CN103024957A - 一种中频感应加热电源及其控制方法 - Google Patents

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张海涛
翟玉良
周涤若
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本发明的一种中频感应加热电源，包括通过主电路依次连接的三相电输入端、整流电路、逆变电路和中频变压器，主电路上接有辅助电源，辅助电源连接IGBT驱动电路，IGBT驱动电路连接逆变电路，所述辅助电源还接有控制器，所述控制器连接有PWM控制器、信号采集模块和人机交互界面，所述IGBT驱动器连接PWM控制器。本发明的有益效果是：使中频感应加热电源的功率输出响应更加迅速，且对IGBT等强电流、高电压应用和快速终端设备的控制更加安全快捷。

Description

一种中频感应加热电源及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种中频感应加热电源及其控制方法。
背景技术
中频感应加热原理为通过整流逆变电路产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。利用LC振荡电路电流的幅频特性，可通过改变输入电路的谐振频率快速改变中频电源的输出功率，从而快速改变工件表面温度。基于加热理论中“集肤效应原理”，当频率越大时，则集肤深度越浅，同时其交流阻抗越大，因此在相同数值的电流作用下，负载所获得的能量也越高，而电流及线路损耗相应地也会变小，从而提高了加热效率，同时还可起到节约电能的目的。中频感应加热电源正是基于这一原理做成的，利用变频技术，可将运行频率提高到工频的数倍，加热效果会明显提高。
变频加热电源工作时首先将三相交流电经整流、滤波成直流电，然后经逆变电路变成频率连续可调的单相电，再经中频变压器隔离后，输送到加热电缆给工件加热。
目前，一般的中频感应加热电源根据实际功率与设定功率的差值，间隔固定周期进行一次PID整定。所以响应时间较长，达到设定功率较慢，影响了工作效率，而且系统的稳定性不高。
发明内容
为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种稳定性高，响应速度快的中频感应加热电源及其控制方法。
本发明是通过以下措施实现的：
本发明的一种中频感应加热电源，包括通过主电路依次连接的三相电输
入端、整流电路、逆变电路和中频变压器，主电路上接有辅助电源，辅助电源连接IGBT驱动电路，IGBT驱动电路连接逆变电路，所述辅助电源还接有控制器，所述控制器连接有PWM控制器、信号采集模块和人机交互界面，所述IGBT驱动器连接PWM控制器；
   所述信号采集模块用于采集三相电输入端的谐振电压信号、谐振电流信号以及主电路上的开关量信号和环境传感信号；
所述控制器用于在环境传感信号和开关量信号正常的状态下，根据采集的谐振电压信号和谐振电流信号计算出实际功率并与设定功率比较计算，通过调整PWM控制器，使整流逆变后主电路的输出功率接近设定功率。
上述信号采集模块为模数转换ADC模块。
本发明中频感应加热电源的控制方法，包括以下步骤：
a. 采集三相电输入端的谐振电压信号、谐振电流信号以及主电路上的开关量信号和环境传感信号；
b.计算得出三相电输入端的实际功率，并与设定功率相比较，通过增量式PID计算，计算出需要改变的PWM装载周期的步长，进而计算出与之相对应的PWM比较器的匹配值，以保证PWM输出波形的占空比在扫频的过程中保持不变；
c. PWM控制器将脉冲信号输送给IGBT驱动电路，IGBT驱动电路驱动逆变电路，使整流逆变后主电路的输出功率接近设定功率。
 
本发明的有益效果是： 使中频感应加热电源的功率输出响应更加迅速，且对IGBT等强电流、高电压应用和快速终端设备的控制更加安全快捷。
附图说明
图1 为本发明的结构框图。
具体实施方式
本发明的一种中频感应加热电源，包括通过主电路依次连接的三相电输
入端、整流电路、逆变电路和中频变压器，主电路上接有辅助电源，辅助电源连接IGBT驱动电路，IGBT驱动电路连接逆变电路，辅助电源还接有控制器，控制器连接有PWM控制器、信号采集模块和人机交互界面，IGBT驱动器连接PWM控制器。
 信号采集模块采用模数转换ADC模块，用于采集三相电输入端的谐振
电压信号、谐振电流信号以及主电路上的开关量信号和环境传感信号。
控制器用于在环境传感信号和开关量信号正常的状态下，根据采集的谐振电压信号和谐振电流信号计算出实际功率并与设定功率比较计算，通过调整PWM控制器，使整流逆变后主电路的输出功率接近设定功率。
包括以下步骤：
a. 采集三相电输入端的谐振电压信号、谐振电流信号以及主电路上的开关量信号和环境传感信号；
b.计算得出三相电输入端的实际功率，并与设定功率相比较，通过增量式PID计算，计算出需要改变的PWM装载周期的步长，进而计算出与之相对应的PWM比较器的匹配值，以保证PWM输出波形的占空比在扫频的过程中保持不变；
c. PWM控制器将脉冲信号输送给IGBT驱动电路，IGBT驱动电路驱动逆变电路，使整流逆变后主电路的输出功率接近设定功率。
由于本控制技术用来控制的中频感应加热电源装置采用串联整流逆变电路，输入电流等于输出电流，从而可以近似的认为输出功率等于整流前端的输入功率。通过整流逆变得到的谐振频率越靠近谐振电容和工件共同组成的谐振电路的谐振点，谐振电流越大，输出功率就越高。在谐振频率从大逐渐减小，逐渐接近谐振点的过程中，谐振电流逐渐增大，从而输出功率逐渐增大。如果谐振频率无限接近谐振点，那么谐振电流就会无限大，就会对整个整流逆变电路产生冲击，所以必须要保证谐振频率不能无限制的接近谐振点。
在开始扫频的瞬间，实际功率与设定功率的差值较大，所以计算出的需要改变的装载周期的步长值比较大，为防止频率改变的过于迅速以至于输出频率低于谐振点的现象，应对装载周期的允许改变的步长最大值加以限定。另外，在谐振电路的输出频率从右侧逼近谐振点的过程中，由于装载周期和输出频率成反比关系，所以当输出频率比较小时，相同的装载周期步长改变的频率较小，这也增加了本控制系统的稳定性。
由于增大PWM输出波形的占空比会增加整流逆变电路的导通时间，所以对于完全相同的整流逆变电路，在谐振频率保持不变的情况下，增加占空比能增大输出功率。
根据实际情况，调节增量式PID运算的比例，积分，微分环节相应的参数，直至输出波形能根据设定功率稳定在一定的范围之内，并且当谐振逆变电路的谐振点变化时，能快速的做出反应。
为了避免逆变器上下桥臂的共通，换流必须遵循先关断后开通的原则在关断与开通脉冲之间应该保留一定的死区。另外，在上述过程的基础上增加PWM输出波形的占空比可以达到增加功率的目的，从而实现更大功率的输出。
以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。

Claims (3)

1.一种中频感应加热电源，包括通过主电路依次连接的三相电输入端、整流电路、逆变电路和中频变压器，主电路上接有辅助电源，辅助电源连接IGBT驱动电路，IGBT驱动电路连接逆变电路，其特征在于：所述辅助电源还接有控制器，所述控制器连接有PWM控制器、信号采集模块和人机交互界面，所述IGBT驱动器连接PWM控制器；
   所述信号采集模块用于采集三相电输入端的谐振电压信号、谐振电流信号以及主电路上的开关量信号和环境传感信号；
所述控制器用于在环境传感信号和开关量信号正常的状态下，根据采集的谐振电压信号和谐振电流信号计算出实际功率并与设定功率比较计算，通过调整PWM控制器，使整流逆变后主电路的输出功率接近设定功率。
2.根据权利要求1所述中频感应加热电源，其特征在于：所述信号采集模块为模数转换ADC模块。
3.一种如权利要求1所述中频感应加热电源的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 采集三相电输入端的谐振电压信号、谐振电流信号以及主电路上的开关量信号和环境传感信号；
b.计算得出三相电输入端的实际功率，并与设定功率相比较，通过增量式PID计算，计算出需要改变的PWM装载周期的步长，进而计算出与之相对应的PWM比较器的匹配值，以保证PWM输出波形的占空比在扫频的过程中保持不变；
c. PWM控制器将脉冲信号输送给IGBT驱动电路，IGBT驱动电路驱动逆变电路，使整流逆变后主电路的输出功率接近设定功率。
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