一种IGBT并联逆变中频变频感应加热装置的制作方法

本实用新型涉及电力电子领域，特别涉及一种IGBT并联逆变中频变频感应加热装置。

背景技术：

感应加热指的是利用整流、逆变的原理，在感应线圈中产生频率可变的交变电流，此电流通过电磁感应在感应圈中的金属表面及内部产生涡流，涡流做功产生热量，以达到加热金属的目的。该技术被广泛的使用在金属熔炼、及透热、淬火热处理等多种场合。现有的感应加热应用中，金属负载的熔化速度慢，耗电量高，节能效果差。

技术实现要素：

本实用新型目的是：提供一种IGBT并联逆变中频变频感应加热装置，和传统的感应加热电源相比，金属负载的熔化速度快，耗电量低，节能效果明显。

本实用新型的技术方案是：

一种IGBT并联逆变中频变频感应加热装置，包括依次连接的三相整流电路、IGBT逆变电路、谐振电路和感应器；所述IGBT逆变电路还通过逆变回路频率跟踪模块连接逆变控制电路，逆变控制电路通过IGBT驱动电路连接控制IGBT逆变电路的输出功率。

优选的，所述三相整流电路包括桥式连接的六个可控硅T11～T16,三相电源的三相输入端分别连接每相桥臂的中间结点，每个可控硅的两级分别并联一个电容、电阻串联的RC电路，电容、电阻中间的结点连接对应可控硅的控制极。

优选的，所述IGBT逆变电路包括四个桥式连接的的IGBT器件VT1～VT4，每个IGBT器件分别连接一个快恢复二极管VD1～VD2, 构成单项逆变桥。

优选的，所述控制电路采用PI恒功率控制环，控制装置恒功率输出。

优选的，所述逆变回路频率跟踪模块采用数字集成电路芯片CD4046构成频率跟踪环节。

优选的，所述谐振电路和感应器间还连接有电容升压电路。

优选的，所述控制电路还包括电压过压保护电路。

优选的，所述控制电路还包括直流电流过流保护电路。

优选的，所述控制电路还包括冷却水水压水温保护电路。

本实用新型的优点是：

1．本实用新型采用先进的半导体器件IGBT作为逆变元件，辅以快恢复二极管构成单项逆变桥，负载采用电容升压电路，和传统的感应加热电源相比，金属负载的熔化速度快，耗电量低，节能效果明显，省电可达30%,电网功率因数高达0.98。

2．本实用新型的三相整流电路采用可控硅调压调功，控制电路采用PI恒功率控制环，能保证金属负载在整个熔化过程中恒功率控制。

3．本实用新型的采用数字集成电路芯片CD4046构成频率跟踪环节，实时跟踪负载固有频率的变化，达到有效控制输出功率的目的。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的IGBT并联逆变中频变频感应加热装置的结构框图；

图2为本实用新型的IGBT并联逆变中频变频感应加热装置的主电路原理图；

图3为本实用新型的逆变回路频率跟踪模块和逆变控制电路的原理图；

图4为本实用新型的过压保护电路的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的IGBT并联逆变中频变频感应加热装置，包括依次连接的三相整流电路、IGBT逆变电路、谐振电路、电容升压电路和感应器。所述IGBT逆变电路还通过逆变回路频率跟踪模块连接逆变控制电路，逆变控制电路通过IGBT驱动电路连接控制IGBT逆变电路的输出功率。

如图2所示，所述三相整流电路包括桥式连接的六个可控硅T11～T16,三相电源的三相输入端分别连接每相桥臂的中间结点，每个可控硅的两级分别并联一个电容、电阻串联的RC电路，电容、电阻中间的结点连接对应可控硅的控制极。所述IGBT逆变电路包括四个桥式连接的的IGBT器件VT1～VT4，每个IGBT器件分别连接一个快恢复二极管VD1～VD2, 构成单项逆变桥。所述谐振电路包括谐振电容Ca1，谐振电容Ca1两端分别连接IGBT逆变电路的两个输出端，谐振电路和感应器间还连接有电容升压电路，所述电容升压电路包括串联的升压电容Ca2和电感Lu，电容升压电路与谐振电容Ca1两端并联。和传统的感应加热电源相比，金属负载的熔化速度快，耗电量低，节能效果明显。

如图3所示，所述逆变回路频率跟踪模块采用数字集成电路芯片CD4046构成频率跟踪环节，控制电路采用PI恒功率控制环，控制装置恒功率输出。具体包括：

控制电源：由三端稳压集成电路7815、7915、7805、整流二极管D18-D21、滤波电路E3-E7（C27-C31），将15V/50Hz工频交流电转化为+15V、-15V、+5V直流电源，供逆变控制板使用。

整流启动电路：启动按钮SW-PB按下，继电器常开触头K2吸合，+15V电源通过R49对C21充电，当运放U8B之5号端电平高于6号端电平时，7号端电平翻转，继电器ZD-3FF-1Z-12VDC常开触头闭合，整流电路工作。

逆变启动工作电路：启动按钮SW-PB按下， +15V电源通过R6对E1充电，当运放U8A之3号端电平高于2号端电平时，1号端电平翻转，与非门U9A、U9B打开，解除逆变封锁状态。

频率跟踪：中频电压信号通过HT、ht衰减，U11A比较器整形、反相后输入鉴相器U13的一端，另一端由IGBT控制信号A8模拟中频电流信号输入。U13的输出反映了中频电压和中频电流的相位差，此相位差经过以U14A运放为主构成的滤波器形成控制电平，经反相后输入PI调节器（由运放U15B为主构成），调节相位设定电位器W3就能调节中频电压和中频电流的相位差，并使此相位差锁定在W3设定的给定值上，达到频率跟踪的目的。

锁相环：以数字集成电路CD4046为核心，调整电位器W1 设定逆变启动频率，当中频电压建立起来以后，频率跟踪电路工作，逆变频率锁定在由D11（Phase_Lock Diode）阳极电平决定的逆变频率上。

重叠区形成：锁相环输出方波（U1的4号端子）经过U2，经过U3反相后，由U4分频产生两路方波脉冲，由其中一路方波前沿产生重叠区窄脉冲（C4 、R4和C4、R5，U4、U5为整形电路），和另一路方波叠加（U7 ）, 产生重叠区。重叠区主要防止一个桥臂的上下两只IGBT同时关断的情况产生。

保护电路：水温、水压、过压保护信号经U23综合，U24反相，接入由U25运放为主构成的自锁电路，产生保护信号，封锁整流输出脉冲。

逆变脉冲形成电路：U9A、B输出的两路逆变脉冲通过该电路分别形成8路A、8路B的IGBT控制脉冲。

如图4所示，所述电压过压保护电路，包括依次连接的电压采集电路、电压比较电路、光电耦合电路和输出电路，电阻R1-R4构成电压采集电路，采集电感器L的电压，运放U1、电阻R5、R6、变阻器件W1和二极管D1、D2构成电压比较电路，变阻器件W1产生可调节的参考电压，光电耦合电路采用4N25, 输出电路包括或非门U3A、U3C、U3D，三个或非门的两个输入端均短接，构成非门，检测结果通过输出电路分两路输出，分别连接F与Is1。

本实用新型采用先进的半导体器件IGBT作为逆变元件，辅以快恢复二极管构成单项逆变桥，负载采用电容升压电路，和传统的感应加热电源相比，金属负载的熔化速度快，耗电量低，节能效果明显，省电可达30%,电网功率因数高达0.98。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。