CN1585570A - 全固态高频感应加热设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高频感应加热设备，特别是工业热处理行业中的全固态高频感应加热设备。它包括交流桥式整流电路，控制电路，功率合成电路，LC振荡电路，感应加热器，冷却器，功率合成电路包括频率控制电路、缓冲级、前置驱动级、驱动级和功率放大级，功率合成电路将功率合成后，输出给LC振荡电路，所述的前置驱动级、驱动级、功率放大级由功率模块单元组成，各个功率模块单元输出经功率合成电路合成后，输出给LC振荡电路，在LC振荡电路中，高频淬火变压器的初级线圈L与振荡电容C连接成并联谐振电路，高频淬火变压器的次级与感应加热器相连。它具有造价低，工作效率高，可靠性强，使用寿命长，维护成本低，频率范围宽，单机功率大的优点。

Description

全固态高频感应加热设备

(一)、技术领域

本发明涉及一种高频感应加热设备，特别是工业热处理行业中的全固态高频感应加热设备。

(二)、背景技术

目前，我国设计和制造的高频感应加热设备，大都采用电子管高频感应加热设备，这种设备不仅存在能量损耗大工作效率低(＜45％)，工作电压高(上万伏)，负载稳定性差，占地面积大，而且存在使用前需要预热，电子管使用寿命短，设备维护费用高等缺陷。

从20世纪80年代起，随着大功率半导体器件的发展和微电子技术、控制技术的提高，发达国家在研制全固态高频电源方面取得了很大进展。目前作为高频电源功率开关器件主要有功率MOSFET和SIT，由于SIT存在高通态损耗(SIT工作于非饱和区)，而且制造工艺复杂、成本高、价格昂贵、工作频率限制在200kHz以下等缺陷，因此欧美国家采用的高频器件以MOSFET为主。国内从“八.五”计划开始研制全固态电源，现以取得较大进展，但在设备的大容量化和高频化上与国外发达国家水平相比仍存在较大差距。国内一些研究机构及制造厂家，在研究和制造全固态高频感应加热设备上，仍然是在原有的电子管高频感应加热设备技术基础上，沿用传统的设计思维方式，使其在高频化、大容量化、高效率和设备可靠性等技术方面受到很多局限，存在相当多的困难。

(三)、发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种全固态高频感应加热设备，它造价低，工作效率高，可靠性强，使用寿命长，维护成本低，频率范围宽，单机功率大的全固态高频感应加热设备。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：它包括交流桥式整流电路，控制电路，功率合成电路，LC振荡电路，感应加热器，冷却器，功率合成电路包括频率控制电路、缓冲级、前置驱动级、驱动级和功率放大级，功率合成电路将功率合成后，输出给LC振荡电路，所述的前置驱动级、驱动级、功率放大级由功率模块单元组成，每一功率模块单元都是一个独立工作体，根据不同的功率要求，配置相应数量的功率模块单元，各个功率模块单元输出经功率合成电路合成后，输出给LC振荡电路，在LC振荡电路中，高频淬火变压器的初级线圈L与振荡电容C连接成并联谐振电路，高频淬火变压器的次级与感应加热器相连。

在初级线圈L中设有多组抽头，选定其中一个抽头与功率合成电路输出的一端相连。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1、结构简捷，本发明中采用具有独特设计的功率模块单元，使构成整机的部件种类大大减少，备件简单，为维护工作带来极大方便。2、由于全部采用半导体器件，整机寿命长。3、可靠性高，具有独特的线路设计，采用的功率模块单元构成了功率合成电路，每一功率模块单元都是一个独立工作体，即使若干功率模块单元损坏也不会造成设备工作中断，使设备的可靠运行获得了实质性的提高。4、整机效率高，功率模块单元是由晶体管及其他辅助半导体器件构成，结构紧凑，自身损耗小，整机效率可达85％以上。5、工作频率高，目前最高可达1000kHz。解决了国内在这一技术领域长期困扰的实现高频化的技术难题。6、实现大容量化，单机功率可达200kW。由于具有独特的线路设计，容易实现并机，通过并机网络，可实现更高容量的全固态高频感应加热设备。7、输出功率调整方便，反应速度快，控制准确，加热条件可任意选择。

(四)、附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明电路方框图；

图2为本发明电路原理图；

图3为本发明功率模块单元结构电路框图。

(五)、具体实施方式

如图1所示，本发明包括380V交流电源，变压器，三相桥式整流电路，控制电路，功率合成电路，LC振荡电路，感应加热器。

如图2所示，380V三相交流电源经降压变压器及桥式整流电路12，由分配网络分别向前置驱动级3、驱动级4、功率放大级5供电，同时向控制电路9和频率控制电路1提供电源。频率控制电路1将设备工作所需要的频率信号的输出与缓冲级2的输入连接，缓冲级2将频率信号功率调整后的输出与前置驱动级3中各功率模块单元的输入连接，前置驱动级3由多个功率模块单元组成，前置驱动级3中各功率模块单元的输出经功率合成再进行功率分配，由前置驱动级3功率分配器的输出与驱动级4中各功率模块单元的输入连接。驱动级4也是由多个功率模块单元组成，驱动级4中各功率模块单元的输出经功率合成再进行功率分配，由驱动级(4)功率分配器的输出与功率放大级5中各功率模块单元的输入连接，功率放大级5是由一定数量的大台阶功率模块单元组成，每一功率模块单元都是一个独立工作体，根据不同功率等级设备要求，配置相应数量的功率模块单元。功率放大级5中各个功率模块单元的输出经功率合成电路合成后，由功率放大级5功率合成器的输出与LC振荡电路6的输入连接。在LC振荡电路6中，高频淬火变压器的初级线圈L与振荡电容C连接成并联谐振电路，在初级线圈中设有多组抽头，选定其中一个抽头与功率合成电路输出的一端相连，高频淬火变压器的次级与感应加热器7相连。由高频淬火变压器和感应加热器7输出高频能量，完成加热过程。冷却器8为一个独立的体系，它分为水冷系统和风冷系统，用以对整个全固态高频感应加热设备进行冷却。

如图3所示，功率模块单元是由MOSFET场效应管组成桥式开关电路，电源由整流电路经分配网络提供，激励信号经反相器输出给每臂MOSFET开关，桥式开关电路的输出与功率合成电路相连。在激励信号的作用下开关电路每臂MOSFET开关交替导通和关断，将输入的激励信号转换为所需要的输出功率。保护开路检测器是当某个功率模块单元出现故障时，自动将这个损坏的功率模块单元甩开，而不会对整个设备的输出频率和工作参数产生任何影响和造成设备停机。当要提高设备的功率等级时，就是通过增加功率模块单元的数量来实现的。

Claims (5)

1、一种全固态高频感应加热设备，其特征在于：它包括三相交流桥式整流电路(11)、控制电路(9)、功率合成电路、LC振荡电路(6)、感应加热器(7)和冷却器(8)，功率合成电路包括频率控制电路(1)、缓冲级(2)、前置驱动级(3)、驱动级(4)和功率放大级(5)，功率合成电路将功率合成后，输出给LC振荡电路(6)，所述的前置驱动级(3)、驱动级(2)、功率放大级(5)由功率模块单元组成，每一功率模块单元都是一个独立工作体，各个功率模块单元输出经功率合成电路合成后，输出给LC振荡电路(6)，在LC振荡电路(6)中，高频淬火变压器的初级线圈L与振荡电容C连接成并联谐振电路，高频淬火变压器的次级与感应加热器(7)相连。

2、根据权利要求1所述的全固态高频感应加热设备，其特征在于：所述的初级线圈L中设有多组抽头，其中一个抽头与功率合成电路输出的一端相连。

3、根据权利要求1所述的全固态高频感应加热设备，其特征在于：所述的功率模块单元是由MOSFET场效应管组成桥式开关电路，其电源由三相交流桥式整流电路(11)提供，激励信号经反相器输出给每臂MOSFET开关，桥式开关电路的输出与功率合成电路相连。

4、根据权利要求1或3所述的全固态高频感应加热设备，其特征在于：所述的功率模块单元包括保护开路检测器。

5、根据权利要求1所述的全固态高频感应加热设备，其特征在于：所述的冷却器(8)包括对本发明进行冷却的水冷系统和风冷系统。

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