专利名称：中频炉用变频电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种中频炉用变频电源，属于感应熔炼、加热、透热系统 变频恒功率电源技术领域。
背景技术：
可控硅中频电源自七十年代末由发达国家引进我国后，由于其主回路电路 简单，逆变效率相对较高，再加之随着大电流、高电压、大功率半导体器件制 造技术的成熟和价格的降低，八九十年代在我国迅速普及，这种电源是发达国 家的第一代产品(日前发达国家该产品已淘汰)，而目前我国的大部分电炉生产的产品都属于这类产品，甚至重型炉(5吨以上)控制电路和0.5吨也没有差别， 其主回路原理为通过调整流可控硅导通角从而调整加于逆变器的直流电压； 其逆变器由可控硅组成， 一般并联于自然谐振频率， 一旦设计完成频率既为固 定值。这种中频电源易产生谐波对电网污染严重、功率因数较低(0.6左右)， 而且熔化效率受到负载温度居里点的影响而无法达到最佳功率匹配，电源效率 较低，这3个缺点越来越不适应我国现代节约能源、环保和可持续发展的要求。发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、控制精度 高、具有高效、节能、对电网无污染等优点的中频炉用变频电源。 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案本实用新型由主回路和控制回路组成；主回路由三相全桥可控硅整流电路、 滤波器、逆变器组成；其特征在于逆变器包括有绝缘门级双级晶体管Q1、 Q2、 续流二极管D2、 D3、补偿电感L3、负载感应线圈L4、逆变电热电容器CT1、 CT2;绝缘门级双级晶体管Q1、 Q2串联后接在上述滤波器的输出端，绝缘门级 双级晶体管Q1的集电极接滤波器的输出端正极，绝缘门级双级晶体管Q2的发 射极接滤波器的输出端负极，绝缘门级双级晶体管Ql、 Q2的控制极分别接控 制回路的输出端；逆变电热电容器CT1、 CT2串联后接在滤波器的输出端；补偿电感L3、负载感应线圈L4串联后接在绝缘门级双级晶体管Ql与Q2的节点 A与逆变电热电容器CT1与CT2的节点B之间；续流二极管D2、 D3分别并接 在绝缘门级双级晶体管Ql、 Q2的集电极与发射极之间；负载感应线圈L4套在 中频炉的炉体上。本实用新型的有益效果如下:(1) 由于本电源能够根据熔炼各个阶段自动调节频率，克服了现有技术中 熔化效率受到负载温度居里点的影响，无法达到最佳匹配，电源效率低的缺点， 因此节能效果明显。(2) 由于采用了特殊的绝缘门级双级晶体管(IGBT'S)逆变串联谐振技术， 并且主回路的三相全桥可控硅整流电路工作在全波整流(为0°触发，即过空触 发)，因此无谐波产生，对电网无污染，满足设备绿色环保要求。(3) 由于在负载感应线圈周壁上设有磁轭及对应不同熔炼对象(例如铁、 铜、铝等)设计了所对应的中心工作频率，使得本电源具有搅拌功能(即电磁 搅动)，使熔液中合金成分还原充分、搅拌均匀，熔化效率高。(4) 具有较高的控制精度和可靠性大大提高了工作效率；另外，还具有 结构简单，成本低等优点。
图1为本实用新型的主回路电路原理图。图2为加到绝缘门级双级晶体管Ql、 Q2控制极G上的控制电压的波形图。 图3为本实用新型的逆变器的工作原理示意图。在图1中，RZ、熔断器；ZD1 ZD6、整流可控硅；Dl、续流二极管；Ll、 L2、平衡电抗器；C、滤波电容器；ZD7、放电可控硅；R、放电电阻(铜管绕 制)；CZ1、中频电流互感器；Q1 Q2、 IGBT，S (绝缘门级双级晶体管)；Rl、 R2、水冷电阻；Cl、 C2、吸收用无感电容器；D2、 D3、续流快速二极管；L3、 补偿电感；CZ2、中频电流互感器；CT1、 CT2、逆变电热电容器。
具体实施方式
本实施例的主回路如图1所示，本实施例由主回路和控制回路组成；主回路由三相全桥可控硅整流电路、滤波器、逆变器组成；其特征在于逆变器包括 有绝缘门级双级晶体管Q1、 Q2、续流二极管D2、 D3、补偿电感L3、负载感应 线圈L4、逆变电热电容器CT1、 CT2;绝缘门级双级晶体管Q1、 Q2串联后接 在上述滤波器的输出端，绝缘门级双级晶体管Q1的集电极接滤波器的输出端正 极，绝缘门级双级晶体管Q2的发射极接滤波器的输出端负极，绝缘门级双级晶 体管Ql、 Q2的控制极分别接控制回路的输出端；逆变电热电容器CT1、 CT2 串联后接在滤波器的输出端；补偿电感L3、负载感应线圈L4串联后接在绝缘 门级双级晶体管Ql与Q2的节点A与逆变电热电容器CT1与CT2的节点B之 间；续流二极管D2、 D3分别并接在绝缘门级双级晶体管Q1、 Q2的集电极与发 射极之间；负载感应线圈L4套在中频炉的炉体上。所述的逆变器还包括有保护电路，保护电路由电阻R1、 R2、电容C1、 C2 组成；电阻R1与电容C1串联后接在绝缘门级双级晶体管Ql的发射极与集电 极极之间；电阻R2与电容C2串联后接在绝缘门级双级晶体管Q2的发射极与 集电极极之间。在本实施例中，在所述的负载感应线圈L4的周壁上设有磁轭，磁轭的覆 盖面积为60%以上。一、 本实施例的工作原理本变频电源具有根据熔炼各个阶段自动调节频率的功能。以铁炉为例当 熔炼材料为铁磁材料时，温度在居里点以下时，电/热交换的方式主流是磁滞损 耗，这时变频电源的控制电路自动运行在较高频率的基础上，以期产生最大的 磁滞损耗，加快熔炼过程，而当铁磁材料温度高于居里点后，电/热交换的主流 变为短路涡流，这时变频电源控制电路根据反馈信号，自动将频率降低，以期 达到最佳的电/热转换率。二、 本实施例的控制回路的工作过程如下 a)启动、停止单元当启动开始，在开始的80ms时间段，可控硅导通角度为卯。；这样的设计 是为了避免全压时，大电流对滤波电容的冲击，在80ms以后，三相可控硅整流转换为0。触发，及过空触发，实现全波整流。自启动开始计时220ms后，逆变 器开始工作，完成一个启动过程。当正常停止时，整流器首先停止工作，在150ms后，逆变器停止工作。b) 当逆变器在启动初期，本电源工作在一较高的频率上， 一般是额定频率 的1.25倍，随着功率调节旋大，工作频率下降；当停止调节功率旋钮后，本电 源根据反馈信号(电压反馈、电流反馈)进行一系列的运算和处理，进行最佳 过程的控制，当调节频率到达下列情况之一时，将停止调节，维持现状；1) 、当电压到达设计规定的设计值(最大值)，我们称之为电压限制。2) 、当电流到达设计规定的设计值(最大值)，我们称之为电流限制。3) 、当电流和电压的相位差接近零时。c) 搅拌功能-恰到好处的搅拌功能(即电磁搅动)能够加快熔炼速度，并且有利于金属 元素的还原率，为了得到恰到好处的搅拌功能，我们作了两件事1) 、在位于炉体上的负载感应线圈的周围使用了磁轭，磁轭的覆盖面积为 60%以上。2) 、根据熔炼的对象不同(例如铁、铜、铝等)精心设计了每种材料所对应的中心工作频率。三、本实施例的逆变器的工作过程如下(参见图3):当Tl时刻，Ql控制极G加上+15V脉冲波时，Ql导通，CT1两端的电压 这时为^U; CT1通过导通的Ql —补偿电感L3—负载感应线圈L4形成放电回路；如图3所示，这时Q2的控制极G加一15V脉冲波，Q2截止。当T2时刻，Q2控制极G加上+15V脉冲波时，Q2导通，CT2两端的电压 这时为^U; CT2通过负载感应线圈L4—补偿电感L3—Q2形成放电回路；这时负载感应线圈L4上的电流方向发生转向(和Q1导通时比较)；而这时Q1的 控制极G加一15V电压，被截止；在CT2放电的同时，CT1被充电。通过以上两个串联谐振回路和CT1、 CT2交替放电而形成单向交流电压。
权利要求1、中频炉用变频电源，它由主回路和控制回路组成；主回路由三相全桥可控硅整流电路、滤波器、逆变器组成；其特征在于逆变器包括有绝缘门级双级晶体管Q1、Q2、续流二极管D2、D3、补偿电感L3、负载感应线圈L4、逆变电热电容器CT1、CT2；绝缘门级双级晶体管Q1、Q2串联后接在上述滤波器的输出端，绝缘门级双级晶体管Q1的集电极接滤波器的输出端正极，绝缘门级双级晶体管Q2的发射极接滤波器的输出端负极，绝缘门级双级晶体管Q1、Q2的控制极分别接控制回路的输出端；逆变电热电容器CT1、CT2串联后接在滤波器的输出端；补偿电感L3、负载感应线圈L4串联后接在绝缘门级双级晶体管Q1与Q2的节点A与逆变电热电容器CT1与CT2的节点B之间；续流二极管D2、D3分别并接在绝缘门级双级晶体管Q1、Q2的集电极与发射极之间；负载感应线圈L4套在中频炉的炉体上。
2、 根据权利要求1所述的中频炉用变频电源，其特征在于所述的逆变器 还包括有保护电路，保护电路由电阻R1、 R2、电容C1、 C2组成；电阻R1与 电容C1串联后接在绝缘门级双级晶体管Q1的发射极与集电极极之间；电阻R2 与电容C2串联后接在绝缘门级双级晶体管Q2的发射极与集电极极之间。
3、 根据权利要求2所述的中频炉用变频电源，其特征在于在所述的负载 感应线圈L4的周壁上设有磁轭，磁轭的覆盖面积为60%以上。
专利摘要本实用新型涉及一种中频炉用变频电源，它由主回路和控制回路组成；主回路由三相全桥可控硅整流电路、滤波器、逆变器组成；其特征在于逆变器包括有绝缘门级双级晶体管Q1、Q2、续流二极管D2、D3、补偿电感L3、负载感应线圈L4、逆变电热电容器CT1、CT2；并且上述元器件构成两个绝缘门级双级晶体管逆变串联谐振回路。本实用新型的有益效果是节能效果明显，并且不产生谐波，对电网无污染；具有电磁搅拌功能，熔化效率高；控制精度高、工作可靠，工作效率高；另外，还具有结构简单，成本低等优点。
文档编号H02M7/539GK201113823SQ20072010249
公开日2008年9月10日 申请日期2007年9月13日 优先权日2007年9月13日
发明者刘献丰, 王季明, 王铁阳 申请人:石家庄天炉变频设备有限公司