专利名称：级联式中频感应加热电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及感应加热电源装置，特别指一种级联式中频感应加热电源。
背景技术：
中频感应加热电源是通过晶闸管或MOSFET或IGBT等电力半导体器件将工频 (50Hz)电源变换为中频(200Hz 200kHz)电源的装置，主要是在感应熔炼，感应加热，感应 淬火等领域中广泛应用。现有的中频感应电源绝大部分为中小容量(500KW以下)，有很少 一部分采用功率器件的串并联来扩大容量。在器件的串并联这种方式中，其缺点是①不 容易处理好串并联器件的均压问题和并联器件均流问题；②由于器件制造工艺和参数的 离散性，限制了器件的串并联数目；③装置的可靠性和并联数目成反比，在工作过程中只 要有一个功率开关器件出现问题，整个系统将不能正常工作。
发明内容本实用新型的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一 种采用功率单元箱串联的主电路结构，单个功率单元箱都是一个小型的低压小功率电源， 整个中频感应加热电源输出电压由功率单元的输出电压叠加而成，输出功率为所有功率单 元输出功率之和，当一个功率单元箱出现故障后，可旁路故障单元箱的级联式中频感应加 热电源。本实用新型的技术方案是构造一种包括以下结构的级联式中频感应加热电源，其 特点是包括移相变压器柜、功率单元箱逆变柜和控制柜，其中所述的移相变压器柜将高压电源分解为至少两个低压电源，低压电源相互错位一 个角度；所述的功率单元箱逆变器中包括至少两个功率单元箱，每个功率单元箱包括整流 逆变电路和旁路保护电路；所述的控制柜由DSP2812数字处理器连接FPGA芯片，采用光纤与功率单元连接通 信，并与上位机和PLC可编程控制器连接通信，实现模拟量的输入与输出、开关量的输入或 输出、参数的给定、设备的控制。本实用新型的优点及有益效果本实用新型采用多个功率单元箱级联的方式，控制部分采用DSP高速数字处理器 应用SPWM调制算法，实现了输出单相频率电压可调的正弦电源，此电源可根据负载反馈的 加热温度独立调节频率与电流，实现快速精确跟踪负载所需目标加热温度。当客户对电源 输出电压有不同要求时，只需简单地调整功率单元箱个数来满足客户地不同需求。
图1是本实用新型电原理框图。[0012]图2是功率单元箱电原理图。
具体实施方式
由图1、2可知，本实用新型所述的级联式中频感应加热电源，其特点是包括移相变压器柜A、功率单元箱逆变柜B和控制柜C，其中所述的移相变压器柜A将高压电源分解为多个低压电源，每个低压绕组相互错位 一个角度；所述的功率单元箱逆变器B中包括至少两个功率单元箱，每个功率单元箱包括整 流电路、逆变电路、储能滤波电容、旁路保护电路；所述的控制柜C由DSP2812数字处理器连接FPGA芯片，采用光纤与功率单元连接 通信，并与上位机和PLC可编程控制器连接通信，实现模拟量的输入与输出、开关量的输入 或输出、参数的给定、设备的控制。本实用新型所述的功率单元箱内的整流逆变电路包括由二极管D1、D2、D3、D4、D5、 D6组成的整流三相全桥，由电容C1、C2组成的储能滤波电容组。本实用新型所述的功率单 元箱整流逆变电路包括由绝缘栅双极型晶体管IGBTl、IGBT2、IGBT3、IGBT4组成的逆变器。 本实用新型所述的功率单元箱旁路保护电路包括电容C4和电阻R3构成的RC电路，通过晶 闸管Dll的控制极TRGN和TRGP输入高电平使晶闸管Dll导通。本实用新型的工作原理本实用新型所述的基于DSP级联式中频感应加热电源，主要由一个开关柜，可实 现进线出线电压的接通与切断；一个移相变压器柜，用于将一个高压电源分解为若干个相 互错位一定角度的低压电源，由于绕组相互错位一定的角度差，造成在电网侧谐波污染小， 功率因数高，无需功率因数补偿及谐波抑制装置；功率单元箱逆变柜，其中包含多个功率 单元箱，每个功率单元箱为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通 过IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到单相交流输出，通过级联的方式对每个功率单元 箱的PWM波形进行重组，可得到阶梯正弦PWM波形；控制柜，主要由DSP高速数字处理器、 FPGA、单片机、PLC控制器、人机操作界面等共同组成。主控制器采用DSP2812，主要完成功 能有①完成错位移相SPWM脉冲的实时计算，将计算数据实时传给FPGA ；②与功率单元 通信，控制功率单元的工作，并实时传输功率单元的运行状态，采用光纤通讯技术，低压部 分和高压部分通过光纤完全可靠隔离，系统具有极高的可靠性；③与上位机通信，实现对 整个系统的监控；④与西门子S7-300系列PLC通信，实现系统开入开出信号的传递，检测及 控制系统“启动”、“停止”等按键及完成相应的功能；⑤实现模拟量(电压、电流、温度等) 的输入输出。图1以6个功率单元箱串联为例，给出了基于DSP级联式中频感应加热电源 原理图。功率单元箱结构如图2所示，主要由一个整流三相全桥，用于将交流电整流为直 流电；一个储能滤波电容组，用于能量交换与滤波；一个逆变器，用于产生频率和电流可控 的交流电源；一个旁路保护电路，C4和R3构成RC电路，用于减小输出dv/dt，当需要旁路 时，通过晶闸管Dll的控制极TRGN、TRGP输入高电平使晶闸管Dl导通，旁路输出，平时正常 工作时，Dl处于判断状态。本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工 程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护 范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
权利要求一种级联式中频感应加热电源，其特征在于包括移相变压器柜(A)、功率单元箱逆变柜(B)和控制柜(C)，其中所述的移相变压器柜(A)将高压电源分解为至少两个低压电源，低压电源相互错位一个角度；所述的功率单元箱逆变器(B)中包括至少两个功率单元箱，每个功率单元箱包括整流逆变电路和旁路保护电路；所述的控制柜(C)由DSP2812数字处理器连接FPGA芯片，采用光纤与功率单元连接通信，并与上位机和PLC可编程控制器连接通信，实现模拟量的输入与输出、开关量的输入或输出、参数的给定、设备的控制。
2.根据权利要求1所述的级联式中频感应加热电源，其特征在于所述的功率单元箱内 的整流逆变电路包括由二极管(Dl、D2、D3、D4、D5、D6)组成的整流三相全桥，由电容(Cl、 C2)组成的储能滤波电容组。
3.根据权利要求1所述的级联式中频感应加热电源，其特征在于所述的功率单元箱整 流逆变电路包括由绝缘栅双极型晶体管(IGBTl、IGBT2、IGBT3、IGBT4)组成的逆变器。
4.根据权利要求1所述的级联式中频感应加热电源，其特征在于所述的功率单元箱旁 路保护电路包括电容(C4)和电阻(R3)构成的RC电路，通过晶闸管(Dll)的控制极(TRGN 和TRGP)输入高电平使晶闸管(Dll)导通。
专利摘要本实用新型涉及感应加热电源装置，特别指一种级联式中频感应加热电源。它是由移相变压器柜、功率单元箱逆变柜和控制柜，其中所述的移相变压器柜将高压电源分解为至少两个低压电源，低压电源相互错位一个角度；所述的功率单元箱逆变器中包括至少两个功率单元箱，每个功率单元箱包括整流逆变电路和旁路保护电路；所述的控制柜由DSP2812数字处理器连接FPGA芯片，采用光纤与功率单元连接通信，并与上位机和PLC可编程控制器连接通信，实现模拟量的输入与输出、开关量的输入或输出、参数的给定、设备的控制。本实用新型采用多个功率单元箱级联的方式，控制部分采用DSP高速数字处理器应用SPWM调制算法，实现了输出单相频率电压可调的正弦电源。
文档编号H05B6/04GK201674685SQ20102020402
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者喻国强, 朱思国, 朱晶亮, 杨立军, 欧阳红林, 董湘凌 申请人:湖南中科电气股份有限公司