CN106973447B - 一种感应加热同步多频率输出电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及感应加热技术领域，公开的一种感应加热同步多频率输出电路，包括：相控整流电路、并联逆变电路、高频带通谐振电路HF、中频带通谐振电路MF、低频带通谐振电路LF，相控整流电路的三个并联逆变桥的整流A、整流B、整流C分别通三个并联的高频逆变桥、中频逆变桥、低频逆变桥与高频带通谐振电路HF、中频带通谐振电路MF、低频带通谐振电路LF并连到多频复合变压器及负载输出电路。本发明能够使感应加热电源负载谐振输出电路根据所加工零件工艺需求同时输出多种频率或跨频段输出一种或多种不同频率的组合，以达到工艺需求的最佳效果。

Description

一种感应加热同步多频率输出电路

技术领域

本发明涉及感应加热技术领域，尤其涉及一种感应加热同步多频率输出电路。

背景技术

感应加热电源利用电磁感应加热原理具有加热效率高、速度快，可控性好及易于实现机械化、自动化等优点，并作为金属工业加热的高新技术和基础技术，已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。

然而在生产过程中由于加工零件种类繁多，零件大小各不相同，需要的阻抗和频率变化很大，需要频繁的调节负载匹配，而且有些很多异型零件同一个截面需要不同的层深，也就是需要不同的频率加热，目前设备同一个感应器同时只能输出一种频率，所以主要采用多次加热来满足工艺需求，多次加热增加了设备整体能耗，而且也不能达到工艺设计的最佳效果，如果工艺要求设备在不同频率段工作时，需要调整负载匹配来完成跨频段需求，操作复杂，影响设备的工作效率。

发明内容

本发明是为解决上述传统感应加热电源负载谐振输出电路同时只能输出一种频率和跨频段工作需要调整的问题，提出一种感应加热同步多频率输出电路，使感应加热电源负载谐振输出电路根据所加工零件工艺需求同时输出多种频率或跨频段输出一种或多种不同频率的组合，以达到工艺需求的最佳效果。

本发明为完成上述发明目的解决方案如下：

一种感应加热同步多频率输出电路，包括：相控整流电路、并联逆变电路、高频带通谐振电路HF、中频带通谐振电路MF、低频带通谐振电路LF、多频复合变压器及负载输出电路，连接三相交流电A、B、C的相控整流电路由三个并联逆变桥构成，三个并联逆变桥的可控整流桥整流A、整流B、整流C，分别通过电缆与三个并联逆变桥高频逆变桥、中频逆变桥、低频逆变桥相连；所述高频逆变桥输出端连接至高频带通谐振电路HF，所述中频逆变桥输出端连接至中频带通谐振电路MF，所述低频逆变桥输出端连接至低频带通谐振电路LF，所述高频带通谐振电路HF输出端与中频带通谐振电路MF并联，再与低频带通谐振电路LF并连到多频复合变压器及负载输出电路。

一种感应加热同步多频率输出电路，所述相控整流电路的三个可控整流桥由整流A、整流B、整流C构成，但不限于三个，或为单独调节各路不同频率输出的功率大小整流桥。

一种感应加热同步多频率输出电路，所述三个并联逆变电路的每个逆变桥由IGBT发射极和二极管阳极串联为一个单元构成一个H桥，高频并联逆变桥由四个IGBT模块Z1、Z2、Z3、Z4和二极管D1、D2、D3、D4组成，输出端连接至高频带通谐振电路HF，中频并联逆变桥由四个IGBT模块Z5、Z6、Z7、Z8和二极管D5、D6、D7、D8组成，输出端连接至中频带通谐振电路MF，低频并联逆变桥由四个IGBT模块Z9、Z10、Z11、Z12和二极管D9、D10、D11、D12组成，输出端连接至低频带通谐振电路LF。

一种感应加热同步多频率输出电路，所述高频带通谐振电路HF由高频并联逆变桥输出端并联的谐振电容器C1一端通过一路母线串联谐振电容器C3与串联输出耦合变压器TX1原边一端相连，谐振电容器C1另一端通过一路母线串联谐振电容器C2与串联输出耦合变压器TX1原边另一端相连。

一种感应加热同步多频率输出电路，所述中频带通谐振电路MF由中频并联逆变桥输出端并联的谐振电容器C4一端通过一路母线串联的谐振电感L1、串联谐振电容器C5与串联输出耦合变压器TX1原边的一端相连，谐振电容器C4另一端通过一路母线串联的谐振电感L2、串联谐振电容器C6与串联输出耦合变压器TX1原边的另一端相连。

一种感应加热同步多频率输出电路，所述低频带通谐振电路LF由低频并联逆变桥输出端并联的谐振电容器C7一端通过一路母线串联谐振电感L3与串联输出耦合变压器TX1原边的一端相连，并联的谐振电容器C7另一端通过一路母线串联谐振电感L4与串联输出耦合变压器TX1原边的另一端相连。

一种感应加热同步多频率输出电路，所述多频复合变压器及负载输出电路由耦合变压器TX1和感应加热线圈构成。

一种感应加热同步多频率输出的方法，通过三相交流电A、B、C的三个输入端并联的可控整流桥整流A、整流B、整流C，经三整流桥整流后的三个独立直流分别输入三个并联的逆变桥：高频逆变桥、中频逆变桥、低频逆变桥，所述高频逆变桥输出连接到高频带通谐振电路HF，所述中频逆变桥输出连接到中频带通谐振电路MF，所述低频逆变桥输出连接到低频带通谐振电路LF，所述高频带通谐振电路HF输出与中频带通谐振电路MF并联再与低频带通谐振电路LF并连到多频复合变压器及负载输出电路，通过多频复合变压器复合输出的感应线圈最终达到同步多频率输出的目的；多频复合变压器及负载输出电路输出多频波形：低频波形、中频波形，经TX1复合后TX1副边多频电流经感应加热线圈可跨频段输出任意一种或同步输出多种不同频率的组合，实现感应加热同步输出多频的目的。

一种感应加热同步多频率输出的方法，所述的三整流桥整流后的三个独立直流分别输入三个并联的逆变桥：高频逆变桥、中频逆变桥、低频逆变桥，

高频逆变桥中所述D1与Z3的公共端输出到高频带通谐振电路HF的一端，所述D2与Z4的公共端输出到高频带通谐振电路HF的另一端，通过控制Z1、Z2、Z3、Z4的开通和关断，输出交流高频到高频带通谐振电路HF，所述Z1、Z4同时开通关断，所述Z2、Z3同时开通关断；

整流B输出至中频逆变桥，中频逆变桥所述D5与Z7的公共端输出到中频带通谐振电路MF的一端，所述D6与Z8的公共端输出到中频带通谐振电路MF的另一端，通过控制Z5、Z6、Z7、Z8的开通和关断，输出交流中频到中频带通谐振电路MF，所述Z5、Z8同时开通关断，所述Z6、Z7同时开通关断；

整流C输出至低频逆变桥，低频逆变桥所述D9与Z11的公共端输出到低频带通谐振电路LF的一端，所述D10与Z12的公共端输出到低频带通谐振电路LF的另一端，通过控制Z9、Z10、Z11、Z12的开通和关断输出交流低频到低频带通谐振电路LF，所述Z9、Z12同时开通关断，所述Z10、Z11同时开通关断。

一种感应加热同步多频率输出的方法，所述的高频带通谐振电路HF的高频电流经一路母线串联谐振电容器C2然后到输出耦合变压器TX1原边一端经变压器TX1另一端输出到谐振电容器C3，从C3流出回到C1另一端构成高频谐振回路最后回到母线另一路，输出高频波形，所述C1、C2构成高频率带通回路将其它频率段的输出隔离。

所述中频带通谐振电路MF的中频电流经一路母线串联谐振电感L1后再流过谐振电容器C5然后到输出耦合变压器TX1原边一端经变压器TX1另一端输出到谐振电容器C6，流过谐振电容器C6后再经谐振电感L2后到C4另一端构成中频谐振回路最后回到母线另一路，输出中频波形，所述L1、L2、C5、C6构成中频带通回路将其它频率段的输出隔离。

所述低频带通谐振电路LF的低频电流经一路母线串联谐振电感L3然后输出耦合变压器TX1原边一端经变压器TX1另一端输出到谐振电感L4，从L4流出回到C7另一端构成低频谐振回路最后回到母线另一路，输出低频波形，上述L3、L4构成低频带通回路将其它频率段的输出隔离。

由于采用如上所述技术方案本发明具有如下优越性：

一种感应加热同步多频率输出电路，能够使感应加热电源负载谐振输出电路根据所加工零件工艺需求同时输出多种频率或跨频段输出一种或多种不同频率的组合，以达到工艺需求的最佳效果。

附图说明

图1是本发明原理框图；

图2是本发明感应加热同步多频率输出电路图；

图3是本发明耦合前多频率输出电路各频段波形图；

图4是本发明耦合后多频率同步输出复合波形图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的目的及技术方案实施，下面将结合附图加以说明。

如图1、2、3、4所示，一种感应加热同步多频率输出电路，包括：相控整流电路、并联逆变电路、高频带通谐振电路HF、中频带通谐振电路MF、低频带通谐振电路LF、多频复合变压器及负载输出电路，连接三相交流电A、B、C的相控整流电路由三个并联逆变桥构成，三个并联逆变桥的可控整流桥整流A、整流B、整流C，分别通过电缆与三个并联逆变桥高频逆变桥、中频逆变桥、低频逆变桥相连；所述高频逆变桥输出端连接至高频带通谐振电路HF，所述中频逆变桥输出端连接至中频带通谐振电路MF，所述低频逆变桥输出端连接至低频带通谐振电路LF，所述高频带通谐振电路HF输出端与中频带通谐振电路MF并联，再与低频带通谐振电路LF并连到多频复合变压器及负载输出电路。

所述相控整流电路的三个可控整流桥由整流A、整流B、整流C构成，但不限于三个，或为单独调节各路不同频率输出的功率大小整流桥。

所述三个并联逆变电路的每个逆变桥由IGBT发射极和二极管阳极串联为一个单元构成一个H桥，高频并联逆变桥由四个IGBT模块Z1、Z2、Z3、Z4和二极管D1、D2、D3、D4组成，输出端连接至高频带通谐振电路HF，中频并联逆变桥由四个IGBT模块Z5、Z6、Z7、Z8和二极管D5、D6、D7、D8组成，输出端连接至中频带通谐振电路MF，低频并联逆变桥由四个IGBT模块Z9、Z10、Z11、Z12和二极管D9、D10、D11、D12组成，输出端连接至低频带通谐振电路LF。

感应加热同步多频率输出电路框图如图1所示，三相交流电A、B、C输入三个输入端并联的可控整流桥整流A、整流B、整流C，经三整流桥整流后的三个独立直流分别输入三个并联逆变桥，高频逆变桥、中频逆变桥、低频逆变桥，所述高频逆变桥输出到高频带通谐振电路HF，所述中频逆变桥输出到中频带通谐振电路MF，所述低频逆变桥输出到低频带通谐振电路LF，所述高频带通谐振电路HF输出与中频带通谐振电路MF并联再与低频带通谐振电路LF并连到多频复合变压器及负载输出电路，最终达到同步多频率输出的目的。

所述感应加热同步多频率输出电路如图2所示由相控整流电路，并联逆变电路，高频带通谐振电路HF，中频带通谐振电路MF，低频带通谐振电路LF，多频复合变压器及负载输出电路构成。

所述相控整流电路如图2所示由三个可控整流桥整流A、整流B、整流C、构成可单独调节每组整流输出的功率大小。

所述并联逆变电路如图2所示由高频逆变桥、中频逆变桥、低频逆变桥三个并联逆变桥构成，整流A输出正极连接IGBT模块Z1、Z2的集电极，Z1的发射极串联二极管D1的阳极，D1的阴极连接到IGBT模块Z3的集电极，Z3的发射极串联二极管D3的阳极，D3的阴极连接到整流A输出负极，Z2的发射极串联二极管D2的阳极，D2的阴极连接到IGBT模块Z4的集电极，Z4的发射极串联二极管D4的阳极，D4的阴极连接到整流A输出负极，所述D1与Z3的公共端输出到高频带通谐振电路HF的一端，所述D2与Z4的公共端输出到高频带通谐振电路HF的另一端，通过控制Z1、Z2、Z3、Z4的开通和关断输出交流高频到高频带通谐振电路HF，所述Z1、Z4同时开通关断，所述Z2、Z3同时开通关断；整流B输出正极连接IGBT模块Z5、Z6的集电极，Z5的发射极串联二极管D5的阳极，D5的阴极连接到IGBT模块Z7的集电极，Z7的发射极串联二极管D7的阳极，D7的阴极连接到整流B输出负极，Z6的发射极串联二极管D6的阳极，D6的阴极连接到IGBT模块Z8的集电极，Z8的发射极串联二极管D8的阳极，D8的阴极连接到整流B输出负极，所述D5与Z7的公共端输出到中频带通谐振电路MF的一端，所述D6与Z8的公共端输出到中频带通谐振电路MF的另一端，通过控制Z5、Z6、Z7、Z8的开通和关断输出交流中频到中频带通谐振电路MF，所述Z5、Z8同时开通关断，所述Z6、Z7同时开通关断；整流C输出正极连接IGBT模块Z9、Z10的集电极，Z9的发射极串联二极管D9的阳极，D9的阴极连接到IGBT模块Z11的集电极，Z11的发射极串联二极管D11的阳极，D11的阴极连接到整流C输出负极，Z10的发射极串联二极管D10的阳极，D10的阴极连接到IGBT模块Z12的集电极，Z12的发射极串联二极管D12的阳极，D12的阴极连接到整流C输出负极，所述D9与Z11的公共端输出到低频带通谐振电路LF的一端，所述D10与Z12的公共端输出到低频带通谐振电路LF的另一端，通过控制Z9、Z10、Z11、Z12的开通和关断输出交流低频到低频带通谐振电路LF，所述Z9、Z12同时开通关断，所述Z10、Z11同时开通关断。

所述高频带通谐振电路HF由高频并联逆变桥输出并联连接谐振电容器C1，高频电流经一路母线串联谐振电容器C2然后到输出耦合变压器TX1原边一端经变压器TX1另一端输出到谐振电容器C3，从C3流出回到C1另一端构成高频谐振回路最后回到母线另一路，输出波形如图3的V(C1:1)所示，输出高频波形，所述C1、C2构成高频率带通回路将其它频率段的输出隔离。

所述中频带通谐振电路MF由中频并联逆变桥输出并联连接谐振电容器C4，中频电流经一路母线串联谐振电感L1后再流过谐振电容器C5然后到输出耦合变压器TX1原边一端经变压器TX1另一端输出到谐振电容器C6，流过谐振电容器C6后再经谐振电感L2后到C4另一端构成中频谐振回路最后回到母线另一路，输出波形如图3的V(V5:+)所示，输出中频波形，所述L1、L2、C5、C6构成中频带通回路将其它频率段的输出隔离。

所述低频带通谐振电路LF由低频并联逆变桥输出并联连接谐振电容器C7，低频电流经一路母线串联谐振电感L3然后输出耦合变压器TX1原边一端经变压器TX1另一端输出到谐振电感L4，从L4流出回到C7另一端构成低频谐振回路最后回到母线另一路，输出波形如图3的V(C4:2)所示，输出低频波形，上述L3、L4构成低频带通回路将其它频率段的输出隔离。

所述多频复合变压器及负载输出电路输出波形如图4的V(R2:1)所示，输出多频波形，图4的V(C2:1)所示为低频波形，图4的V(C5:+)所示为中频波形，所述多频复合变压器及负载输出电路由耦合变压器TX1和感应加热线圈构成，经TX1复合后TX1副边多频电流经感应加热线圈可跨频段输出任意一种或同步输出多种不同频率的组合，实现感应加热同步输出多频的目的。

Claims (8)

1.一种感应加热同步多频率输出电路，其特征在于，包括：相控整流电路、并联逆变电路、高频带通谐振电路HF、中频带通谐振电路MF、低频带通谐振电路LF、多频复合变压器及负载输出电路，连接三相交流电A、B、C的相控整流电路由三个并联逆变桥构成，三个并联逆变桥的可控整流桥整流A、整流B、整流C，分别通过电缆与三个并联逆变桥高频逆变桥、中频逆变桥、低频逆变桥相连；所述高频逆变桥输出端连接至高频带通谐振电路HF，所述中频逆变桥输出端连接至中频带通谐振电路MF，所述低频逆变桥输出端连接至低频带通谐振电路LF，所述高频带通谐振电路HF输出端与中频带通谐振电路MF并联，再与低频带通谐振电路LF并连到多频复合变压器及负载输出电路;

所述三个并联逆变电路的每个逆变桥由IGBT发射极和二极管阳极串联为一个单元构成一个H桥，高频并联逆变桥由四个IGBT模块Z1、Z2、Z3、Z4和二极管D1、D2、D3、D4组成，输出端连接至高频带通谐振电路HF，中频并联逆变桥由四个IGBT模块Z5、Z6、Z7、Z8和二极管D5、D6、D7、D8组成，输出端连接至中频带通谐振电路MF，低频并联逆变桥由四个IGBT模块Z9、Z10、Z11、Z12和二极管D9、D10、D11、D12组成，输出端连接至低频带通谐振电路LF;

所述高频带通谐振电路HF由高频并联逆变桥输出端并联的谐振电容器C1一端通过一路母线串联谐振电容器C3与串联输出耦合变压器TX1原边一端相连，谐振电容器C1另一端通过一路母线串联谐振电容器C2与串联输出耦合变压器TX1原边另一端相连。

2.根据权利要求1所述的一种感应加热同步多频率输出电路，其特征在于，所述相控整流电路的三个可控整流桥由整流A、整流B、整流C构成，但不限于三个，或为单独调节各路不同频率输出的功率大小整流桥。

3.根据权利要求1所述的一种感应加热同步多频率输出电路，其特征在于，所述中频带通谐振电路MF由中频并联逆变桥输出端并联的谐振电容器C4一端通过一路母线串联的谐振电感L1、串联谐振电容器C5与串联输出耦合变压器TX1原边的一端相连，谐振电容器C4另一端通过一路母线串联的谐振电感L2、串联谐振电容器C6与串联输出耦合变压器TX1原边的另一端相连。

4.根据权利要求1所述的一种感应加热同步多频率输出电路，其特征在于，所述低频带通谐振电路LF由低频并联逆变桥输出端并联的谐振电容器C7一端通过一路母线串联谐振电感L3与串联输出耦合变压器TX1原边的一端相连，并联的谐振电容器C7另一端通过一路母线串联谐振电感L4与串联输出耦合变压器TX1原边的另一端相连。

5.根据权利要求1所述的一种感应加热同步多频率输出电路，其特征在于，所述多频复合变压器及负载输出电路由耦合变压器TX1和感应加热线圈构成。

6.一种感应加热同步多频率输出的方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的一种感应加热同步多频率输出电路，通过三相交流电A、B、C的三个输入端并联的可控整流桥整流A、整流B、整流C，经三整流桥整流后的三个独立直流分别输入三个并联的逆变桥：高频逆变桥、中频逆变桥、低频逆变桥，所述高频逆变桥输出连接到高频带通谐振电路HF，所述中频逆变桥输出连接到中频带通谐振电路MF，所述低频逆变桥输出连接到低频带通谐振电路LF，所述高频带通谐振电路HF输出与中频带通谐振电路MF并联再与低频带通谐振电路LF并连到多频复合变压器及负载输出电路，通过多频复合变压器复合输出的感应线圈最终达到同步多频率输出的目的；多频复合变压器及负载输出电路输出多频波形：低频波形、中频波形，经TX1复合后TX1副边多频电流经感应加热线圈可跨频段输出任意一种或同步输出多种不同频率的组合，实现感应加热同步输出多频的目的。

7.根据权利要求6所述的一种感应加热同步多频率输出的方法，其特征在于，三整流桥整流后的三个独立直流分别输入三个并联的逆变桥：高频逆变桥、中频逆变桥、低频逆变桥，

高频逆变桥中所述D1与Z3的公共端输出到高频带通谐振电路HF的一端， D2与Z4的公共端输出到高频带通谐振电路HF的另一端，通过控制Z1、Z2、Z3、Z4的开通和关断，输出交流高频到高频带通谐振电路HF， Z1、Z4同时开通关断，所述Z2、Z3同时开通关断；

整流B输出至中频逆变桥，中频逆变桥所述D5与Z7的公共端输出到中频带通谐振电路MF的一端，所述D6与Z8的公共端输出到中频带通谐振电路MF的另一端，通过控制Z5、Z6、Z7、Z8的开通和关断，输出交流中频到中频带通谐振电路MF， Z5、Z8同时开通关断， Z6、Z7同时开通关断；

整流C输出至低频逆变桥，低频逆变桥所述D9与Z11的公共端输出到低频带通谐振电路LF的一端，所述D10与Z12的公共端输出到低频带通谐振电路LF的另一端，通过控制Z9、Z10、Z11、Z12的开通和关断输出交流低频到低频带通谐振电路LF，所述Z9、Z12同时开通关断，所述Z10、Z11同时开通关断。

8.根据权利要求6所述的一种感应加热同步多频率输出的方法，其特征在于，所述的高频带通谐振电路HF的高频电流经一路母线串联谐振电容器C2然后到输出耦合变压器TX1原边一端经变压器TX1另一端输出到谐振电容器C3，从C3流出回到C1另一端构成高频谐振回路最后回到母线另一路，输出高频波形，所述C1、C2构成高频率带通回路将其它频率段的输出隔离；

所述中频带通谐振电路MF的中频电流经一路母线串联谐振电感L1后再流过谐振电容器C5然后到输出耦合变压器TX1原边一端经变压器TX1另一端输出到谐振电容器C6，流过谐振电容器C6后再经谐振电感L2后到C4另一端构成中频谐振回路最后回到母线另一路，输出中频波形，所述L1、L2、C5、C6构成中频带通回路将其它频率段的输出隔离；

所述低频带通谐振电路LF的低频电流经一路母线串联谐振电感L3然后输出耦合变压器TX1原边一端经变压器TX1另一端输出到谐振电感L4，从L4流出回到C7另一端构成低频谐振回路最后回到母线另一路，输出低频波形，上述L3、L4构成低频带通回路将其它频率段的输出隔离。