CN114867141A - 一种全功率节能感应加热控制方法及装置 - Google Patents

一种全功率节能感应加热控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全功率节能感应加热控制方法及装置，该方法包括，实时获取电磁感应加热系统的参数；三相PWM整流器采用双闭环矢量控制，对母线电压进行调控；通过负载电流实际值i L计算获得负载电流有效值I；获取当PWM整流器输出的最小母线电压恒定输出给半桥逆变电路，且半桥逆变电路输出的电压电流相位角β为0时的负载电流有效值I β0 *；根据I β0 *、母线电压U dc和负载电流有效值I，将电磁感应加热系统进行分段控制，使PWM整流器和半桥逆变电路分别运行在恒压状态和调相状态。本发明能够在启振状态下不出现过流现象，极大减小了逆变侧IGBT的开关损耗，并且可有效应对电感内阻值变化以及电感突增突减，降低网侧谐波。

Description

一种全功率节能感应加热控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电磁感应加热领域，尤其涉及一种全功率节能感应加热控制方法及装置。
背景技术
电磁感应加热技术与传统加热手段比较，具有加热速度快、自动化程度高、可控性强、低损耗，无接触，无污染等特点。随着电力电子技术的发展，该种技术在医疗、家具、化工、军工领域有更加灵活的应用和体验。半桥型拓扑相比全桥，能够节省一组桥臂，大大节约成本，广受学者与公司关注和采纳。
半桥感应加热控制方法一般采用感性控制方法，该种方法可靠性相对较高，且保证开关损耗较低。传统方法采用不控整流或半控整流，使得母线电压无法改变，限制功率等级的提升。另一方面，半桥型逆变器受结构影响，启振较为困难。现有采用的感性调功算法，只考虑负载电流为零时进行开通，没有考虑在零电压情况下的开关控制，导致产生更多的开关损耗。
因此，迫切需要一种全功率节能感应加热控制算法，实现最大效率的节能变频控制。
发明内容
本发明实施例的目的在于一种全功率控制的节能型感应加热控制方法及装置，以解决上述技术问题。
本发明一方面提供了一种全功率控制的节能型感应加热控制方法，该方法适用于整流侧采用三相PWM整流器，逆变侧采用半桥逆变电路拓扑结构，包括：
实时获取电磁感应加热系统的参数，所述参数包括母线电压Udc、负载电流实际值iL、负载电流给定值I0及半桥逆变电路开关相位角β；
三相PWM整流器采用双闭环矢量控制，对母线电压进行调控；
通过负载电流实际值iL计算获得负载电流有效值I；
获取当PWM整流器输出的最小母线电压恒定输出给半桥逆变电路，且半桥逆变电路输出电压电流相位角β为0时的负载电流有效值Iβ0 *；
根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将电磁感应加热系统进行分段控制，使三相PWM整流器和半桥逆变电路分别运行在恒压状态和调相状态；所述恒压状态，是指三相PWM整流器的输出电压实时跟随母线电压给定值，实现负载电流有效值恒定；所述调相状态，是指通过相位角β控制半桥逆变电路开通、关断时间，实现负载电流有效值I恒定。
优选的，所述根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将电磁感应加热系统进行分段控制，具体包括：
所述根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将加热过程分为低功率段加热和高功率段加热；
在低功率段加热，半桥逆变电路运行在调相状态，通过控制半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流有效值的大小；
在高功率段加热，三相PWM整流器运行在恒压状态，通过控制母线电压来控制负载电流有效值的大小。
优选的，所述根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将加热过程分为低功率段加热和高功率段加热，具体包括：
当负载电流有效值I<(Iβ0 *-50A)时，母线电压
Figure BDA0003611960910000021
不变，为低功率段加热，其中Us为进线电压幅值；
当负载电流有效值I>(Iβ0 *+50A)时，为高功率段加热；
低功率段加热和高功率段加热可快速切换，从而实现全功率范围内的感应加热；所述低功率段加热和高功率段加热可快速切换的实现方式为：
当半桥逆变电路开关相位角β接近0时，通过快速使半桥逆变电路开关的相位角β强制为0，实现低功率段加热和高功率段加热的快速切换。
优选的，所述在低功率段加热，通过控制半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流有效值的大小，具体包括：
步骤421：控制整流侧母线电压恒定在Udc0；
步骤422：低功率段启振；
步骤423：启振完成后，计算半桥逆变电路开关的相位角β；
步骤424：根据计算出的半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流幅值。
优选的，所述根据计算出的半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流幅值，具体包括：
当负载电流由负变正时，开关Sc1导通，开会Sc2关断；整流侧电源和电容Cc1分两路同时给负载供电，分别是Sc1-R-L-Cc2-Sc1和Cc1-Sc1-R-L-Cc1回路；
经过一个相位角π-β，开关Sc1关断，由于负载处于小感性状态，负载电流通过二极管D2形成L-Cc2-D2-R-L回路续流；在流经D2过程当中，D2两端压降非常小，在此时开通开关Sc2，实现零电压开通；
当负载电流由正变负，由于开关Sc2已经导通，电感放电完毕，整流侧电源和电容Cc2分两路同时给负载反方向供电，一路为Sc2-Cc1-L-R-Sc2，另一路为Cc2-L-R-Sc2-Cc2回路；
经过一个相位角π-β，开关Sc2关断，由于负载处于小感性状态续流，形成L-R-D1-Cc1-L续流回路；在流经二极管D1过程当中，开通开关Sc1；
后面的周期重复上述过程。
优选的，所述在高功率段加热，通过控制母线电压来控制负载电流有效值的大小，具体包括：
步骤431：控制整流侧母线电压恒定在Udc0；
步骤432：高功率段启振；
步骤433：实时计算母线电压；
步骤434：通过实时改变当前时刻的母线电压给定值，来调节负载电流幅值。
优选的，所述实时计算母线电压为：
Figure BDA0003611960910000031
式中：Udc *(k)为当前时刻的母线电压给定值，ΔUdc为需要变化的电压值，Udc *(k-1)为上一时刻的母线电压给定值；
变化的电压值可以设定为：
Figure BDA0003611960910000032
式中：kp、ki为比例系数和积分系数，I0为负载电流给定值，I负载电流实时有效值。
优选的，所述低功率段启振包括，先导通开关Sc1，断开开关Sc2，让负载电流出现第一个上波谷，当正电流变为负电流时，进入启振运行状态；
在上下管切换间隔，添加一个固定的延时时间T1；所述时间T1大于死区时间，小于半个谐振周期时间；
负载电流由正到负的时刻，开关Sc1断开，延时T1再导通开关Sc2；负载电流由负到正时，断开开关Sc2，延时T1再导通开关Sc1，依次循环8ms，让负载启振。
优选的，所述高功率段启振包括，先导通开关Sc1，断开开关Sc2，让负载电流出现第一个上波谷，当正电流变为负电流时，进入启振运行状态；
在上下管切换间隔，添加一个固定的延时时间T1；所述时间T1大于死区时间，小于半个谐振周期时间；
负载电流由正到负的时刻，开关Sc1断开，延时T1再导通开关Sc2；负载电流由负到正时，断开开关Sc2，延时T1再导通开关Sc1，依次循环8ms，让负载启振。
高功率段在启振结束后将延时T1时间清除，使负载电流谐振运行。
另一方面本发明还提供了一种全功率控制的节能型感应加热控制装置，该装置包括，
三相PWM整流器、半桥逆变电路、串联谐振负载及微控制器，其中，串联谐振负载的感应线圈为电炉的感应线圈，连接在半桥逆变电路的输出端，与逆变器的桥臂电容共同承担谐振负载工作；
所述微控制器包括采集模块、双闭环矢量控制模块、有效值计算模块、获取模块及分段控制模块；
所述采集模块，用于实时获取电磁感应加热系统的参数，所述参数包括母线电压Udc、负载电流实际值iL、负载电流给定值I0及半桥逆变电路开关相位角β；
所述双闭环矢量控制模块，用于三相PWM整流器的双闭环矢量控制，对母线电压进行调控；
所述有效值计算模块，用于通过负载电流实际值iL计算获得负载电流有效值I；
所述获取模块，用于获取当PWM整流器输出的最小母线电压恒定输出给半桥逆变电路，且半桥逆变电路输出电压电流相位角β为0时的负载电流有效值Iβ0 *；
所述分段控制模块，用于根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将电磁感应加热系统进行分段控制，使三相PWM整流器和半桥逆变电路分别运行在恒压状态和调相状态；所述恒压状态，是指三相PWM整流器的输出电压实时跟随母线电压给定值，实现负载电流有效值恒定；所述调相状态，是指通过相位角β控制半桥逆变电路开通、关断时间，实现负载电流有效值I恒定。
与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明针对三相PWM整流器、半桥电磁感应加热炉系统，提出了一种全新的控制策略。该控制方法不仅能扩大输出功率范围，且能够在启振状态下不出现过流现象，极大减小了逆变侧IGBT的开关损耗；可有效应对电感内阻值变化以及电感突增突减，降低网侧谐波。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明一实施例提供的一种全功率控制的节能型感应加热控制方法流程图；
图2为本发明控制相位角β调节负载电流幅值的电流走向图；
图3为本发明一实施例提供的低功率段加热控制算法框图；
图4为本发明一实施例提供的高功率段加热控制算法框图；
图5为本发明实施例提供的种全功率控制的节能型感应加热控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图详细说明本公开的可选实施例。
如图1所示，一种全功率控制的节能型感应加热控制方法，该方法采用如下步骤：
S100:实时获取电磁感应加热系统的参数，所述参数包括母线电压Udc、负载电流实际值iL、负载电流给定值I0及半桥逆变电路开关相位角β。
S200:三相PWM整流器采用双闭环矢量控制，对母线电压进行调控。
具体的，PWM整流采用矢量控制策略，即双闭环矢量控制，双闭环指电压外环和电流内环。
采样三相进线电压Uadc和进线电流Iabc以及母线电压Udc，三相进线电压通过锁相算法可以获取电网矢量角θ，带入到abc/dq和dq/ɑβ变换当中，三相进线电流通过坐标变换得到旋转坐标系下的dq轴电流。令q轴电流给定值iq *为0。另外，实时母线电压Udc与给定值Udc *(t)的差值，经过PI调节器得到d轴电流给定值id *。
实时将dq轴电流值与dq轴电流给定值分别做差，分别经过PI调节，获得dq轴电压给定值，通过SVPWM获得开关顺序，控制(Srx(x＝1～6))开关通断，实现母线电压调控。
S300:通过负载电流实际值iL计算获得负载电流有效值I。
S400:获取当PWM整流器输出的最小母线电压恒定输出给半桥逆变电路，且半桥逆变电路输出电压电流相位角β为0时的负载电流有效值Iβ0 *。
S500:根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将电磁感应加热系统进行分段控制，使三相PWM整流器和半桥逆变电路分别运行在恒压状态和调相状态；所述恒压状态，是指三相PWM整流器的输出电压实时跟随母线电压给定值，实现负载电流有效值恒定；所述调相状态，是指通过相位角β控制半桥逆变电路开通、关断时间，实现负载电流有效值I恒定。
根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将电磁感应加热系统进行分段控制，具体包括：
所述根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将加热过程分为低功率段加热和高功率段加热；
在低功率段加热，半桥逆变电路运行在调相状态，通过控制半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流有效值的大小；
在高功率段加热，三相PWM整流器运行在恒压状态，通过控制母线电压来控制负载电流有效值的大小。
在一种可能的实现方式中，根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将加热过程分为低功率段加热和高功率段加热，具体包括：
当负载电流有效值I<(Iβ0 *-50A)时，母线电压
Figure BDA0003611960910000071
不变，为低功率段加热；
当负载电流有效值I>(Iβ0 *+50A)时，为高功率段加热；
低功率段加热和高功率段加热可快速切换，从而实现全功率范围内的感应加热。
具体的，当母线电压
Figure BDA0003611960910000072
相位角β强制为0，记录测试的负载电流有效值为Iβ0 *。当负载电流给定值I<(I0 *-50A)时，母线电压
Figure BDA0003611960910000073
不变，为低功率段加热；当负载电流给定值I＝(Iβ0 *±50A)时，此时母线电压保持不变，β强制为0；当I>(Iβ0 *+50A)时，为高功率段加热。从而实现全功率调功。
在低功率段加热，半桥逆变电路运行在调相状态，通过控制半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流有效值的大小，具体包括：
步骤421：控制整流侧母线电压恒定在Udc0；
步骤422：低功率段启振；
本申请实施例中，低功率段启振包括：
先导通开关Sc1，断开开关Sc2，让负载电流出现第一个上波谷，当正电流变为负电流时，进入启振运行状态；
在上下管切换间隔，添加一个固定的延时时间T1；所述时间T1大于死区时间，小于半个谐振周期时间；
由正到负的时刻，开关Sc1断开，延时T1再导通开关Sc2；由负到正时，断开开关Sc2，延时T1再导通开关Sc1，依次循环8ms，让负载启振。
具体的，当母线电压达到初始给定值Udc0，先导通开关Sc1，断开开关Sc2，让电流出现第一个上波谷，当正电流变为负电流时，进入启振运行状态；
为了保证启振不出现负载电流过流现象，添加启振运行状态，启振运行时间为8ms。在上下管切换间隔，添加一个固定的延时时间T1，这个时间大于死区时间，小于半个谐振周期时间。由正到负的时刻，开关Sc1断开，延时T1再导通开关Sc2；由负到正时，断开开关Sc2，延时T1再导通开关Sc1，依次循环8ms，即可让负载启振，且能降低负载电流。
步骤423：启振完成后，计算半桥逆变电路开关的相位角β；
需要说明的是，相位角β与负载电流幅值有关，对于感性调功来说，谐振频率越大，相位角π-β越小，负载电流越小；谐振频率越小，相位角π-β越大，负载电流越大。
具体的，采样电流计算出负载电流有效值I，与给定负载电流I0做差，通过PI调节器，假设PI调节器输出的变量为uout，PI限幅为umax，实时谐振频率为f。那么就可以得到：
Figure BDA0003611960910000081
其中，T(π-β)是相位角π-β在半个正弦周期内所对应的时间，实时谐振频率f可以通过采样多个电流过零点时间差获取。
步骤424：根据计算出的半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流幅值。
具体的，该种方法是提供控制相位角β调节负载电流幅值。如图2所示，假设a->b为正方向，黑色虚线为负载电流走向。
当负载电流由负变正时，开关Sc1导通，开关Sc2关断。整流侧电源和电容Cc1分两路同时给负载供电，分别是Sc1-R-L-Cc2-Sc1和Cc1-Sc1-R-L-Cc1回路，如图2(a)所示；
经过一个相位角π-β，开关Sc1关断，由于负载处于小感性状态，负载电流通过二极管D2形成L-Cc2-D2-R-L回路续流，如图2(b)所示。
需要说明的是，在流经二极管D2过程当中，二极管D2两端压降非常小，在此时开通开关Sc2，导致的开通损耗可忽略不计。因此在经过一段死区时间后开关Sc2立刻开通，实现零电压开通。
当负载电流由正变负，由于开关Sc2已经导通，电感放电完毕，整流侧电源和电容Cc2分两路同时给负载反方向供电，一路为Sc2-Cc1-L-R-Sc2，另一路为Cc2-L-R-Sc2-Cc2回路，如图2(c)所示。
经过一个相位角π-β，开关Sc2关断，由于负载处于小感性状态续流，形成L-R-D1-Cc1-L续流回路，如图2(d)所示。
需要说明的是，在流经二极管D1过程当中，二极管D1两端压降非常小，在此时开通Sc1，导致的开通损耗可忽略不计。因此在经过一段死区时间后开关Sc1立刻开通。
后面的周期重复上述过程，整体过程如图2(e)所示。
将步骤423计算的相位角β，带入步骤424中，根据计算出的半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流幅值，完成感性调功。
需要说明的是，为了加深理解，本发明实施例将低功率段加热控制通过算法框图的形式进行了进一步说明，参照图3所示。目的是为了加深对本发明方法各实施步骤的理解。
在高功率段加热，三相PWM整流器运行在恒压状态，通过控制母线电压来控制负载电流有效值的大小，具体包括：
步骤431：控制整流侧母线电压恒定在Udc0。
步骤432：高功率段启振。
本申请实施例中，启振包括：
先导通开关Sc1，断开开关Sc2，让负载电流出现第一个上波谷，当正电流变为负电流时，进入启振运行状态；
在上下管切换间隔，添加一个固定的延时时间T1；所述时间T1大于死区时间，小于半个谐振周期时间；
由正到负的时刻，开关Sc1断开，延时T1再导通开关Sc2；由负到正时，断开开关Sc2，延时T1再导通开关Sc1，依次循环8ms，让负载启振。
具体的，当母线电压达到初始给定值Udc0，先导通开关Sc1，断开开关Sc2，让电流出现第一个上波谷，当正电流变为负电流时，进入启振运行状态；
为了保证启振不出现负载电流过流现象，添加启振运行状态，启振运行时间为8ms。在上下管切换间隔，添加一个固定的延时时间T1，这个时间大于死区时间，小于半个谐振周期时间。由正到负的时刻，开关Sc1断开，延时T1再导通开关Sc2；由负到正时，断开开关Sc2，延时T1再导通开关Sc1，依次循环8ms，即可让负载启振，且能降低负载电流。
启振运行时间结束，立即将延时时间T1清0。负载电流由正到负的时刻，开关Sc1断开，开关Sc2导通；负载电流由负到正时，导通开关Sc1，断开开关Sc2，依次循环，即可让负载谐振。
需要说明的是，高功率段启振和低功率段启振的区别在于，高功率段在启振结束后将延时T1时间清除，使负载电流谐振运行。
步骤433：实时计算母线电压；
基于母线电压可以调控负载侧电流有效值，即每一时刻的电流有效值与电流有效值给定的差，都与母线电压呈线性关系。实时计算母线电压为：
Figure BDA0003611960910000101
式中：Udc *(t)为当前t时刻的母线电压给定值，ΔUdc为需要变化的电压值，Udc *(t-1)为上一时刻的母线电压给定值。
变化的电压值可以设定为：
Figure BDA0003611960910000102
式中：kp、ki为比例系数和积分系数，I0为负载电流给定值，I为负载电流实时有效值。
需要说明的是，当I与I0之间存在差值，母线电压给定发生改变，进而缩小I与I0之间的差值。当然，母线电压给定会受限幅保护，不能太大，也不能太小，最好在1.414到2倍的进线电压幅值左右。
步骤434：通过实时改变当前时刻的母线电压给定值，来调节负载电流幅值。
通过不断改变当前时刻的母线电压给定值，就能够改变负载电流峰值；逆变侧的开关管只需要进入步骤432的正常运行状态，保证在电流过零时进行开关动作，做到最大程度的降低开关损耗，实现节能效果。
需要说明的是，为了加深理解，本发明实施例将高功率段加热控制通过算法框图的形式进行了进一步说明，参照图4所示。目的是为了加深对本发明方法各实施步骤的理解。
上述低功率段加热和高功率段加热之间需要切换控制，要求在不影响系统正常运行的情况下，两种方法能够随意切换。
进一步，所述低功率段加热和高功率段加热可快速切换的实现方式为：
当半桥逆变电路开关相位角β接近0时，通过快速使半桥逆变电路开关的相位角β强制为0，实现低功率段加热和高功率段加热的快速切换。
具体的，做一次实验，母线电压
Figure BDA0003611960910000103
相位角β强制为0，记录测试的负载电流有效值为Iβ0 *。
当负载电流有效值I<(Iβ0 *-50A)时，母线电压
Figure BDA0003611960910000104
不变，采用感性调相调功的方法控制负载电流有效值；当负载电流有效值I＝(Iβ0 *±50A)时，此时母线电压保持不变，β强制为0；当I>(Iβ0 *+50A)时，采用母线电压调功方式。从而实现全功率调功。
参照图5所示，本发明一个示例性实施例一种全功率控制的节能型感应加热控制装置，该装置包括，三相PWM整流器1、半桥逆变电路2、微控制器3及串联谐振负载4。其中，串联谐振负载的感应线圈为电炉的感应线圈，连接在半桥逆变电路的输出端，与逆变器的桥臂电容共同承担谐振负载工作。
具体的，整流器为三相PWM整流桥，由六个开关管Scx(x＝1～6)，一组滤波电容Cd构成，能够实现有源功率矫正以及母线电压控制的功能；半桥逆变电路包含两个桥臂，其中一个包含两个开关管Sc1、Sc2，开关管上自带二极管D1、D2，另外一个桥臂由两个电容Cc1、Cc2构成。两桥臂的输出端连接负载电阻R以及感应线圈L。
上述拓扑的电磁感应加热装置，可基于DSP28377d的控制平台上实现与应用。
所述微控制器包括采集模块、双闭环矢量控制模块、有效值计算模块、获取模块及分段控制模块；
所述采集模块，用于实时获取电磁感应加热系统的参数，所述参数包括母线电压Udc、负载电流实际值iL、负载电流给定值I0及半桥逆变电路开关相位角β；
所述双闭环矢量控制模块，用于三相PWM整流器的双闭环矢量控制，对母线电压进行调控；
所述有效值计算模块，用于通过负载电流实际值iL计算获得负载电流有效值I；
所述获取模块，用于获取当PWM整流器输出的最小母线电压恒定输出给半桥逆变电路，且半桥逆变电路输出电压电流相位角β为0时的负载电流有效值Iβ0 *；
所述分段控制模块，用于根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将电磁感应加热系统进行分段控制，使三相PWM整流器和半桥逆变电路分别运行在恒压状态和调相状态；所述恒压状态，是指三相PWM整流器的输出电压实时跟随母线电压给定值，实现负载电流有效值恒定；所述调相状态，是指通过相位角β控制半桥逆变电路开通、关断时间，实现负载电流有效值I恒定。
进一步，分段控制模块包括低功率段加热模块和高功率段加热模块。
低功率段加热模块，用于在低功率段加热，半桥逆变电路运行在调相状态，通过控制半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流有效值的大小；
高功率段加热模块，用于三相PWM整流器运行在恒压状态，通过控制母线电压来控制负载电流有效值的大小。
进一步，当负载电流有效值I<(Iβ0 *-50A)时，母线电压
Figure BDA0003611960910000121
不变，为低功率段加热；当负载电流有效值I>(Iβ0 *+50A)时，为高功率段加热；低功率段加热和高功率段加热可快速切换，从而实现全功率范围内的感应加热。具体切换方式为：半桥逆变电路开关相位角β接近0时，通过快速使半桥逆变电路开关的相位角β强制为0，实现低功率段加热和高功率段加热的快速切换。
本发明实现了在低功率段实现感性调相调功控制，做到零电压开关；在高功率段实现调压谐振控制，做到零电流开关，并最大效率运行。采用切换算法，让两种控制模式无极切换，实现最大效率的节能变频控制。
需要说明的是，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全功率控制的节能型感应加热控制方法，该方法适用于整流侧采用三相PWM整流器，逆变侧采用半桥逆变电路拓扑结构，其特征在于：
实时获取电磁感应加热系统的参数，所述参数包括母线电压Udc、负载电流实际值iL、负载电流给定值I0及半桥逆变电路开关相位角β；
三相PWM整流器采用双闭环矢量控制，对母线电压进行调控；
通过负载电流实际值iL计算获得负载电流有效值I；
获取当PWM整流器输出的最小母线电压恒定输出给半桥逆变电路，且半桥逆变电路输出电压电流相位角β为0时的负载电流有效值Iβ0 *；
根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将电磁感应加热系统进行分段控制，使三相PWM整流器和半桥逆变电路分别运行在恒压状态和调相状态；所述恒压状态，是指三相PWM整流器的输出电压实时跟随母线电压给定值，实现负载电流有效值恒定；所述调相状态，是指通过相位角β控制半桥逆变电路开通、关断时间，实现负载电流有效值I恒定。
2.根据权利要求1所述的全功率控制的节能型感应加热控制方法，其特征在于：所述根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将电磁感应加热系统进行分段控制，具体包括：
所述根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将加热过程分为低功率段加热和高功率段加热；
在低功率段加热，半桥逆变电路运行在调相状态，通过控制半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流有效值的大小；
在高功率段加热，三相PWM整流器运行在恒压状态，通过控制母线电压来控制负载电流有效值的大小。
3.根据权利要求2所述的全功率控制的节能型感应加热控制方法，其特征在于：所述根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将加热过程分为低功率段加热和高功率段加热，具体包括：
当负载电流有效值I<(Iβ0 *-50A)时，母线电压
Figure FDA0003611960900000011
不变，为低功率段加热，其中Us为进线电压幅值；
当负载电流有效值I>(Iβ0 *+50A)时，为高功率段加热；
低功率段加热和高功率段加热可快速切换，从而实现全功率范围内的感应加热；所述低功率段加热和高功率段加热可快速切换的实现方式为：
当半桥逆变电路开关相位角β接近0时，通过快速使半桥逆变电路开关的相位角β强制为0，实现低功率段加热和高功率段加热的快速切换。
4.根据权利要求3所述的全功率控制的节能型感应加热控制方法，其特征在于：所述在低功率段加热，通过控制半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流有效值的大小，具体包括：
步骤421：控制整流侧母线电压恒定在母线电压给定Udc0；
步骤422：低功率段启振；
步骤423：启振完成后，计算半桥逆变电路开关的相位角β；
步骤424：根据计算出的半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流幅值。
5.根据权利要求4所述的全功率控制的节能型感应加热控制方法，其特征在于：所述根据计算出的半桥逆变电路开关的相位角β来调节负载电流幅值，具体包括：
当负载电流由负变正时，开关Sc1导通，开会Sc2关断；整流侧电源和电容Cc1分两路同时给负载供电，分别是Sc1-R-L-Cc2-Sc1和Cc1-Sc1-R-L-Cc1回路；
经过一个相位角π-β，开关Sc1关断，由于负载处于小感性状态，负载电流通过二极管D2形成L-Cc2-D2-R-L回路续流；在流经D2过程当中，D2两端压降非常小，在此时开通开关Sc2；
当负载电流由正变负，由于开关Sc2已经导通，电感放电完毕，整流侧电源和电容Cc2分两路同时给负载反方向供电，一路为Sc2-Cc1-L-R-Sc2，另一路为Cc2-L-R-Sc2-Cc2回路；
经过一个相位角π-β，开关Sc2关断，由于负载处于小感性状态续流，形成L-R-D1-Cc1-L续流回路；在流经二极管D1过程当中，开通开关Sc1；
后面的周期重复上述过程。
6.根据权利要求3所述的全功率控制的节能型感应加热控制方法，其特征在于：所述在高功率段加热，通过控制母线电压来控制负载电流有效值的大小，具体包括：
步骤431：控制整流侧母线电压恒定在Udc0；
步骤432：高功率段启振；
步骤433：实时计算母线电压；
步骤434：通过实时改变当前时刻的母线电压给定值，来调节负载电流幅值。
7.根据权利要求6所述的全功率控制的节能型感应加热控制方法，其特征在于：所述实时计算母线电压为：
Ud * c(k)＝ΔUdc+Ud * c(k-1)
式中：Udc *(k)为当前时刻的母线电压给定值，ΔUdc为需要变化的电压值，Udc *(k-1)为上一时刻的母线电压给定值；
变化的电压值可以设定为：
Figure FDA0003611960900000031
式中：kp、ki为比例系数和积分系数，I0为负载电流给定值，I负载电流实时有效值。
8.根据权利要求4所述的全功率控制的节能型感应加热控制方法，其特征在于：所述低功率段启振包括：
先导通开关Sc1，断开开关Sc2，让负载电流出现第一个上波谷，当正电流变为负电流时，进入启振运行状态；
在上下管切换间隔，添加一个固定的延时时间T1；所述时间T1大于死区时间，小于半个谐振周期时间；
负载电流由正到负的时刻，开关Sc1断开，延时T1再导通开关Sc2；由负到正时，断开开关Sc2，延时T1再导通开关Sc1，依次循环8ms，让负载启振。
9.根据权利要求6所述的全功率控制的节能型感应加热控制方法，其特征在于：所述高功率段启振包括，
先导通开关Sc1，断开开关Sc2，让负载电流出现第一个上波谷，当正电流变为负电流时，进入启振运行状态；
在上下管切换间隔，添加一个固定的延时时间T1；所述时间T1大于死区时间，小于半个谐振周期时间；
负载电流由正到负的时刻，开关Sc1断开，延时T1再导通开关Sc2；由负到正时，断开开关Sc2，延时T1再导通开关Sc1，依次循环8ms，让负载启振。
高功率段在启振结束后将延时时间T1清除，使负载电流谐振运行。
10.一种全功率控制的节能型感应加热控制装置，其特征在于：包括，
三相PWM整流器、半桥逆变电路、串联谐振负载及微控制器，其中，串联谐振负载的感应线圈为电炉的感应线圈，连接在半桥逆变电路的输出端，与逆变器的桥臂电容共同承担谐振负载工作；
所述微控制器包括采集模块、双闭环矢量控制模块、有效值计算模块、获取模块及分段控制模块；
所述采集模块，用于实时获取电磁感应加热系统的参数，所述参数包括母线电压Udc、负载电流实际值iL、负载电流给定值I0及半桥逆变电路开关相位角β；
所述双闭环矢量控制模块，用于三相PWM整流器的双闭环矢量控制，对母线电压进行调控；
所述有效值计算模块，用于通过负载电流实际值iL计算获得负载电流有效值I；
所述获取模块，用于获取当PWM整流器输出的最小母线电压恒定输出给半桥逆变电路，且半桥逆变电路输出电压电流相位角β为0时的负载电流有效值Iβ0 *；
所述分段控制模块，用于根据负载电流有效值Iβ0 *、母线电压Udc和负载电流有效值I，将电磁感应加热系统进行分段控制，使三相PWM整流器和半桥逆变电路分别运行在恒压状态和调相状态；所述恒压状态，是指三相PWM整流器的输出电压实时跟随母线电压给定值，实现负载电流有效值恒定；所述调相状态，是指通过相位角β控制半桥逆变电路开通、关断时间，实现负载电流有效值I恒定。
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