CN204217149U

CN204217149U - 一种新型风冷igbt感应加热电源设备

Info

Publication number: CN204217149U
Application number: CN201420700048.9U
Authority: CN
Inventors: 翁全璞; 段小强; 任俊峰; 金鑫
Original assignee: ZHENGZHOU KECHUANG ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: ZHENGZHOU KECHUANG ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2024-11-20

Abstract

本实用新型涉及一种新型风冷IGBT感应加热电源设备，包括内部设置有风机和风道的机箱，以及设置在机箱上的感应加热主电路、控制所述感应加热主电路的控制电路；感应加热主电路由依次连接的空气开关、熔断器、交流接触器、整流电路、斩波电路、将直流逆变为高频电流的H桥构成；控制电路包括MCU和与其连接频率跟踪电路、功率控制电路、保护电路、触摸显示屏，保护电路还与感应加热主电路、报警电路、频率跟踪电路、功率控制电路连接，频率跟踪电路连接功率控制电路、感应加热主电路，功率控制电路通过驱动电路连接感应加热主电路。本实用新型设备体积小，重量轻，效率高，控制精度高，所有功率器件全部采用风冷结构，冷却效果好。

Description

一种新型风冷IGBT感应加热电源设备

技术领域

本实用新型涉及感应加热电源技术领域，尤其涉及一种风冷IGBT感应加热电源设备。

背景技术

在热处理领域，还有少部分热处理厂采用老式的电子管设备进行热处理，存在设备体积过大、发热严重、耗电量大、安全性不高、生产出的产品质量低下等问题；一部分热处理厂采用的是可控硅感应设备进行热处理，相比于老式的电子管设备，耗电量得到降低，生产出的产品质量的到明显改善，但是依然存在设备体积过大、发热严重等问题，同时耗电量依然不太理想，设备的能效率依然很低；另外一部分热处理厂采用了更为先进的IGBT感应加热设备，具有体积小、能效高、安全可靠，生产出的产品质量稳定等特点，可用于要求较高的工件的热处理。基于IGBT感应加热设备的这些优点，IGBT感应加热设备在市场上得到越来越广泛的应用，同时，由于制造业的快速发展，市场对于高精度、复杂工件的热处理产品的需求也越来越多，传统控制方式的IGBT感应加热设备也越来越难以满足客户的需求。

由于感应加热设备本身功率较大、频率较高，发热是不可避免的，所以目前几乎所有的设备都是采用在设备中走通水路来冷却设备，以便电子元件能够正常稳定的工作。同时感应加热设备对于冷却水的水质有相当严格的要求，如果水质太差就会造成设备内部水路堵塞，所以需要专业的冷却、循环水处理设备。由于水处理设备体积巨大、成本较高，这样就限制了感应加热设备的应用地点和场合，同时增加了热处理厂的生产成本。

实用新型内容

针对目前感应加热设备水冷方式工艺复杂，成本较高，体积过大，需要经常维护，控制精度较低，响应速度较慢，人机交互不太方便等弱点,本实用新型提供一种新型风冷IGBT感应加热设备，以解决现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种新型风冷IGBT感应加热电源设备，包括内部设置有风机1和风道的机箱，以及设置在机箱上的感应加热主电路、控制所述感应加热主电路的控制电路；所述感应加热主电路由依次连接的空气开关K、熔断器F1、F2、F3、交流接触器KM、整流电路、斩波电路、将直流逆变为高频电流的H桥构成；所述控制电路包括MCU和与其连接频率跟踪电路、功率控制电路、保护电路、触摸显示屏，所述保护电路还与感应加热主电路、报警电路、频率跟踪电路、功率控制电路连接，所述频率跟踪电路连接功率控制电路、感应加热主电路，功率控制电路通过驱动电路连接感应加热主电路。

所述整流电路由六个大功率二极管组成，所述第一二极管D1与第二二极管D2的正极连接，第三二极管D3与第四二极管D4的正极连接，第五二极管D5与第六二极管D6的正极连接，第一二极管D1、第三二极管D3、第五二极管D5的阴极相连，第二二极管D2、第四二极管D4、第六二极管D6的阴极相连，第一滤波电容C1并联在所述整流电路的两端。

所述斩波电路由第一IGBT模块G1、第七二极管D7、滤波电抗器L1和第二滤波电容C2组成。

所述H桥主要由四个IGBT模块G2~G5、谐振电容C3、匹配变压器T1和感应器构成。

所述风机1为大功率风机，固定在机箱上部，在机箱底部设置有通气孔和百叶窗3；所述机箱后盖中部设置有向内凸起部，与设置在机箱内的散热器2形成风道；在所述散热器2上通过硅脂和螺丝固定有IGBT、整流电路。

本实用新型的有益效果：1、采用以IGBT为逆变主器件，设备体积小，重量轻，效率高；2、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；3、所有功率器件全部采用风冷结构，并且做到冷却效果好，排除了水冷结构带来的麻烦和设备庞大的问题；4、采用全新的报警电路和液晶显示技术，能够更加详细和直观化的查找故障和操作设备。

附图说明

图1为本实用新型的感应加热主电路原理图。

图2为本实用新型的控制电路原理图。

图3为本实用新型的机箱示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1、图2和图3。本实用新型提供一种新型风冷IGBT感应加热电源设备，包括内部设置有风机和风道的机箱，以及设置在机箱上的感应加热主电路、控制所述感应加热主电路的控制电路。

感应加热主电路是电源的执行部件，作用是电能转换，将系统输入电能转换成高频交流电能，最终作用在工件上进行加热。如图1所示，所述感应加热主电路使用三相380V系统供电，由依次连接的空气开关K、熔断器F1、F2、F3、交流接触器KM、整流电路、斩波电路、将直流逆变为高频电流的H桥构成。

空气开关K和熔断器F1、F2、F3用于控制向电源系统供电及过载保护。

交流接触器KM用于在电源工作出现意外时切断供电。

整流电路由六个大功率二极管组成，所述第一二极管D1与第二二极管D2的正极连接，第三二极管D3与第四二极管D4的正极连接，第五二极管D5与第六二极管D6的正极连接，第一二极管D1、第三二极管D3、第五二极管D5的阴极相连，第二二极管D2、第四二极管D4、第六二极管D6的阴极相连，第一滤波电容C1并联在所述整流电路的两端。该整流电路作用是将三相工频交流电整流为直流脉动电压，经滤波电容C1滤波获得稳定的直流电压。

斩波电路由第一IGBT模块G1、第七二极管D7、滤波电抗器L1和第二滤波电容C2组成。斩波电路向后级逆变桥提供供电电压。通过改变IGBT的开关占空比，可以调节第二滤波电容C2的直流电压，进而调节电源系统向工件输出的加热功率。IGBT的开关占空比越大，直流电压也越大；反之亦然。

斩波电路后级为H桥，负责将直流电逆变成高频电流。H桥主要由四个IGBT模块G2~G5、谐振电容C3、匹配变压器T1构成。四个IGBT模块（G2和G5、G4和G3）在受控的两组互补的pwm脉冲控制下（含死区电压），第二IGBT模块G2、第五IGBT模块G5导通半个周期之后关闭，第四IGBT模块G4、第三IGBT模块G3经死区延时后再导通下半个周期，同时第二IGBT模块G2、第五IGBT模块G5关闭，这样在串联谐振两端将产生以谐振电容C3和匹配变压器T1的初级电感L2为固有频率的正弦波震荡电流。该电流经T1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。

感应加热主电路还连接有斩波检测电路和逆变检测电路：

斩波检测电路通过霍尔直流变换器产生斩波检测信号，然后经过过流保护电路将信号传到主控板上，完成供电直流电流的过流保护控制。

逆变检测电路通过三个交流互感器（专用设计的变比），分别采样逆变回路的电流频率、相位和幅值变化。该信号采样后一路经过零比较器比较后控制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，使逆变回路的功率因数始终维持在接近为1；一路送到运算放大器与给定的功率调节给定信号比较（直流给定信号）完成设备的输出功率调节功能；一路由交流互感器产生逆变检测信号，然后经过过流保护电路将信号传到主控板上，完成逆变电流的过流保护控制。

所述感应加热主电路的控制电路包括MCU和与其连接电源电路、频率跟踪电路、功率控制电路、保护电路、触摸显示屏，所述保护电路还与感应加热主电路、报警电路、频率跟踪电路、功率控制电路连接，所述频率跟踪电路连接功率控制电路、感应加热主电路，功率控制电路通过驱动电路连接感应加热主电路。电源电路将输入的22V直流电转换成正负5V和正负12V电压，供其它电路使用。

频率跟踪电路采用负载频率闭环控制技术，根据锁相环原理，由鉴相器、环路滤波器和电压控制振荡器组成一个负反馈控制系统，通过微处理器MCU对感应加热主电路的输出电流频率进行跟踪和控制，保证感应加热主电路的输出电流频率与负载固有频率一致，实现感应加热主电路的电能最大输出锁相环路能够进入相位跟踪，实现输出与输入信号的同步，实现频率跟踪。

功率控制电路采用双闭环脉冲密度调节的功率控制技术，通过分别对逆变器的电压闭环和电流闭环，使逆变器的输出功率对应了设定的大小，因此实现电源的功率调节。

保护电路包括过流保护、过压保护、缺相保护、过热保护、风机故障保护等保护电路，一旦相应的保护电路动作，就会产生相应的报警信号，机器停止工作，并且直观的传到显示屏和面板上。

大功率风机1固定在机箱上部，从机箱内部向外抽风，避免了灰尘进入机箱中，机箱底部和侧部开的有孔和百叶窗3，用于散热和空气对流。IGBT、整流电路等器件通过硅脂和螺丝固定在散热器2上。同时，机箱后盖的斜面突出部分和散热器紧挨，形成风道，使风扇的风最大化的通过散热器，IGBT、整流桥等高发热器件的散热，从而保护IGBT、整流电路等主要器件不被烧坏。

Claims

1.一种新型风冷IGBT感应加热电源设备，其特征在于：包括内部设置有风机（1）和风道的机箱，以及设置在机箱上的感应加热主电路、控制所述感应加热主电路的控制电路；所述感应加热主电路由依次连接的空气开关（K）、熔断器（F1、F2、F3）、交流接触器（KM）、整流电路、斩波电路、将直流逆变为高频电流的H桥构成；所述控制电路包括MCU和与其连接频率跟踪电路、功率控制电路、保护电路、触摸显示屏，所述保护电路还与感应加热主电路、报警电路、频率跟踪电路、功率控制电路连接，所述频率跟踪电路连接功率控制电路、感应加热主电路，功率控制电路通过驱动电路连接感应加热主电路。

2.根据权利要求1所述的新型风冷IGBT感应加热电源设备，其特征在于：所述整流电路由六个大功率二极管组成，所述第一二极管（D1）与第二二极管（D2）的正极连接，第三二极管（D3）与第四二极管（D4）的正极连接，第五二极管（D5）与第六二极管（D6）的正极连接，第一二极管（D1）、第三二极管（D3）、第五二极管（D5）的阴极相连，第二二极管（D2）、第四二极管（D4）、第六二极管（D6）的阴极相连，第一滤波电容（C1）并联在所述整流电路的两端。

3. 根据权利要求1所述的新型风冷IGBT感应加热电源设备，其特征在于：所述斩波电路由第一IGBT模块（G1）、第七二极管（D7）、滤波电抗器（L1）和第二滤波电容（C2）组成。

4. 根据权利要求1所述的新型风冷IGBT感应加热电源设备，其特征在于：所述H桥主要由四个IGBT模块（G2~G5）、谐振电容（C3）、匹配变压器（T1）和感应器构成。

5. 根据权利要求1所述的新型风冷IGBT感应加热电源设备，其特征在于：所述风机（1）为大功率风机，固定在机箱上部，在机箱底部设置有通气孔和百叶窗（3）；所述机箱后盖中部设置有向内凸起部，与设置在机箱内的散热器（2）形成风道；在所述散热器（2）上通过硅脂和螺丝固定有IGBT、整流电路。