CN201345752Y

CN201345752Y - 中频感应电炉用一拖二变频供电装置

Info

Publication number: CN201345752Y
Application number: CNU2009200319223U
Authority: CN
Inventors: 颜文非; 李超
Original assignee: Xi'an Mechanical & Electric Institute
Current assignee: Xi'an Mechanical & Electric Institute
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2019-02-16

Abstract

本实用新型公开了一种中频感应电炉用一拖二变频供电装置，包括三相交流电源及整流电路，还包括并接在整流电路上的两个独立工作的串联逆变电路，所述串联逆变电路为由两个相串接的补偿电容器和两个相串接的IGBT模块组成的半桥串联逆变电路，两个相串接的补偿电容器和两个相串接的IGBT模块均并接在整流电路的输出端上，所述IGBT模块由一IGBT管和一反并接在IGBT管上的二极管组成；两个补偿电容器的串接点和两个IGBT模块的串接点分别接中频感应电炉的感应线圈。本实用新型电路简单合理、使用成本低且使用操作简便、动作性能可靠，能同时向两台电炉供电且无需任何切换开关或脉冲分配，真正实现了中频感应电炉的双向供电。

Description

中频感应电炉用一拖二变频供电装置

技术领域

本实用新型涉及感应加热技术领域，尤其是涉及一种中频感应电炉用一拖二变频供电装置。

背景技术

现有中频感应电炉所采用的一拖二变频供电方式主要有以下两种：第一种方案是采用两套并联的逆变变频电源分别向两台炉子供电，其中一套向保温作业的电炉供电，因而该套逆变变频电源的功率仅是20％左右，则将会造成电网侧功率因数低；另外，由于使用了两套电源，因而所需使用两套整流变压器，最终造成投资成本高且占地空间大。第二种方案为2005年11月16日公告的实用新型专利CN2741307中所披露的双供电感应熔炼装置，该双供电感应熔炼装置具体是采用一套由6只晶闸管组成的整流电路以及并接在此整流电路上的两个独立工作的串联逆变电路组成，并且其串联逆变电路中的控制器件为晶闸管。第二种方案虽然解决了第一种方案缺点和不足，但也存在着一些问题。具体是：由于其串联逆变电路中采用的控制器件是晶闸管，由于晶闸管没有自关断能力，所以采用负载换相，需要关断时间，因而工作不可靠，而且故障保护困难；另外，其工作频率只能低于谐振频率，工作频率范围小，对负载适应性差；其整流电路也采用晶闸管，因而附带有对晶闸管进行控制的控制单元，线路复杂。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种中频感应电炉用一拖二变频供电装置，其电路简单合理、使用成本低且使用操作简便、动作性能可靠，能同时向两台电炉供电且无需任何切换开关或脉冲分配，真正实现了中频感应电炉的双向供电。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种中频感应电炉用一拖二变频供电装置，包括三相交流电源以及对所述三相交流电源进行整流的整流电路，其特征在于：还包括并接在整流电路输出端上的两个独立工作的串联逆变电路，所述串联逆变电路为由两个相串接的补偿电容器和两个相串接的IGBT模块组成的半桥串联逆变电路，两个相串接的补偿电容器和两个相串接的IGBT模块均并接在整流电路的输出端上，所述IGBT模块由一IGBT管和一反并接在所述IGBT管上的快速恢复二极管组成；两个补偿电容器的串接点和两个IGBT模块的串接点分别接中频感应电炉的感应线圈。

所述整流电路为由六个二极管组成的三相桥式整流电路。

所述整流电路的输出端上还接有由滤波电抗器L_d和滤波电容器C_d组成的LC滤波电路；所述三相交流电源经整流电路整流且经LC滤波电路滤波后，输入至所述串联逆变电路。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点，1、电路简单合理，使用成本低且操作使用简便。2、体积小，节省占地面积。3、其三相交流电源的整流电路为由6个二极管组成的三相桥式整流电路，由于其整流元件采用二极管，无需控制，输入电压电流始终同相，因而电网侧功率因数高。另外，正由于本实用新型所采用的整流方式为三相全波整流方式，则三相自然平衡。同时，整流电路输出端上接有由滤波电抗器L_d和滤波电容器C_d组成的LC滤波电路；三相交流电源经整流电路整流且经LC滤波电路滤波后，输入至串联逆变电路。4、性能安全可靠，其并接在整流电路输出端上的两个独立工作的串联逆变电路均为由两个相串接的补偿电容器和两个相串接的IGBT模块组成的半桥串联逆变电路，两个相串接的补偿电容器和两个相串接的IGBT模块均并接在整流电路的输出端上；两个补偿电容器的串接点和两个IGBT模块的串接点分别接中频感应电炉的感应线圈即负载线圈，通过此半桥串联逆变电路向感应线圈提供变频交变电能，综上，本实用新型通过并接在整流电路输出端上的两个独立工作的半桥串联逆变电路，实现一台电源能同时向两台中频感应电炉供电的目的，并能在额定功率范围内自由分配向各台电炉的输出功率；由于两台电炉的功率可以自由分配，使两台电炉实现一台保温/浇注，一台熔化；或者两台同时熔化；或者一台工作，另一台烧结炉衬的功能，因而大大提高了电炉和功率的利用率，同时也减少了变压器配置容量。5、由于IGBT模块由一IGBT管和一反并接在所述IGBT管上的快速恢复用二极管组成，由于IGBT管(即绝缘栅双极晶体管)具有自关断能力，通过对其基极进行控制，可在任何时候令其瞬时通断，不像可控硅那样需要关断时间，因此电路结构简单、可靠、负载功率因数高。另外，由IGBT模块组成的半桥串联逆变电路工作频率可高于固有谐振频率，因而工作频率范围宽，这样，在冷料熔化或空炉加料时可提高工作频率，使电炉效率提高，加热速度加快。6、本实用新型的工作原理是：对其中一串联逆变电路而言，当IGBT模块正向导通即正导通时，电流从滤波电容器C_d流入该串联逆变电路，中频感应线圈即负载线圈得到有功功率；当IGBT模块反向导通即反导通时，由于串联逆变电路的电流方向为从串联逆变电路向外流出，因而串联逆变电路中的能量回送到滤波电容器C_d中进行保存。综上，负载线圈中实际得到的功率是IGBT模块正向导通期间三相交流电源送出的能量和IGBT模块反向导通期间串联逆变电路回送的能量之差。实际应用过程中，通过改变IGBT模块中IGBT管的触发频率，就会改变正向电流和反向电流的时间比。当触发频率接近谐振频率时，正向电流时间变长，反向电流时间变短，负载线圈的功率就增大。当触发频率远离谐振频率时，情况相反。因此，对于本实用新型来说，只需改变IGBT模块中IGBT管的触发频率就可以改变负载线圈上的功率。综上，由于滤波电容器C_d容量很大，它对中频电流是直通的，因而工作时，两个IGBT模块对感应线圈来说，相当于交流供电，这种电路等效为标准的串联谐振电路，调节两个IGBT模块中IGBT管的开关频率就可以改变感应线圈的功率。总之，本实用新型电路简单合理、使用成本低且使用操作灵活方便，通过本实用新型两台电炉可同时得到功率，无需任何切换开关或脉冲分配，并且在两台电炉的输出功率可在0-100％范围内任意分配，从而实现中频感应电炉真正意义上的双向供电。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图。

附图标记说明：

1-整流电路； 2-串联逆变电路一； 3-LC滤波电路；

4-IGBT模块一； 5-IGBT模块二； 6-串联逆变电路二；

7-IGBT模块三； 8-IGBT模块四；

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括三相交流电源以及对所述三相交流电源进行整流的整流电路1，还包括并接在整流电路1输出端上的两个独立工作的串联逆变电路，所述串联逆变电路为由两个相串接的补偿电容器和两个相串接的IGBT模块组成的半桥串联逆变电路，两个相串接的补偿电容器和两个相串接的IGBT模块均并接在整流电路1的输出端上，所述IGBT模块由一IGBT管和一反并接在所述IGBT管上的快速恢复二极管组成；两个补偿电容器的串接点和两个IGBT模块的串接点分别接中频感应电炉的感应线圈。所述整流电路1为由六个二极管组成的三相桥式整流电路。所述整流电路1的输出端上还接有由滤波电抗器L_d和滤波电容器C_d组成的LC滤波电路3；所述三相交流电源经整流电路1整流且经LC滤波电路3滤波后，输入至所述串联逆变电路。

本实施例中，所述整流电路1为由六个二极管即二极管D1-D6组成的三相桥式整流电路，并接在整流电路1输出端上的两个串联逆变电路为串联逆变电路一2和串联逆变电路二6。所述三相交流电源经整流电路1整流且经LC滤波电路3滤波后，分别输入至串联逆变电路一2和串联逆变电路二6。其中，组成串联逆变电路一2的两个相串接的补偿电容器为补偿电容器C_s1和C_s2，两个相串接的IGBT模块为IGBT模块一4和IGBT模块二5；补偿电容器C_s1和C_s2的串接点V以及IGBT模块一4和IGBT模块二5的串接点W分别接一台中频感应电炉即1#电炉的感应线圈L。同样，组成串联逆变电路二6的两个相串接的补偿电容器为补偿电容器C_s3和C_s4，两个相串接的IGBT模块为IGBT模块三7和IGBT模块四8；补偿电容器C_s3和C_s4的串接点M以及IGBT模块三7和IGBT模块四8的串接点N分别接另一台中频感应电炉即2#电炉的感应线圈L’。所述整流电路1的正输出端经滤波电抗器L_d和滤波电容器C_d后接整流电路1的负输出端，补偿电容器C_s1和C_s2串接后、IGBT模块一4和IGBT模块二5串接后、补偿电容器C_s3和C_s4串接后以及IGBT模块三7和IGBT模块四8串接后均并接在滤波电容器C_d的两端。

本实用新型的工作过程是：以为1#电炉的感应线圈L提供变频交变电能的串联逆变电路一2的工作过程为例进行说明，初始状态下即t1时刻，感应线圈L的电流方向为从左至右(如图1所示箭头指示方向)，关断IGBT模块一4，由于感应线圈L是电感元件，其电流不能突变，因而感应线圈L中的电流即电炉电流全部换到IGBT模块二5中反并接的二极管上，即IGBT模块二5为反导通状态。此时，补偿电容器C_s1所构成的电流回路为：由补偿电容器C_s1、滤波电容器C_d、IGBT模块二5的二极管以及感应线圈L依次连通组成的电流回路；补偿电容器C_s2所构成的电流回路为：由补偿电容器C_s2、IGBT模块二5的二极管以及感应线圈L依次连通组成的电流回路，也就是说，此时，补偿电容器C_s2的电压为上负下正。总之，在t1时刻，关断IGBT模块一4后，IGBT模块二5处于反导通状态，此时感应线圈L即负载线圈中的电流流入滤波电容器C_d中，使滤波电容器C_d中的直流电压升高，即负载线圈中的能量回送到滤波电容器C_d进行保存。此状态一直持续至t2时刻，即感应线圈L的电流反向。

在t2时刻，感应线圈L的电流反向即其电流方向变为从右至左，补偿电容器C_s1所构成的电流回路为：补偿电容器C_s1、感应线圈L、IGBT模块二5的IGBT管以及滤波电容器C_d依次连通组成的电流回路；补偿电容器C_s2所构成的电流回路为：由补偿电容器C_s2、感应线圈L以及IGBT模块二5的IGBT管依次连通组成的电流回路，也就是说，此时，补偿电容器C_s2的电压为上正下负。总之，此时，全部电炉电流即感应线圈L中的电流均通过IGBT模块二5的IGBT管。对滤波电容器C_d而言，电流流出滤波电容器C_d使其直流电压降低，这时能量从滤波电容器C_d送到负载线圈中，即电炉获得有功功率。此状态一直持续至t3时刻。

在t3时刻，感应线圈L的电流方向与t2时刻相同即从右至左，关断IGBT模块二5，由于感应线圈L是电感元件，其电流不能突变，因而感应线圈L中的电流即电炉电流全部换到IGBT模块一4中反并接的二极管上，即IGBT模块一4为反导通状态。此时，补偿电容器C_s1所构成的电流回路为：由补偿电容器C_s1、感应线圈L以及IGBT模块一4的二极管依次连通组成的电流回路；补偿电容器C_s2所构成的电流回路为：由补偿电容器C_s2、感应线圈L、IGBT模块一4的二极管以及滤波电容器C_d依次连通组成的电流回路。总之，在t3时刻，关断IGBT模块二5后，IGBT模块一4处于反导通状态，此时感应线圈L即负载线圈中的电流流入滤波电容器C_d中，使滤波电容器C_d中的直流电压升高，即负载线圈中的能量回送到滤波电容器C_d进行保存。此状态一直持续至t4时刻，即感应线圈L中的电流再次反向。

在t4时刻，感应线圈L中的电流再次反向即其电流方向变为从左至右(与初始状态即t1时刻的电流方向相同)，补偿电容器C_s1所构成的电流回路为：补偿电容器C_s1、IGBT模块一4的IGBT管以及感应线圈L依次连通组成的电流回路；补偿电容器C_s2所构成的电流回路为：由补偿电容器C_s2、滤波电容器C_d、IGBT模块一4的IGBT管以及感应线圈L依次连通组成的电流回路，也就是说，此时，补偿电容器C_s2的电压为上负下正。总之，此时，全部电炉电流即感应线圈L中的电流均通过IGBT模块一4的IGBT管。对滤波电容器C_d而言，电流流出滤波电容器C_d使其直流电压降低，这时能量从滤波电容器C_d送到负载线圈中，即电炉获得有功功率。此状态一直持续至t5时刻，t5时刻与初始状态t1时刻电路的工作状态完全相同。

之后，串联逆变电路一2不断依次重复t1-t4时刻的工作过程，实现1#电炉的独立连续工作。由于滤波电容器Cd容量很大，它对中频电流是直通的。实际工作时，IGBT模块一4和IGBT模块二5中的IGBT管交替导通，对感应线圈L来说，其供电方式相当于交流供电，串联逆变电路一2等效为标准的串联谐振电路，通过调节IGBT模块一4和IGBT模块二5的开关频率就可以改变感应线圈L的功率。总之，实际应用过程中，通过改变串联逆变电路一2中IGBT管的触发频率即开关频率，就能达到相应改变1#中频感应电炉中感应线圈L功率的目的。

同理，为2#电炉的感应线圈L’提供变频交变电能的串联逆变电路二6的工作原理和工作过程与串联逆变电路一2，串联逆变电路二6同样并接在整流电路1的输出端上，能独立工作。实际使用过程中，通过串联逆变电路二6实现2#中频感应电炉的独立连续工作；相应地，通过改变串联逆变电路二6中IGBT管的触发频率，就能达到相应改变2#电炉中感应线圈L’功率的目的。

综上所述，本实用新型通过通过并接在整流电路输出端上的两个独立工作的半桥串联逆变电路，实现一台电源能同时向两台中频感应电炉供电的目的，并能在额定功率范围内自由分配向各台电炉的功率；由于两台电炉的功率可以自由分配，使两台电炉实现一台保温/浇注，一台熔化；或者两台同时熔化；或者一台工作，另一台烧结炉衬的功能，因而大大提高了电炉和功率的利用率，同时也减少了变压器配置容量。另外，被供电的两台电炉可同时得到功率，无需任何切换开关或脉冲分配，并且向两台电炉输出的功率可在0-100％范围内任意分配。比如，当1#电炉进行熔化作业2#炉进行保温作业时，可使1#电炉获得80％的功率，2#电炉获得20％的功率；当2#电炉进行熔化作业且1#电炉进行保温作业时，可使2#炉获得80％的功率，1#炉获得20％的功率；而整流电路1始终提供100％功率，并且整流电路1采用器件是二极管，因而无需控制，电压电流始终同相，电网侧功率因数高。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种中频感应电炉用一拖二变频供电装置，包括三相交流电源以及对所述三相交流电源进行整流的整流电路(1)，其特征在于：还包括并接在整流电路(1)输出端上的两个独立工作的串联逆变电路，所述串联逆变电路为由两个相串接的补偿电容器和两个相串接的IGBT模块组成的半桥串联逆变电路，两个相串接的补偿电容器和两个相串接的IGBT模块均并接在整流电路(1)的输出端上，所述IGBT模块由一IGBT管和一反并接在所述IGBT管上的快速恢复二极管组成；两个补偿电容器的串接点和两个IGBT模块的串接点分别接中频感应电炉的感应线圈。

2.按照权利要求1所述的中频感应电炉用一拖二变频供电装置，其特征在于：所述整流电路(1)为由六个二极管组成的三相桥式整流电路。

3.按照权利要求1或2所述的中频感应电炉用一拖二变频供电装置，其特征在于：所述整流电路(1)的输出端上还接有由滤波电抗器L_d和滤波电容器C_d组成的LC滤波电路(3)；所述三相交流电源经整流电路(1)整流且经LC滤波电路(3)滤波后，输入至所述串联逆变电路。