全固态同频同相输出变频双电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种100KW-10000KW等温锻上下模具感应加热用的全固态同频同相输出变频双电源，属于等温锻造装备技术领域。
【背景技术】
[0002]等温锻造(Isothermal-forging)作为超塑性成型的一个分支是一种新兴的锻造工艺技术。它广泛应用于航天航空工业的航天器、飞机涡轮发动机等结构件及国防工业中关键零件的制造，可使得锻件达到接近零件的形状要求，减少材料消耗，降低加工周期、成本，该工艺结合热处理能获得综合力学性能最优化的等温锻件。
[0003]零件加热时，与模具保持相同的温度直至锻造结束，这一特点，使模具激冷和材料的变型硬化的影响完全消除。等温锻造除了坯料应按规定进行加热外，还应对模具进行加热。对模具进行加热是等温锻造的一个非常重要的环节。
[0004]随着航天航空工业的航天器、飞机涡轮发动机等结构件及国防工业中关键零件的大型化。Φ900πιπι-Φ2000πιπι等温锻模具加热的问题将会越来越突出。目前等温锻模具加热普遍采用电阻丝加热箱，对Φ 900mm-Φ 2000mm等温锻模具来讲加热时间将长达几十小时、能耗高、如生产过程中电阻丝断裂，无法热态抢修，模具加热会不均匀，对锻件质量、模具寿命、生产效率都有影响。电阻丝模具加热箱维修频率高、维修费用大，生产效率低下在Φ 900mm-Φ 2000mm模具加热上尤为突出。由此来看传统的电阻丝加热箱加热Φ 900mm- Φ 2000mm等温锻模具，已不能适应装备与生产发展的需求。
【发明内容】
[0005]本发明提出的是一种100KW-10000KW等温锻上下模具感应加热用的全固态同频同相输出变频双电源，为了解决上下叠装的感应炉之间的电磁干扰问题。采用一台电源的逆变负载采样信号为基准信号同时触发二台独立变频电源，使二台独立变频电源输出电压同相、同频工作。消除上下叠装的感应炉之间的电磁干扰。IGBT逆变电路才能实现，二台感应加热电源，供上下模具二套感应炉，分别调温调功按工艺要求感应加热到950°C保温二小时，满足等温锻生产工艺要求。
[0006]本发明的技术解决方案:全固态同频同相输出变频双电源，其结构包括A、B 二套全固态同频同相输出变频电源，和感应加热炉感应圈、感应炉变频电流信号互感器、感应炉变频电压信号互感器；每套全固态同频同相输出变频电源包括可控硅全桥整流部分、直流电抗器、IGBT逆变器和整流电路触发器、保护信号发生器、逆变电路驱动触发器、辅助直流电源，其中整流部分、直流电抗器、IGBT逆变器串接，所述辅助直流电源的电源输出端连接整流电路触发器、保护信号发生器、逆变电路驱动触发器的电源输入端，整流电路触发器、保护信号发生器的第一信号输入端相接，整流电路触发器、保护信号发生器的第二信号输入端和逆变电路驱动触发器的第一信号输入端相接，感应炉变频电流信号互感器的一端连接A、B全固态同频同相输出变频电源中的逆变电路驱动触发器的第一信号输入端相接，感应炉变频电压信号互感器的次级线圈连接A、B全固态同频同相输出变频电源中的整流电路触发器的第二信号输入端。
[0007]本发明的效果和优点:
O由一套感应炉变频电流信号、变频电压信号同时驱动二套IGBT逆变器工作，使二套变频电源输出输出电压同相同频工作。变频双电源分别对上下叠装的上下模具感应加热炉单独供电，分别调功率。以达到叠装的上下感应炉负载相互磁场干扰的消除。
[0008]2)缩短Φ 900mm-Φ 2000mm等温锻模具加热时间(4_8小时)、提高加热热效率、提高生产效率、模具加温均匀、提高产品质量、提高模具寿命、降低维修费用。
[0009]3)满足了生产工艺要求。
[0010]4)整流触发采用全数字式计数移相方式，调节精度高，抗干扰能力强。
[0011]5)电压电流采用双闭环PI调节控制模式，具有输出恒电压能力，保证感应炉端电压不随外界因素(如进线电压、负载阻抗等)变化而变化，使设备运行更加平稳，功率调节范围 10%——100%。
[0012]6)设备具有过电压、过电流、缺相、负载短路、低水压、温度过高等保护功能，设备具有启停方便，调节控制灵活，使用维护简单、效率高、稳定性好等优点。
[0013]7)由于选用IGPT变频线路，电源的启动成功率为100%，可以保证两台电源输出电压同频同相工作。
【附图说明】
[0014]附图1是100KW-10000KW等温锻上下模具感应加热用的全固态同频同相输出变频双电源的结构示意图。
[0015]图中的I是可控硅全桥整流部分、2是直流电抗器、3是IGBT逆变器、4是感应加热炉感应圈、5是感应炉变频电流信号互感器、6是感应炉变频电压信号互感器、7是整流电路触发器、8是保护信号发生器、9是逆变电路驱动触发器、10辅助直流电源。
【具体实施方式】
[0016]如附图1所示，全固态同频同相输出变频双电源，其结构包括A、B 二套全固态同频同相输出变频电源，和感应加热炉感应圈4、感应炉变频电流信号互感器5、感应炉变频电压信号互感器6 ;每套电源包括可控硅全桥整流部分1、直流电抗器2、IGBT逆变器3和整流电路触发器7、保护信号发生器8、逆变电路驱动触发器9、辅助直流电源10，其中整流部分1、直流电抗器2、IGBT逆变器3串接，所述辅助直流电源10的电源输出端连接整流电路触发器7、保护信号发生器8、逆变电路驱动触发器9的电源输入端，整流电路触发器7、保护信号发生器8的第一信号输入端相接，整流电路触发器7、保护信号发生器8的第二信号输入端和逆变电路驱动触发器9的第一信号输入端相接，感应炉变频电流信号互感器5的一端连接A、B全固态同频同相输出变频电源中的逆变电路驱动触发器9的第一信号输入端相接，感应炉变频电压信号互感器6的次级线圈连接A、B全固态同频同相输出变频电源中的整流电路触发器7的第二信号输入端。
[0017]变频装置中整流电路的负载是逆变电路，逆变电路输出的有功功率是整流电路提供的，所以要求整流电路的输出电压在规定范围内能够连续平滑地调节。
[0018]变频电源大都采用三相全控桥式整流电路，这是因为它的电压调节范围大，而移相控制角α (=90°-O °)变化范围小有利于系统进行自动调节。
[0019]整流电路触发器7采用数字移相触发电路(其结构为标准集成化电路)，该触发电路具有重复性好、温定性好、对称性好、抗干扰能力强、调试方便等优点。
[0020]保护信号发生器8 (其结构为标准集成化电路)，变频感应加热的负载变化很大，整流电路应能自动限制输出功率、电压、电流，以及通过整流电路对系统进行电流、过压保护。
[0021]逆变电路驱动触发器9 (其结构为标准集成化IGBT驱动模块)为定时跟踪方式的集成芯片构成的逆变触发电路。其作用IGBT逆变电路、逆变驱动触发器把直流变成交流。并联逆变电路具有较好的负载适应能力，运行比较稳定可靠，是变频装置应用比重最大的线路。
[0022]100KW-10000KW等温锻上下模具感应加热用的全固态同频同相输出变频双电源，其工作流程是由1#全固态变频感应电源、2#全固态变频感应电源，即Α、Β 二套变频感应电源，Α、B 二套变频感应电源分别对上下叠装的上下模具感应加热炉单独供电，分别调功率，以达到叠装的上下感应炉负载相互磁场干扰的消除；工作时由一套感应炉变频电流信号、变频电压信号同时驱动二套IGBT逆变器工作，使二套变频电源输出输出电压同相同频工作。
[0023]在3000Τ油压机上应用调试，现场调试过程中，我们体会到要使感应加热装置正常工作与逆变槽路的感抗、容抗的调整有很大的关系。感应加热装置运行参数调试完成后，等温锻模具按工艺要求4-8小时均匀加热至950°C保温二小时，上模具保温变频电压550V，下模具保温变频电压650V，等温锻模具保温在950°C，误差±5°C。模具加热均匀，感应器外壳手感温度低，等温锻模具保温效果好，外壳无感应电，感应加热装置经26小时连续开机考验设备工作稳定可靠。压制过程中上感应器可带电保温上升，但考虑到安全因素，按原工艺断电加入等温工件，模具温度下降约70°C左右，加入等温锻工件坯料后合上感应器，满功率升温几分钟等温锻模具温度升止950°C保温，远小于电阻丝加热器升温时间。试压几块工件，等温锻模具感应加热装置完全符合等温锻压工艺要求。
[0024]本发明主要突出重点是为了解决上下叠装的感应炉之间的电磁干扰问题。采用一台电源的逆变负载采样信号为基准信号同时触发二台独立变频电源，使二台独立变频电源输出电压同相、同频工作。消除上下叠装的感应炉之间的电磁干扰。IGBT逆变电路才能实现。
【主权项】
1.全固态同频同相输出变频双电源，其特征是包括A、B二套全固态同频同相输出变频电源，和感应加热炉感应圈、感应炉变频电流信号互感器、感应炉变频电压信号互感器；每套全固态同频同相输出变频电源包括可控硅全桥整流部分、直流电抗器、IGBT逆变器和整流电路触发器、保护信号发生器、逆变电路驱动触发器、辅助直流电源，其中整流部分、直流电抗器、IGBT逆变器串接，所述辅助直流电源的电源输出端连接整流电路触发器、保护信号发生器、逆变电路驱动触发器的电源输入端，整流电路触发器、保护信号发生器的第一信号输入端相接，整流电路触发器、保护信号发生器的第二信号输入端和逆变电路驱动触发器的第一信号输入端相接，感应炉变频电流信号互感器的一端连接A、B全固态同频同相输出变频电源中的逆变电路驱动触发器的第一信号输入端相接，感应炉变频电压信号互感器的次级线圈连接A、B全固态同频同相输出变频电源中的整流电路触发器的第二信号输入端。
2.如权利要求1的全固态同频同相输出变频双电源的工作流程是由1#全固态变频感应电源、2#全固态变频感应电源，即A、B 二套变频感应电源，A、B 二套变频感应电源分别对上下叠装的上下模具感应加热炉单独供电，分别调功率，以达到叠装的上下感应炉负载相互磁场干扰的消除；工作时由一套感应炉变频电流信号、变频电压信号同时驱动二套IGBT逆变器工作，使二套变频电源输出输出电压同相同频工作。
【专利摘要】本发明是全固态同频同相输出变频双电源，其特征是包括二套全固态同频同相输出变频电源，和感应加热炉感应圈、感应炉变频电流信号互感器、感应炉变频电压信号互感器；每套全固态同频同相输出变频电源包括可控硅全桥整流部分、直流电抗器、IGBT逆变器和整流电路触发器、保护信号发生器、逆变电路驱动触发器、辅助直流电源。优点：由一套感应炉变频电流信号、变频电压信号同时驱动二套IGBT逆变器工作，使二套变频电源输出输出电压同相同频工作。分别对上下叠装的上下模具感应加热炉单独供电，分别调功率。以达到叠装的上下感应炉负载相互磁场干扰的消除。满足了生产工艺要求。
【IPC分类】H02M5-458, H02M1-44
【公开号】CN104638908
【申请号】CN201510099219
【发明人】朱兴发, 李亚逸, 朱卫星, 丁富托, 黄森根
【申请人】朱兴发
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月6日