CN101005721A - 谐振式感应加热电源起振跟踪器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谐振式感应加热电源起振跟踪器，串接于感应加热电源的逆变器的触发信号回路中，在电源起动时，跟踪器对起动电压进行瞬时跟踪并发出逆变触发脉冲并建立起中频电压，同时跟踪器跟踪电源的主控电路的输出的中频电压和触发脉冲的相位，当跟踪值达到设定值时，通过选通电路实现瞬时值控制转为平均值控制后，逆变器得到正常工作的同步触发信号。该跟踪器改善了加热电源的起动性能，适应了不同谐振回路Q值变化，提高了电源起动的成功率和电源工作可靠性，不论电源处于重载或轻载情况下都能可靠起动，起动成功率可达100％，并且运行可靠性也显著提高。该跟踪器适用于各种并联谐振性电源。
Description
技术领域
本发明涉及中频加热用的电源，更具体地指一种谐振式感应加热电源起振跟踪器，该跟踪器有助于改善电源的启动。
背景技术
业内人士知道，中频感应加热电源的主要启动方式大体分为两种：一种是采用预充电启动，另一种是扫频启动。而预充电启动有两种方式，一种是内外桥起动，另一种是冲击起动。电路起振后逆变控制对频率的跟踪方式一般采用瞬时跟踪的方式。即逐个逆变脉冲进行比较，根据逆变电压和电流的频率和相位关系发出逆变触发脉冲。由于采用瞬时跟踪的方式，一旦逆变脉冲受到干扰或逆变电流或电压的对称性发生变化，可能导致逆变电路工作不稳定，有时可能导致逆变失败。这种方式的电路对重载情况下的起动有利。
扫频起动是一种干扰式的起动方式，当扫频频率与谐振槽路频率一致时形成谐振并通过锁相环将频率锁定。逆变电路根据锁定的频率发出逆变触发脉冲使电路形成谐振。这种起动电路在负载较轻时，起动成功率较高。当负载较重、频率较高、谐振回路的Q值较低时，电路起动的成功率较低。
传统的感应加热电源中所采用的就是预充电启动方式，它的电路请先参阅图1所示，图中，KK为三相交流电源进线开关，Ld为滤波电抗器，UT为输入的同步电压，RC为移相单元，6为六脉冲方波形成电路单元，4536为整流器触发脉冲形成电路单元，Ug为中频功率给定值，U为电压调节器单元，I为电流调节器单元，VFC为电压频率变换器单元，17C为阻抗调节器单元，19B为θ角调节器单元，4046为锁相环单元，T为中频电压实际值转换单元。JA为中频电压反馈信号，JC为锁相环输出信号，JB为逆变器同步触发信号。从图1可以看出，只要将JA断开，JC与JB短接就成无起振跟踪器的电源(除去虚框之外)，即为传统的并联谐振式感应加热电源的控制电路，这种电源控制电路的缺点是：只适应于轻负载或负载变化范围不大的情况。此外，该电源由于它的启动频率范围不宽，当负载发生变化时经常启动失败，一般来说，中频加热小直径管(φ73.03)时起动成功率为95％，而对于较大直径管时，例如，对应负载为φ127的加热管时，起动成功率为只有80％。根据行业标准，起动可靠性是衡量中频电源的最重要指标，面对中频电源负载变化范围大(有几十种不同规格加热管)，对起动性能要求极高的情况下，传统的中频电源必须要进行改进，以适应重载和轻载的要求，以达到电源能在宽范围负载变化下的可靠起动。
发明内容
本发明的目的是针对传统的谐振式感应加热电源存在上述缺点，提供一种谐振式感应加热电源起振跟踪器，以提高了电源在宽负载变化下起动的成功率和电源工作可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
该谐振式感应加热电源起振跟踪器串接于感应加热电源的逆变器的触发信号回路中，在电源起动时，跟踪器对起动电压进行瞬时跟踪并发出逆变触发脉冲并建立起中频电压，同时跟踪器跟踪电源的主控电路的输出的中频电压和触发脉冲的相位，当跟踪值达到设定值时，通过选通电路实现瞬时值控制转为平均值控制后，逆变器得到正常工作的同步触发信号。
在本发明的上述技术方案中，该谐振式感应加热电源起振跟踪器串接于感应加热电源的逆变器的触发信号回路中，在电源起动时，跟踪器对起动电压进行瞬时跟踪并发出逆变触发脉冲并建立起中频电压，同时跟踪器跟踪电源的主控电路的输出的中频电压和触发脉冲的相位，当跟踪值达到设定值时，通过选通电路实现瞬时值控制转为平均值控制后，得到正常工作的同步触发信号。该跟踪器结合预充电方式能快速得到起动用中频电压信号的特点，在中频电源起动瞬间由于中频电压尚未建立起来，中频逆变电路换向困难，采用大角度起动提高了逆变器的换相电压和逆变器的晶闸管承受反压时间。当跟踪到中频电压建立至一设定值时起之后，跟踪器实现对电源的平均值控制方式，即将大角度的起动控制转变为小角度控制，电源进入稳定运行。该跟踪器改善了加热电源的起动性能，适应了不同谐振回路Q值变化，提高了电源起动的成功率和电源工作可靠性，不论电源处于重载或轻载情况下都能可靠起动，起动成功率可达100％，并且运行可靠性也显著提高。该跟踪器适用于各种并联谐振性电源。
附图说明
图1为本发明跟踪器实施例原理框图及跟踪器应用于电源的原理框图。
图2为本发明跟踪器的另一电路原理示意图。
具体实施方式
实施例一
请先参阅图1所示，图1中虚框内即为本发明的跟踪器的方框原理，跟踪器包括了中频起振检测电路、中频电压变换电路、中频电压移相调节电路、选通及同步触发电路。关于加热电源中的各部分(虚框外)已在背景技术中作了相应的说明，在此就不再重复叙述了，需要补充的是，电源的主控回路中，整流器采用是普通晶闸管，而逆变器采用快速晶闸管进行逆变，快速晶闸管在逆变时需要一定的反向恢复时间，当逆变角小并且中频电压较低时，由于换相时间短，逆变桥容易逆变失败。因此，在起动时为了提高逆变的可靠性，特别是中频电压较低时，采用大角度起动提高了逆变时的换相电压和晶闸管承受反压时间。为了提高电源的功率因数和效率，又需要将电源逆变角转换为适合不同负载要求的逆变角，此时，扫频频率不断趋于槽路谐振频率，从而自动实现大角度向小角度的转换和动态跟踪，系统过渡到稳定运行。
下面对跟踪器的各部分说明如下：
所述的中频起振检测电路对电源的输出的中频电压进行检测并将检测结果输出到选通及同步触发电路。
所述的中频电压变换电路对输入中频电压进行变换，并将变换后的起动电压输出给中频电压移相调节电路。
所述中频电压移相调节电路对起动电压进行瞬时跟踪并移相处理后输出给选通及同步触发电路。
所述的选通触发及同步触发电路在接收起振检测电路和中频电压变换电路输入的同时，还接收锁相环输出的信号，并输出逆变器同步触发信号给电源的逆变脉冲电路。
所述的中频电压移相调节电路包括电压跟随器和相位调节器，电压跟随器将中频电压变换电路输出的电压送到相位调节器中进行移相。
所述的移相调节器的输出以及电源的锁相环输出均接到选通触发及同步触发电路。
从图1中还可以看出锁相环输出信号JC和逆变器同步触发信号JB在原电源中本是相连接的同一个点，为了改善电源的起动性能，将该点断开串接了本发明的跟踪器。在具体实现上，可把该起振跟踪器制做成一独立的小单元，将中频电压反馈信号JA、锁相环输出信号JC、逆变器同步触发信号JB与原电源的主控制板相对应接上即可。当中频电源起动时，中频电压变换器PT获得中频电压UMF信号，经移相处理后形成逆变角的大角度控制，此时的逆变角可设定为最大值52°(调节范围为40°-52°)，其主要目的是提高逆变器换相可靠性(因为中频电压较低时，逆变器的晶闸管承受反压和关断的时间不足够，属易换相失败过程)。此时，中频起振检测电路和选通触发及同步触发电路对中频电压反馈信号JA和锁相环输出信号JC的相位进行跟踪。
当中频电压反馈信号JA值跟随起振中频电压UMF而增大，当端子中频电压反馈信号JA值增大到设定值(3.5-4.5V，对应中频电压350-450V)时，在锁相环输出信号JC频率不断趋于负载谐振频率的作用下，选通电路选通及同步触发电路起控，自动实现大角度向小角度的转换，调节范围在0-32°之间，时间为1微秒跟踪器对电源实现动态跟踪，电源过渡到稳定运行(其逆变角工作范围通常为30°-48°之间)。
作为本发明跟踪器的另一个实施例，请参阅图2所示，
在图2所示意的跟踪器电路中，中频起振检测电路主要包括运算放大器CU6D，它与其它外围元件构成了起振检测电路，对电源的中频电压反馈信号JA进行检测并将检测结果输出到选通及同步触发电路，而选通及同步触发电路主要包括运算放大器CU6C、CU6B，以及二极管CD1、CD2、CD10。运算放大器CU6C、CU6B分别与起振检测电路及锁相环输出相接，作为选通元件。中频电压变换电路主要包括中频变压器。中频电压移相调节电路主要包括运算放大器CU1以及CU6A，以及电阻元件和二极管。
跟踪器的基本工作原理描述如下：
在电源刚起动时，通过中频电压移相调节电路的电压跟随器CU1对中频的起动电压进行瞬时跟踪并发出逆变触发脉冲逐渐建立起中频电压，同时，起振检测电路的运算放大器CU6D和选通及同步触发电路的运算放大器CU6B跟踪电源主控电路的中频电压反馈信号JA和锁相环输出信号JC的相位，当未达到大角转换设定值时，未被选通及同步触发电路中由运算放大器CU6C、CU6B、二极管CD1、CD2、CD10构成的选通门选中，跟踪器只有大角度控制输出信号。当中频电压达到转换设定值时，锁相环输出信号JC与JB逐渐同步时，大角度信号输出电路被封锁，平均值控制信号被电路选通输出，同时封锁瞬时跟踪电路的输出，选通及同步触发电路被选通输出逆变器晶闸管的触发信号，从而实现了由大角度到小角度的转换(此处大角度及小角度是指为负载电压和电流相位角，这一角度的大小反映了电源输出功率因数。当然，该角度大小又与逆变器的晶闸管承受的反压有关)。提高了逆变器的换相电压和逆变器的晶闸管承受反压时间，从而改善了电源的起动性能，适应了不同谐振回路Q值变化，提高了电源起动的成功率和电源工作可靠性，使其负载不论处于重载或轻载情况下都能可靠起动。也就是说，跟踪器实时跟踪了起动状态并按期望的值实现控制转换，将瞬时值控制和平均值控制起动的优点得以有效利用，达到了电源能在宽范围负载变化下的可靠起动，起动成功率可达100％。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (4)
1、一种谐振式感应加热电源起振跟踪器，
其特征在于：
该谐振式感应加热电源起振跟踪器串接于感应加热电源的逆变器的触发信号回路中，在电源起动时，跟踪器对起动电压进行瞬时跟踪并发出逆变触发脉冲并建立起中频电压，同时跟踪器跟踪电源的主控电路的输出的中频电压和触发脉冲的相位，当跟踪值达到设定值时，通过选通电路实现瞬时值控制转为平均值控制后，逆变器得到正常工作的同步触发信号。
2、如权利要求1所述的谐振式感应加热电源起振跟踪器，
其特征在于：
所述的跟踪器进一步包括中频起振检测电路、中频电压变换电路、中频电压移相调节电路、选通及同步触发电路，
所述的中频起振检测电路对电源的输出的中频电压进行检测并将检测结果输出到选通及同步触发电路；
所述的中频电压变换电路对输入中频电压进行变换，并将变换后的起动电压输出给中频电压移相调节电路；
所述中频电压移相调节电路对起动电压进行瞬时跟踪并移相处理后输出给选通及同步触发电路；
所述的选通触发及同步触发电路在接收起振检测电路和中频电压变换电路输入的同时，还接收锁相环输出的信号，并输出逆变器同步触发信号给电源的逆变脉冲电路。
3、如权利要求2所述的谐振式感应加热电源起振跟踪器，
其特征在于：
所述的中频电压移相调节电路包括电压跟随器和相位调节器，电压跟随器将中频电压变换电路输出的电压送到相位调节器中进行移相。
4、如权利要求2所述的谐振式感应加热电源起振跟踪器，
其特征在于：
所述的移相调节器的输出以及电源的锁相环输出均接到选通触发及同步触发电路。
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