專利名稱：級聯式中頻感應加熱電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及感應加熱電源裝置，特別指一種級聯式中頻感應加熱電源。
背景技術：
中頻感應加熱電源是通過晶閘管或MOSFET或IGBT等電力半導體器件將工頻 (50Hz)電源變換為中頻(200Hz 200kHz)電源的裝置，主要是在感應熔煉，感應加熱，感應 淬火等領域中廣泛應用。現有的中頻感應電源絕大部分為中小容量(500KW以下)，有很少 一部分采用功率器件的串并聯來擴大容量。在器件的串并聯這種方式中，其缺點是①不 容易處理好串并聯器件的均壓問題和并聯器件均流問題；②由于器件制造工藝和參數的 離散性，限制了器件的串并聯數目；③裝置的可靠性和并聯數目成反比，在工作過程中只 要有一個功率開關器件出現問題，整個系統將不能正常工作。
發明內容本實用新型的目的是針對背景技術中存在的缺點和問題加以改進和創新，提供一 種采用功率單元箱串聯的主電路結構，單個功率單元箱都是一個小型的低壓小功率電源， 整個中頻感應加熱電源輸出電壓由功率單元的輸出電壓疊加而成，輸出功率為所有功率單 元輸出功率之和，當一個功率單元箱出現故障后，可旁路故障單元箱的級聯式中頻感應加 熱電源。本實用新型的技術方案是構造一種包括以下結構的級聯式中頻感應加熱電源，其 特點是包括移相變壓器柜、功率單元箱逆變柜和控制柜，其中所述的移相變壓器柜將高壓電源分解為至少兩個低壓電源，低壓電源相互錯位一 個角度；所述的功率單元箱逆變器中包括至少兩個功率單元箱，每個功率單元箱包括整流 逆變電路和旁路保護電路；所述的控制柜由DSP2812數字處理器連接FPGA芯片，采用光纖與功率單元連接通 信，并與上位機和PLC可編程控制器連接通信，實現模擬量的輸入與輸出、開關量的輸入或 輸出、參數的給定、設備的控制。本實用新型的優點及有益效果本實用新型采用多個功率單元箱級聯的方式，控制部分采用DSP高速數字處理器 應用SPWM調制算法，實現了輸出單相頻率電壓可調的正弦電源，此電源可根據負載反饋的 加熱溫度獨立調節頻率與電流，實現快速精確跟蹤負載所需目標加熱溫度。當客戶對電源 輸出電壓有不同要求時，只需簡單地調整功率單元箱個數來滿足客戶地不同需求。

圖1是本實用新型電原理框圖。[0012]圖2是功率單元箱電原理圖。
具體實施方式
由圖1、2可知，本實用新型所述的級聯式中頻感應加熱電源，其特點是包括移相變壓器柜A、功率單元箱逆變柜B和控制柜C，其中所述的移相變壓器柜A將高壓電源分解為多個低壓電源，每個低壓繞組相互錯位 一個角度；所述的功率單元箱逆變器B中包括至少兩個功率單元箱，每個功率單元箱包括整 流電路、逆變電路、儲能濾波電容、旁路保護電路；所述的控制柜C由DSP2812數字處理器連接FPGA芯片，采用光纖與功率單元連接 通信，并與上位機和PLC可編程控制器連接通信，實現模擬量的輸入與輸出、開關量的輸入 或輸出、參數的給定、設備的控制。本實用新型所述的功率單元箱內的整流逆變電路包括由二極管D1、D2、D3、D4、D5、 D6組成的整流三相全橋，由電容C1、C2組成的儲能濾波電容組。本實用新型所述的功率單 元箱整流逆變電路包括由絕緣柵雙極型晶體管IGBTl、IGBT2、IGBT3、IGBT4組成的逆變器。 本實用新型所述的功率單元箱旁路保護電路包括電容C4和電阻R3構成的RC電路，通過晶 閘管Dll的控制極TRGN和TRGP輸入高電平使晶閘管Dll導通。本實用新型的工作原理本實用新型所述的基于DSP級聯式中頻感應加熱電源，主要由一個開關柜，可實 現進線出線電壓的接通與切斷；一個移相變壓器柜，用于將一個高壓電源分解為若干個相 互錯位一定角度的低壓電源，由于繞組相互錯位一定的角度差，造成在電網側諧波污染小， 功率因數高，無需功率因數補償及諧波抑制裝置；功率單元箱逆變柜，其中包含多個功率 單元箱，每個功率單元箱為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通 過IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，可得到單相交流輸出，通過級聯的方式對每個功率單元 箱的PWM波形進行重組，可得到階梯正弦PWM波形；控制柜，主要由DSP高速數字處理器、 FPGA、單片機、PLC控制器、人機操作界面等共同組成。主控制器采用DSP2812，主要完成功 能有①完成錯位移相SPWM脈沖的實時計算，將計算數據實時傳給FPGA ；②與功率單元 通信，控制功率單元的工作，并實時傳輸功率單元的運行狀態，采用光纖通訊技術，低壓部 分和高壓部分通過光纖完全可靠隔離，系統具有極高的可靠性；③與上位機通信，實現對 整個系統的監控；④與西門子S7-300系列PLC通信，實現系統開入開出信號的傳遞，檢測及 控制系統“啟動”、“停止”等按鍵及完成相應的功能；⑤實現模擬量(電壓、電流、溫度等) 的輸入輸出。圖1以6個功率單元箱串聯為例，給出了基于DSP級聯式中頻感應加熱電源 原理圖。功率單元箱結構如圖2所示，主要由一個整流三相全橋，用于將交流電整流為直 流電；一個儲能濾波電容組，用于能量交換與濾波；一個逆變器，用于產生頻率和電流可控 的交流電源；一個旁路保護電路，C4和R3構成RC電路，用于減小輸出dv/dt，當需要旁路 時，通過晶閘管Dll的控制極TRGN、TRGP輸入高電平使晶閘管Dl導通，旁路輸出，平時正常 工作時，Dl處于判斷狀態。本實用新型所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行的描述，并非對本實用新型構思和范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計思想的前提下，本領域中工 程技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本實用新型的保護 范圍，本實用新型請求保護的技術內容，已經全部記載在權利要求書中。
權利要求一種級聯式中頻感應加熱電源，其特征在于包括移相變壓器柜(A)、功率單元箱逆變柜(B)和控制柜(C)，其中所述的移相變壓器柜(A)將高壓電源分解為至少兩個低壓電源，低壓電源相互錯位一個角度；所述的功率單元箱逆變器(B)中包括至少兩個功率單元箱，每個功率單元箱包括整流逆變電路和旁路保護電路；所述的控制柜(C)由DSP2812數字處理器連接FPGA芯片，采用光纖與功率單元連接通信，并與上位機和PLC可編程控制器連接通信，實現模擬量的輸入與輸出、開關量的輸入或輸出、參數的給定、設備的控制。
2.根據權利要求1所述的級聯式中頻感應加熱電源，其特征在于所述的功率單元箱內 的整流逆變電路包括由二極管(Dl、D2、D3、D4、D5、D6)組成的整流三相全橋，由電容(Cl、 C2)組成的儲能濾波電容組。
3.根據權利要求1所述的級聯式中頻感應加熱電源，其特征在于所述的功率單元箱整 流逆變電路包括由絕緣柵雙極型晶體管(IGBTl、IGBT2、IGBT3、IGBT4)組成的逆變器。
4.根據權利要求1所述的級聯式中頻感應加熱電源，其特征在于所述的功率單元箱旁 路保護電路包括電容(C4)和電阻(R3)構成的RC電路，通過晶閘管(Dll)的控制極(TRGN 和TRGP)輸入高電平使晶閘管(Dll)導通。
專利摘要本實用新型涉及感應加熱電源裝置，特別指一種級聯式中頻感應加熱電源。它是由移相變壓器柜、功率單元箱逆變柜和控制柜，其中所述的移相變壓器柜將高壓電源分解為至少兩個低壓電源，低壓電源相互錯位一個角度；所述的功率單元箱逆變器中包括至少兩個功率單元箱，每個功率單元箱包括整流逆變電路和旁路保護電路；所述的控制柜由DSP2812數字處理器連接FPGA芯片，采用光纖與功率單元連接通信，并與上位機和PLC可編程控制器連接通信，實現模擬量的輸入與輸出、開關量的輸入或輸出、參數的給定、設備的控制。本實用新型采用多個功率單元箱級聯的方式，控制部分采用DSP高速數字處理器應用SPWM調制算法，實現了輸出單相頻率電壓可調的正弦電源。
文檔編號H05B6/04GK201674685SQ20102020402
公開日2010年12月15日 申請日期2010年5月27日 優先權日2010年5月27日
發明者喻國強, 朱思國, 朱晶亮, 楊立軍, 歐陽紅林, 董湘凌 申請人:湖南中科電氣股份有限公司