CN201360225Y

CN201360225Y - 有芯感应电炉用变频供电装置

Info

Publication number: CN201360225Y
Application number: CNU2009200319242U
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: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2019-02-16

Abstract

本实用新型公开了一种有芯感应电炉用变频供电装置，包括三相交流电源、对所述三相交流电源进行整流的整流电路以及并接在整流电路输出端上的串联逆变电路，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管上的快速恢复二极管组成；两个补偿电容器的串接点V和两个IGBT模块的串接点W分别接有芯电炉感应线圈L。本实用新型电路简单合理、使用成本低且使用操作方便，能有效解决现有变频供电装置操作复杂、性能不可靠且操作精度低的实际问题。

Description

有芯感应电炉用变频供电装置

技术领域

本实用新型涉及有芯感应电炉变频供电技术领域，尤其是涉及有芯感应电炉用变频供电装置。

背景技术

采用有芯感应电炉熔炼有色金属时，由于炉膛易于封闭，因而通常均需向炉膛内通入还原性保护气体以防止铜液氧化，现如今，上述形式的感应电炉已成为生产无氧铜线材和棒(板)材的典型理想炉型。

现有的有芯感应电炉大多都采用工频供电方式，即电炉工作频率为电网本身频率，其技术方案如图1所示，具体由带抽头的可调变压器即多抽头变压器TF，主开关KM，固定平衡电容器C_b，可调平衡电容器C_b1，平衡电抗器L_b，固定补偿电容器C，可调补偿电容器C1，补偿电容器投切接触器KC1，平衡电容器投切接触器KC2以及控制柜组成，图1中L为有芯电炉感应线圈。实际使用过程中，通过调节多抽头变压器TF的输出电压来分级改变有芯感应电炉的输入功率，因而多抽头变压器TF的输出电压需有足够的调节范围。接在多抽头变压器TF二次侧上的主开关KM，是有芯电炉通电或断电的操作开关，其操作频繁，每年可达数万次。平衡电容器、平衡电抗器L_b和平衡电容器投切接触器KC2组成相平衡装置，且该相平衡装置用于平衡三相电压和电流，当有芯电炉的功率变化时，平衡电容器的电容量也要随时改变，因此将平衡电容器分成固定和可调两部分即固定平衡电容器C_b和可调平衡电容器C_b1；另外，可调部分即可调平衡电容器C_b1再分成若干级，并且由平衡电容器投切接触器KC2进行切换。补偿电容器与有芯炉感应线圈L相并联，以补偿有芯炉感应线圈L的功率因数，从而使电炉获得最大的有功功率。由于有芯电炉工作过程中需要随时改变补偿电容量，为此将补偿电容器分成固定和可调两部分即固定补偿电容器C和可调补偿电容器C1；可调部分即可调补偿电容器C1又可再分成若干级，并且由补偿电容器投切接触器KC1进行切换，一般为手动操作。

综合分析，现有有芯感应电炉所采用的工频供电装置存在以下缺点和不足：1、设备构成复杂，占地面积大；2、根据电炉输出功率的变化情况，由人工调节平衡电容器的投入量来达到三相平衡；3、根据电炉输出功率的变化情况，由人工调节补偿电容器的投入量达到功率因数补偿；4、通过改变调压变压器的抽头进行功率调节；5、上述三相平衡、功率因数补偿和功率调节时所进行的调节，都是分级调节，因而不够精准；6、调节所用的调压开关、主开关KM、平衡和补偿电容器的调节开关等机械开关都是带负载动作，需要经常维修、更换，使用成本高。

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，提供有芯感应电炉用变频供电装置，其电路简单合理、使用成本低且使用操作方便，能有效解决现有变频供电装置操作复杂、性能不可靠且操作精度低的实际问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：有芯感应电炉用变频供电装置，包括三相交流电源、对所述三相交流电源进行整流的整流电路以及并接在整流电路输出端上的串联逆变电路，其特征在于：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V和两个IGBT模块的串接点W分别接有芯电炉感应线圈L。

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，因而无需控制，输入电压电流始终同相，电网侧功率因数高。另外，由于本实用新型所采用的整流方式为三相全波整流方式，则电压电流三相自然平衡；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，所采用的串联逆变电路为并接在整流电路输出端上且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V和两个IGBT模块的串接点W分别接有芯电炉感应线圈即负载线圈L，通过此半桥串联逆变电路向有芯电炉感应线圈L提供变频交变电能，因而本实用新型电炉输出功率的调节为无级调节，实际使用时可根据有芯感应电炉炉内金属的质量来任意调整功率，使之匹配，这样可以大大降低能耗；另外，其调节开关不带载动作，开关的通断电靠电子开关器件实现，因而无易损件，运行成本低。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，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，因此电路结构简单、可靠且负载功率因数高。由于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，因而其工作频率范围宽，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：当IGBT模块正向导通即正导通时，电流从滤波电容器C_d流入串联逆变电路，负载线圈L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。也就是说，负载线圈L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L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L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模块对有芯电炉感应线圈L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有芯电炉感应线圈L的功率。7、适用面较广，属于感应加热技术领域，适用于铜、铝、锌等有色金属的熔炼，保温以及铸铁的保温，另外在浇注线上也可用作浇注炉。总之，本实用新型电路简单合理、使用成本低且使用操作方便，能有效解决现有变频供电装置操作复杂、性能不可靠且操作精度低的实际问题；其操作使用灵活方便，可依据炉料情况改变工作频率；无平衡和补偿装置，土建费用小；对于相同生产率的有芯感应电炉的变频供电装置，本实用新型的初次投资费用较传统方式低15％。

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为现有有芯感应电炉工频供电方式的电路原理图。

图2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； 3-LC滤波电路；

4-IGBT模块一； 5-IGBT模块二。

具体实施方式

如图2所示，本实用新型包括三相交流电源、对所述三相交流电源进行整流的整流电路1以及并接在整流电路1输出端上的串联逆变电路2，其中，所述串联逆变电路2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V和两个IGBT模块的串接点W分别接有芯电炉感应线圈L。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。

本实施例中，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，输入至串联逆变电路2。所述两个相串接的补偿电容器为补偿电容器C_s1和C_s2，所述两个相串接的IGBT模块为IGBT模块一4和IGBT模块二5。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串接后并接在滤波电容器C_d的两端，IGBT模块一4和IGBT模块二5串接后并接在滤波电容器C_d的两端。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分别接有芯电炉感应线圈L。

本实用新型的工作过程是：初始状态下即t1时刻，有芯电炉感应线圈L中的电流方向为从左至右(如图2所示箭头指示方向)，关断IGBT模块一4，由于有芯电炉感应线圈L是电感元件，其电流不能突变，因而有芯电炉感应线圈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的二极管以及有芯电炉感应线圈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的二极管以及有芯电炉感应线圈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，此时有芯电炉感应线圈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，即有芯电炉感应线圈L中的电流反向。

在t2时刻，有芯电炉感应线圈L中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、有芯电炉感应线圈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、有芯电炉感应线圈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，全部电炉电流即有芯电炉感应线圈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，有芯电炉感应线圈L中的电流方向与t2时刻相同即从右至左，关断IGBT模块二5，由于有芯电炉感应线圈L是电感元件，其电流不能突变，因而有芯电炉感应线圈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、有芯电炉感应线圈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、有芯电炉感应线圈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，此时有芯电炉感应线圈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，即有芯电炉感应线圈L中的电流再次反向。

在t4时刻，有芯电炉感应线圈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管以及有芯电炉感应线圈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管以及有芯电炉感应线圈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，全部电炉电流即有芯电炉感应线圈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，本实用新型不断依次重复t1-t4时刻的工作过程，实现有芯感应电炉的连续工作。

综上所述，实际应用过程中，通过改变IGBT模块的触发频率，就能达到相应改变有芯电炉感应线圈L功率的目的。

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.有芯感应电炉用变频供电装置，包括三相交流电源、对所述三相交流电源进行整流的整流电路(1)以及并接在整流电路(1)输出端上的串联逆变电路(2)，其特征在于：所述串联逆变电路(2)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V和两个IGBT模块的串接点W分别接有芯电炉感应线圈L。

2.按照权利要求1所述的有芯感应电炉用变频供电装置，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所述的有芯感应电炉用变频供电装置，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，输入至串联逆变电路(2)。