专利名称：一种中频感应炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及中频感应炉。
背景技术：
中频感应电炉过去是采用电动机(三相、工频)、发电机(单项、中频) 作为中频电源，这种中频电源体积大、重量大，制造时所需的设备、模具要 求高， 一般地方小厂又很难生产，供需矛盾很大。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种体积小、重量轻、制造时所需的设备、模 具要求低的中频感应炉。
一种中频感应炉，包括供电模块和炉体加热单元，其中所述供电模块 包括整流单元、控制单元、并联逆变单元，其中整流单元输入端用于连接供 电电源，整流单元输出端连接并联逆变单元的供电输入端，并联逆变单元的 输出端用于连接炉体加热单元供电输入端；控制单元的逆变控制信号输出端 连接并联逆变单元的控制信号输入端。
所述的中频感应炉，其中所述的并联逆变单元包括第一、第二、第三、 第四逆变模块，第一、第二逆变模块信号输入端连接整流器输出端正极，第 三、第四逆变模块信号输入端连接整流器输出端负极，第一、第四逆变模块 信号输出端同时连接感应炉启动单元供电输入端的一个端子，第二、第三逆 变模块信号输出端同时连接感应炉启动单元供电输入端的另一个端子。
所述的中频感应炉，其中所述的第一、第二、第三、第四逆变模块电 路相同，均包括一限流电感、第一、第二均压电阻、第一、第二吸收电路、 第一、第二平衡电阻、第一、第二可控硅，其中，第一均压电阻、第一吸收
3电路、第一平衡电阻、第一可控硅均并联后构成第一逆变单元，第二均压电 阻、第二吸收电路、第二平衡电阻、第二可控硅均并联后构成第二逆变单元， 第一逆变单元与第二逆变单元相串联，限流电感串接在整流器相应输出端子
与第一逆变单元、第二逆变单元之间；所述第一、第二吸收电路均由一电阻、
一电容串联构成。
本实用新型采用上述技术方案将达到如下的技术效果
本实用新型的中频感应炉，先用整流单元将交流变为直流，再通过并联 逆变单元将直流变为适于中频感应炉所需频率、幅值的交流信号，整流单元、 并联逆变单元、控制单元通过电路设计来实现，大大减小了中频感应炉供电 模块的体积、减轻了其重量，相对现有的中频感应炉，制造时不再需要专门 制造中频发电机组所需的设备、模具等，简化了中频感应炉的制造工艺、降 低了生产成本。
图1为本实用新型中频感应炉的结构示意图2为本实用新型中频感应炉供电模块并联逆变单元的电路原理图3 (a) 图3 (d)为本实用新型中频感应炉供电模块并联逆变单元的
四种使用状态等效图。
具体实施方式实施例-
一种中频感应炉，包括供电模块和炉体加热单元，如图1所示，所述供 电模块包括整流单元、控制单元、并联逆变单元，其中整流单元输入端用于 连接380V供电电源，整流单元的直流输出端连接并联逆变单元的供电输入 端，并联逆变单元的交流输出端用于连接炉体加热单元供电输入端；控制单 元的逆变控制信号输出端连接并联逆变单元的控制信号输入端。
所述的并联逆变单元，如图2所示，包括第一、第二、第三、第四逆变模块，第一、第二逆变模块信号输入端连接整流器输出端正极，第三、第四 逆变模块信号输入端连接整流器输出端负极，第一、第四逆变模块信号输出 端同时连接感应炉启动单元供电输入端的一个端子，第二、第三逆变模块信 号输出端同时连接感应炉启动单元供电输入端的另一个端子。
以第一逆变模块为例，其包括第一、第二可控硅SCRll、 SCR12、 一快速 熔断器Z(作为过流保护用)、 一限流电感LK(限制电流上升率用的空心电感)、 第一、第二均压电阻Rl、 R2(保证稳态下相串联的两只可控硅SCRll、 SCR12 上的电压均匀分配)、电阻R3、电容C1串联构成的第一吸收电路、电阻R4、 电容C2串联构成的第二吸收电路(两吸收电路用于保证动态下可控硅SCRll、 SCR12电压均匀分配，并吸收瞬间电压)、第一、第二平衡电阻R5、 R6 (第一、 第二平衡电阻R5、 R6分别与第一、第二可控硅SCRll、 SCR12构成平衡电桥)、 监视指示灯V，其中，第一可控硅SCRll、第一均压电阻Rl、第一吸收电路 C1R3、第一平衡电阻R5依次并联构成第一逆变单元，第二可控硅SCR12、第 二均压电阻R2、第二吸收电路C2R4、第二平衡电阻R6依次并联构成第二逆 变单元，第一逆变单元与第二逆变单元相串联，监视指示灯V连接在第一、 第二逆变单元相连接的任两端点A、 B之间，故障时(如可控硅SCR11短路)电桥 失去平衡，A、 B点之间出现不平衡电压，监视指示灯V中流过电流，指示故障；快速 熔断器Z、限流电感LK串接在整流器正极输出端子+与串接在一起的第一逆变 单元、第二逆变单元之间。
第二逆变模块包括可控硅SCR21、SCR22、第三逆变模块包括可控硅SCR31、 SCR32、第四逆变模块包括可控硅SCR41、 SCR42，第一、第二、第三、第四逆 变模块电路相同，第二、第三、第四逆变模块的电路这里不再赘述，第一、 第二逆变模块的输入端连接整流器正极输出端子+，第三、第四逆变模块的输 入端连接整流器负极输出端子-，第一、第四逆变模块的输出端连接炉体加热 单元的一个供电端子，第二、第三逆变模块的输出端连接炉体加热单元的另一个供电端子。另外，图2中^、 ^为炉体加热单元的等效电感、电阻，Co 为补偿电容，为了提高炉体加热单元的的功率因数，补偿无功功率，VT为电 压互感器，仪表及检测讯号用，CT1、 CT2、 CT3为电流互感器，仪表及检测 讯号用。
并联逆变单元有四个工作阶段，即正半周的稳定导通-换流-负半周的稳 定导通-换流。
在工作过程中，并联逆变单元的基本关系如下
输入直流电流/rf与中频输出电流基波有效值/al间的关系为
1 4 / =~^~/= ， / =09/
V2 兀V2
输入直流电压K与输出中频电压有效值C/。间的关系为
斗cos pcos p 中频输出功率的数学表达式为
p兀2 1
尸o =——X-^~ X——
8 cos p i ^
对所述控制单元的基本要求(所述控制单元即逆变触发电路，用于控制 并联逆变单元四个工作阶段的转换，控制单元为现有成熟技术，其结构、原 理、工作方式这里不再赘述)
为保证并联逆变单元中快速可控硅SC《~ SCi 4 ( SCR^指代SCR11 、 SCR12 ， SCR2指代SCR21、 SCR22， SCR3指代SCR31、 SCR32， SCR4指代SCR41、 SCR42,下面不再赘述，又如图3所示)的准确换向及可'靠关断，所述控制单 元必须满足以下几点要求
1、 具有自动调频(频率自动跟踪)能力；
2、 对触发脉冲的要求
(1)对脉冲序列的要求输出脉冲必须分成180。两列，以保证轮番触通
6(2) 对脉冲宽度的要求 一般认为最小脉冲宽度^J应大于10^，即 ^>10戸。同时，要设法縮短脉冲的底部宽度^，因^越大，触发电路的功 耗也越大，縮短U在频率较高的设备中更有实际意义。
(3) 对脉冲幅度的要求对于脉冲幅度按制造厂的要求进行触发的方式， 称为"常规触发"。在可控硅中频电源中， 一般并不用"常规触发"的方式，而是 采用"强触发"的方式。所谓"强触发"是指在触发时，对SCR控制极注入比额 定(^)大得多的触发电流，这样做的好处有如下两点 一是可以縮短SCR 元件的开通时间二是可以提高元件承受电流上升率的能力。
(4) 对触发脉冲陡度的要求脉冲前沿的陡度，可用前沿时间^来衡量， ^越短，前沿就越陡。按规定脉冲幅度上升90%最大值所需要的时间为~。对 于SCR元件中频电源要求脉冲^要尽量短。
(5) 对脉冲波顶降落h的要求脉冲波顶降落这一指标用来衡量脉冲维 持波顶恒定的能力。在可控硅逆变器中，为了保证在触发期内触通元件，要 求波顶降落不能过大。如在脉冲后沿，由于波顶降落很严重，以至于低于元 件的触发电压，这样脉冲的有效宽度将相应减小。
并联逆变单元在稳定导通阶段，见图3 (a):可控硅沉A、 SCA已经处于 稳定导通状态，线路流过恒电电流4，在负载电容Co上建立了极性如图2-1 所示的电压^，因电流是恒定的，在限流电感上没有电势存在，图中限流电 感^的数值皆相等，即^=^2=^3=^4。这一阶段构成了中频输出电压[/。 的正半周。
在换流阶段，见图3(b),原来流过SC^ 、 SO 3中的电流将换到另一对50 2 、 SCi^中，并最后把SO 。 SC&关断。这样流过负载电路的电流便和前一阶段 的方向相反。该阶段有两个重要参数触发引前时间^和触发超前角p。触发
7引前时间f,取决于两个因素， 一个是换流时间0另一个是安全储备时间^。 换流时间^为^=^^1， ^的长短取决于4和4M的数值，对一定的4而言，
如果可控硅元件能承受的电流上升率(疼M)越大，电路的换流时间就越短。
安全储备时间^为^=^,4。尺,为安全系数，其大小目前还没有明确看法。 但它的大小对线路的影响很大；f,为可控硅的关断时间。故触发引前时间^ 为G=,r+~°
在第二个稳定导通阶段，见图3(C)，此时SC《、SC^已完全关断，SCi 2、 SC^完全导通，负载电流/。反向，补偿电容C。上的电压也相应反向。
换向阶段，见图3 (d)，在这一阶段，沉^、 SCA在图中所示的R极性 下被导通，逆变桥重新处于短路状态，电流重新由SC&、 SC^换到SO 。 SO 3 中来，这样完成一个工作周期。
并联逆变单元参数选择
1、 负载补偿电容c。
负载电容C。的作用主要有补偿无功功率，提高负载的功率因数；作为 换向回路；作为滤波电路。选择主要是根据中频感应电炉和中频电源的参数， 确定中频电容器的型号、规格和数量。
2、 各逆变模块中限流电感LK
限流电感LK的数值根据下列原则确定保证稳态下电路能可靠运行；保 证可靠启动；减小布线电感；减小限流电感LK间的耦合。
3、 各逆变模块中吸收电路
直流电容器用于中频的情况下，其耐压必须降低使用；其次，吸收电路 中所用的电阻，必须是无感的。如果电阻具有分布电感，在可控硅关断过程 中，其反向电流急剧衰减到零时，因RC电路中存在电感，力图维持电流不变， 仍然会感应出很高的电势，造成可控硅瞬时过电压。为了保持必要的吸收效果，这里的电阻(即反振荡电阻)不能选得太大。 但是因可控硅开通时，贮存在该吸收电路相应电容上的能量将很快地向可控 硅放电，这样会增加可控硅开通损耗，尤其是在工作频率高的情况下，更是 如此。从限制开通损耗的观点出发，前述电阻不能选得太小。
本技术方案中频感应炉中控制单元的自动调频方法(频率自动跟踪)，在 生产上已经应用的有定时调频、变角调频或定角调频，均为现有成熟技术， 这里不再赘述。
本实用新型的技术方案中采用快速可控硅作为快速开关将直流电变换 为中频交流电，换相电抗器限制电流变换速率，保护快速可控硅。输入电流 由于用电抗器滤波，电流比较平直。负载为感应线圈和电容并联谐振回路， 并联电容器除补偿感应线圈功率因数外，换相时还提供可控硅关断时所需的 能量。并联逆变单元，由于受可控硅开关速度的限制，频率仅限制在1000Hz 以下，非常适于中频感应炉使用。
权利要求1、一种中频感应炉，包括供电模块和炉体加热单元，其特征在于所述供电模块包括整流单元、控制单元、并联逆变单元，其中整流单元输入端用于连接供电电源，整流单元输出端连接并联逆变单元的供电输入端，并联逆变单元的输出端用于连接炉体加热单元供电输入端；控制单元的逆变控制信号输出端连接并联逆变单元的控制信号输入端。
2、 如权利要求l所述的中频感应炉，其特征在于所述的并联逆变单元包 括第一、第二、第三、第四逆变模块，第一、第二逆变模块信号输入端连接整 流器输出端正极，第三、第四逆变模块信号输入端连接整流器输出端负极，第 一、第四逆变模块信号输出端同时连接感应炉启动单元供电输入端的一个端子， 第二、第三逆变模块信号输出端同时连接感应炉启动单元供电输入端的另一个 端子。
3、 如权利要求2所述的中频感应炉，其特征在于所述的第一、第二、第 三、第四逆变模块电路相同，均包括一限流电感、第一、第二均压电阻、第一、 第二吸收电路、第一、第二平衡电阻、第一、第二可控硅，其中，第一均压电 阻、第一吸收电路、第一平衡电阻、第一可控硅均并联后构成第一逆变单元， 第二均压电阻、第二吸收电路、第二平衡电阻、第二可控硅均并联后构成第二 逆变单元，第一逆变单元与第二逆变单元相串联，限流电感串接在整流器相应 输出端子与第一逆变单元、第二逆变单元之间；所述第一、第二吸收电路均由 一电阻、 一电容串联构成。
专利摘要一种中频感应炉，包括供电模块和炉体加热单元，其中所述供电模块包括整流单元、控制单元、并联逆变单元，其中整流单元输入端用于连接供电电源，整流单元输出端连接并联逆变单元的供电输入端，并联逆变单元的输出端用于连接炉体加热单元供电输入端；控制单元的逆变控制信号输出端连接并联逆变单元的控制信号输入端。先由整流单元将交流变为直流，再通过并联逆变单元将直流变为适于中频感应炉所需频率、幅值的交流信号，整流单元、并联逆变单元、控制单元通过电路设计来实现，大大减小了中频感应炉供电模块的体积、减轻了其重量，相对现有的中频感应炉，制造时不再需要专门制造中频发电机组所需的设备、模具，简化了制造工艺、降低了生产成本。
文档编号H02M7/521GK201297840SQ20082023063
公开日2009年8月26日 申请日期2008年12月5日 优先权日2008年12月5日
发明者姜元盛, 廖心宇, 施修峰, 朱忠民 申请人:中色科技股份有限公司