本发明涉及电力电子技术，具体是一种高频三电平整流热处理设备及风冷却机组。
背景技术：
热处理设备电源整流器由二极管或晶闸管构成，由于热处理耗电功率大，工作时除了消耗大量有功电力，整流器产生的谐波电流致使输入波形严重畸变，功率因数降低，导致无功功率大量损失，损害电网供电质量。谐波造成电力电网环境的污染和电能的浪费，成为公害。
现有技术热处理设备的逆变器igbt模块功率容量不足，常用并联igbt模块增大输出功率，但是，igbt模块饱和压降不一致性，并联工作电流不均衡，产生环流冲击，极易烧坏igbt模块。同时，固定移相的桥臂脉宽调制pwm驱动igbt模块全桥逆变器，存在移相桥臂开关时间变化器件损耗小，而固定桥臂开关时间不变器件损耗大，四个桥臂功耗不均衡，固定桥臂igbt模块结温过热存在安全隐患。
工业用水冷却热处理设备，冷却塔冷水进、热水出热交换，耗水量是非常大的。而且，没有制冷系统的热交换，冷却塔体积庞大，占用机房位置太笨。
技术实现要素：
本发明的目的是提供高频三电平整流高功率因数校正、数字信号处理dsp芯片产生超前、滞后交替移相脉宽调制pwm脉冲驱动信号，过零功率软启动，激光束引导红外精准测温、无线数据传输，制冷强制冷却不耗水的一种高频三电平整流热处理设备及风冷却机组。
本发明的技术解决方案：包括高频三电平整流器由型号rfz1663nj控制板、igbt模块qt1、qt2、qt3、qt4、qt5、qt6，二极管vd1、vd2、vd3、vd4、vd5、vd6、vd7、vd8、vd9、vd10、vd11、vd12、滤波薄膜电容c1、c2，其中，三相交流电源经交流接触器触点连接，相序之间连接电容ca、cb、cc，三相交流电源的相线分别穿入互感磁环fa，fb、fc，磁环电感分别连接到控制板三相交流电压取样端a、b、c，三相交流电源的ua相经电感la连接到二极管vd1阳极与二极管vd2阴极串联相接的中点，二极管vd1阴极接igbt模块qt1集电极，二极管vd2阳极接igbt模块qt4发射极，二极管vd8阴极接igbt模块qt4发射极，二极管vd7阳极接igbt模块qt1集电极，三相交流电源的ub相经电感lb连接到二极管vd3阳极与二极管vd4阴极串联相接的中点，二极管vd3阴极接igbt模块qt2集电极，二极管vd4阳极接igbt模块qt5发射极，二极管vd10阴极接igbt模块qt5发射极，二极管vd9阳极接igbt模块qt2集电极，三相交流电源的uc相经电感lc连接到二极管vd5阳极与二极管vd6阴极串联相接的中点，二极管vd5阴极接igbt模块qt3集电极，二极管vd6阳极接igbt模块qt6发射极，二极管vd12阴极接igbt模块qt6发射极，二极管vd11阳极接igbt模块qt3集电极，高频三电平整流器控制板输出六路spwm1、spwm2、spwm3、spwm4、spwm5、spwm6依次分别连接igbt模块qt1、qt2、qt3、qt4、qt5、qt6栅极，二极管vd7、vd9、vd11阴极分别连接一层母线，并连接滤波薄膜电容c1一端，作为高频三电平整流器直流输出电压的正端，直流电压取样信号dcb连接控制板dcin端，二极管vd8、vd10、vd12阳极分别连接另一层母线，并连接滤波薄膜电容c2一端，作为高频三电平整流器直流输出电压的负端，并且接地，igbt模块qt1、qt2、qt3发射极与qt4、qt5、qt6集电极互连，并与滤波薄膜电容c1、c2另一端连接，igbt模块、二极管散热板水盒注入冷水循环冷却；
数字信号处理控制板型号tms320f28335的dsp芯片可编程相位控制产生超前、滞后交替移相的两路脉宽调制pwm1、pwm2信号，上管、下管设互锁死区时间tdt，分别经光纤耦合到两块双路igbt驱动板，构成双路igbt模块并联连接的两个半桥合成为h桥逆变器，由变压器匹配串联谐振负载电路，四个桥臂igbt模块斜对角导通、截止，零功率软启动，超前、滞后交替移相开关时间相等功耗均衡克服固定桥臂功耗大的缺陷，第一块双路igbt驱动板输出接口p1、p2、p3依次连接igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q1栅极、集电极、发射极，第一块双路igbt驱动板输出接口j1、j2、j3依次连接igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q1n栅极、集电极、发射极，第一块双路igbt驱动板输出接口p4、p5、p6依次连接igbt模块h桥逆变器桥臂c的管组q3栅极、集电极、发射极，第一块双路igbt驱动板输出接口j4、j5、j6连接igbt模块h桥逆变器桥臂c的管组q3n栅极、集电极、发射极，第二块双路igbt驱动板输出接口p1、p2、p3连接igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组q2栅极、集电极、发射极，第二块双路igbt驱动板输出接口j1、j2、j3依次连接igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组q2n栅极、集电极、发射极，第二块双路igbt驱动板输出接口p4、p5、p6依次连接igbt模块h桥逆变器桥臂d的管组q4栅极，集电极，发射极，第二块双路igbt驱动板输出接口j4、j5、j6依次连接igbt模块h桥逆变器桥臂d的管组q4n栅极、集电极、发射极；
igbt模块h桥逆变器桥臂a管组、c管组散热板分别装配两个冷水盒，两个冷水盒进水管分别连接风冷式冷水机组的出水管，水盒出水管分别连接风冷式冷水机组的进水管，igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q1集电极连接铜排，igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q3发射极连接铜排，两块铜排绝缘层分隔叠合，两块铜排之间连接第一组滤波薄膜电容c3，igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q1发射极与igbt模块h桥逆变器桥臂c的管组q3集电极互连导线串入磁环e1为电感l1接到直流母线第一层的一块铜板，直流母线第一层的一块铜板连接阻抗匹配变压器t电感tl1的一端，igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q1n集电极连接铜排，igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q3n发射极连接铜排，两块铜排绝缘层分隔叠合，两块铜排之间连接第二组滤波薄膜电容c4，igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q1n发射极与igbt模块h桥逆变器桥臂c的管组q3n集电极互连导线串入磁环e1为电感l2接到直流母线第一层的一块铜板，电感l2与电感l1导线反向串入磁环e1，阻抗匹配变压器t电感tl1另一端连接电容c0一端，阻抗匹配变压器t电感tl2与感应炉谐振电感l、谐振电容c串联相接，并且穿入电流互感取样磁环电感il，阻抗匹配变压器t电感tl2两端作为逆变器输出电压测量接口，阻抗匹配变压器t铁氧体磁芯冷却进水管、电感tl1进水管、电感tl2进水管连接风冷式冷水机组的出水管，阻抗匹配变压器t铁氧体磁芯冷却出水管、电感tl1出水管、电感tl2出水管连接风冷式冷水机组的进水管，谐振电容c0水箱进水管连接风冷式冷水机组的出水管，谐振电容c0水箱出水管连接风冷式冷水机组的进水管，igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组、d的管组散热板分别装配两个冷水盒，两个冷水盒进水管分别连接风冷式冷水机组的出水管，水盒出水管分别连接风冷式冷水机组的进水管，igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组q2集电极连接铜排，igbt模块h桥逆变器桥臂d的管组q4发射极连接铜排，两块铜排绝缘层分隔叠合，两块铜排之间连接第三组滤波薄膜电容c5，igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组q2发射极与igbt模块h桥逆变器桥臂d的管组q4集电极互连导线串入磁环e2为电感l3接到直流母线第一层另一块铜板，直流母线第一层另一块铜板连接电容c0的另一端，igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组q2n集电极连接铜排，igbt模块h桥逆变器桥臂d的管组q4n发射极连接铜排，两块铜排绝缘层分隔叠合，两块铜排之间连接第四组滤波薄膜电容c6，igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组q2n发射极与igbt模块h桥逆变器桥臂d的管组q4n集电极互连导线串入磁环e2为电感l4接到直流母线第一层另一块铜板，电感l4与电感l3导线反向串入磁环e2。
红外测温无线数据发射器由聚光透镜、激光二极管及驱动电路、光电转换芯片、对数放大电路、模数转换器a/d、数据编码器、型号ens1122发射芯片组成，光电转换芯片配置透镜光路聚焦，与透镜光轴成斜角设置激光二极管发射光束窗口，驱动电路连接激光二极管，发射蓝光或绿光束用来对准工件红外测温点，发射芯片内含射频振荡器、数据调制fsksw、鉴相器pfd、电荷泵cp、内置环路滤波器、分频器、压控振荡器vco和输出功率步进或连续可调的射频功放，发射芯片射频振荡器roi端外接石英谐振器xtal1一端，石英谐振器xtal1另一端接电容cx1、cx2一端，电容cx1另一端接地，电容cx1另一端接发射芯片fsksw端，光电转换输出信号经对数放大电路、模数转换器a/d、数据编码器连接发射芯片fskdta端，与压控振荡器vco经分频器输出信号分别接入鉴相器pfd，鉴相器pfd输出经电荷泵cp、内置环路滤波器控制压控振荡器vco，压控振荡器vco输出连接射频功放，射频功放输出端out经电容cm1、cm2、cm3、电感lm1带通滤波网络匹配天线ta发射，通过改变发射芯片psel端电压调节发射功率达到合适的发射、接收红外测温数据传输距离。
红外测温无线数据接收器由enb3122接收芯片、数字pid调节控制器组成，接收芯片内含低噪声高放、锁相环pll、本机振荡器、混频器、带自动增益控制agc中频放大器、数据解调器dtao，接收芯片roi端外接石英谐振器xtal2一端，石英谐振器xtal2另一端接电容cx3一端，电容cx3另一端接地，接收芯片输入端lnai经电容cm4、cm5、cm6、电感lm2低通滤波网络匹配天线tb，接收射频信号经高放与本机振荡器信号混频，提取中频接入带自动增益控制agc中放、数据解调器、数字pid调节控制器至数字信号处理dsp控制板测温接口，实时运算控制工件加热温度。
风冷式冷水机组由压缩机、冷凝器、风机、干燥过滤器、膨胀阀、高压控制器、低压控制器、控制阀、水箱、蒸发器、水泵、进水管和出水管组成，其中，制冷剂注入由制冷媒体传递管道连接压缩机、冷凝器、蒸发器，进水由控制阀注入到水箱，蒸发器置于水箱，水箱置有浮球开关，浮球开关控制水箱水位缺水报警、补充进水，水箱冷水经水泵出水，蒸发器一端制冷媒体传递管经低压控制器连接压缩机输入端口，压缩机输出端口连接制冷媒体传递管，经高压控制器连接到冷凝器，冷凝器输出制冷媒体传递管经干燥过滤器、膨胀阀连接蒸发器制冷媒体传递管的另一端，冷凝器毛细铜管套置铝翅片，风机散热冷凝器毛细铜管套置铝翅片制冷热交换，水箱出水管经控制阀连接到三相整流二极管、h桥逆变器igbt模块、阻抗匹配变压器t、感应炉谐振电感l、谐振电容c进水管、高频三电平整流二极管和igbt模块、h桥逆变器igbt模块、阻抗匹配变压器、感应炉谐振电感、谐振电容出水管经控制阀返回到水箱，压缩机电源端、风机电源端、水泵电源端经过载保护装置、交流接触器连接到三相电源。
本发明产生有益的积极效果：高频三电平整流器按正弦波规律脉宽调制控制igbt开关电流跟踪电压，获取高功率因数校正，功率因数达到1，显著抑制谐波防护电网的供电质量，保障自身设备正常供电，减小能耗。数字信号处理dsp芯片产生超前、滞后交替移相脉宽调制pwm零功率软启动，均衡四个桥臂igbt模块功耗，激光束引导红外精准测温，无线数据传输适应热处理强电磁场辐射、高热、潮湿恶劣环境下稳定工作，避免光纤电缆受高温辐射的故障，风冷式冷水机组冷却温度调节范围大，自动温控调节开机、关机，突出优点不耗水，风冷机组体积小，高效冷却高频三电平整流器二极管、igbt模块、h桥逆变器igbt模块、阻抗匹配变压器、谐振电容、谐振电感炉产生的热量，大大降低设备故障率，保障热处理运行高效节能、安全、可靠。
附图说明
图1高频三电平整流器电路
图2h桥逆变器电路
图3红外测温无线数据发射器
图4红外测温无线数据接收器
图5风冷式冷水机组原理图
具体实施方式
参照图1、2、3、4、5，本发明具体实施方式和实施例：包括高频三电平整流器由型号rfz1663nj控制板、igbt模块qt1、qt2、qt3、qt4、qt5、qt6，二极管vd1、vd2、vd3、vd4、vd5、vd6、vd7、vd8、vd9、vd10、vd11、vd12、滤波薄膜电容c1、c2，其中，三相交流电源经交流接触器触点连接，相序之间连接电容ca、cb、cc，三相交流电源的相线分别穿入互感磁环fa，fb、fc，磁环电感分别连接控制板三相交流电压取样端a、b、c，三相交流电源的ua相经电感la连接到二极管vd1阳极与二极管vd2阴极串联相接的中点，二极管vd1阴极接igbt模块qt1集电极，二极管vd2阳极接igbt模块qt4发射极，二极管vd8阴极接igbt模块qt4发射极，二极管vd7阳极接igbt模块qt1集电极，三相交流电源的ub相经电感lb连接到二极管vd3阳极与二极管vd4阴极串联相接的中点，二极管vd3阴极接igbt模块qt2集电极，二极管vd4阳极接igbt模块qt5发射极，二极管vd10阴极接igbt模块qt5发射极，二极管vd9阳极接igbt模块qt2集电极，三相交流电源的uc相经电感lc连接到二极管vd5阳极与二极管vd6阴极串联相接的中点，二极管vd5阴极接igbt模块qt3集电极，二极管vd6阳极接igbt模块qt6发射极，二极管vd12阴极接igbt模块qt6发射极，二极管vd11阳极接igbt模块qt3集电极，高频三电平整流器控制板输出六路spwm1、spwm2、spwm3、spwm4、spwm5、spwm6依次分别连接igbt模块qt1、qt2、qt3、qt4、qt5、qt6栅极，二极管vd7、vd9、vd11阴极分别连接一层母线，并连接滤波薄膜电容c1一端，作为高频三电平整流器直流输出电压的正端，直流电压取样信号dcb连接控制板dcin端，二极管vd8、vd10、vd12阳极分别连接另一层母线，并连接滤波薄膜电容c2一端，作为高频三电平整流器直流输出电压的负端，并且接地，igbt模块qt1、qt2、qt3发射极与qt4、qt5、qt6集电极互连，并与滤波薄膜电容c1、c2另一端连接，igbt模块、二极管散热板水盒注入冷水循环冷却。
数字信号处理控制板3tms320f28335的dsp芯片可编程相位控制产生超前、滞后交替移相的两路脉宽调制pwm1、pwm2信号，上管、下管设互锁死区时间tdt，分别经光纤耦合到两块双路igbt驱动板1、2，构成双路igbt模块并联连接的两个半桥合成为h桥逆变器，由变压器匹配串联谐振负载电路，四个桥臂igbt模块斜对角导通、截止，零功率软启动，超前、滞后交替移相开关时间相等功耗均衡克服固定桥臂功耗大的缺陷，第一块双路igbt驱动板1输出接口p1、p2、p3依次连接igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q1栅极、集电极、发射极，第一块双路igbt驱动板1输出接口j1、j2、j3依次连接igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q1n栅极、集电极、发射极，第一块双路igbt驱动板1输出接口p4、p5、p6依次连接igbt模块h桥逆变器桥臂c的管组q3栅极、集电极、发射极，第一块双路igbt驱动板1输出接口j4、j5、j6连接igbt模块h桥逆变器桥臂c的管组q3n栅极、集电极、发射极，第二块双路igbt驱动板2输出接口p1、p2、p3连接igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组q2栅极、集电极、发射极，第二块双路igbt驱动板2输出接口j1、j2、j3依次连接igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组q2n栅极、集电极、发射极，第二块双路igbt驱动板2输出接口p4、p5、p6依次连接igbt模块h桥逆变器桥臂d的管组q4栅极，集电极，发射极，第二块双路igbt驱动板2输出接口j4、j5、j6依次连接igbt模块h桥逆变器桥臂d的管组q4n栅极、集电极、发射极；
igbt模块h桥逆变器桥臂a管组、c管组散热板分别装配两个冷水盒，两个冷水盒进水管分别连接风冷式冷水机组的出水管，水盒出水管分别连接风冷式冷水机组的进水管，igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q1集电极连接铜排，igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q3发射极连接铜排，两块铜排绝缘层分隔叠合，两块铜排之间连接第一组滤波薄膜电容c3，igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q1发射极与igbt模块h桥逆变器桥臂c的管组q3集电极互连导线串入磁环e1为电感l1接到直流母线第一层的一块铜板，直流母线第一层的一块铜板连接阻抗匹配变压器t电感tl1的一端，igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q1n集电极连接铜排，igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q3n发射极连接铜排，两块铜排绝缘层分隔叠合，两块铜排之间连接第二组滤波薄膜电容c4，igbt模块h桥逆变器桥臂a的管组q1n发射极与igbt模块h桥逆变器桥臂c的管组q3n集电极互连导线串入磁环e1为电感l2接到直流母线第一层的一块铜板，电感l2与电感l1导线反向串入磁环e1，阻抗匹配变压器t电感tl1另一端连接电容c0一端，阻抗匹配变压器t电感tl2与感应炉谐振电感l、谐振电容c串联相接，并且穿入电流互感取样磁环电感il，阻抗匹配变压器t电感tl2两端作为逆变器输出电压测量接口，阻抗匹配变压器t铁氧体磁芯冷却进水管、电感tl1进水管、电感tl2进水管连接风冷式冷水机组的出水管，阻抗匹配变压器t铁氧体磁芯冷却出水管、电感tl1出水管、电感tl2出水管连接风冷式冷水机组的进水管，谐振电容c0水箱进水管连接风冷式冷水机组的出水管，谐振电容c0水箱出水管连接风冷式冷水机组的进水管，igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组、d的管组散热板分别装配两个冷水盒，两个冷水盒进水管分别连接风冷式冷水机组的出水管，水盒出水管分别连接风冷式冷水机组的进水管，igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组q2集电极连接铜排，igbt模块h桥逆变器桥臂d的管组q4发射极连接铜排，两块铜排绝缘层分隔叠合，两块铜排之间连接第三组滤波薄膜电容c5，igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组q2发射极与igbt模块h桥逆变器桥臂d的管组q4集电极互连导线串入磁环e2为电感l3接到直流母线第一层另一块铜板，直流母线第一层另一块铜板连接电容c0的另一端，igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组q2n集电极连接铜排，igbt模块h桥逆变器桥臂d的管组q4n发射极连接铜排，两块铜排绝缘层分隔叠合，两块铜排之间连接第四组滤波薄膜电容c6，igbt模块h桥逆变器桥臂b的管组q2n发射极与igbt模块h桥逆变器桥臂d的管组q4n集电极互连导线串入磁环e2为电感l4接到直流母线第一层另一块铜板，电感l4与电感l3导线反向串入磁环e2。
热处理设备耗电大，产生谐波严重污染电网供电质量，谐波不仅对自身设备和附近电气设备产生无功损耗，并且产生电磁干扰降低设备可靠性。
高频三电平整流器具有高频开关频率高功效的节能效果，按正弦波规律脉宽调制控制igbt开关电流跟踪电压三电平的特性，三相电流之和为零，谐波电流经两个串联的滤波薄膜电容c1、c2吸收，获取高功率因数校正，功率因数pf值达到1，显著抑制谐波、降低无功损耗保障自身设备正常运行，减小能耗，防护电网供电质量。三相交流电源是经二极管输入，而且igbt模块集电极、发射极均串联二极管，不仅减轻开关器件igbt模块耐压要求，更重要的是不存在上下两个桥臂同时导通发生短路炸管的危险。高频三电平整流器不需要用零线，简化设备施工安装。
数字信号处理器dsp芯片可编程相位控制产生超前、滞后交替的两路移相脉宽调制pwm1、pwm2信号，移相角从180°逐渐减小，脉宽从零开始慢慢增大，直到最大值，然后，移相角反方向变化，交替轮换四个桥臂igbt模块开关时间相等平衡功耗，克服固定移相桥臂开关时间不变功耗大的缺陷，消除隐患提高设备可靠性，变压器匹配感应炉谐振电感阻抗，工件等效负载获取最大输出功率，高效、节能运行热处理产生。
并联igbt模块增大输出功率，但因igbt模块饱和压降差异和结温tj影响稳态电流不均衡，必需对并联igbt模块电流均衡分配。两个igbt模块并联逆变输出端分别由导线反向穿入磁环e1为电感l1、电感l2。当两个igbt模块输出电流相等时，电感l1、电感l2电流产磁通相互共扼抵消，均衡电感等效为零，不产生压降，并联的两个igbt模块输出电流不相等时，有一个δi电流进入负载，这个δi在均流电感产生压降迫使该igbt模块输出电流提高，另一个igbt模块输出电流降低，两个电流共扼均流，抑制并联模块产生环流冲击，避免igbt模块电流升高结温超限烧坏。磁环e2电感l3、电感l4与磁环e1电感l1、电感l2的结构和工作原理相同。
风冷式冷水机组制冷剂注入由制冷媒体传递管道连接压缩机14、冷凝器11、蒸发器4，进水in由控制阀13注入到水箱23、蒸发器4置于水箱23，水箱23置有浮球开关6，浮球开关6控制水箱23水位缺水报警、补充进水，水箱23冷水经水泵7出水，蒸发器4一端制冷媒体传递管经低压控制器15控制连接压缩机14输入端口，压缩机14输出端口连接制冷媒体传递管，经高压控制器16连接到冷凝器11，冷凝器11输出制冷媒体传递管经干燥过滤器9、膨胀阀8连接蒸发器4制冷媒体传递管的另一端，冷凝器11毛细铜管套置铝翅片12，风机10散热冷凝器11毛细铜管套置铝翅片12进行制冷热交换，水箱23出水管经控制阀5连接到h桥逆变器igbt模块20、高频三电平整流器18、谐振电容20、阻抗匹配变压器19、谐振电感炉21进水管，出水管经控制阀17返回到水箱23，压缩机14电源端、风机10电源端、水泵7电源端经过载保护装置、交流接触器连接到三相电源。
风冷式冷水机组冷却温度调节范围大，自动温控调节开机、关机，高效冷却发热机件，突出的优点不耗水，大大降低设备故障率，保障工件热处理高效节能运行。