多逆变器并联扩容结构的大功率高频感应加热电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型专利涉及一种应用于金属热处理的采用多逆变器并联结构的大功率高频感应加热电源。
【背景技术】
[0002]高频感应加热电源以其高效、节能、环保等优点在金属热处理等行业得到了广泛应用。目前，高频感应加热电源正朝着高频、大功率方向发展。一方面大功率等级的IGBT器件价格昂贵，另一方面随着电源功率的进一步增大，单管功率等级难以满足大功率电源的功率等级要求，所以大都采用IGBT的直接并联来满足大功率电源的需要。尽管对多管IGBT的并联使用已取得了较大的突破，但在实践应用中由于多种综合因素的影响还很难真正消除电路各个部分的参数对并联特性的影响，导致并联IGBT模块的动态不均流，而且并联的任何一个IGBT损坏，将导致其它的器件过流而损坏，直接影响了大功率电源的稳定性与可靠性，也增加了售后服务的成本与技术难度。
【发明内容】
[0003]为了克服现有大功率电源采用IGBT的直接并联导致的性能不稳定、功率难以进一步提高的难题，本实用新型专利采用多组逆变器的并联增加整机电源功率的方式。
[0004]本实用新型专利解决其技术问题采用的技术方案是:逆变环节采用多组二阶电压型逆变器并联，并联逆变器的直流侧并联于同一直流母线，每组逆变器的交流输出侧串联谐振电容后再接至高频阻抗匹配变压器。高频变压器原边采用多绕组，每组逆变器输出端串联谐振电容后接至变压器原边的某一绕组，高频变压器的副边为单绕组，各逆变器的输出功率在副边进行功率合成。
[0005]并联各组逆变器的相同位置的IGBT驱动开关信号同步，保证IGBT的同步导通与关断，使各组逆变器同步工作，输出相位与大小相同的高频交流电压。实际应用中，考虑到器件的逻辑延迟可能使并联逆变器开关器件的脉冲信号相位延迟，导致逆变后交流电压的相位略有差异，所以不宜在高频变压器高压侧直接并联，采用在高频变压器副边负载侧串联来进行功率的合成。
[0006]二阶LC多逆变器并联结构的高频电源解决了目前大功率高频感应加热电源采用IGBT直接并联导致的整机性能不稳定、返修高等问题。这种拓扑结构并联逆变器之间不会产生功率交换及能量流动，使各逆变器的输出功率均衡，大大提高了电源运行的稳定性与可靠性。而且可以根据功率等级的需要，并联不同组数的逆变器，很好地保证了逆变器的安全及整机运行的稳定性。
【附图说明】
[0007]下面结合附图和实施方式对本实用新型专利进一步说明。
[0008]图1是大功率高频感应加热电源结构框图，图2是本实用新型专利大功率高频感应加热电源的电气原理图。图3是并联逆变器的IGBT驱动信号示意图，图4是控制电路示意图。图2中，KMl为主电路交流接触器，KM2电容预充电交流接触器，MU为三相桥式可控整流，采用平板式晶闸管，Rl为预充电电阻，Cl、C2为直流支撑滤波电容，R2、R3为均压电阻，C3?Cn为谐振电容，Tl?T8为电力电子器件IGBT，T为高频阻抗匹配变压器，&与L为感应线圈。
【具体实施方式】
[0009]下面以2组逆变器的并联来说明【具体实施方式】。电源的控制采用脉宽调制芯片SG3525A。由图2可知，Tl、T4、T2、T3为第一组逆变器的功率器件，T5、T7、T6、T8为第二组逆变器的功率器件。Τ1、Τ4、Τ5、Τ8这4个IGBT的工作状态相同，Τ2、Τ3、了6、了7这4个IGBT的工作状态也相同，同步导通与关断。“Τ1、Τ4”、“Τ5、Τ7”分别处于一个独立的逆变回路中，经过分析，并联逆变器之间不会产生功率交换及能量流动。
[0010]并联的逆变器直流侧接于同一直流母线上，所以各逆变器输出电压的大小基本相等。逆变器的输出电流相位取决于各组逆变器IGBT的逻辑信号有无迟延。考虑到各逆变器输出电压相位的差异，采用逆变器输出端串联谐振电容后再接到高频变压器的原边，在高频变压器的副边进行功率合成。高频变压器的原边有多个绕组，每个逆变器的输出电压接至其中的一个绕组，副边只有一个绕组，进行功率合成。所以并联的逆变器之间无环流产生，也不会产生能量流动，从而保证各逆变器的输出功率均衡。
[0011]由以上分析，并联逆变器的输出电压为软连接，不同逆变器中同步工作的IGBT的处在独立的逆变回路中，这在一定程度上放宽了对逆变器一致性的要求，从而解决了 IGBT参数不一致导致的动态不均流这一难题。由于并联逆变器之间并无环流，并联组数从理论上来说不受限制，单组逆变器的容量设计为50 kW左右，可以根据电源总的功率等级来灵活并联若干组逆变器。从而可以大幅度的提高了大功率电源的功率，且性能优良，稳定性强。
[0012]同时，当某组逆变器出现故障时，可以关断或者封锁该组IGBT的脉冲，使该组逆变器退出运行，并联的其它逆变器可以继续正常运行，具有较强的运行性能。
【主权项】
1.一种多逆变器并联扩容结构的大功率高频感应加热电源，逆变环节采用多组二阶电压型逆变器并联，其特征是:并联逆变器的直流侧并联于同一直流母线，每组逆变器的交流输出侧串联谐振电容后再接至高频阻抗匹配变压器。
2.根据权利要求1所述的多逆变器并联扩容结构的大功率高频感应加热电源，高频变压器原边采用多绕组，每组逆变器输出端串联谐振电容后接至变压器原边的某一绕组，高频变压器的副边为单绕组，各逆变器的输出功率在副边进行功率合成。
【专利摘要】本实用新型专利设计了一种多逆变器并联扩容结构的大功率高频感应加热电源，主要应用于金属热处理方面。电源的逆变环节采用多组二阶电压型逆变器并联，并联逆变器的直流侧并联于同一直流母线，每组逆变器的交流输出侧串联谐振电容后再接至高频阻抗匹配变压器。高频变压器原边采用多绕组，每组逆变器输出端串联谐振电容后接至变压器原边的某一绕组，高频变压器的副边为单绕组，各逆变器的输出功率在副边进行功率合成。并联逆变器彼此之间没有功率交换及能量流动，输出功率均衡，从而最大限度地保证了逆变器的安全及整机运行的稳定性。并且可以根据电源总的功率等级来灵活并联若干组逆变器，从而大幅度地提高电源整机功率。
【IPC分类】H05B6-04, H05B6-06
【公开号】CN204362336
【申请号】CN201520034781
【发明人】李华柏
【申请人】李华柏
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月19日