專利名稱：一種中頻感應(yīng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及中頻感應(yīng)爐。
背景技術(shù)：
中頻感應(yīng)電爐過去是采用電動(dòng)機(jī)(三相、工頻)、發(fā)電機(jī)(單項(xiàng)、中頻) 作為中頻電源，這種中頻電源體積大、重量大，制造時(shí)所需的設(shè)備、模具要 求高， 一般地方小廠又很難生產(chǎn)，供需矛盾很大。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種體積小、重量輕、制造時(shí)所需的設(shè)備、模 具要求低的中頻感應(yīng)爐。
一種中頻感應(yīng)爐，包括供電模塊和爐體加熱單元，其中所述供電模塊 包括整流單元、控制單元、并聯(lián)逆變單元，其中整流單元輸入端用于連接供 電電源，整流單元輸出端連接并聯(lián)逆變單元的供電輸入端，并聯(lián)逆變單元的 輸出端用于連接爐體加熱單元供電輸入端；控制單元的逆變控制信號輸出端 連接并聯(lián)逆變單元的控制信號輸入端。
所述的中頻感應(yīng)爐，其中所述的并聯(lián)逆變單元包括第一、第二、第三、 第四逆變模塊，第一、第二逆變模塊信號輸入端連接整流器輸出端正極，第 三、第四逆變模塊信號輸入端連接整流器輸出端負(fù)極，第一、第四逆變模塊 信號輸出端同時(shí)連接感應(yīng)爐啟動(dòng)單元供電輸入端的一個(gè)端子，第二、第三逆 變模塊信號輸出端同時(shí)連接感應(yīng)爐啟動(dòng)單元供電輸入端的另一個(gè)端子。
所述的中頻感應(yīng)爐，其中所述的第一、第二、第三、第四逆變模塊電 路相同，均包括一限流電感、第一、第二均壓電阻、第一、第二吸收電路、 第一、第二平衡電阻、第一、第二可控硅，其中，第一均壓電阻、第一吸收
3電路、第一平衡電阻、第一可控硅均并聯(lián)后構(gòu)成第一逆變單元，第二均壓電 阻、第二吸收電路、第二平衡電阻、第二可控硅均并聯(lián)后構(gòu)成第二逆變單元， 第一逆變單元與第二逆變單元相串聯(lián)，限流電感串接在整流器相應(yīng)輸出端子
與第一逆變單元、第二逆變單元之間；所述第一、第二吸收電路均由一電阻、
一電容串聯(lián)構(gòu)成。
本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案將達(dá)到如下的技術(shù)效果
本實(shí)用新型的中頻感應(yīng)爐，先用整流單元將交流變?yōu)橹绷?，再通過并聯(lián) 逆變單元將直流變?yōu)檫m于中頻感應(yīng)爐所需頻率、幅值的交流信號，整流單元、 并聯(lián)逆變單元、控制單元通過電路設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，大大減小了中頻感應(yīng)爐供電 模塊的體積、減輕了其重量，相對現(xiàn)有的中頻感應(yīng)爐，制造時(shí)不再需要專門 制造中頻發(fā)電機(jī)組所需的設(shè)備、模具等，簡化了中頻感應(yīng)爐的制造工藝、降 低了生產(chǎn)成本。

圖1為本實(shí)用新型中頻感應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)示意圖2為本實(shí)用新型中頻感應(yīng)爐供電模塊并聯(lián)逆變單元的電路原理圖3 (a) 圖3 (d)為本實(shí)用新型中頻感應(yīng)爐供電模塊并聯(lián)逆變單元的
四種使用狀態(tài)等效圖。
具體實(shí)施方式實(shí)施例-
一種中頻感應(yīng)爐，包括供電模塊和爐體加熱單元，如圖1所示，所述供 電模塊包括整流單元、控制單元、并聯(lián)逆變單元，其中整流單元輸入端用于 連接380V供電電源，整流單元的直流輸出端連接并聯(lián)逆變單元的供電輸入 端，并聯(lián)逆變單元的交流輸出端用于連接爐體加熱單元供電輸入端；控制單 元的逆變控制信號輸出端連接并聯(lián)逆變單元的控制信號輸入端。
所述的并聯(lián)逆變單元，如圖2所示，包括第一、第二、第三、第四逆變模塊，第一、第二逆變模塊信號輸入端連接整流器輸出端正極，第三、第四 逆變模塊信號輸入端連接整流器輸出端負(fù)極，第一、第四逆變模塊信號輸出 端同時(shí)連接感應(yīng)爐啟動(dòng)單元供電輸入端的一個(gè)端子，第二、第三逆變模塊信 號輸出端同時(shí)連接感應(yīng)爐啟動(dòng)單元供電輸入端的另一個(gè)端子。
以第一逆變模塊為例，其包括第一、第二可控硅SCRll、 SCR12、 一快速 熔斷器Z(作為過流保護(hù)用)、 一限流電感LK(限制電流上升率用的空心電感)、 第一、第二均壓電阻Rl、 R2(保證穩(wěn)態(tài)下相串聯(lián)的兩只可控硅SCRll、 SCR12 上的電壓均勻分配)、電阻R3、電容C1串聯(lián)構(gòu)成的第一吸收電路、電阻R4、 電容C2串聯(lián)構(gòu)成的第二吸收電路(兩吸收電路用于保證動(dòng)態(tài)下可控硅SCRll、 SCR12電壓均勻分配，并吸收瞬間電壓)、第一、第二平衡電阻R5、 R6 (第一、 第二平衡電阻R5、 R6分別與第一、第二可控硅SCRll、 SCR12構(gòu)成平衡電橋)、 監(jiān)視指示燈V，其中，第一可控硅SCRll、第一均壓電阻Rl、第一吸收電路 C1R3、第一平衡電阻R5依次并聯(lián)構(gòu)成第一逆變單元，第二可控硅SCR12、第 二均壓電阻R2、第二吸收電路C2R4、第二平衡電阻R6依次并聯(lián)構(gòu)成第二逆 變單元，第一逆變單元與第二逆變單元相串聯(lián)，監(jiān)視指示燈V連接在第一、 第二逆變單元相連接的任兩端點(diǎn)A、 B之間，故障時(shí)(如可控硅SCR11短路)電橋 失去平衡，A、 B點(diǎn)之間出現(xiàn)不平衡電壓，監(jiān)視指示燈V中流過電流，指示故障；快速 熔斷器Z、限流電感LK串接在整流器正極輸出端子+與串接在一起的第一逆變 單元、第二逆變單元之間。
第二逆變模塊包括可控硅SCR21、SCR22、第三逆變模塊包括可控硅SCR31、 SCR32、第四逆變模塊包括可控硅SCR41、 SCR42，第一、第二、第三、第四逆 變模塊電路相同，第二、第三、第四逆變模塊的電路這里不再贅述，第一、 第二逆變模塊的輸入端連接整流器正極輸出端子+，第三、第四逆變模塊的輸 入端連接整流器負(fù)極輸出端子-，第一、第四逆變模塊的輸出端連接爐體加熱 單元的一個(gè)供電端子，第二、第三逆變模塊的輸出端連接爐體加熱單元的另一個(gè)供電端子。另外，圖2中^、 ^為爐體加熱單元的等效電感、電阻，Co 為補(bǔ)償電容，為了提高爐體加熱單元的的功率因數(shù)，補(bǔ)償無功功率，VT為電 壓互感器，儀表及檢測訊號用，CT1、 CT2、 CT3為電流互感器，儀表及檢測 訊號用。
并聯(lián)逆變單元有四個(gè)工作階段，即正半周的穩(wěn)定導(dǎo)通-換流-負(fù)半周的穩(wěn) 定導(dǎo)通-換流。
在工作過程中，并聯(lián)逆變單元的基本關(guān)系如下
輸入直流電流/rf與中頻輸出電流基波有效值/al間的關(guān)系為
1 4 / =~^~/= ， / =09/
V2 兀V2
輸入直流電壓K與輸出中頻電壓有效值C/。間的關(guān)系為
斗cos pcos p 中頻輸出功率的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
p兀2 1
尸o =——X-^~ X——
8 cos p i ^
對所述控制單元的基本要求(所述控制單元即逆變觸發(fā)電路，用于控制 并聯(lián)逆變單元四個(gè)工作階段的轉(zhuǎn)換，控制單元為現(xiàn)有成熟技術(shù)，其結(jié)構(gòu)、原 理、工作方式這里不再贅述)
為保證并聯(lián)逆變單元中快速可控硅SC《~ SCi 4 ( SCR^指代SCR11 、 SCR12 ， SCR2指代SCR21、 SCR22， SCR3指代SCR31、 SCR32， SCR4指代SCR41、 SCR42,下面不再贅述，又如圖3所示)的準(zhǔn)確換向及可'靠關(guān)斷，所述控制單 元必須滿足以下幾點(diǎn)要求
1、 具有自動(dòng)調(diào)頻(頻率自動(dòng)跟蹤)能力；
2、 對觸發(fā)脈沖的要求
(1)對脈沖序列的要求輸出脈沖必須分成180。兩列，以保證輪番觸通
6(2) 對脈沖寬度的要求 一般認(rèn)為最小脈沖寬度^J應(yīng)大于10^，即 ^>10戸。同時(shí)，要設(shè)法縮短脈沖的底部寬度^，因^越大，觸發(fā)電路的功 耗也越大，縮短U在頻率較高的設(shè)備中更有實(shí)際意義。
(3) 對脈沖幅度的要求對于脈沖幅度按制造廠的要求進(jìn)行觸發(fā)的方式， 稱為"常規(guī)觸發(fā)"。在可控硅中頻電源中， 一般并不用"常規(guī)觸發(fā)"的方式，而是 采用"強(qiáng)觸發(fā)"的方式。所謂"強(qiáng)觸發(fā)"是指在觸發(fā)時(shí)，對SCR控制極注入比額 定(^)大得多的觸發(fā)電流，這樣做的好處有如下兩點(diǎn) 一是可以縮短SCR 元件的開通時(shí)間二是可以提高元件承受電流上升率的能力。
(4) 對觸發(fā)脈沖陡度的要求脈沖前沿的陡度，可用前沿時(shí)間^來衡量， ^越短，前沿就越陡。按規(guī)定脈沖幅度上升90%最大值所需要的時(shí)間為~。對 于SCR元件中頻電源要求脈沖^要盡量短。
(5) 對脈沖波頂降落h的要求脈沖波頂降落這一指標(biāo)用來衡量脈沖維 持波頂恒定的能力。在可控硅逆變器中，為了保證在觸發(fā)期內(nèi)觸通元件，要 求波頂降落不能過大。如在脈沖后沿，由于波頂降落很嚴(yán)重，以至于低于元 件的觸發(fā)電壓，這樣脈沖的有效寬度將相應(yīng)減小。
并聯(lián)逆變單元在穩(wěn)定導(dǎo)通階段，見圖3 (a):可控硅沉A、 SCA已經(jīng)處于 穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)，線路流過恒電電流4，在負(fù)載電容Co上建立了極性如圖2-1 所示的電壓^，因電流是恒定的，在限流電感上沒有電勢存在，圖中限流電 感^的數(shù)值皆相等，即^=^2=^3=^4。這一階段構(gòu)成了中頻輸出電壓[/。 的正半周。
在換流階段，見圖3(b),原來流過SC^ 、 SO 3中的電流將換到另一對50 2 、 SCi^中，并最后把SO 。 SC&關(guān)斷。這樣流過負(fù)載電路的電流便和前一階段 的方向相反。該階段有兩個(gè)重要參數(shù)觸發(fā)引前時(shí)間^和觸發(fā)超前角p。觸發(fā)
7引前時(shí)間f,取決于兩個(gè)因素， 一個(gè)是換流時(shí)間0另一個(gè)是安全儲備時(shí)間^。 換流時(shí)間^為^=^^1， ^的長短取決于4和4M的數(shù)值，對一定的4而言，
如果可控硅元件能承受的電流上升率(疼M)越大，電路的換流時(shí)間就越短。
安全儲備時(shí)間^為^=^,4。尺,為安全系數(shù)，其大小目前還沒有明確看法。 但它的大小對線路的影響很大；f,為可控硅的關(guān)斷時(shí)間。故觸發(fā)引前時(shí)間^ 為G=,r+~°
在第二個(gè)穩(wěn)定導(dǎo)通階段，見圖3(C)，此時(shí)SC《、SC^已完全關(guān)斷，SCi 2、 SC^完全導(dǎo)通，負(fù)載電流/。反向，補(bǔ)償電容C。上的電壓也相應(yīng)反向。
換向階段，見圖3 (d)，在這一階段，沉^、 SCA在圖中所示的R極性 下被導(dǎo)通，逆變橋重新處于短路狀態(tài)，電流重新由SC&、 SC^換到SO 。 SO 3 中來，這樣完成一個(gè)工作周期。
并聯(lián)逆變單元參數(shù)選擇
1、 負(fù)載補(bǔ)償電容c。
負(fù)載電容C。的作用主要有補(bǔ)償無功功率，提高負(fù)載的功率因數(shù)；作為 換向回路；作為濾波電路。選擇主要是根據(jù)中頻感應(yīng)電爐和中頻電源的參數(shù)， 確定中頻電容器的型號、規(guī)格和數(shù)量。
2、 各逆變模塊中限流電感LK
限流電感LK的數(shù)值根據(jù)下列原則確定保證穩(wěn)態(tài)下電路能可靠運(yùn)行；保 證可靠啟動(dòng)；減小布線電感；減小限流電感LK間的耦合。
3、 各逆變模塊中吸收電路
直流電容器用于中頻的情況下，其耐壓必須降低使用；其次，吸收電路 中所用的電阻，必須是無感的。如果電阻具有分布電感，在可控硅關(guān)斷過程 中，其反向電流急劇衰減到零時(shí)，因RC電路中存在電感，力圖維持電流不變， 仍然會感應(yīng)出很高的電勢，造成可控硅瞬時(shí)過電壓。為了保持必要的吸收效果，這里的電阻(即反振蕩電阻)不能選得太大。 但是因可控硅開通時(shí)，貯存在該吸收電路相應(yīng)電容上的能量將很快地向可控 硅放電，這樣會增加可控硅開通損耗，尤其是在工作頻率高的情況下，更是 如此。從限制開通損耗的觀點(diǎn)出發(fā)，前述電阻不能選得太小。
本技術(shù)方案中頻感應(yīng)爐中控制單元的自動(dòng)調(diào)頻方法(頻率自動(dòng)跟蹤)，在 生產(chǎn)上已經(jīng)應(yīng)用的有定時(shí)調(diào)頻、變角調(diào)頻或定角調(diào)頻，均為現(xiàn)有成熟技術(shù)， 這里不再贅述。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案中采用快速可控硅作為快速開關(guān)將直流電變換 為中頻交流電，換相電抗器限制電流變換速率，保護(hù)快速可控硅。輸入電流 由于用電抗器濾波，電流比較平直。負(fù)載為感應(yīng)線圈和電容并聯(lián)諧振回路， 并聯(lián)電容器除補(bǔ)償感應(yīng)線圈功率因數(shù)外，換相時(shí)還提供可控硅關(guān)斷時(shí)所需的 能量。并聯(lián)逆變單元，由于受可控硅開關(guān)速度的限制，頻率僅限制在1000Hz 以下，非常適于中頻感應(yīng)爐使用。
權(quán)利要求1、一種中頻感應(yīng)爐，包括供電模塊和爐體加熱單元，其特征在于所述供電模塊包括整流單元、控制單元、并聯(lián)逆變單元，其中整流單元輸入端用于連接供電電源，整流單元輸出端連接并聯(lián)逆變單元的供電輸入端，并聯(lián)逆變單元的輸出端用于連接爐體加熱單元供電輸入端；控制單元的逆變控制信號輸出端連接并聯(lián)逆變單元的控制信號輸入端。
2、 如權(quán)利要求l所述的中頻感應(yīng)爐，其特征在于所述的并聯(lián)逆變單元包 括第一、第二、第三、第四逆變模塊，第一、第二逆變模塊信號輸入端連接整 流器輸出端正極，第三、第四逆變模塊信號輸入端連接整流器輸出端負(fù)極，第 一、第四逆變模塊信號輸出端同時(shí)連接感應(yīng)爐啟動(dòng)單元供電輸入端的一個(gè)端子， 第二、第三逆變模塊信號輸出端同時(shí)連接感應(yīng)爐啟動(dòng)單元供電輸入端的另一個(gè) 端子。
3、 如權(quán)利要求2所述的中頻感應(yīng)爐，其特征在于所述的第一、第二、第 三、第四逆變模塊電路相同，均包括一限流電感、第一、第二均壓電阻、第一、 第二吸收電路、第一、第二平衡電阻、第一、第二可控硅，其中，第一均壓電 阻、第一吸收電路、第一平衡電阻、第一可控硅均并聯(lián)后構(gòu)成第一逆變單元， 第二均壓電阻、第二吸收電路、第二平衡電阻、第二可控硅均并聯(lián)后構(gòu)成第二 逆變單元，第一逆變單元與第二逆變單元相串聯(lián)，限流電感串接在整流器相應(yīng) 輸出端子與第一逆變單元、第二逆變單元之間；所述第一、第二吸收電路均由 一電阻、 一電容串聯(lián)構(gòu)成。
專利摘要一種中頻感應(yīng)爐，包括供電模塊和爐體加熱單元，其中所述供電模塊包括整流單元、控制單元、并聯(lián)逆變單元，其中整流單元輸入端用于連接供電電源，整流單元輸出端連接并聯(lián)逆變單元的供電輸入端，并聯(lián)逆變單元的輸出端用于連接爐體加熱單元供電輸入端；控制單元的逆變控制信號輸出端連接并聯(lián)逆變單元的控制信號輸入端。先由整流單元將交流變?yōu)橹绷?，再通過并聯(lián)逆變單元將直流變?yōu)檫m于中頻感應(yīng)爐所需頻率、幅值的交流信號，整流單元、并聯(lián)逆變單元、控制單元通過電路設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，大大減小了中頻感應(yīng)爐供電模塊的體積、減輕了其重量，相對現(xiàn)有的中頻感應(yīng)爐，制造時(shí)不再需要專門制造中頻發(fā)電機(jī)組所需的設(shè)備、模具，簡化了制造工藝、降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號H02M7/521GK201297840SQ20082023063
公開日2009年8月26日 申請日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者姜元盛, 廖心宇, 施修峰, 朱忠民 申請人:中色科技股份有限公司