四只功 率元器件IGBT管1均采用130X130X300腿的铝制风冷翅片2;在三相全桥整 流电路中采用130X130X180mm的铝制风冷翅片，并将0100， 20W轴流风扇直 接固定在散热器断面上，经试验在20度室温下，连续满负荷工作1小时零5分， 平均温升在15度以内，完全符合功率元器件的散热要求。在谐振回路中，输出 变压器T采用铁氧体磁芯和多股高频线绕制的线圈，经理论优化设计初级匝数 和变比并经多次试验最终确定合理的初级匝数和变比，在变压器次级输出较高 的工作电压和合适的工作电流。即在满足设备输出功率的前提下，又满足感应 器线圈在额定电流下不发热，确定输出电压值和变比。如图3、图4所示，上述 铁氧体磁芯的散热器上设有两块250X320X50mm的风冷翅片，上下固定变压器 磁芯，经0250， IOOW轴流风扇抽风换热，达到理想的散热效果，即配合整机满 负荷工作1小时零5分。平均温升在18度以内。另外，上述所有功率元器件散 热器的风冷翅片的大小均可以根据实际需要而自行设定。本实用新型的工作原理是如图5所示，三相工频交流电通过三相全桥整流电路获得直流脉动电压， 经滤波电路滤波获得稳定的直流工作电压，并向由四只IGBT谐振电容C、匹配变压器T组成的串联谐振式全桥逆变电路供电。四只IGBT分为两组Tl， T4和 T2， T3，它们在受控的两组互补且含死区电压的P丽脉冲控制下，Tl， T4导通 半个周期，T2， T4经死区延时后再导通下半个周期，这样在串联谐振的两端将 产生以谐振电容C和匹配变压器T初级电感L为固有频率的正弦波震荡电流。 该电流经匹配变压器T偶合输出到感应加热线圈上，实现在新的逆变频率下的 感应加热过程。主电路中Gl为霍尔直流变换器，完成供电直流电流的过流保护控制。G2为 交流互感器，采样逆变回路的电流频率相位变化和电流幅值变化。该信号采样 后在主控制板上分两路使用。如图6所示， 一路经过零比较器A1比较后送入整 形电路，从整形电路输出端输出的信号送入脉宽调制器SG3525中控制P丽脉冲 的频率和相位，使控制脉冲的频率和相位始终与谐振回路的固有频率同频、同 相，并且使逆变回路的功率因数始终维持在接近为1。另一路输入送到运算放大 器A2与给定的功率调节给定的直流信号进行比较，完成设备的输出功率调节功 能。在主控板中，逆变电路分别与过流保护电路、过热保护电路、欠压保护电 路、过压保护电路和缺相显示报警电路相连接。IGBT散热板、整流桥散热板， 匹配变压器散热板过热保护电路。所有保护电路均通过各自的比较器与给定信 号比较后输出统一电平的故障报警信号，使整机任一故障报警均停机，并显示 报警信号出现的部位，便于查找原因。
权利要求1、一种全风冷型IGBT感应加热设备，它包括三相全桥整流电路，三相全桥整流电路的输出端与逆变电路的输入端相连接，逆变电路的输出端与谐振回路相连接，其特征在于所述三相全桥整流电路和逆变电路中功率元器件的散热器均采用风冷翅片。
2、 根据权利要求1所述的全风冷型IGBT感应加热设备，其特征在于所 述逆变电路为全桥逆变电路，其四只功率元器件IGBT管采用130X130X300腿 的铝制风冷翅片；在所述三相全桥整流电路中采用130X130X180臓的铝制风 冷翅片。
3、 根据权利要求1所述的全风冷型IGBT感应加热设备，其特征在于在 所述的谐振回路中，输出变压器采用铁氧体磁芯和多股高频线绕制的线圈。
4、 根据权利要求3所述的全风冷型IGBT感应加热设备，其特征在于所 述铁氧体磁芯的散热器上设有风冷翅片。
5、 根据权利要求1所述的全风冷型IGBT感应加热设备，其特征在于所 述的逆变电路分别与过流保护电路、过热保护电路、欠压保护电路、过压保护 电路和缺相显示报警电路相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种全风冷型IGBT感应加热设备，它包括三相全桥整流电路，三相全桥整流电路的输出端与逆变电路的输入端相连接，逆变电路的输出端与谐振回路相连接，上述三相全桥整流电路和逆变电路中功率元器件的散热器均采用风冷翅片。本实用新型由于所有功率器件全部采用全风冷的结构型式，冷却效果好，体积小，排除了水冷结构带来的麻烦和设备庞大的问题，使一台50KW的新型IGBT感应加热电源设备的体积只有760×750×520mm，重量仅有96公斤。另外，合理的匹配变压器初级匝数和变比设计，即提高了整机效率，又保证了感应线圈长期工作不发热，因而实现了全部加热过程任何一个部位均不需水冷却。
文档编号H01L23/34GK201332514SQ20082023897
公开日2009年10月21日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者吴水江, 汪献忠, 高俊山 申请人:郑州科创电子有限公司;郑州市科融系统工程有限公司