CN114980389A - 串联型感应加热装置动态负载匹配方法及系统 - Google Patents

串联型感应加热装置动态负载匹配方法及系统 Download PDF

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CN114980389A CN202210913220.8A CN202210913220A CN114980389A CN 114980389 A CN114980389 A CN 114980389A CN 202210913220 A CN202210913220 A CN 202210913220A CN 114980389 A CN114980389 A CN 114980389A
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Abstract

本发明涉及负载匹配技术领域，提出了串联型感应加热装置动态负载匹配方法及系统，包括根据感应加热电源逆变器的工作参数，确定调功组合的数量k值和调功方式a{k}，k为整数，且k≥1，循环执行N+1脉冲屏蔽调功，在第1~第N个周期的每一周期内，控制功率管VT1和功率管VT3、功率管VT2和功率管VT4交替导通；在第N+1个周期内，控制功率管VT1和功率管VT2交替导通或持续导通，控制功率管VT3和功率管VT4持续关断，或控制功率管VT1和功率管VT2持续关断，控制功率管VT3和功率管VT4交替导通或持续导通。采用动态脉冲屏蔽法，解决了相关技术中应加热电源负载匹配调功方式具有干扰严重、精度低、功率器件导通损耗大、输出电流稳定性差等问题。

Description

串联型感应加热装置动态负载匹配方法及系统
技术领域
本发明涉及负载匹配技术领域，具体的，涉及串联型感应加热装置动态负载匹配方法及系统。
背景技术
感应加热电源对金属材料加热效率最高、速度最快，且低耗环保。已经广泛应用于各行各业对金属材料的热加工、热处理、热装配及焊接、熔炼等工艺中。感应加热电源逆变器主要有并联逆变器和串联逆变器，串联逆变器的输出可等效为一低阻抗的电压源，对于工业加热行业的大部分负载来说，感应加热电源须经过负载阻抗匹配后才能正常工作。
感应加热电源工作在设备标定的额定电压、额定电流情况下时，设备的效率是最高的，对设备也是最安全的。当由于负载规格或焊接方式变化时，实际负载折射的等效阻抗是变化的，此时无法保证设备在额定电压电流下运行。当电压高电流小时，工作在轻载状态，可以满足加热工艺要求；当电压小电流大时，工作在重载状态，此时不但设备的功率开不出来，且进线功率因数低。负载匹配一般是解决重载情况下不匹配问题。
由于感应加热电源工作在高频状态，所以研究感应加热电源的负载匹配对提高电源效率和安全性有很大的意义，针对串联型感应加热电源的负载匹配情况，在不改变电气参数的情况下，目前的调功方式具有干扰严重、精度低、功率器件导通损耗大、输出电流稳定性差等缺点，不能很好的实现负载匹配，对感应加热电源的工作造成影响。
发明内容
本发明提出串联型感应加热装置动态负载匹配方法及系统，采用动态脉冲屏蔽法，解决了相关技术中感应加热电源负载匹配调功方式具有干扰严重、精度低、功率器件导通损耗大、输出电流稳定性差等问题。
本发明的技术方案如下：
第一方面，串联型感应加热装置动态负载匹配方法，用于控制感应加热电源逆变器，所述感应加热电源逆变器包括以H桥形式连接的功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4，所述功率管VT1和功率管VT2作为H桥的上桥臂，所述功率管VT3和功率管VT4作为H桥的下桥臂，所述功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4按照设定周期进行控制，
包括以下步骤，
根据感应加热电源逆变器的工作参数，确定调功方式的数量k值和调功方式集合a[k]；从i=0开始，循环执行N+1脉冲屏蔽调功；k和i均为整数，且k≥1；所述感应加热电源逆变器的工作参数包括功率给定值、输出电压和输出电流；
所述N+1脉冲屏蔽调功具体包括：
将ai的值赋给N；
在第1~第N个控制周期的每一控制周期内，发出逆变脉冲，控制功率管VT1和功率管VT3、功率管VT2和功率管VT4交替导通，其中功率管VT1和功率管VT3同步导通或关断，功率管VT2和功率管VT4同步导通或关断；
在第N+1个控制周期内，发出逆变脉冲，控制功率管VT1和功率管VT2交替导通或持续导通，控制功率管VT3和功率管VT4持续关断，或，在第N+1个周期内，控制功率管VT1和功率管VT2持续关断，控制功率管VT3和功率管VT4交替导通或持续导通。
更新i=i+1，如果i=k，则i=0。
第二方面，串联型感应加热装置动态负载匹配系统，包括参数调理电路、模数转换电路、控制单元和脉冲电路，所述参数调理电路的输入端用于接收感应加热电源逆变器的工作参数，所述参数调理电路的输出端通过模数转换电路连接所述控制单元，所述控制单元用于根据工作参数确定调功方式的数量k值和调功方式集合a[k]，所述控制单元连接所述脉冲电路的输入端，所述控制单元用于向所述脉冲电路发送N+1脉冲屏蔽调功信号，所述脉冲电路用于控制感应加热电源逆变器。
进一步，所述控制单元包括第一处理器、第二处理器、光纤发送电路和光纤接收电路，所述第一处理器连接所述光纤发送电路，所述第二处理器连接所述光纤接收电路，所述第一处理器连接所述模数转换电路的输出端，所述第二处理器连接所述脉冲电路的输入端。
进一步，还包括拨码开关电路，所述拨码开关电路连接所述第二处理器。
进一步，所述参数调理电路包括运放U3B、运放U4B和运放U5B，
所述运放U3B的同相输入端依次串联电阻R45、电阻R44后连接感应加热电源电位器，所述运放U3B的反相输入端连接运放U3B的输出端，所述运放U3B的输出端通过电阻R46连接所述模数转换电路的第一输入端；
所述运放U4B的同相输入端依次串联电阻R25、电阻R24后连接电流传感器，所述电流传感器用于采集感应加热电源逆变器的工作电流，所述运放U4B的反相输入端通过电阻R32接地，所述运放U4B的反相输入端通过电阻R35连接运放U4B的输出端，所述运放U4B的输出端通过电阻R27连接所述模数转换电路的第二输入端；
所述运放U5B的同相输入端依次串联电阻R37、电阻R36后连接电压传感器，所述电压传感器用于采集感应加热电源逆变器的工作电压，所述运放U5B的反相输入端通过电阻R42接地，所述运放U5B的反相输入端通过电阻R47连接运放U5B的输出端，所述运放U5B的输出端通过电阻R37连接所述模数转换电路的第三输入端。
进一步，所述脉冲电路包括隔离器Q100、缓冲器U1A、驱动器U3、开关管Q1和开关管Q2，所述隔离器Q100的输入端连接所述控制单元，所述隔离器Q100的输出端连接所述缓冲器U1A的输出入端，所述缓冲器U1A的输出端连接所述驱动器U3的输入端，所述驱动器U3的输出端连接所述开关管Q1的栅极，所述开关管Q1的源极连接15V电源，所述开关管Q1的漏极连接电阻RA1的第一端，所述驱动器U3的输出端连接所述开关管Q2的栅极，所述开关管Q2的源极接地，所述开关管Q2的漏极连接电阻RA2的第一端，电阻RA1的第二端和电阻RA2的第二端均连接感应加热电源逆变器中功率管的栅极。
进一步，还包括负压电路，所述负压电路包括电阻R10、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、电容CP3、电容C1和电容C3，所述电阻R10的第一端连接15V电源，所述电阻R10的第二端依次串联二极管D10、二极管D9、二极管D8、二极管D7、二极管D6和二极管D5后接地，所述二极管D10、二极管D9、二极管D8、二极管D7、二极管D6和二极管D5的导通方向均由电阻R10指向地，所述电容CP3的正极连接15V电源，所述电容CP3的负极连接所述电阻R10的第二端，所述电容C1的正极连接15V电源，所述电容C1的负极连接所述电阻R10的第二端，所述电容C3的正极连接15V电源，所述电容C3的负极连接所述电阻R10的第二端，所述电阻R10的第二端连接感应加热电源逆变器中功率管的漏极。
进一步，所述光纤发送电路包括与门驱动器U10和光纤发射器TX1，所述与门驱动器U10的第一输入端连接所述第一处理器，所述与门驱动器U10的第二输入端连接5V电源，所述与门驱动器U10的第一输出端通过电阻R70连接光纤发射器TX1的输入端，所述与门驱动器U10的第二输出端接地。
进一步，所述光纤接收电路包括光纤接收器GX、频压转换器U14和模数转换器UX2，所述光纤接收器GX的输出端连接电容C40的第一端，电容C40的第二端连接所述频压转换器U14的输入端，所述频压转换器U14的输出端通过电阻R176连接所述模数转换器UX2的输入端，所述模数转换器UX2的数据端连接所述第二处理器。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明通过检测感应加热电源逆变器的工作参数，确定调功方式集合a[k]，调功方式集合a[k]中包括多个不同的（N+1脉冲屏蔽）调功方式，并通过不同调功方式的动态组合，调节逆变脉冲的占空比来调节感应加热电源的实际输出功率，从而实现了在不改变电气参数的情况下进行负载匹配调节。同时通过不同的屏蔽组合，减小级差，降低了电流波动，使调功更连续。
2、在每个屏蔽周期，功率管VT1和功率管VT2持续导通、功率管VT3和功率管VT4持续关断，减少了功率器件开通关断次数，增加了功率管的寿命。
3、在屏蔽周期内，上桥臂（功率管VT1和功率管VT2）和下桥臂（功率管VT3和功率管VT4）交替工作，在一定程度上减少了单个功率器件的集中损耗，增加功率器件寿命。
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。
附图说明
图1为本发明中感应加热电源逆变器的示意图；
图2为本发明中实施例1脉冲信号示意图；
图3为本发明中实施例2脉冲信号示意图；
图4为本发明中实施例3脉冲信号示意图；
图5为本发明中实施例4脉冲信号示意图；
图6为本发明中实施例5脉冲信号示意图；
图7为本发明中实施例6脉冲信号示意图；
图8为本发明中参数调理电路的电路图；
图9为本发明中模数转换电路的电路图；
图10为本发明中脉冲电路的电路图；
图11为本发明中负压电路的电路图
图12为本发明中光纤发送电路的电路图；
图13为本发明中光纤接收电路的电路图；
图14为本发明中拨码开关电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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他实施例，都涉及本发明保护的范围。
第一方面，本发明提出了串联型感应加热装置动态负载匹配方法，用于控制感应加热电源逆变器，通过动态调节逆变脉冲的占空比，等效于自动改变负载阻抗值，来调节感应加热电源的输出功率，从而实现在不改变电气参数的情况下进行负载匹配调节。
如图1所示，感应加热电源逆变器包括以H桥形式连接的功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4，功率管VT1和功率管VT2作为H桥的上桥臂，功率管VT3和功率管VT4作为H桥的下桥臂。正常工作时，功率管VT1、功率管VT3与功率管VT2、功率管VT4对角臂轮流导通，功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4按照设定周期进行控制。
实施例1
本实施例中的控制方法包括以下步骤，
S100：根据感应加热电源逆变器的工作参数，工作参数包括逆变器输出电压、电流和电位器的给定值，确定调功方式的数量k值和调功方式集合a[k]，k为整数，且k≥1；
根据感应加热电源逆变器的输出功率，确定N的值（N=1，2，3，4）；
S200：从i=0开始，将ai的值赋给N；
S300：在第1~第N个控制周期的每一控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT3、功率管VT2和功率管VT4交替导通，其中功率管VT1和功率管VT3同步导通或关断，功率管VT2和功率管VT4同步导通或关断；
S400：在第N+1个控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT2交替导通，控制功率管VT3和功率管VT4持续关断；
S500：更新i=i+1，将ai的值赋给N，重复执行S300~S400，直到i=k-1；
S600：重复执行S200~S500。
如图2所示，以k=1，a0=3为例，此时N=3，当进行功率调节时，功率管VT1、功率管VT3与功率管VT2、功率管VT4轮流导通三个周期后，发出屏蔽脉冲，在t12阶段（即第N+1周期）的电流（正弦曲线所示）正半周，电流正向流动，此时VT1和VD2构成电流回路；在电流负半周，电流反向流动，此时VT2和VD1构成电流回路。循环这一过程，通过动态调节逆变脉冲的占空比，实现负载匹配。
实施例2
本实施例中的控制方法包括以下步骤，
S100：根据感应加热电源逆变器的工作参数，工作参数包括逆变器输出电压、电流和电位器的给定值，确定调功方式的数量k值和调功方式集合a[k]，k为整数，且k≥1；
S200：从i=0开始，将ai的值赋给N；
S300：在第1~第N个控制周期的每一控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT3、功率管VT2和功率管VT4交替导通，其中功率管VT1和功率管VT3同步导通或关断，功率管VT2和功率管VT4同步导通或关断；
S400：在第N+1个控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT2持续关断，控制功率管VT3和功率管VT4交替导通；
S500：更新i=i+1，将ai的值赋给N，重复执行S300~S400，直到i=k-1；
S600：重复执行S200~S500。
如图3所示，以k=1，a0=3为例，此时N=3，当进行功率调节时，功率管VT1、功率管VT3与功率管VT2、功率管VT4轮流导通三个周期后，发出屏蔽脉冲，在t12阶段（即第N+1周期）的电流（正弦曲线所示）正半周，电流正向流动，此时VT3和VD4构成电流回路；在电流下半周，电流反向流动，此时VT4和VD3构成电流回路。循环这一过程，通过动态调节逆变脉冲的占空比，实现负载匹配。
实施例3
本实施例中的控制方法包括以下步骤，
S100：根据感应加热电源逆变器的工作参数，工作参数包括逆变器输出电压、电流和电位器的给定值，确定调功方式的数量k值和调功方式集合a[k]，k为整数，且k≥1；
S200：从i=0开始，将ai的值赋给N；
S300：在第1~第N个控制周期的每一控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT3、功率管VT2和功率管VT4交替导通，其中功率管VT1和功率管VT3同步导通或关断，功率管VT2和功率管VT4同步导通或关断；
S400：在第N+1控制个周期内，控制功率管VT1和功率管VT2持续导通，控制功率管VT3和功率管VT4持续关断；
S500：更新i=i+1，将ai的值赋给N，重复执行S300~S400，直到i=k-1；
S600：重复执行S200~S500。
如图4所示，以k=1，a0=3为例，此时N=3，当进行功率调节时，功率管VT1、功率管VT3与功率管VT2、功率管VT4轮流导通三个周期后，发出屏蔽脉冲，在t12阶段（即第N+1周期）的电流（正弦曲线所示）正半周，电流正向流动，此时VT1和VD2构成电流回路；在电流下半周，电流反向流动，此时VT2和VD1构成电流回路。循环这一过程，通过动态调节逆变脉冲的占空比，实现负载匹配。
本实施例中，在屏蔽周期内，功率管VT1和功率管VT2持续导通，减少功率器件开通关断次数，提高了功率管的使用寿命。
实施例4
本实施例中的控制方法包括以下步骤，
S100：根据感应加热电源逆变器的工作参数，工作参数包括逆变器输出电压、电流和电位器的给定值，确定调功方式的数量k值和调功方式集合a[k]，k为整数，且k≥1；
S200：从i=0开始，将ai的值赋给N；
S300：在第1~第N个控制周期的每一控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT3、功率管VT2和功率管VT4交替导通，其中功率管VT1和功率管VT3同步导通或关断，功率管VT2和功率管VT4同步导通或关断；
S400：在第N+1个控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT2持续关断，控制功率管VT3和功率管VT4持续导通；
S500：更新i=i+1，将ai的值赋给N，重复执行S300~S400，直到i=k-1；
S600：重复执行S200~S500。
如图5所示，以k=1，a0=3为例，此时N=3，当进行功率调节时，功率管VT1、功率管VT3与功率管VT2、功率管VT4轮流导通三个周期后，发出屏蔽脉冲，在t12阶段（即第N+1周期）的电流（正弦曲线所示）正半周，电流正向流动，此时VT3和VD4构成电流回路；在电流下半周，电流反向流动，此时VT4和VD3构成电流回路。循环这一过程，通过动态调节逆变脉冲的占空比，实现负载匹配。
本实施例中，在屏蔽周期内，功率管VT3和功率管VT4持续导通，减少功率器件开通关断次数，提高了功率管的使用寿命。
实施例5
本实施例中的控制方法包括以下步骤，
S100：根据感应加热电源逆变器的工作参数，工作参数包括逆变器输出电压、电流和电位器的给定值，确定调功方式的数量k值和调功方式集合a[k]，k为整数，且k≥1；
S200：从i=0开始，将ai的值赋给N；
S300：在第1~第N个控制周期的每一控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT3、功率管VT2和功率管VT4交替导通，其中功率管VT1和功率管VT3同步导通或关断，功率管VT2和功率管VT4同步导通或关断；
S400：在第N+1个周期内，控制功率管VT1和功率管VT2持续导通，控制功率管VT3和功率管VT4持续关断；
S500：更新i=i+1，将ai的值赋给N；
S600：在第1~第N个控制周期的每一控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT3、功率管VT2和功率管VT4交替导通，其中功率管VT1和功率管VT3同步导通或关断，功率管VT2和功率管VT4同步导通或关断；
S700：在第N+1个周期内，控制功率管VT1和功率管VT2持续关断，控制功率管VT3和功率管VT4持续导通；
S800：更新i=i+1，将ai的值赋给N，重复执行S300~S700，直到i=k-1；
S900：重复执行S200~S800。
如图6所示，以k=2，a0=3，a1=3为例，此时两个组合的N=3，当进行功率调节时，功率管VT1、功率管VT3与功率管VT2、功率管VT4轮流导通三个周期后，发出屏蔽脉冲，在t12阶段（即第N+1周期）的电流（正弦曲线所示）正半周，电流正向流动，此时VT1和VD2构成电流回路；在电流下半周，电流反向流动，此时VT2和VD1构成电流回路。然后功率管VT1、功率管VT3与功率管VT2、功率管VT4轮流导通三个周期后，发出屏蔽脉冲，在t34阶段（即第2N+2周期）的电流（正弦曲线所示）正半周，电流正向流动，此时VT3和VD4构成电流回路；在电流下半周，电流反向流动，此时VT4和VD3构成电流回路。
本实施例中，在屏蔽周期内，功率管VT1和功率管VT2持续导通、功率管VT3和功率管VT4均持续导通，减少功率器件开通关断次数，提高了功率管的使用寿命。并且采用上下循环轮换工作的方法，在一定程度上减少了功率器件损耗，增加功率器件寿命。
实施例6
本实施例中的控制方法包括以下步骤，
S100：根据感应加热电源逆变器的工作参数，工作参数包括逆变器输出电压、电流和电位器的给定值，确定调功方式的数量k值和调功方式集合a[k]，k为整数，且k≥1；
S200：从i=0开始，将ai的值赋给N；
S300：在第1~第N个控制周期的每一控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT3、功率管VT2和功率管VT4交替导通，其中功率管VT1和功率管VT3同步导通或关断，功率管VT2和功率管VT4同步导通或关断；
S400：在第N+1个控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT2持续关断，控制功率管VT3和功率管VT4持续导通；
S500：更新i=i+1，将ai的值赋给N；
S600：在第1~第N个控制周期的每一控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT3、功率管VT2和功率管VT4交替导通，其中功率管VT1和功率管VT3同步导通或关断，功率管VT2和功率管VT4同步导通或关断；
S700：在第N+1个控制周期内，控制功率管VT1和功率管VT2持续导通，控制功率管VT3和功率管VT4持续关断；
S800：更新i=i+1，将ai的值赋给N，重复执行S300~S700，直到i=k-1；
S900：重复执行S200~S800。
如图7所示，以k=2，a0=3，a1=3为例，此时两个组合的N=3，当进行功率调节时，功率管VT1、功率管VT3与功率管VT2、功率管VT4轮流导通三个周期后，发出屏蔽脉冲，在t12阶段（即第N+1周期）的电流（正弦曲线所示）正半周，电流正向流动，此时VT3和VD4构成电流回路；在电流下半周，电流反向流动，此时VT4和VD3构成电流回路。然后功率管VT1、功率管VT3与功率管VT2、功率管VT4轮流导通三个周期后，发出屏蔽脉冲，在t34阶段（即第2N+2周期）的电流（正弦曲线所示）正半周，电流正向流动，此时VT1和VD2构成电流回路；在电流下半周，电流反向流动，此时VT2和VD1构成电流回路。
本实施例中，在屏蔽周期内，功率管VT1和功率管VT2持续导通、功率管VT3和功率管VT4均持续导通，减少功率器件开通关断次数，提高了功率管的使用寿命。并且采用上下循环轮换工作的方法，在一定程度上减少了功率器件损耗，增加功率器件寿命。
本发明采用的脉冲屏蔽控制技术使功率器件一直工作在谐振软开关状态，开关损耗最低。设备功率因数恒定最高（大于0.92），谐波电流相对最小，针对整线配置，不需要再增加额外的无功补偿和谐波消除装置，减小了供电变压器容量，同时也降低了进线电缆损耗。而常规的调频控制、脉冲移相控制等逆变调功方式，运行环境破坏了功率器件的谐振软开关条件，在实现部分负载匹配（一般不大于30%）功能时，增大了开关损耗，降低了设备的安全性和可靠性。
当N=1时，脉冲屏蔽调功方式为1+1时，输出功率；
当N=2时，脉冲屏蔽调功方式为2+1时，输出功率；
当N=3时，脉冲屏蔽调功方式为3+1时，输出功率；
当N=4时，脉冲屏蔽调功方式为4+1时，输出功率……
理论上N值可以取到255，但在实际生产使用时，根据实际要求选择合适的N值。当需要输出的功率无法由单组脉冲屏蔽方式达到时，需要采取动态组合的方式，例如一组2+1调功方式和一组3+1调功方式循环进行。此时调功组合的数量k=2，调功方式a1=2，a2=3.
例如感应加热电源需要输出功率为30%，确定调功方式的数量k值为4，调功方式集合a[k]分别为a0 =1、a1 =2、a2 =2、a3 =2，因此将1+1、2+1、2+1、2+1三个周期的调功方式组合到一起，循环执行此组合，实现30%的输出功率。
第二方面，本发明提出了串联型感应加热装置动态负载匹配系统，包括参数调理电路、模数转换电路、控制单元和脉冲电路，参数调理电路的输入端用于接收感应加热电源逆变器的工作参数，参数调理电路的输出端通过模数转换电路连接控制单元，控制单元用于根据工作参数确定调功方式的数量k值和调功方式集合a[k]，控制单元连接脉冲电路的输入端，控制单元用于向脉冲电路发送N+1脉冲屏蔽调功信号，脉冲电路用于控制感应加热电源逆变器。
通过参数调理电路将感应加热电源逆变器的工作参数信号转换成电信号输入给控制单元，根据工作参数，控制单元向脉冲电路输出相应的信号，驱动逆变器工作，改变输出功率，实现负载匹配。
进一步，
控制单元包括第一处理器、第二处理器、光纤发送电路和光纤接收电路，第一处理器连接光纤发送电路，第二处理器连接光纤接收电路，第一处理器连接模数转换电路的输出端，第二处理器连接脉冲电路的输入端。还包括拨码开关电路，拨码开关电路连接第二处理器。
如图14所示，拨码开关电路用于设定脉冲屏蔽基值，根据面向不同领域不同额定功率的负载，通过人为调整，选择合适的初始脉冲屏蔽数量，即电器初始工作下执行的脉冲屏蔽调功方式。
进一步，
如图8所示，参数调理电路包括运放U3B、运放U4B和运放U5B，
运放U3B的同相输入端依次串联电阻R45、电阻R44后连接感应加热电源电位器，运放U3B的反相输入端连接运放U3B的输出端，运放U3B的输出端通过电阻R46连接模数转换电路的第一输入端；
运放U4B的同相输入端依次串联电阻R25、电阻R24后连接电流传感器，电流传感器用于采集感应加热电源逆变器的工作电流，运放U4B的反相输入端通过电阻R32接地，运放U4B的反相输入端通过电阻R35连接运放U4B的输出端，运放U4B的输出端通过电阻R27连接模数转换电路的第二输入端；
运放U5B的同相输入端依次串联电阻R37、电阻R36后连接电压传感器，电压传感器用于采集感应加热电源逆变器的工作电压，运放U5B的反相输入端通过电阻R42接地，运放U5B的反相输入端通过电阻R47连接运放U5B的输出端，运放U5B的输出端通过电阻R37连接模数转换电路的第三输入端。
如图9所示，模数转换电路包括模数转换芯片U7。
通过运放U3B将感应加热电源电位器的给定值转换成电压信号，通过电压互感器采集逆变器的输出电压、通过电流互感器采集逆变器的输出电流，通过运放U4B采集输出电压信号、通过运放运放U5B采集输出电流信号并进行放大。经过参数调理电路处理过的三路信号通过模数转换电路，将模拟电压信号转成数字信号发送至第一处理器。其中，电位器是感应加热电源的一部分，操作工根据负载的加热状态及负载运行速度，手动调节电位器给定控制功率输出，电位器给定的输入量越大，输出功率越大。
进一步，
如图10所示，脉冲电路包括隔离器Q100、缓冲器U1A、驱动器U3、开关管Q1和开关管Q2，隔离器Q100的输入端连接控制单元，隔离器Q100的输出端连接缓冲器U1A的输出入端，缓冲器U1A的输出端连接驱动器U3的输入端，驱动器U3的输出端连接开关管Q1的栅极，开关管Q1的源极连接15V电源，开关管Q1的漏极连接电阻RA1的第一端，驱动器U3的输出端连接开关管Q2的栅极，开关管Q2的源极接地，开关管Q2的漏极连接电阻RA2的第一端，电阻RA1的第二端和电阻RA2的第二端均连接感应加热电源逆变器中功率管的栅极。
脉冲电路将第二处理器输出的数字信号通过隔离器Q100进行数字隔离输出，之后经过缓冲器U1A缓冲整形后，经过驱动器U3和开关管Q1、开关管Q2进行推挽放大后输出，输出的信号通过接线端子JA1加到逆变器的功率管栅极和漏极，控制逆变器的输出功率。
进一步，
如图11所示，还包括负压电路，负压电路包括电阻R10、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、电容CP3、电容C1和电容C3，电阻R10的第一端连接15V电源，电阻R10的第二端依次串联二极管D10、二极管D9、二极管D8、二极管D7、二极管D6和二极管D5后接地，二极管D10、二极管D9、二极管D8、二极管D7、二极管D6和二极管D5的导通方向均由电阻R10指向地，电容CP3的正极连接15V电源，电容CP3的负极连接电阻R10的第二端，电容C1的正极连接15V电源，电容C1的负极连接电阻R10的第二端，电容C3的正极连接15V电源，电容C3的负极连接电阻R10的第二端，电阻R10的第二端连接感应加热电源逆变器中功率管的漏极。
在功率管关断（屏蔽）期间，由负压电路产生负压信号加到功率管的漏极，保证功率管可靠关断。
在实际使用生产中，参数调理电路、模数转换电路、第一处理器和光纤发送电路集成在第一块控制板上，光纤接收电路、第二处理器和拨码开关集成在第二块控制板上，两个控制板之间通过光纤进行远程的信号传输。脉冲电路和负压电路集成在驱动板上，与第二块控制板电连接，由第二处理器向脉冲电路发送控制信号。
进一步，
如图12所示，光纤发送电路包括与门驱动器U10和光纤发射器TX1，与门驱动器U10的第一输入端连接第一处理器，与门驱动器U10的第二输入端连接5V电源，与门驱动器U10的第一输出端通过电阻R70连接光纤发射器TX1的输入端，与门驱动器U10的第二输出端接地。
第一处理器将接收到的感应加热电源工作参数的数字信号进行处理，转换成0-10KHz的GX1频率信号输出，通过与门驱动器U10和光纤发射器TX1将该信号发射给光线接收器GX。
进一步，
如图13所示，光纤接收电路包括光纤接收器GX、频压转换器U14和模数转换器UX2，光纤接收器GX的输出端连接电容C40的第一端，电容C40的第二端连接频压转换器U14的输入端，频压转换器U14的输出端通过电阻R176连接模数转换器UX2的输入端，模数转换器UX2的数据端连接第二处理器。
光纤接收器GX接收光纤发送器TX1发射的信号，通过频压转换器U4将频率信号转换为电平信号，再经过模数转换器UX2将模拟电平信号转换成数字信号，发送给第二处理器。第二处理器通过采集的工作参数，脉冲电路输出相应的控制信号。
针对串联型感应加热电源的负载匹配情况，在不自动改变电气参数的情况下，目前市场上主要有以下几种调功方式：
可控硅移相调功：该控制方式通过调节可控硅的脉冲相位来调节整流侧的输出直流电压大小，针对某一种规格负载调好相应的电气参数，当更换负载规格后，加热电源的负载匹配情况会变差，匹配重时，直流电压达不到额定值，进线侧功率因数低。
直流斩波调功：该控制通过在整流单元与逆变单元中间增加斩波单元来实现对逆变侧输入电压的调节，可以有效的提高进线侧的功率因数。但斩波器件的开关损耗大，斩波单元效率低，电磁干扰严重；同时该方案多应用在小功率设备上（200kW及以下），无法满足大功率设备的使用要求。
调频调功：该控制方式通过调节逆变谐振频率来调节负载匹配状态。对于串联设备而言，当逆变频率偏离谐振频率时，其等效阻抗以指数形式增大，由于阻抗变化的非线性，无法实现给定与反馈的线性对应，调节的非线性变化给实际给定操作带来很大的不便；同时该方式的功率调节范围小，精度不高，无法线性调节，多应用在中低频对精度要求不高的场合。
移相调功：该控制方式通过调节逆变脉冲的相位关系来调节逆变输出电压的大小，可实现较高的进线功率因数，但由于采用脉冲相位调节，其内部换流造成功率器件导通损耗变大，输出电流谐波成分高。
脉冲密度调功：该控制方式通过调节脉冲的密度来实现对逆变功率的调节，即根据当前的电压电流比与给定对比，在某个区间自动丢掉一部分脉冲。该方式能够保证逆变功率器件始终工作在零电压开关和零电流开关状态。但当需要功率闭环控制时，工作稳定性差。当轻载时，负载电流容易出现波动甚至断续，使逆变电路无法完成对负载谐振频率的跟踪，给相位锁定带来困难。其多应用在对温度变化要求不高的场合（比如电磁炉加热）。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.串联型感应加热装置动态负载匹配方法，用于控制感应加热电源逆变器，所述感应加热电源逆变器包括以H桥形式连接的功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4，所述功率管VT1和功率管VT2作为H桥的上桥臂，所述功率管VT3和功率管VT4作为H桥的下桥臂，所述功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4按照设定周期进行控制，
其特征在于，包括以下步骤，
根据感应加热电源逆变器的工作参数，确定调功方式的数量k值和调功方式集合a[k]；从i=0开始，循环执行N+1脉冲屏蔽调功；k和i均为整数，且k≥1；所述感应加热电源逆变器的工作参数包括功率给定值、输出电压和输出电流；
所述N+1脉冲屏蔽调功具体包括：
将ai的值赋给N；
在第1~第N个控制周期的每一控制周期内，发出逆变脉冲，控制功率管VT1和功率管VT3、功率管VT2和功率管VT4交替导通，其中功率管VT1和功率管VT3同步导通或关断，功率管VT2和功率管VT4同步导通或关断；
在第N+1个控制周期内，发出逆变脉冲，控制功率管VT1和功率管VT2交替导通或持续导通，控制功率管VT3和功率管VT4持续关断，或，在第N+1个周期内，控制功率管VT1和功率管VT2持续关断，控制功率管VT3和功率管VT4交替导通或持续导通；
更新i=i+1，如果i=k，则i=0。
2.串联型感应加热装置动态负载匹配系统，其特征在于，包括参数调理电路、模数转换电路、控制单元和脉冲电路，所述参数调理电路的输入端用于接收感应加热电源逆变器的工作参数，所述参数调理电路的输出端通过模数转换电路连接所述控制单元，所述控制单元用于根据工作参数确定调功方式的数量k值和调功方式集合a[k]，所述控制单元连接所述脉冲电路的输入端，所述控制单元用于向所述脉冲电路发送N+1脉冲屏蔽调功信号，所述脉冲电路用于控制感应加热电源逆变器。
3.根据权利要求2所述的串联型感应加热装置动态负载匹配系统，其特征在于，所述控制单元包括第一处理器、第二处理器、光纤发送电路和光纤接收电路，所述第一处理器连接所述光纤发送电路，所述第二处理器连接所述光纤接收电路，所述第一处理器连接所述模数转换电路的输出端，所述第二处理器连接所述脉冲电路的输入端。
4.根据权利要求3所述的串联型感应加热装置动态负载匹配系统，其特征在于，还包括拨码开关电路，所述拨码开关电路连接所述第二处理器。
5.根据权利要求2所述的串联型感应加热装置动态负载匹配系统，其特征在于，所述参数调理电路包括运放U3B、运放U4B和运放U5B，
所述运放U3B的同相输入端依次串联电阻R45、电阻R44后连接感应加热电源电位器，所述运放U3B的反相输入端连接运放U3B的输出端，所述运放U3B的输出端通过电阻R46连接所述模数转换电路的第一输入端；
所述运放U4B的同相输入端依次串联电阻R25、电阻R24后连接电流传感器，所述电流传感器用于采集感应加热电源逆变器的工作电流，所述运放U4B的反相输入端通过电阻R32接地，所述运放U4B的反相输入端通过电阻R35连接运放U4B的输出端，所述运放U4B的输出端通过电阻R27连接所述模数转换电路的第二输入端；
所述运放U5B的同相输入端依次串联电阻R37、电阻R36后连接电压传感器，所述电压传感器用于采集感应加热电源逆变器的工作电压，所述运放U5B的反相输入端通过电阻R42接地，所述运放U5B的反相输入端通过电阻R47连接运放U5B的输出端，所述运放U5B的输出端通过电阻R37连接所述模数转换电路的第三输入端。
6.根据权利要求2所述的串联型感应加热装置动态负载匹配系统，其特征在于，所述脉冲电路包括隔离器Q100、缓冲器U1A、驱动器U3、开关管Q1和开关管Q2，所述隔离器Q100的输入端连接所述控制单元，所述隔离器Q100的输出端连接所述缓冲器U1A的输出入端，所述缓冲器U1A的输出端连接所述驱动器U3的输入端，所述驱动器U3的输出端连接所述开关管Q1的栅极，所述开关管Q1的源极连接15V电源，所述开关管Q1的漏极连接电阻RA1的第一端，所述驱动器U3的输出端连接所述开关管Q2的栅极，所述开关管Q2的源极接地，所述开关管Q2的漏极连接电阻RA2的第一端，电阻RA1的第二端和电阻RA2的第二端均连接感应加热电源逆变器中功率管的栅极。
7.根据权利要求6所述的串联型感应加热装置动态负载匹配系统，其特征在于，还包括负压电路，所述负压电路包括电阻R10、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、电容CP3、电容C1和电容C3，所述电阻R10的第一端连接15V电源，所述电阻R10的第二端依次串联二极管D10、二极管D9、二极管D8、二极管D7、二极管D6和二极管D5后接地，所述二极管D10、二极管D9、二极管D8、二极管D7、二极管D6和二极管D5的导通方向均由电阻R10指向地，所述电容CP3的正极连接15V电源，所述电容CP3的负极连接所述电阻R10的第二端，所述电容C1的正极连接15V电源，所述电容C1的负极连接所述电阻R10的第二端，所述电容C3的正极连接15V电源，所述电容C3的负极连接所述电阻R10的第二端，所述电阻R10的第二端连接感应加热电源逆变器中功率管的漏极。
8.根据权利要求3所述的串联型感应加热装置动态负载匹配系统，其特征在于，所述光纤发送电路包括与门驱动器U10和光纤发射器TX1，所述与门驱动器U10的第一输入端连接所述第一处理器，所述与门驱动器U10的第二输入端连接5V电源，所述与门驱动器U10的第一输出端通过电阻R70连接光纤发射器TX1的输入端，所述与门驱动器U10的第二输出端接地。
9.根据权利要求3所述的串联型感应加热装置动态负载匹配系统，其特征在于，所述光纤接收电路包括光纤接收器GX、频压转换器U14和模数转换器UX2，所述光纤接收器GX的输出端连接电容C40的第一端，电容C40的第二端连接所述频压转换器U14的输入端，所述频压转换器U14的输出端通过电阻R176连接所述模数转换器UX2的输入端，所述模数转换器UX2的数据端连接所述第二处理器。
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