CN107727927B - 一种感应加热校平机变频器谐振检测及频率跟踪系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种感应加热校平机变频器谐振检测及频率跟踪系统，其特征在于：包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、逆变电路和频率跟踪电路；所述鉴相器、环路滤波器和压控振荡器依次串联；本发明中通过闭环反馈控制电路，使逆变器开关管的工作频率始终跟随负载固有频率的变化而变化，即，此时电路工作在谐振或者准谐振状态，电压与电流相位相同，电路的输出功率因数接近1，达到最大功率输出。通过鉴相器检测的电流频率信号与逆变器驱动电压信号比较的相位差来控制压控振荡器，获得与负载一致的频率信号，该频率信号就作为逆变器的触发脉冲，从而保证了功率因数接近1；降低无功功率值，降低损耗，实现频率跟踪的功能。

Description

一种感应加热校平机变频器谐振检测及频率跟踪系统
技术领域
本发明涉及船舶制造工程领域，尤其涉及一种感应加热校平机变频器谐振检测及频率跟踪系统。
背景技术
传统的火焰加热电阻加热等很多方法有诸多限制应用环境，感应加热系统相较与其他加热策略有诸多的优点，可实现非接触式加热，加热能量可控以及加热速度快等功能。目前感应加热系统常用于感应加热熔炼炉，感应加热焊接以及感应加热去应力校平等场合。
感应加热电源在加热过程中，由于负载温度升高和加热器与被加热工件距离变化等因素，负载等效参数发生了变化，从而引起负载固有谐振频率变化。为了使逆变器在功率因数接近或等于1的准谐振或谐振状态下工作，感应加热电源中采用了频率跟踪技术。减少了无功功率，降低了能量损耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种感应加热校平机变频器谐振检测及频率跟踪系统，解决了一般的由于负载温度升高和加热器与被加热工件距离变化等因素，负载等效参数发生了变化，从而引起负载固有谐振频率变化导致无功功率大，能量消耗大的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种感应加热校平机变频器谐振检测及频率跟踪系统，其创新点在于：包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、逆变电路和频率跟踪电路；所述鉴相器、环路滤波器和压控振荡器依次串联；
所述鉴相器的输入端输入检测的电流频率信号，所述压控振荡器的输出端输出逆变驱动电压信号；通过鉴相器检测的电流频率信号与逆变器输出的逆变驱动电压信号比较的相位差来控制压控振荡器，获得与负载一致的相位差频率信号，该相位差频率信号作为逆变器的触发脉冲，保证功率因素接近1的准谐振或谐振状态下工作；
所述逆变电路包括滤波电路和逆变桥；所述逆变桥包括两组互相并联的IGBT模块，所述每组IGBT模块单元为两个互相串联的IGBT单元；所述滤波电路与逆变桥并联；所述在两组IGBT模块之间设置有一RLC滤波电路；
所述频率跟踪电路包括调压电路和频率采样反馈电路；所述调压电路包括加热电源、滤波电容和双IGBT模块；所述加热电源、滤波电容和双IGBT模块并联，所述双IGBT模块具有两组，所述两组双IGBT模块之间并联且双IGBT模块之间设置有与频率采样反馈电路相连的电感；所述采样反馈电路包括PWM控制芯片和IGBT驱动芯片；所述采样反馈电路中，PWM控制芯片的输入端输入压控振荡器的输出信号实现频率同步，PWM控制芯片输出双路互补PWM驱动信号，所述IGBT驱动芯片对双IGBT模块进行驱动，改变逆变器的工作频率，实现逆变器工作频率与负载固有频率一致。
进一步的，所述逆变电路为串联谐振电路的拓扑结构。
本发明的优点在于：
1）本发明中通过闭环反馈控制电路，使逆变器开关管的工作频率始终跟随负载固有频率/>的变化而变化，即/>，此时电路工作在谐振或者准谐振状态，电压与电流相位相同，电路的输出功率因数接近1，达到最大功率输出。通过鉴相器检测的电流频率信号与逆变器驱动电压信号比较的相位差来控制压控振荡器，获得与负载一致的频率信号，该频率信号就作为逆变器的触发脉冲，从而保证了功率因数接近1；降低无功功率值，降低损耗，实现频率跟踪的功能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的一种感应加热校平机变频器谐振检测及频率跟踪系统的频率跟踪结构图。
图2为本发明的一种感应加热校平机变频器谐振检测及频率跟踪系统的逆变电路结构图。
图3为本发明的一种感应加热校平机变频器谐振检测及频率跟踪系统电路结构图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1至图3所示的一种感应加热校平机变频器谐振检测及频率跟踪系统，包括鉴相器1、环路滤波器2、压控振荡器3、逆变电路4和频率跟踪电路5；所述鉴相器1、环路滤波器2和压控振荡器3依次串联。
鉴相器1的输入端输入检测的电流频率信号，所述压控振荡器3的输出端输出逆变驱动电压信号；通过鉴相器1检测的电流频率信号与逆变器输出的逆变驱动电压信号比较的相位差来控制压控振荡器，获得与负载一致的相位差频率信号，该相位差频率信号作为逆变器的触发脉冲，保证功率因素接近1的准谐振或谐振状态下工作。
逆变电路4包括滤波电路41和逆变桥42；所述逆变桥41包括两组互相并联的IGBT模块，所述每组IGBT模块单元为两个互相串联的IGBT单元；所述滤波电路41与逆变桥42并联；所述在两组IGBT模块之间设置有一RLC滤波电路43。
频率跟踪电路5包括调压电路51和频率采样反馈电路52；所述调压电路51包括加热电源、滤波电容和双IGBT模块；所述加热电源、滤波电容和双IGBT模块并联，所述双IGBT模块具有两组，所述两组双IGBT模块之间并联且双IGBT模块之间设置有与频率采样反馈电路相连的电感；所述采样反馈电路包括PWM控制芯片和IGBT驱动芯片；所述采样反馈电路中，PWM控制芯片的输入端输入压控振荡器的输出信号实现频率同步，PWM控制芯片输出双路互补PWM驱动信号，所述IGBT驱动芯片对双IGBT模块进行驱动，改变逆变器的工作频率，实现逆变器工作频率与负载固有频率一致。
逆变电路为串联谐振电路的拓扑结构。
感应加热电源频率跟踪功能分为两步实现：首先感应加热电源逆变器输出电流信号经电流互感器采样，经过过零比较器转换为方波信号；逆变器驱动电压信号经过采样后，与电流信号之间的相位进行比较，从而输出一个相位差信号。此信号作为压控振荡器调节输出信号频率的依据，因此调节压控振荡器输出信号频率与谐振回路固有频率相同，但考虑到桥臂直通和死区时间等问题，输出信号还不足以直接驱动一个双IGBT模块进行工作，因此引入了PWM控制芯片。PWM控制芯片可以输出双路互补PWM驱动信号，输出驱动信号频率可以由其外接定时电容与定时电阻的大小决定，也可以由外加信号频率决定。
采用将压控振荡器的输出信号送入PWM控制芯片，其输出信号的频率与压控振荡器相同，从而实现了频率同步功能。频率锁定与频率同步实现以后，信号送入专用IGBT驱动芯片对逆变器的IGBT进行驱动，改变逆变器的工作频率，从而实现了逆变器工作频率与负载固有频率的一致，电路达到最大的功率输出。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种感应加热校平机变频器谐振检测及频率跟踪系统，其特征在于：包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、逆变电路和频率跟踪电路；所述鉴相器、环路滤波器和压控振荡器依次串联；
所述鉴相器的输入端输入检测的电流频率信号，所述压控振荡器的输出端输出逆变驱动电压信号；通过鉴相器检测的电流频率信号与压控振荡器输出的逆变驱动电压信号比较的相位差来控制压控振荡器，获得与负载一致的相位差频率信号；
所述逆变电路包括滤波电路和逆变桥；所述逆变桥包括两组互相并联的IGBT模块，所述每组IGBT模块单元为两个互相串联的IGBT单元；所述滤波电路与逆变桥并联；所述在两组IGBT模块之间设置有一RLC滤波电路；该RLC滤波电路中的电阻值为66KΩ；
所述频率跟踪电路包括调压电路和频率采样反馈电路；所述调压电路包括加热电源、滤波电容和双IGBT模块；所述加热电源、滤波电容和双IGBT模块并联，所述双IGBT模块具有两组，所述两组双IGBT模块之间并联且双IGBT模块之间设置有与频率采样反馈电路相连的电感；所述采样反馈电路包括PWM控制芯片和IGBT驱动芯片；所述采样反馈电路中，PWM控制芯片的输入端输入压控振荡器的输出信号实现频率同步，PWM控制芯片输出双路互补PWM驱动信号；双路互补PWM驱动信号送入到专用IGBT驱动芯片，对逆变电路的IGBT进行驱动，改变逆变电路的工作频率，实现逆变电路工作频率与负载固有频率一致。
2.根据权利要求1所述的一种感应加热校平机变频器谐振检测及频率跟踪系统，其特征在于：所述逆变电路为串联谐振电路的拓扑结构。
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