CN201332514Y - 一种全风冷型igbt感应加热设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全风冷型IGBT感应加热设备，它包括三相全桥整流电路，三相全桥整流电路的输出端与逆变电路的输入端相连接，逆变电路的输出端与谐振回路相连接，上述三相全桥整流电路和逆变电路中功率元器件的散热器均采用风冷翅片。本实用新型由于所有功率器件全部采用全风冷的结构型式，冷却效果好，体积小，排除了水冷结构带来的麻烦和设备庞大的问题，使一台50KW的新型IGBT感应加热电源设备的体积只有760×750×520mm，重量仅有96公斤。另外，合理的匹配变压器初级匝数和变比设计，即提高了整机效率，又保证了感应线圈长期工作不发热，因而实现了全部加热过程任何一个部位均不需水冷却。

Description

一种全风冷型IGBT感应加热设备

技术领域

本实用新型涉及一种本工业热处理行业中的感应加热设备，具体地说是涉及一种冷却效果好的新型高频感应加热设备。

背景技术

在石油，天然气管道输送施工现场，石油化工生产基地施工现场和大型火电站施工现场等等均遇到大型管道对接处的焊前预热和焊后应力释放的加热工艺技术难题。采用火焰加热，温度不均匀且污染环境，操作也不安全。采用电阻丝利用热传导的方式加热，操作复杂且管道口径大时，加热功率不能满足温升需要，施工速度慢而影响工程进度。而采用感应加热的方式是理想选择。它只要将特制的感应圈装入管道焊缝处，开启感应加热电源设备，即能实现无接触式对焊接处的理想加热过程。感应加热温度均匀，温升曲线可随工艺要求方便设置，极大地提高了工程质量和工程进度，而且工人不必置身在灼热的有爆炸性气体的加热器旁操作，极大地降低了工人的劳动程度而且无环境污染和操作安全可靠。

但目前国产感应加热设备体积大，并且要配有庞大的水冷装置才能正常工作。这给野外施工带来极大的不方便，因而影响了感应加热技术在此领域的广泛使用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种冷却效果好且体积较小的全风冷型IGBT感应加热设备。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型包括三相全桥整流电路，三相全桥整流电路的输出端与逆变电路的输入端相连接，逆变电路的输出端与谐振回路相连接，上述三相全桥整流电路和逆变电路中功率元器件的散热器均采用风冷翅片。

上述逆变电路为全桥逆变电路，其四只功率元器件IGBT管采用130×130×300mm的铝制风冷翅片；在所述三相全桥整流电路中采用130×130×180mm的铝制风冷翅片。

在谐振回路中，输出变压器采用铁氧体磁芯和多股高频线绕制的线圈。

上述铁氧体磁芯的散热器上设有风冷翅片。

上述的逆变电路分别与过流保护电路、过热保护电路、欠压保护电路、过压保护电路和缺相显示报警电路相连接。

采用上述方案的本实用新型，由于所有功率器件全部采用全风冷的结构型式，冷却效果好，体积小，排除了水冷结构带来的麻烦和设备庞大的问题，使一台50KW的新型IGBT感应加热电源设备的体积只有760×750×520mm，重量仅有96公斤。另外，合理的匹配变压器初级匝数和变比设计，即提高了整机效率，又保证了感应线圈长期工作不发热，因而实现了全部加热过程任何一个部位均不需水冷却。采用以IGBT为逆变主器件新型感应加热设备模式，设备体积小，重量轻，效率高。控制电路全部采用数字化电路，控制精度高，保护电路工作可靠反应灵敏。在本实用新型中，整机还可以采取可靠的防震减震措施，满足车载灵活移动的野外施工要求。

附图说明

图1为本实用新型中逆变电路IGBT管采用风冷翅片的断面图；

图2为本实用新型中逆变电路IGBT管采用风冷翅片的俯视图；

图3为本实用新型中输出变压器采用风冷翅片的断面图；

图4为本实用新型中输出变压器采用风冷翅片的俯视图；

图5为本实用新型的主电路图；

图6为本实用新型控制电路图。

具体实施方式

在本实用新型包括三相全桥整流电路，三相全桥整流电路的输出端与逆变电路的输入端相连接，逆变电路的输出端与谐振回路相连接。其中，三相全桥整流电路、逆变电路和谐振回路中所有功率元器件的散热器均采用风冷翅片。

具体地说，如图1、图2所示，上述的逆变电路为全桥逆变电路，其四只功率元器件IGBT管1均采用130×130×300mm的铝制风冷翅片2；在三相全桥整流电路中采用130×130×180mm的铝制风冷翅片，并将100，20W轴流风扇直接固定在散热器断面上，经试验在20度室温下，连续满负荷工作1小时零5分，平均温升在15度以内，完全符合功率元器件的散热要求。在谐振回路中，输出变压器T采用铁氧体磁芯和多股高频线绕制的线圈，经理论优化设计初级匝数和变比并经多次试验最终确定合理的初级匝数和变比，在变压器次级输出较高的工作电压和合适的工作电流。即在满足设备输出功率的前提下，又满足感应器线圈在额定电流下不发热，确定输出电压值和变比。如图3、图4所示，上述铁氧体磁芯的散热器上设有两块250×320×50mm的风冷翅片，上下固定变压器磁芯，经

250，100W轴流风扇抽风换热，达到理想的散热效果，即配合整机满负荷工作1小时零5分。平均温升在18度以内。另外，上述所有功率元器件散热器的风冷翅片的大小均可以根据实际需要而自行设定。

本实用新型的工作原理是：

如图5所示，三相工频交流电通过三相全桥整流电路获得直流脉动电压，经滤波电路滤波获得稳定的直流工作电压，并向由四只IGBT谐振电容C、匹配变压器T组成的串联谐振式全桥逆变电路供电。四只IGBT分为两组：T1，T4和T2，T3，它们在受控的两组互补且含死区电压的PWM脉冲控制下，T1，T4导通半个周期，T2，T4经死区延时后再导通下半个周期，这样在串联谐振的两端将产生以谐振电容C和匹配变压器T初级电感L为固有频率的正弦波震荡电流。该电流经匹配变压器T偶合输出到感应加热线圈上，实现在新的逆变频率下的感应加热过程。

主电路中G1为霍尔直流变换器，完成供电直流电流的过流保护控制。G2为交流互感器，采样逆变回路的电流频率相位变化和电流幅值变化。该信号采样后在主控制板上分两路使用。如图6所示，一路经过零比较器A1比较后送入整形电路，从整形电路输出端输出的信号送入脉宽调制器SG3525中控制PWM脉冲的频率和相位，使控制脉冲的频率和相位始终与谐振回路的固有频率同频、同相，并且使逆变回路的功率因数始终维持在接近为1。另一路输入送到运算放大器A2与给定的功率调节给定的直流信号进行比较，完成设备的输出功率调节功能。

在主控板中，逆变电路分别与过流保护电路、过热保护电路、欠压保护电路、过压保护电路和缺相显示报警电路相连接。IGBT散热板、整流桥散热板，匹配变压器散热板过热保护电路。所有保护电路均通过各自的比较器与给定信号比较后输出统一电平的故障报警信号，使整机任一故障报警均停机，并显示报警信号出现的部位，便于查找原因。

Claims (5)

1、一种全风冷型IGBT感应加热设备，它包括三相全桥整流电路，三相全桥整流电路的输出端与逆变电路的输入端相连接，逆变电路的输出端与谐振回路相连接，其特征在于：所述三相全桥整流电路和逆变电路中功率元器件的散热器均采用风冷翅片。

2、根据权利要求1所述的全风冷型IGBT感应加热设备，其特征在于：所述逆变电路为全桥逆变电路，其四只功率元器件IGBT管采用130×130×300mm的铝制风冷翅片；在所述三相全桥整流电路中采用130×130×180mm的铝制风冷翅片。

3、根据权利要求1所述的全风冷型IGBT感应加热设备，其特征在于：在所述的谐振回路中，输出变压器采用铁氧体磁芯和多股高频线绕制的线圈。

4、根据权利要求3所述的全风冷型IGBT感应加热设备，其特征在于：所述铁氧体磁芯的散热器上设有风冷翅片。

5、根据权利要求1所述的全风冷型IGBT感应加热设备，其特征在于：所述的逆变电路分别与过流保护电路、过热保护电路、欠压保护电路、过压保护电路和缺相显示报警电路相连接。

Images