專利名稱：一種用于中間包電磁感應(yīng)恒溫精煉系統(tǒng)的級聯(lián)式冗余電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及感應(yīng)加熱電源裝置，特別指一種用于中間包電磁感應(yīng)恒溫(低過熱度)精煉系統(tǒng)的級聯(lián)式冗余電源。
背景技術(shù)：
用于中間包電磁感應(yīng)恒溫(低過熱度)精煉系統(tǒng)的級聯(lián)式冗余電源是通過晶閘管或MOSFET或IGBT等電カ半導(dǎo)體器件將エ頻(50Hz)電源變換為中頻(200Hz IkHz)電源的裝置，主要是在感應(yīng)熔煉，感應(yīng)加熱，感應(yīng)淬火等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有的中頻感應(yīng)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(lián)來擴大容量。在器件的串并聯(lián)這種方式中，其缺點是①不容易處理好串并聯(lián)器件的均壓問題和并聯(lián)器件均流問題；②由于器件制造エ藝和參數(shù)的離散性，限制了器件的串并聯(lián)數(shù)目；③裝置的可靠性和并聯(lián)數(shù)目成反比，在工作過程中只要有一個功率開關(guān)器件出現(xiàn)問題，整個系統(tǒng)將不能正常工作。普通中間包電磁感應(yīng)恒溫(低過熱度)精煉系統(tǒng)的級聯(lián)式電源，沒有設(shè)置冗余系統(tǒng)，一旦任意一個級聯(lián)単元箱發(fā)生故障，整個系統(tǒng)將不能正常工作。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對背景技術(shù)中存在的缺點和問題加以改進和創(chuàng)新，提供一種采用冗余功率単元箱級聯(lián)的主電路結(jié)構(gòu)，單個功率単元箱都是ー個小型的低壓小功率電源，整個中頻感應(yīng)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。正常運行時，級聯(lián)回路上有若干個處于工作狀態(tài)的單元箱和若干個處于熱備用狀態(tài)的冗余単元箱，一旦處于工作狀態(tài)的功率単元箱出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)可立即旁路故障単元箱并把冗余単元箱投入工作狀態(tài)，這樣可以保證整個系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。本實用新型的技術(shù)方案是構(gòu)造ー種包括以下結(jié)構(gòu)的中間包電磁感應(yīng)恒溫(低過熱度)精煉系統(tǒng)的級聯(lián)式冗余電源，其特點包括移相變壓器柜、功率単元箱逆變柜和控制柜，其中所述的移相變壓器柜次級有多個低壓繞組，每個低壓繞組相互錯位ー個角度，各移相繞組分別為相應(yīng)的功率単元供電；所述的功率單元箱逆變柜中包括至少兩個功率單元箱,姆個功率單元箱包括整流逆變電路和旁路保護電路，每個単元箱都可以互為冗余熱備；所述的控制柜由DSP2812數(shù)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(xiàn)模擬量的輸入或輸出。本實用新型的優(yōu)點及有益效果本實用新型采用多個冗余功率単元箱熱備級聯(lián)的方式，控制部分采用DSP高速數(shù)字處理器應(yīng)用SPWM調(diào)制算法，實現(xiàn)了輸出單相頻率電壓可調(diào)的正弦電源。系統(tǒng)正常運行吋，級聯(lián)單元箱處于冗余運行的狀態(tài)，級聯(lián)回路上有若干個處于工作狀態(tài)的單元箱和若干個處于熱備用狀態(tài)的冗余単元箱，一旦處于工作狀態(tài)的功率単元箱出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)可立即旁路故障単元箱并把冗余単元箱投入工作狀態(tài)，這樣可以保證整個系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

圖1是本實用新型電原理框圖。圖2是功率單元箱電原理圖。
具體實施方式
由圖1、2可知，本實用新型所述的用于中間包電磁感應(yīng)恒溫(低過熱度)精煉系統(tǒng)的級聯(lián)式冗余電源，其特點包括移相變壓器柜A、功率単元箱逆變柜B和控制柜C，其中所述的移相變壓器柜A次級有多個低壓繞組，每個低壓繞組相互錯位ー個角度，各移相繞組分別為相應(yīng)的功率単元供電；所述的功率單元箱逆變柜B中包括至少兩個功率單元箱,姆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，每個単元箱都可以互為冗余熱備；正常運行時，級聯(lián)回路上有若干個處于工作狀態(tài)的單元箱和若干個處于熱備用狀態(tài)的冗余単元箱，一旦處于工作狀態(tài)的功率単元箱出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)可立即旁路故障単元箱并把冗余單元箱投入工作狀態(tài)；所述的控制柜C由DSP2812數(shù)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(xiàn)模擬量的輸入與輸出、開關(guān)量的輸入或輸出、參數(shù)的給定、設(shè)備的控制。本實用新型所述的功率單元箱內(nèi)的整流逆變電路包括由ニ極管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単元箱旁路保護電路包括電容C4和電阻R3構(gòu)成的RC電路，通過晶閘管Dll的控制極TRGN和TRGP控制晶閘管Dll來進行功率単元箱旁路保護及工作熱備切換。本實用新型的工作原理本實用新型所述的用于中間包電磁感應(yīng)恒溫(低過熱度)精煉系統(tǒng)的級聯(lián)式冗余電源，主要由ー個開關(guān)柜，可實現(xiàn)進線出線電壓的接通與切斷；ー個移相變壓器柜，用于將ー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，使電網(wǎng)側(cè)諧波污染小，功率因數(shù)高，無需功率因數(shù)補償及諧波抑制裝置；功率単元箱逆變柜，其中包含多個功率単元箱，每個功率単元箱為基本的交-直-交単相逆變電路，整流側(cè)為ニ極管三相全橋，通過IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，可得到単相交流輸出，通過級聯(lián)的方式對每個功率単元箱的PWM波形進行重組，可得到階梯正弦PWM波形；控制拒，主要由DSP高速數(shù)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(shù)據(jù)實時傳給FPGA 與功率單元通信，控制功率單元的工作，控制功率單元在工作和熱備狀態(tài)之間切換，并實時傳輸功率単元的運行狀態(tài)，采用光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分通過光纖完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的可靠性與上位機通信，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的監(jiān)控與西門子S7-300系列PLC通信，實現(xiàn)系統(tǒng)開入開出信號的傳遞，檢測及控制系統(tǒng)“啟動”、“停止”等按鍵及完成相應(yīng)的功能實現(xiàn)模擬量(電壓、電流、溫度等)的輸入輸出。圖1以6個功率単元箱串聯(lián)為例，給出了基于DSP級聯(lián)式中頻感應(yīng)加熱電源原理圖。功率単元箱結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由ー個整流三相全橋，用于將交流電整流為直流電；ー個儲能濾波電容組，用于能量交換與濾波；一個逆變器，用于產(chǎn)生頻率和電流可控的交流電源；一個旁路保護及工作熱備切換電路，C4和R3構(gòu)成RC電路，用于減小可控硅兩端的dv/dt，R4和R5用來在保持可控硅兩端電壓和直流母線一致，功率単元正常工作吋，Dll處于關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)需要旁路切換到熱備狀態(tài)時，通過晶閘管Dll的控制極TRGN、TRGP輸入聞電平使晶閘管Dll導(dǎo)通。本實用新型所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行的描述，并非對本實用新型構(gòu)思和范圍進行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計思想的前提下，本領(lǐng)域中エ程技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變型和改進，均應(yīng)落入本實用新型的保護范圍，本實用新型請求保護的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求1.一種用于中間包電磁感應(yīng)恒溫精煉系統(tǒng)的級聯(lián)式冗余電源，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)次級有至少兩個低壓繞組，每個低壓繞組相互錯位一個角度，各移相繞組分別為相應(yīng)的功率單元供電；所述的功率單元箱逆變柜(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，每個單元箱都可以互為冗余熱備；正常運行時，級聯(lián)回路上有若干個處于工作狀態(tài)的單元箱和若干個處于熱備用狀態(tài)的冗余單元箱，一旦處于工作狀態(tài)的功率單元箱出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)可立即旁路故障單元箱并把冗余單元箱投入工作狀態(tài)；所述的控制柜(C)由DSP2812數(shù)字處理器連接FPGA芯片，采用光纖與功率單元連接通信，控制功率單元工作熱備狀態(tài)的切換，并與上位機和PLC可編程控制器連接通信，實現(xiàn)模擬量的輸入或輸出、開關(guān)量的輸入或輸出、參數(shù)的給定、設(shè)備的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于中間包電磁感應(yīng)恒溫精煉系統(tǒng)的級聯(lián)式冗余電源，其特征在于所述的功率單元箱內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述的用于中間包電磁感應(yīng)恒溫精煉系統(tǒng)的級聯(lián)式冗余電源，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(IGBT1、IGBT2、IGBT3、 IGBT4)組成的逆變器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于中間包電磁感應(yīng)恒溫精煉系統(tǒng)的級聯(lián)式冗余電源，其特征在于所述的功率單元箱旁路保護及工作熱備切換電路包括電容(C4)和電阻(R3)構(gòu)成的 RC電路，電阻(R4)和電阻(R5)組成的電阻網(wǎng)絡(luò)，通過晶閘管(Dll)的控制極(TRGN和TRGP) 控制晶閘管(Dll)來進行功率單元箱旁路保護及工作熱備切換。
專利摘要本實用新型涉及感應(yīng)加熱電源裝置，特別指一種用于中間包電磁感應(yīng)恒溫精煉系統(tǒng)的級聯(lián)式冗余電源，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(shù)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(xiàn)模擬量的輸入與輸出、開關(guān)量的輸入或輸出、參數(shù)的給定、設(shè)備的控制。本實用新型采用多個功率單元箱級聯(lián)的方式，控制部分采用DSP高速數(shù)字處理器應(yīng)用SPWM調(diào)制算法，實現(xiàn)了輸出單相頻率電壓可調(diào)的正弦電源。
文檔編號H02J9/04GK202872451SQ20122032294
公開日2013年4月10日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者喻國強, 董湘凌, 向新星, 劉佳男 申請人:湖南中科電氣股份有限公司