一种纯他激IGBT串联逆变电源控制系统的制作方法

一种纯他激igbt串联逆变电源控制系统
技术领域
1.本发明涉及特殊中频电源领域，特别涉及一种纯他激igbt串联逆变电源控制系统。


背景技术：

2.原有的闭环控制采用相位跟踪反馈方式。当设备工作时，主控板给定参数通过相位反馈形成运行的闭环控制，相位反馈闭环控制可以实时根据负载变化情况调整运行参数的频率输出，保证主控参数于负载运行参数一致。这种控制方式基本可以满足绝大多数中频电源的稳定运行，但是在位置相邻比较接近的两组或多组感应器同时运行时，负载线圈所产生的电磁场会相互穿透其他负载线圈的磁场，形成一定的感应电压，这样一来就会造成另一个线圈自身的磁感应电压的抵消或者叠加，相位反馈参数也会随之变化，原有的闭环反馈跟踪参数受到影响。这样一来相对于另一台电源的逆变控制上就很容易出现逆变触发频率与其本身的运行频率不一致，而且受到干扰的相位信号属于无规则的杂波信号，逆变功率器件在这种控制条件下不能正常开通关闭，最终导致整个逆变系统的崩溃，使设备无法正常工作；再者，为了使中频电源运行稳定，闭环反馈系统中对反馈信号的要求较高，应尽可能避免其他电磁场对反馈信号干扰。在多工位真空熔炼系统中，如果增加多组相邻负载之间的距离会造成整体系统非常庞大，为了达到在此种条件下每组负载以及其控制系统都可以正常工作运行，避免相位反馈信号的干扰，研发了纯他激开环反馈控制电路。纯他激控制线路为开环反馈控制，取消原有相位跟踪反馈环节，改进压控电路的控制方式与输出，可以有效避免负载部分杂波信号反馈至主控板影响正常运行参数，保证中频电源的负载线圈在复杂电磁环境中能够运行稳定。


技术实现要素：

3.本发明的目的是在多个邻近的中频电源负载同时运行的情况下提供更加稳定可靠的中频电源控制系统，保证各中频电源可以独立、稳定运行，特提供了一种纯他激igbt串联逆变电源控制系统。
4.本发明提供了一种纯他激igbt串联逆变电源控制系统，其特征在于：控制电路包括整流控制、逆变/功率控制、保护三部分；
5.装置的整流控制原理，工作时主控板由脉冲振荡器产生一列高频方波脉冲，经脉冲变压器加到晶闸管的门极，此时晶闸管完全导通同于二极管，整流桥作不控整流。当停止工作或保护时，主控板封锁整流脉冲，快速开关即晶闸管关断。控制电路设有直流电流限流/过流、中频电流限流/过流、中频电压限压/过压保护功能。为防止igbt过电流、超温失效，特设模块保护功能。当模块电流增大到超过其能承受的最大值、即将超过额定结温或出现其他异常情况时，封锁igbt 触发脉冲，使逆变工作停止。另外还设有外部保护板，产生水温、水压、电源欠压、过压保护信号。
6.利用主控线路实现纯他激开环逆变工作方式；针对中频主控制板上的原闭环反馈
控制电路经过改进和对应的参数调整达到开环反馈控制的目的。在主回路的构成上，没有影响和改动原有结构，就能实现完全由主控线路输出连续可调的振荡频率。
7.负载部分由于工作时处于开环反馈形式，负载自身感应和相邻不同工作状态的感应线圈所产生的可对主控板反馈回路各种干扰可以完全排除，在多个临近、独立工作的感应负载中，中频电源控制系统不受影响，完全可以独立、稳定工作。
8.针对特殊中频电源即多工位真空悬浮熔炼电源开发设计，工作原理是取消原有相位跟踪反馈环节，利用主控线路实现纯他激工作方式，实现纯他激开环逆变工作方式。
9.使中频电源的应用更加广泛。在原有的中频闭环控制系统中，主控线路基本都是采用闭环反馈相位跟踪方式。这时需要采样槽路振荡信号(v或i)，但是由于反馈信号容易受到主回路或其他电器设备的干扰，直接影响到主控系统的稳定性，进而造成整个电源系统运行异常甚至系统运行崩溃。
10.在中频电源主回路工作时闭环反馈影响主控线路不稳定的因素有三点：
11.负载部分自身杂波影响：由于利用电磁感应原理，在负载部位会产生强的电磁场，感应线圈内部的金属原材料通过自身感应产生涡流和感应电压。原材料之间的感应电压高低不同导致原材料之间存在放电现象，瞬间的放电所产生的尖峰脉冲会通过闭环反馈电路反馈回主控板，虽然主控板可以通过滤波手段降低这部分影响，但是仍会有部分杂波反馈回主控板，一起控制参数随之变化。其余大多数杂波会给吸收电路带来负担，导致吸收电路元器件发热引起损坏导致主控板不能正常工作。
12.外部条件影响：在相邻的两个独立工作的感应线圈之间，其中一个感应线圈产生的电磁场会穿过另一台感应器，通过与之相连接的震荡回路形成同频震荡，震荡波形与另外一台工作的中频电源主控板激发的震荡回路经过自身闭环反馈回路经信号传递进主控板，严重影响主控板控制参数正常的运行。两台电源相互影响作用导致都不能正常工作。
13.主控板使用闭环反馈控制电路在单独运行的普通中频电源上使用是可以稳定运行的，但是在特殊电源(例如中频悬浮电源)熔炼上由于受到自身反馈回路缺陷和主回路固有频率限制，在悬浮效果和电源输出频率控制上受到制约不能达到理想的多工位悬浮熔炼效果。
14.本发明的优点：
15.在邻近的两个或多个中频电源负载同时工作时，可以有效避免多台中频电源同时运行时由于临近磁场产生的干扰信号引起电源控制系统运行的不稳定。使用纯他激控制方式，可以完全消除临近的多个负载线圈产生的电磁相互干扰，各电源均能够稳定运行，实现多工位同时工作。
附图说明
16.下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
17.图1为cd4046锁项环集成电路。作用是调整主控板逆变频率输出范围。其特点是功耗小，输入阻抗高，电压范围宽。由r181和r182 与c42和c43构成中频电源逆变频率运行控制范围，调整对应参数即可应用不同频率段的中频电源。在中频悬浮熔炼电源实际应用中，逆变运行频率在200～10000hz之间。
18.图2为sg3525单片集成pwm控制芯片。作用是固定整流出发脉冲触发频率。其特点
是增加了驱动能力，内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、pwm锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。r63与c18构成整流出发脉冲的运行频率，通常在串联谐振设备中，整流处于全开放状态，运行频率一般在10k～ 12khz之间。为保证触发稳定可靠，在sg3525之后还有驱动放大电路，保证触发功率满足可靠触发。
19.图3为74ls 221双稳态触发器。作用是形成稳定的逆变触发脉冲。
20.图4为74ls 175是常用的六d触发器集成电路。将逆变脉冲进行a/d转换。
21.图5为74ls06逆变触发脉冲部分。通过数字信号把逆变脉冲形成正反两相逆变触发脉冲，再通过d/a转换后驱动输出。
22.图6为555定时器作为保护单元。作用是利用接受故障报警(或者参数限定)信号后对运行参数的复位(置位)，达到系统保护的目的。
23.图7为主控板电源部分。分别使用dc24v/dc+5v和 dc24v/dc
±
15v隔离电源，确保电源不受外部影响。
24.图8为模拟两个负载线圈轴向布置工作时负载线圈产生的磁场方向相反仿真示意图；
25.图9为模拟两个负载线圈轴向布置工作时负载线圈产生的磁场为同向仿真示意图；
26.图10为模拟两个负载线圈径向布置时工作时产生的磁场，当两个负载线圈之间距离增加后，随间距增加彼此间磁场相互穿透降低至消失仿真示意图；
27.图11为在两个负载线圈间距较近时，需要使用条形导磁体后磁场仿真示意图；
28.图12为使用凹形导磁体后临近线圈工作时产生的磁场仿真示意图。
具体实施方式
29.模拟两个负载线圈轴向布置时工作时产生的磁场分布情况(如下图9、10所示)。图9表示为两个负载线圈工作时负载线圈产生的磁场方向相反，此时两个线圈各自的磁场不会穿透到对方线圈内，不会对对方的相位信号产生影响。但是此时两个临近线圈部位的磁场由于方向上正好相反，磁场作用相互抵消，针对磁场内需要感应加热的材料来说就失去作用，导致材料无法加热，最终达不到熔化的目的，所以此方案不可行。
30.模拟两个负载线圈轴向布置时工作时产生的磁场为同向时(如图 10所示)，两个线圈产生的磁场可以相互穿透对方线圈，在熔炼目的上磁场的叠加可以加快熔化材料的升温速度，但是由于磁场的相互穿透，使各自的相位信号发生改变，在自身的相位反馈参数上不能保持与电源主控参数一致，经过实际实验发现电源运行参数也会叠加快速升高达到保护限定值，再叠加升高阶段极容易超出可控范围也不能稳定运行所以此方案同样不可行。
31.根据现有具备磁轭的中频感应炉结构方式，在两个负载线圈外侧增加导磁材料来束缚线圈自身的磁场不外射(如图11、12所示)。在两个负载线圈间距较近时，需要使用凹形导磁体才能够满足磁场互不影响。凹形导磁体对线圈属于包围结构，在使用时融化后的高温溶液会通过翻转形式将溶液倾倒至磨具中，这样一来势必会经过导磁体，会造成导磁体的损坏。在结构上无法满足融化后的倾翻，所以此方案也不可取。
32.综上所述，为了满足多工位的中频电源负载可以各自独立稳定运行，从主控系统改进最为合理，所以研发出不需要相位闭环反馈的纯他激igbt串联逆变电源控制系统。
33.实施例
34.本实施例提供了一种纯他激igbt串联逆变电源控制系统，其特征在于：控制电路包括整流控制、逆变/功率控制、保护三部分；
35.装置的整流控制原理，工作时主控板由脉冲振荡器产生一列高频方波脉冲，经脉冲变压器加到晶闸管的门极，此时晶闸管完全导通同于二极管，整流桥作不控整流。当停止工作或保护时，主控板封锁整流脉冲，快速开关即晶闸管关断。控制电路设有直流电流限流/过流、中频电流限流/过流、中频电压限压/过压保护功能。为防止igbt过电流、超温失效，特设模块保护功能。当模块电流增大到超过其能承受的最大值、即将超过额定结温或出现其他异常情况时，封锁igbt 触发脉冲，使逆变工作停止。另外还设有外部保护板，产生水温、水压、电源欠压、过压保护信号。
36.利用主控线路实现纯他激开环逆变工作方式；针对中频主控制板上的原闭环反馈控制电路经过改进和对应的参数调整达到开环反馈控制的目的。在主回路的构成上，没有影响和改动原有结构，就能实现完全由主控线路输出连续可调的振荡频率。
37.负载部分由于工作时处于开环反馈形式，负载自身感应和相邻不同工作状态的感应线圈所产生的可对主控板反馈回路各种干扰可以完全排除，在多个临近、独立工作的感应负载中，中频电源控制系统不受影响，完全可以独立、稳定工作。
38.针对特殊中频电源即多工位真空悬浮熔炼电源开发设计，工作原理是取消原有相位跟踪反馈环节，利用主控线路实现纯他激工作方式，实现纯他激开环逆变工作方式。
39.使中频电源的应用更加广泛。在原有的中频闭环控制系统中，主控线路基本都是采用闭环反馈相位跟踪方式。这时需要采样槽路振荡信号(v或i)，但是由于反馈信号容易受到主回路或其他电器设备的干扰，直接影响到主控系统的稳定性，进而造成整个电源系统运行异常甚至系统运行崩溃。
40.在中频电源主回路工作时闭环反馈影响主控线路不稳定的因素有三点：
41.负载部分自身杂波影响：由于利用电磁感应原理，在负载部位会产生强的电磁场，感应线圈内部的金属原材料通过自身感应产生涡流和感应电压。原材料之间的感应电压高低不同导致原材料之间存在放电现象，瞬间的放电所产生的尖峰脉冲会通过闭环反馈电路反馈回主控板，虽然主控板可以通过滤波手段降低这部分影响，但是仍会有部分杂波反馈回主控板，一起控制参数随之变化。其余大多数杂波会给吸收电路带来负担，导致吸收电路元器件发热引起损坏导致主控板不能正常工作。
42.本发明未尽事宜为公知技术。
43.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。