專利名稱：中頻爐用變頻電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種中頻爐用變頻電源，屬于感應(yīng)熔煉、加熱、透熱系統(tǒng) 變頻恒功率電源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可控硅中頻電源自七十年代末由發(fā)達(dá)國家引進(jìn)我國后，由于其主回路電路 簡單，逆變效率相對較高，再加之隨著大電流、高電壓、大功率半導(dǎo)體器件制 造技術(shù)的成熟和價(jià)格的降低，八九十年代在我國迅速普及，這種電源是發(fā)達(dá)國 家的第一代產(chǎn)品(日前發(fā)達(dá)國家該產(chǎn)品已淘汰)，而目前我國的大部分電爐生產(chǎn)的產(chǎn)品都屬于這類產(chǎn)品，甚至重型爐(5噸以上)控制電路和0.5噸也沒有差別， 其主回路原理為通過調(diào)整流可控硅導(dǎo)通角從而調(diào)整加于逆變器的直流電壓； 其逆變器由可控硅組成， 一般并聯(lián)于自然諧振頻率， 一旦設(shè)計(jì)完成頻率既為固 定值。這種中頻電源易產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)污染嚴(yán)重、功率因數(shù)較低(0.6左右)， 而且熔化效率受到負(fù)載溫度居里點(diǎn)的影響而無法達(dá)到最佳功率匹配，電源效率 較低，這3個(gè)缺點(diǎn)越來越不適應(yīng)我國現(xiàn)代節(jié)約能源、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、控制精度 高、具有高效、節(jié)能、對電網(wǎng)無污染等優(yōu)點(diǎn)的中頻爐用變頻電源。 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案本實(shí)用新型由主回路和控制回路組成；主回路由三相全橋可控硅整流電路、 濾波器、逆變器組成；其特征在于逆變器包括有絕緣門級雙級晶體管Q1、 Q2、 續(xù)流二極管D2、 D3、補(bǔ)償電感L3、負(fù)載感應(yīng)線圈L4、逆變電熱電容器CT1、 CT2;絕緣門級雙級晶體管Q1、 Q2串聯(lián)后接在上述濾波器的輸出端，絕緣門級 雙級晶體管Q1的集電極接濾波器的輸出端正極，絕緣門級雙級晶體管Q2的發(fā) 射極接濾波器的輸出端負(fù)極，絕緣門級雙級晶體管Ql、 Q2的控制極分別接控 制回路的輸出端；逆變電熱電容器CT1、 CT2串聯(lián)后接在濾波器的輸出端；補(bǔ)償電感L3、負(fù)載感應(yīng)線圈L4串聯(lián)后接在絕緣門級雙級晶體管Ql與Q2的節(jié)點(diǎn) A與逆變電熱電容器CT1與CT2的節(jié)點(diǎn)B之間；續(xù)流二極管D2、 D3分別并接 在絕緣門級雙級晶體管Ql、 Q2的集電極與發(fā)射極之間；負(fù)載感應(yīng)線圈L4套在 中頻爐的爐體上。本實(shí)用新型的有益效果如下:(1) 由于本電源能夠根據(jù)熔煉各個(gè)階段自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率，克服了現(xiàn)有技術(shù)中 熔化效率受到負(fù)載溫度居里點(diǎn)的影響，無法達(dá)到最佳匹配，電源效率低的缺點(diǎn)， 因此節(jié)能效果明顯。(2) 由于采用了特殊的絕緣門級雙級晶體管(IGBT'S)逆變串聯(lián)諧振技術(shù)， 并且主回路的三相全橋可控硅整流電路工作在全波整流(為0°觸發(fā)，即過空觸 發(fā))，因此無諧波產(chǎn)生，對電網(wǎng)無污染，滿足設(shè)備綠色環(huán)保要求。(3) 由于在負(fù)載感應(yīng)線圈周壁上設(shè)有磁軛及對應(yīng)不同熔煉對象(例如鐵、 銅、鋁等)設(shè)計(jì)了所對應(yīng)的中心工作頻率，使得本電源具有攪拌功能(即電磁 攪動(dòng))，使熔液中合金成分還原充分、攪拌均勻，熔化效率高。(4) 具有較高的控制精度和可靠性大大提高了工作效率；另外，還具有 結(jié)構(gòu)簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本實(shí)用新型的主回路電路原理圖。圖2為加到絕緣門級雙級晶體管Ql、 Q2控制極G上的控制電壓的波形圖。 圖3為本實(shí)用新型的逆變器的工作原理示意圖。在圖1中，RZ、熔斷器；ZD1 ZD6、整流可控硅；Dl、續(xù)流二極管；Ll、 L2、平衡電抗器；C、濾波電容器；ZD7、放電可控硅；R、放電電阻(銅管繞 制)；CZ1、中頻電流互感器；Q1 Q2、 IGBT，S (絕緣門級雙級晶體管)；Rl、 R2、水冷電阻；Cl、 C2、吸收用無感電容器；D2、 D3、續(xù)流快速二極管；L3、 補(bǔ)償電感；CZ2、中頻電流互感器；CT1、 CT2、逆變電熱電容器。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例的主回路如圖1所示，本實(shí)施例由主回路和控制回路組成；主回路由三相全橋可控硅整流電路、濾波器、逆變器組成；其特征在于逆變器包括 有絕緣門級雙級晶體管Q1、 Q2、續(xù)流二極管D2、 D3、補(bǔ)償電感L3、負(fù)載感應(yīng) 線圈L4、逆變電熱電容器CT1、 CT2;絕緣門級雙級晶體管Q1、 Q2串聯(lián)后接 在上述濾波器的輸出端，絕緣門級雙級晶體管Q1的集電極接濾波器的輸出端正 極，絕緣門級雙級晶體管Q2的發(fā)射極接濾波器的輸出端負(fù)極，絕緣門級雙級晶 體管Ql、 Q2的控制極分別接控制回路的輸出端；逆變電熱電容器CT1、 CT2 串聯(lián)后接在濾波器的輸出端；補(bǔ)償電感L3、負(fù)載感應(yīng)線圈L4串聯(lián)后接在絕緣 門級雙級晶體管Ql與Q2的節(jié)點(diǎn)A與逆變電熱電容器CT1與CT2的節(jié)點(diǎn)B之 間；續(xù)流二極管D2、 D3分別并接在絕緣門級雙級晶體管Q1、 Q2的集電極與發(fā) 射極之間；負(fù)載感應(yīng)線圈L4套在中頻爐的爐體上。所述的逆變器還包括有保護(hù)電路，保護(hù)電路由電阻R1、 R2、電容C1、 C2 組成；電阻R1與電容C1串聯(lián)后接在絕緣門級雙級晶體管Ql的發(fā)射極與集電 極極之間；電阻R2與電容C2串聯(lián)后接在絕緣門級雙級晶體管Q2的發(fā)射極與 集電極極之間。在本實(shí)施例中，在所述的負(fù)載感應(yīng)線圈L4的周壁上設(shè)有磁軛，磁軛的覆 蓋面積為60%以上。一、 本實(shí)施例的工作原理本變頻電源具有根據(jù)熔煉各個(gè)階段自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率的功能。以鐵爐為例當(dāng) 熔煉材料為鐵磁材料時(shí)，溫度在居里點(diǎn)以下時(shí)，電/熱交換的方式主流是磁滯損 耗，這時(shí)變頻電源的控制電路自動(dòng)運(yùn)行在較高頻率的基礎(chǔ)上，以期產(chǎn)生最大的 磁滯損耗，加快熔煉過程，而當(dāng)鐵磁材料溫度高于居里點(diǎn)后，電/熱交換的主流 變?yōu)槎搪窚u流，這時(shí)變頻電源控制電路根據(jù)反饋信號，自動(dòng)將頻率降低，以期 達(dá)到最佳的電/熱轉(zhuǎn)換率。二、 本實(shí)施例的控制回路的工作過程如下 a)啟動(dòng)、停止單元當(dāng)啟動(dòng)開始，在開始的80ms時(shí)間段，可控硅導(dǎo)通角度為卯。；這樣的設(shè)計(jì) 是為了避免全壓時(shí)，大電流對濾波電容的沖擊，在80ms以后，三相可控硅整流轉(zhuǎn)換為0。觸發(fā)，及過空觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)全波整流。自啟動(dòng)開始計(jì)時(shí)220ms后，逆變 器開始工作，完成一個(gè)啟動(dòng)過程。當(dāng)正常停止時(shí)，整流器首先停止工作，在150ms后，逆變器停止工作。b) 當(dāng)逆變器在啟動(dòng)初期，本電源工作在一較高的頻率上， 一般是額定頻率 的1.25倍，隨著功率調(diào)節(jié)旋大，工作頻率下降；當(dāng)停止調(diào)節(jié)功率旋鈕后，本電 源根據(jù)反饋信號(電壓反饋、電流反饋)進(jìn)行一系列的運(yùn)算和處理，進(jìn)行最佳 過程的控制，當(dāng)調(diào)節(jié)頻率到達(dá)下列情況之一時(shí)，將停止調(diào)節(jié)，維持現(xiàn)狀；1) 、當(dāng)電壓到達(dá)設(shè)計(jì)規(guī)定的設(shè)計(jì)值(最大值)，我們稱之為電壓限制。2) 、當(dāng)電流到達(dá)設(shè)計(jì)規(guī)定的設(shè)計(jì)值(最大值)，我們稱之為電流限制。3) 、當(dāng)電流和電壓的相位差接近零時(shí)。c) 攪拌功能-恰到好處的攪拌功能(即電磁攪動(dòng))能夠加快熔煉速度，并且有利于金屬 元素的還原率，為了得到恰到好處的攪拌功能，我們作了兩件事1) 、在位于爐體上的負(fù)載感應(yīng)線圈的周圍使用了磁軛，磁軛的覆蓋面積為 60%以上。2) 、根據(jù)熔煉的對象不同(例如鐵、銅、鋁等)精心設(shè)計(jì)了每種材料所對應(yīng)的中心工作頻率。三、本實(shí)施例的逆變器的工作過程如下(參見圖3):當(dāng)Tl時(shí)刻，Ql控制極G加上+15V脈沖波時(shí)，Ql導(dǎo)通，CT1兩端的電壓 這時(shí)為^U; CT1通過導(dǎo)通的Ql —補(bǔ)償電感L3—負(fù)載感應(yīng)線圈L4形成放電回路；如圖3所示，這時(shí)Q2的控制極G加一15V脈沖波，Q2截止。當(dāng)T2時(shí)刻，Q2控制極G加上+15V脈沖波時(shí)，Q2導(dǎo)通，CT2兩端的電壓 這時(shí)為^U; CT2通過負(fù)載感應(yīng)線圈L4—補(bǔ)償電感L3—Q2形成放電回路；這時(shí)負(fù)載感應(yīng)線圈L4上的電流方向發(fā)生轉(zhuǎn)向(和Q1導(dǎo)通時(shí)比較)；而這時(shí)Q1的 控制極G加一15V電壓，被截止；在CT2放電的同時(shí)，CT1被充電。通過以上兩個(gè)串聯(lián)諧振回路和CT1、 CT2交替放電而形成單向交流電壓。
權(quán)利要求1、中頻爐用變頻電源，它由主回路和控制回路組成；主回路由三相全橋可控硅整流電路、濾波器、逆變器組成；其特征在于逆變器包括有絕緣門級雙級晶體管Q1、Q2、續(xù)流二極管D2、D3、補(bǔ)償電感L3、負(fù)載感應(yīng)線圈L4、逆變電熱電容器CT1、CT2；絕緣門級雙級晶體管Q1、Q2串聯(lián)后接在上述濾波器的輸出端，絕緣門級雙級晶體管Q1的集電極接濾波器的輸出端正極，絕緣門級雙級晶體管Q2的發(fā)射極接濾波器的輸出端負(fù)極，絕緣門級雙級晶體管Q1、Q2的控制極分別接控制回路的輸出端；逆變電熱電容器CT1、CT2串聯(lián)后接在濾波器的輸出端；補(bǔ)償電感L3、負(fù)載感應(yīng)線圈L4串聯(lián)后接在絕緣門級雙級晶體管Q1與Q2的節(jié)點(diǎn)A與逆變電熱電容器CT1與CT2的節(jié)點(diǎn)B之間；續(xù)流二極管D2、D3分別并接在絕緣門級雙級晶體管Q1、Q2的集電極與發(fā)射極之間；負(fù)載感應(yīng)線圈L4套在中頻爐的爐體上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中頻爐用變頻電源，其特征在于所述的逆變器 還包括有保護(hù)電路，保護(hù)電路由電阻R1、 R2、電容C1、 C2組成；電阻R1與 電容C1串聯(lián)后接在絕緣門級雙級晶體管Q1的發(fā)射極與集電極極之間；電阻R2 與電容C2串聯(lián)后接在絕緣門級雙級晶體管Q2的發(fā)射極與集電極極之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的中頻爐用變頻電源，其特征在于在所述的負(fù)載 感應(yīng)線圈L4的周壁上設(shè)有磁軛，磁軛的覆蓋面積為60%以上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種中頻爐用變頻電源，它由主回路和控制回路組成；主回路由三相全橋可控硅整流電路、濾波器、逆變器組成；其特征在于逆變器包括有絕緣門級雙級晶體管Q1、Q2、續(xù)流二極管D2、D3、補(bǔ)償電感L3、負(fù)載感應(yīng)線圈L4、逆變電熱電容器CT1、CT2；并且上述元器件構(gòu)成兩個(gè)絕緣門級雙級晶體管逆變串聯(lián)諧振回路。本實(shí)用新型的有益效果是節(jié)能效果明顯，并且不產(chǎn)生諧波，對電網(wǎng)無污染；具有電磁攪拌功能，熔化效率高；控制精度高、工作可靠，工作效率高；另外，還具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02M7/539GK201113823SQ20072010249
公開日2008年9月10日 申請日期2007年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日
發(fā)明者劉獻(xiàn)豐, 王季明, 王鐵陽 申請人:石家莊天爐變頻設(shè)備有限公司