适用于中频感应加热器的加热电源的制作方法

本实用新型涉及中频加热技术领域，特别涉及一种适用于中频感应加热器的加热电源。

背景技术：

中频感应加热原理为通过整流逆变电路产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。利用 LC 振荡电路电流的幅频特性，可通过改变输入电路的谐振频率快速改变中频电源的输出功率，从而快速改变工件表面温度。基于加热理论中“集肤效应原理”，当频率越大时，则集肤深度越浅，同时其交流阻抗越大，因此在相同数值的电流作用下，负载所获得的能量也越高，而电流及线路损耗相应地也会变小，从而提高了加热效率，同时还可起到节约电能的目的。中频感应加热电源正是基于这一原理做成的，利用变频技术，可将运行频率提高到工频的数倍，加热效果会明显提高。传统的串联谐振直流电源采用不可整流的方式，虽然可以提高系统的功率因数，但是此种电源的中频感应只能采用逆变器单一的调压方式调节输出功率，中频感应加热电源一般需要大范围内调节输出功率，单一的调节功率的方式不能满足其在各种工作环境中的需求，也不能保证电源系统良好的性能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于中频感应加热器的加热电源，可以实现前后两级调压，功率大小的调节范围更宽，线性度好，温度可按需任意调节。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

适用于中频感应加热器的加热电源，包括通过主电路依次连接的三相交流电源、三相桥式全控整流电路、LC滤波电路、逆变电路、中频隔离变压器、谐振电容、加热感应线圈和主控制器，所述LC滤波电路和逆变电路之间设置第一电流互感器，所述第一电流互感器的输出端通过直流分压信号连接主控制器，所述逆变电路连接IGBT 驱动电路，所述主控制器通过SPWM脉宽调制电路与所述IGBT 驱动电路连接，所述加热感应线圈内安装预加热部件；

所述主控制器用于根据采集到的谐振电压信号和谐振电流信号比较计算出实际功率，并将实际功率和设定功率进行比较，通过调整 SPWM脉宽调制电路，使逆变后主电路的输出功率接近设定功率。

进一步地，所述加热感应线圈和谐振电容串联的回路连接第二电流互感器，所述第二电流互感器的输出端连接主控制器。

进一步地，所述第二电流互感器的输出端通过信号调理滤波连接到主控制器。

进一步地，所述的主控制器包括单片机和ADC模数转换器。

进一步地，所述的所述中频隔离变压器为匝数比可调节的隔离变压器。

进一步地，所述的三相桥式全控整流电路包括按触发顺序依次排列的晶闸管KP1、KP2、KP3、KP4、KP5和KP6，所述晶闸管KP1和KP4接a相，所述晶闸管KP3和KP6接b相，所述晶闸管KP5和KP2接c相，所述晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组，晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组，所述全控整流电路连接主控制器。

本实用新型的有益效果是：

1）本实用新型可以实现前后两级调压，功率大小的调节范围更宽，线性度更好，温度可按需任意调节。

2）本实用新型的线圈回路为LC串联，通过调节逆变器输出电压波形的频率，使其与谐振频率一致，可以提高加热功率能效因数，提高加热效率，降低功耗。

3）三相交流电经过一个三相桥式全控整流电路与LC滤波电路后，变成直流电压，通过主控制器控制三相桥式全控整流电路6个晶闸管的触发角α，来调节直流电压的输出大小，逆变电路也可以通过主控制器调节SPWM波的占空比来调节逆变器输出的电压幅度，两者结合从而调节中频感应加热器的功率输出。

附图说明

图1为本实用新型电路结构图；

图2为本实用新型的三相桥式全控整流电路的结构图；

图3为本实用新型三相桥式全控整流电路的接线图；

图4为本实用新型三相桥式全控整流电路的触发电波图；

图中，1-三相交流电源，2-三相桥式全控整流电路，3- LC滤波电路，4-逆变电路，5-中频隔离变压器，6-谐振电容，7-加热感应线圈，8-主控制器，9-第一电流互感器，10-直流分压信号，11- IGBT 驱动电路，12- SPWM脉宽调制电路，13-第二电流互感器，14-信号调理滤波。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：

如图1所示，适用于中频感应加热器的加热电源，包括通过主电路依次连接的三相交流电源1、三相桥式全控整流电路2、LC滤波电路3、逆变电路4、中频隔离变压器5、谐振电容6、加热感应线圈7和主控制器8，所述LC滤波电路3和逆变电路4之间设置第一电流互感器9，所述第一电流互感器9的输出端通过直流分压信号10连接主控制器8，所述逆变电路4连接IGBT 驱动电路11，所述主控制器8通过SPWM脉宽调制电路12与所述IGBT 驱动电路11连接，所述加热感应线圈7内安装预加热部件；

所述主控制器8用于根据采集到的谐振电压信号和谐振电流信号比较计算出实际功率，并将实际功率和设定功率进行比较，通过调整 SPWM脉宽调制电路12，使逆变后主电路的输出功率接近设定功率。

所述加热感应线圈7和谐振电容6串联的回路连接第二电流互感器13，所述第二电流互感器13的输出端连接主控制器8。

所述第二电流互感器13的输出端通过信号调理滤波14连接到主控制器8。

所述的主控制器8包括单片机和ADC模数转换器。

所述的所述中频隔离变压器5为匝数比可调节的隔离变压器，可以调节电压。

如图2-4所示，所述的三相桥式全控整流电路2包括按触发顺序依次排列的晶闸管KP1、KP2、KP3、KP4、KP5和KP6，所述晶闸管KP1和KP4接a相，所述晶闸管KP3和KP6接b相，所述晶闸管KP5和KP2接c相，所述晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组，晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组，所述全控整流电路2连接主控制器8。

三相交流电经过一个三相桥式全控整流电路2与LC滤波电路3后，变成直流电压，通过主控制器8控制三相桥式全控整流电路6个晶闸管的触发角α，来调节直流电压的输出大小，逆变电路4也可以通过主控制器8调节SPWM波的占空比来调节逆变器输出的电压幅度，两者结合从而调节中频感应加热器的功率输出。

在三相桥式全控整流电路2中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。

为了分析方便，如图2和3所示，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a相，晶闸管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相，晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组。

为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规则，下面研究几个特殊控制角，先分析α=0的情况，也就是在自然换相点触发换相时的情况。

为了分析方便起见，把一个周期等分6段，如图4所示，在第（1）段期间，a相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。这时电流由a相经KP1流向负载，再经KP6流入b相。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。加在负载上的整流电压为ud=ua-ub=uab。

经过60°后进入第（2）段时期。这时a相电位仍然最高，晶闸管KPl继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c相晶闸管KP2，电流即从b相换到c相，KP6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经KPl、负载、KP2流回电源c相。变压器a、c两相工作。这时a相电流为正，c相电流为负。在负载上的电压为ud=ua-uc=uac。

再经过60°，进入第（3）段时期，这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作，在负载上的电压为ud=ub-uc=ubc。余相依此类推。

由上述三相桥式全控整流电路2的工作过程可以看出：

三相桥式全控整流电路2在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组，另一个是共阳极组的，只有它们能同时导通，才能形成导电回路；三相桥式全控整流电路2就是两组三相半波整流电路的串联，所以与三相半波整流电路一样，对于共阴极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KPl、KP3和KP5依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。对于共阳极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KP2、KP4和KP6依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差也是120°；由于共阴极的晶闸管是在正半周触发，共阳极组是在负半周触发，因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°；三相桥式全控整流电路2每隔60°有一个晶闸管要换流，由上一号晶闸管换流到下一号晶闸管触发，触发脉冲的顺序是：1→2→3→4→5→6→1，依次下去。相邻两脉冲的相位差是60°；由于电流断续后，能够使晶闸管再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时有触发脉冲。为了达到这个目的，可以采取两种办法；一种是使每个脉冲的宽度大于60°同时必须小于120°，一般取80～100°，称为宽脉冲触发。另一种是在触发某一号晶闸管时，同时给前一号晶闸管补发一个脉冲，使共阴极组和共阳极组的两个应导通的晶闸管上都有触发脉冲，相当于两个窄脉冲等效地代替大于60°的宽脉冲。这种方法称双脉冲触发。

整流输出的电压，也就是负载上的电压。整流输出的电压应该是两相电压相减后的波形，实际上都属于线电压，波头uab、uac、ubc、uba、uca、ucb均为线电压的一部分，是上述线电压的包络线。相电压的交点与线电压的交点在同一角度位置上，故线电压的交点同样是自然换相点，同时亦可看出，三相桥式全控的整流电压在一个周期内脉动六次，脉动频率为6 &TImes; 50=300赫，比三相半波时大一倍。

晶闸管所承受的电压。三相桥式整流电路在任何瞬间仅有二臂的元件导通，其余四臂的元件均承受变化着的反向电压。例如在第（1）段时期，KP1和KP6导通，此时KP3和KP4，承受反向线电压uba=ub-ua。KP2承受反向线电压ubc=ub-uc。KP5承受反向线电压uca=uc-ua。晶闸管所受的反向最大电压即为线电压的峰值。当α从零增大的过程中，同样可分析出晶闸管承受的最大正向电压也是线电压的峰值。

由上述三相交流电经过一个三相桥式全控整流电路2与LC滤波电路3后，变成一直流电压，通过主控制器控制三相桥式全控整流电路2的6个晶闸管的触发角α，来调节直流电压的输出大小，逆变电路4也可以通过主控制器调节SPWM波的占空比来调节逆变器输出的电压幅度，两者结合从而调节中频感应加热器的功率输出。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。