CN202261892U - 基于igbt的中频弯管加热设备 - Google Patents

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汪天虎
曾晓林
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Abstract

本实用新型公开了基于IGBT的中频弯管加热设备，主要由依次连接的IGBT中频加热主机、输出变压器、感应圈L1构成。本实用新型与现有传统的基于可控硅的中频弯管加热技术相比，具备的优点为：具有结构简单，加热相同直径和壁厚的管件功率消耗小20%。即假设目前加热直径711mm,壁厚20mm的管件，可控硅需要400KW。而本实用新型设备只需要320KW即能达到要求。

Description

基于IGBT的中频弯管加热设备
技术领域
本实用新型涉及一种用于弯管工艺的IGBT中频感应加热电源。具体是指使用IGBT构成串联谐振的基于IGBT的中频弯管加热设备。
背景技术
弯管用中频感应加热是为石化、电力、城建等工程建设提供管件加热的重要设备，其工作原理是利用中频电源对钢管(包括低合金钢管、不锈钢管等)进行加热，同时将钢管匀速推进，使加热部分的钢管沿预设的轨道行走从而形成具有一定曲率半径和角度的弯管。使用中频感应加热设备弯出的管件具有形变小，壁厚差小，等典型优点。 
目前传统的用于弯管工艺的中频加热设备多为基于可控硅的中频加热设备。其采用的是可控硅整流调压技术，虽然具有成本低，弯管效果好，维护简易等典型优点。但该设备的缺点也十分的明显：由于可控硅是单向开关，故该设备的能耗高，同时其功率因素很低（<0.8）。会对整个电网的电能质量产生严重的影响，同时其配套使用的输出变压器冷却水路多，设备的故障率也偏高。企业付出的代价较大。
因此，我们需要寻求一种低能耗、高效率的中频弯管加热技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种低能耗、高效率的基于IGBT的中频弯管加热设备。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：基于IGBT的中频弯管加热设备，主要由依次连接的IGBT中频加热主机、输出变压器、感应圈L1构成。
所述IGBT中频加热主机包括IGBT中频加热主机机壳、以及设置在IGBT中频加热主机机壳内部的IGBT电路、以及设置在IGBT中频加热主机机壳上的输出接口A和输出接口B构成；
所述IGBT电路包括三相整流电路，所述三相整流电路串联有晶闸管Q5，所述晶闸管Q5还串联有极性电容C1；
所述极性电容C1并联有两个串联的IGBT模块Q1和IGBT模块Q3，所述极性电容C1的正极与IGBT模块Q1的集电极连接，极性电容C1的负极与IGBT模块Q3的发射极连接，所述IGBT模块Q1的发射极与IGBT模块Q3的集电极连接；且所述IGBT模块Q1的发射极还与输出接口A连接；
所述极性电容C1还并联有两个串联的IGBT模块Q2和IGBT模块Q4，所述极性电容C1的正极与IGBT模块Q2的集电极连接，极性电容C1的负极与IGBT模块Q4的发射极连接，所述IGBT模块Q2的发射极与IGBT模块Q4的集电极连接；
所述IGBT电路还包括一个谐振电容C2,所述谐振电容C2的两端分别与IGBT模块Q2的发射极和输出接口B连接；
所述晶闸管Q5还并联有一个电阻R1。
所述输出变压器包括输出变压器壳体、以及设置在输出变压器壳体内部的变压器T1、以及设置在输出变压器壳体外壳上的初级连接块和次级连接块；所述变压器T1通过初级连接块与IGBT中频加热主机的输出接口A和输出接口B连接，所述变压器T1通过次级连接块与感应圈L1连接。
所述初级连接块通过水冷电缆线与输出接口A和输出接口B连接；所述初级连接块包括初级连接块A和初级连接块B；所述水冷电缆线包括水冷电缆线A和水冷电缆线B；所述水冷电缆线A两端分别与输出接口A和初级连接块A连接，所述水冷电缆线B两端分别与输出接口B和初级连接块B连接。
所述次级连接块包括次级连接块A和次级连接块B，所述次级连接块A和次级连接块B均与感应圈L1连接，且所述次级连接块A和次级连接块B均连接有喷水圈，且所述感应圈L1和喷水圈焊接呈一体。
所述次级连接块A和次级连接块B与初级连接块A和初级连接块B、以及变压器T1构成单匝变压器。
所述次级连接块包括次级连接块K和次级连接块L、次级连接块M；所述次级连接块K和次级连接块L、次级连接块M均与感应圈L1连接，且次级连接块K和次级连接块L、次级连接块M均连接有喷水圈，且所述感应圈L1和喷水圈焊接呈一体。
所述次级连接块K、次级连接块L和次级连接块M与初级连接块A和初级连接块B、以及变压器T1构成2匝变压器。
所述感应圈L1的直径小于1000mm。
本实用新型解决了现有中频弯管加热技术方面的高能耗、低效率等方面的不足。设计了一种基于IGBT双向可控、串联谐振技术的感应加热方案，以达到弯管工艺中的提高效率、降低能耗的目的。企业付出的代价较小，成本降低。
    本实用新型主要由IGBT中频加热主机、水冷电缆线、输出变压器、初级连接块、次级连接块、感应圈L1和喷水圈等几部分组成。
IGBT中频加热主机，其主要作用是提供高压中频交变电流。IGBT中频加热主机提供的高压交变电流通过水冷电缆线传输到输出变压器，经变压器T1隔离后输出低压大电流交变电流通过感应圈到达管件。
本实用新型与现有传统的基于可控硅的中频弯管加热技术相比，具备的优点为：具有结构简单，加热相同直径和壁厚的管件功率消耗少20%。即假设目前加热直径711mm,壁厚20mm的管件，可控硅需要400KW。而本实用新型设备只需要320KW即能达到要求。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的电路连接图。
图2为本实用新型实施例二的电路连接图。
图3为本实用新型IGBT电路的工作原理图。
图4为本实用新型的主回路工作原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。
实施例一
如图1和3、以及图4所示， 
基于IGBT的中频弯管加热设备，主要由依次连接的IGBT中频加热主机、输出变压器、感应圈L1构成。
所述IGBT中频加热主机包括IGBT中频加热主机机壳、以及设置在IGBT中频加热主机机壳内部的IGBT电路、以及设置在IGBT中频加热主机机壳上的输出接口A和输出接口B构成；
所述IGBT电路包括三相整流电路，所述三相整流电路串联有晶闸管Q5，所述晶闸管Q5还串联有极性电容C1；
所述极性电容C1并联有两个串联的IGBT模块Q1和IGBT模块Q3，所述极性电容C1的正极与IGBT模块Q1的集电极连接，极性电容C1的负极与IGBT模块Q3的发射极连接，所述IGBT模块Q1的发射极与IGBT模块Q3的集电极连接；且所述IGBT模块Q1的发射极还与输出接口A连接；
所述极性电容C1还并联有两个串联的IGBT模块Q2和IGBT模块Q4，所述极性电容C1的正极与IGBT模块Q2的集电极连接，极性电容C1的负极与IGBT模块Q4的发射极连接，所述IGBT模块Q2的发射极与IGBT模块Q4的集电极连接；
所述IGBT电路还包括一个谐振电容C2,所述谐振电容C2的两端分别与IGBT模块Q2的发射极和输出接口B连接；
所述晶闸管Q5还并联有一个电阻R1。
所述输出变压器包括输出变压器壳体、以及设置在输出变压器壳体内部的变压器T1、以及设置在输出变压器壳体外壳上的初级连接块和次级连接块；所述变压器T1通过初级连接块与IGBT中频加热主机的输出接口A和输出接口B连接，所述变压器T1通过次级连接块与感应圈L1连接。
所述初级连接块通过水冷电缆线与输出接口A和输出接口B连接；所述初级连接块包括初级连接块A和初级连接块B；所述水冷电缆线包括水冷电缆线A和水冷电缆线B；所述水冷电缆线A两端分别与输出接口A和初级连接块A连接，所述水冷电缆线B两端分别与输出接口B和初级连接块B连接。
所述次级连接块包括次级连接块A和次级连接块B，所述次级连接块A和次级连接块B均与感应圈L1连接，且所述次级连接块A和次级连接块B均连接有喷水圈，且所述感应圈L1和喷水圈焊接呈一体。
所述次级连接块A和次级连接块B与初级连接块A和初级连接块B、以及变压器T1构成单匝变压器。
感应圈L1的直径小于300mm。
从IGBT中频加热主机输出的高压恒流交变电流Iin通过水冷电缆线输入到输出变压器。输出变压器的初级匝数N1为15到24匝可调，次级匝数N2为1到2匝可调。高压恒流交变电流经过变压器T1后输出低压大电流Iout。且Iout和Iin具有以下关系：
Figure 2011203992829100002DEST_PATH_IMAGE002
；
输出变压器的输入电压Uin和输出电压Uout的关系如下：
Figure 2011203992829100002DEST_PATH_IMAGE004
；
在感应圈上的电压等于Uout。感应圈上的电流等于Iout。对于加热不同规格的管件，需要配合不同尺寸的感应圈。因为IGBT中频加热主机的匹配电感量不能变化太大，故在实际的使用中，对于直径小于300mm以下的感应圈，使用次级连接块A和使用次级连接块B，构成单匝变压器，初级的调节在15-24匝进行变化。
实施例二
如图1、2、3、4所示，实施例二与实施例一的区别在于： 
所述次级连接块包括次级连接块K和次级连接块L、次级连接块M；所述次级连接块K和次级连接块L、次级连接块M均与感应圈L1连接，且次级连接块K和次级连接块L、次级连接块M均连接有喷水圈，且所述感应圈L1和喷水圈焊接呈一体。
对于直径大于300mm的感应器，使用次级连接块K、次级连接块L、次级连接块M,3个部件构成次级2匝变压器。
所述感应圈L1的直径小于1000mm。
综上所述，初级的调节在15-24匝进行变化。所以变压器T1总的匝比调节为：15:2至24:1范围内进行随意的组合。
如上所述，便可较好的实现本实用新型。

Claims (9)

1.基于IGBT的中频弯管加热设备，其特征在于，主要由依次连接的IGBT中频加热主机、输出变压器、感应圈L1构成。
2.根据权利要求1所述的基于IGBT的中频弯管加热设备，其特征在于，所述IGBT中频加热主机包括IGBT中频加热主机机壳、以及设置在IGBT中频加热主机机壳内部的IGBT电路、以及设置在IGBT中频加热主机机壳上的输出接口A和输出接口B构成；
所述IGBT电路包括三相整流电路，所述三相整流电路串联有晶闸管Q5，所述晶闸管Q5还串联有极性电容C1；
所述极性电容C1并联有两个串联的IGBT模块Q1和IGBT模块Q3，所述极性电容C1的正极与IGBT模块Q1的集电极连接，极性电容C1的负极与IGBT模块Q3的发射极连接，所述IGBT模块Q1的发射极与IGBT模块Q3的集电极连接；且所述IGBT模块Q1的发射极还与输出接口A连接；
所述极性电容C1还并联有两个串联的IGBT模块Q2和IGBT模块Q4，所述极性电容C1的正极与IGBT模块Q2的集电极连接，极性电容C1的负极与IGBT模块Q4的发射极连接，所述IGBT模块Q2的发射极与IGBT模块Q4的集电极连接；
所述IGBT电路还包括一个谐振电容C2,所述谐振电容C2的两端分别与IGBT模块Q2的发射极和输出接口B连接；
所述晶闸管Q5还并联有一个电阻R1。
3.根据权利要求2所述的基于IGBT的中频弯管加热设备，其特征在于，所述输出变压器包括输出变压器壳体、以及设置在输出变压器壳体内部的变压器T1、以及设置在输出变压器壳体外壳上的初级连接块和次级连接块；所述变压器T1通过初级连接块与IGBT中频加热主机的输出接口A和输出接口B连接，所述变压器T1通过次级连接块与感应圈L1连接。
4.根据权利要求3所述的基于IGBT的中频弯管加热设备，其特征在于，所述初级连接块通过水冷电缆线与输出接口A和输出接口B连接；所述初级连接块包括初级连接块A和初级连接块B；所述水冷电缆线包括水冷电缆线A和水冷电缆线B；所述水冷电缆线A两端分别与输出接口A和初级连接块A连接，所述水冷电缆线B两端分别与输出接口B和初级连接块B连接。
5.根据权利要求3或4所述的基于IGBT的中频弯管加热设备，其特征在于，所述次级连接块包括次级连接块A和次级连接块B，所述次级连接块A和次级连接块B均与感应圈L1连接，且所述次级连接块A和次级连接块B均连接有喷水圈，且所述感应圈L1和喷水圈焊接呈一体。
6.根据权利要求5所述的基于IGBT的中频弯管加热设备，其特征在于，所述次级连接块A和次级连接块B与初级连接块A和初级连接块B、以及变压器T1构成单匝变压器。
7.根据权利要求3或4所述的基于IGBT的中频弯管加热设备，其特征在于，所述次级连接块包括次级连接块K和次级连接块L、次级连接块M；所述次级连接块K和次级连接块L、次级连接块M均与感应圈L1连接，且次级连接块K和次级连接块L、次级连接块M均连接有喷水圈，且所述感应圈L1和喷水圈焊接呈一体。
8.根据权利要求7所述的基于IGBT的中频弯管加热设备，其特征在于，所述次级连接块K、次级连接块L和次级连接块M与初级连接块A和初级连接块B、以及变压器T1构成2匝变压器。
9.根据权利要求1-4或6、8中任意一项所述的基于IGBT的中频弯管加热设备，其特征在于，所述感应圈L1的直径小于1000mm。
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