CN210183231U - 一种可控硅串联谐振控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于谐振控制器件技术领域，公开了一种可控硅串联谐振控制装置；设置有可控硅整流桥和可控硅串联逆变桥；可控硅整流桥与可控硅串联逆变桥连接；可控硅串联逆变桥电路连接关系为：电容C₅与转化开关LK₁、触发晶闸管S₁和感应线圈L组成的串联电路并联，触发晶闸管S₁与二极管D₁并联；电容C₆与感应线圈L、触发晶闸管S₂和转化开关LK₂组成的串联电路并联，二极管D₂与触发晶闸管S₂并联；电容C5与电容C6组成的串联电路与电容C4并联。本实用新型通过设置有串联逆变电路在实际使用中无论是重载还是轻载都能保证100％成功率，另外一个特点是可以实现一台电源带两台炉子同时工作，提高工作效率。

Description

一种可控硅串联谐振控制装置

技术领域

本实用新型属于谐振控制器件技术领域，尤其涉及一种可控硅串联谐振控制装置。

背景技术

目前，谐振控制装置从负载谐振方式划分，可以为并联逆变器和串联逆变器两大类型，下面列出串联逆变器和并联逆变器的主要技术特点及其比较：串联逆变器和并联逆变器的差别，源于它们所用的振荡电路不同，前者是用L、R 和C串联，后者是L、R和C并联。但是现有的振控制装置采用并联逆变，导致在使用过程中，对于重载还是轻载都不能保证100％成功率。同时现有的振控制装置不能实现一台电源带两台炉子同时工作，功率任意分配，降低了工作效率。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有的振控制装置采用并联逆变，导致在使用过程中，对于重载还是轻载都不能保证100％成功率。

(2)现有的振控制装置不能实现一台电源带两台炉子同时工作，功率任意分配，降低了工作效率。

解决上述技术问题的难度：全新的控制线路、要解决可控硅的数字化的精确控制，是非常难得。

解决上述技术问题的意义：解决重载不能启动问题，不用每次都要清炉了，提高了生产效率，降低了人力的劳动强度。提高了功率因数。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种可控硅串联谐振控制装置。

本实用新型是这样实现的，一种可控硅串联谐振控制装置设置有：

可控硅整流桥和可控硅串联逆变桥；可控硅整流桥与可控硅串联逆变桥连接。

进一步，所述可控硅串联逆变桥电路连接关系为：电容C₅与转化开关LK₁、触发晶闸管S₁和感应线圈L组成的串联电路并联，触发晶闸管S₁与二极管D₁并联；

电容C₆与感应线圈L、触发晶闸管S₂和转化开关LK₂组成的串联电路并联，二极管D₂与触发晶闸管S₂并联；

电容C5与电容C6组成的串联电路与电容C4并联。

通过设置有串联逆变电路在实际使用中无论是重载还是轻载都能保证 100％成功率，另外一个非常显着的特点是其可以实现一台电源带两台炉子同时工作，功率任意分配，一台加热一台保温，不间断工作，需要时，可在准确温度下保温、升温、调制等，大限度提高生产量；串联逆变器采用半桥电路，主电路元器件数量相对减少，且有很高的功率因数，固有较高的效率。提高功率因素，确保在任意功率下，功率因数达0.95。

进一步，所述可控硅整流桥电路连接关系为：K₄开关与K₁开关串联，K₆开关与K₃开关串联，K₂开关与K₅开关串联，各个串联电路相互并联，组成的并联电路与低频电感器LD和FL电感线圈串联。

通过设置有K₂开关、K₆开关、K₄开关、K₁开关、K₃开关和K₅开关，可以实现与可控硅串联逆变桥电路的通断。

进一步，所述K₂开关、K₆开关、K₄开关、K₁开关、K₃开关、K₅开关上设置有测量器件；可以实现自关断时间保护。

综上所述，本实用新型的优点及积极效果为：

与传统并联电源的比较如下:

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的可控硅串联谐振控制装置结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的串联谐振透热炉基本原理图。

图3是本实用新型实施例提供的LC串联谐振电路图。

图4是本实用新型实施例提供的LC串联谐振电路阻抗特性曲线图。

图5是本实用新型实施例提供的LC串联谐振电路等效电路图。

图6是本实用新型实施例提供的电路阻抗最小值计算原理图。

图7是本实用新型实施例提供的可控硅串联谐振中频感应加热炉系统效率图。

图中：1、电容C₄；2、电容C₅；3、转化开关LK₁；4、触发晶闸管S₁；5、二极管D₁；6、二极管D₂；7、触发晶闸管S₂；8、转化开关LK₂；9、感应线圈L； 10、电容C₆；11、低频电感器LD；12、FL电感线圈；13、K₂开关；14、K₆开关；15、K₄开关；16、K₁开关；17、K₃开关；18、K₅开关。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本实用新型的结构作详细的描述。

如图1所示，该可控硅串联谐振控制装置设置有可控硅整流桥与可控硅串联逆变桥；可控硅整流桥与可控硅串联逆变桥连接。

可控硅串联逆变桥电路连接关系为：

电容C₅2与转化开关LK₁3、触发晶闸管S₁4和感应线圈L9组成的串联电路并联，触发晶闸管S₁4与二极管D₁5并联；

电容C₆10与感应线圈L9、触发晶闸管S₂7和转化开关LK₂8组成的串联电路并联，二极管D₂6与触发晶闸管S₂7并联；

电容C₅2与电容C₆10组成的串联电路与电容C₄1并联。

可控硅整流桥电路连接关系为：

K₄开关15与K₁开关16串联，K₆开关14与K₃开关17串联，K₂开关13 与K₅开关18串联，各个串联电路相互并联，组成的并联电路与低频电感器LD11 和FL电感线圈12串联。

K₂开关13、K₆开关14、K₄开关15、K₁开关16、K₃开关17、K₅开关18 上设置有测量器件。

本实用新型工作过程为：

触发晶闸管S1,则流经电炉线圈L电流由两部分组成：一路的流经是:电容器 C_5上→LK1→77S₁→L→C_5下；另一路是C_4上→L₁→S₁→L→C_4下,即C₆的充电电流。由于C₅＝C₆,故两条回路的振荡频率是相同的。当C₅放电完毕,U_C5＝0,而C₆已充电到直流电压U_d。在回路电感的作用下,两个回路的电流继续流通,使C₅上的电压极性为上“+”下“—”即行反向充电；而C₆上的极性不变,且C₆上的电压继续升高,直至电干中的磁能释放完毕。此时C₅上的反向电压-U_C5及U_C6的绝对值均达到最大值。这阶段乃是流过感应炉线圈L正半波。在U₅、U_C6的作用下,二极管D₁便有它们的放电电流流过,因是串联谐振电路,故放电电流均为正弦波形。当D₁中的电流为零时,C₅又正向充电到

即

此刻,放电电流降到零。这是流经感应线圈L的电流的负半波

当D₁中的电流为零时触发晶闸管S₂,也形成两个电流回路:

C₆的放电回路:C_6上→L→S₂→LK2→C_6下；

C₅的充电回路:C_4上→C₅→L→S₂→LK2→C_4下。

其余相同。

下面结合串联谐振透热炉对本实用新型的应用原理作进一步的描述。

1、串联谐振逆变中频感应炉优点为：

(1)从负载谐振方式划分，可以为并联逆变器和串联逆变器两大类型，下面列出串联逆变器和并联逆变器的主要技术特点及其比较：串联逆变器和并联逆变器的差别，源于它们所用的振荡电路不同，前者是用L、R和C串联，后者是L、R和C并联。而串联逆变电路在实际使用中无论是重载还是轻载都能保证100％成功率，另外一个非常显着的特点是其可以实现一台电源带两台炉子同时工作，功率任意分配，一台加热一台保温，不间断工作，需要时，可在准确温度下保温、升温、调制等，大限度提高生产量。

(2)效率高，串联逆变器采用半桥电路，主电路元器件数量相对减少，且有很高的功率因数，固有较高的效率。提高功率因素，确保在任意功率下，功率因数达0.95。

(3)具有完善的保护与运行状况监控系统如：用传感器对进线电流、电压、槽路电流、电压取信号，给双闭环电路进行限流、限压、过流过压重复保护，有水温、水压保护等等。KK可控硅、KP可控硅都具有自关断时间保护。

(4)有完整的检测系统

对逆变器，滤波电容器工作温度采用温度开关表进行监控，一旦冷却水温度超过设定值或出现水路故障发出警报并切断电源。对电源冷却水输入有水压继电器控制，冷却水输出有温度开关表监控欠压，超温会发出报警并切断电源。

2、串联谐振透热炉基本原理

本设备控制电路采用美国Altera公司的数字电路CPLD芯片，其特点是信号处理速度快，抗干扰能力强。其主电路基本原理如图2：

其中，三相电经可控硅三相全桥整流，逆变可控硅、谐振电容电感构成串联逆变回路。串联逆变器的负载电路对电源呈现低阻抗，要求由电压源供电。因此，经整流和滤波的直流电源末端，必须并接大的滤波电容器。

可控硅串联逆变器采用半桥电路与电感L和电容C一体构成LC串联谐振电路。

在LC串联谐振电路中，电阻R的阻值越小，对谐振信号的能量消耗越小，谐振电路的品质也越好，电路的Q值也越高；当电路中的电感L越大，存储的磁能越多，在电路损耗一定时谐振电路的品质也越好，电路的Q值也越高。

电路中，信号源与LC串联谐振电路之间不存在能量间的相互转换，只是电容C和电感L之间存在电能和磁能之间的相互转换。外加的输入信号只是补充由于电阻Rl消耗电能而损耗的信号能量。

LC串联谐振电路的谐振频率计算公式与并联谐振电路一样，如下：

3、LC可控硅串联谐振电路设计思路

LC可控硅串联谐振电路如2图所示，LC串联谐振电路，由电容C1和电感 L1串联而成。

LC串联谐振电路特性比较复杂，在众多的特性中首先是阻抗特性，如图4 所示，LC串联谐振电路阻抗特性曲线。

A、谐振时阻抗特性理解方法LC串联谐振电路工作原理分析需要分成三个频点、频段进行，即谐振时、输入信号频率高于谐振频率和输入信号频率低于谐振频率。

当输入信号频率等于谐振频率时，电路发生谐振，LC串联谐振电路的阻抗处于最小状态，且可等效一只纯电阻，此时流过整个谐振电路的信号电流最大。

B、电路失谐时阻抗特性理解方法当输入信号频率高于或低于谐振频率时， LC串联电路处于失谐状态，电路阻抗都比谐振时大。

其等效电路如图5所示，R1为C1等效容抗，频率升高容抗就会下降。

R2为L1的等效感抗，频率升高感抗增大。在可控硅串联电路加热设备中 L1电感等效成一个电阻值的大小对设备输出功率非常重要。

如图5所示，LC串联谐振电路工作在高于谐振频率段时的等效电路示意图。由于频率高于谐振频率，Cl的容抗较小，L1的感抗较大，根据串联电路特性可知，感抗在串联电路中起主要作用，所以整个LC串联谐振电路等效成一个电感。

4、电路发生串联谐振现象时的特性

当输入L串联谐振电路的信号频率等于LC串联谐振电路的谐振频率时，电路发生串联谐振现象。

若电感L和电容C都是理想元件(没有电阻)，发生LC串联谐振时，其主要特性有：

a、LC两端的等效阻抗Z＝XL-XC＝0；

b、由于Z＝0，电源提供的电流最大，应该注意防止线路出现短路或过载等故障现象；

c、由于电流最大，因此L和C两端的电压降也最大，应该注意防止绝缘损坏。

可控硅串联谐振的特点有：

(1)电路阻抗最小值；

(2)在相同电压下，电路中的电流是最大值I。此时电路达到谐振状态。“I。”是谐振电流。

I＝I。＝U/R；

串联谐振称为电压谐振的原因：因为串联谐振电路发生谐振时，电流与电压同相位，电流达到最大，电容器和电感上的电压分别等于外加电压的Q倍，所以串联谐振又称电压谐振。

串联逆变器是恒压源供电，为避免逆变器的上、下桥臂晶闸管同时导通，造成电源短路，换流时，必须保证先关断，后开通。即应有一段时间(t)使所有晶闸管(其它电力电子器件)都处于关断状态。此时的杂散电感，即从直流端到器件的引线电感上产生的感生电势，可能使器件损坏，因而需要选择合适的器件的浪涌电压吸收电路。此外，在晶闸管关断期间，为确保负载电流连续，使晶闸管免受换流电容器上高电压的影响，必须在晶闸管两端反并联快速二极管。

5、系统效率，如图7所示。

6、感应线圈(即感应器)

感应线圈采用牌号为T2(纯度为99.9％电解紫铜)、壁厚/3㎜的挤制矩形铜管在专用根据ISO431-1981标准选用线圈材料，具有最小的铜损，提高线圈转换效率。

感应线圈采用耐高温，高耐压绝缘漆，整体浸涂并经真空烘干，绝缘等级达到H级。感应线圈出厂前经过8kg/cm²水压耐压试验。

模具上绕制而成，它不但保证了线圈刚性而且具有最大的导电截面。

7、可控硅串联谐振中频感应加热炉设备

由于串联谐振电路设备的谐振电路较并联谐振的谐振电路长，所以为了节约能耗设备的整体组装比较紧促，而且连接线路用的铜板也比较宽大。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种可控硅串联谐振控制装置，其特征在于，所述的可控硅串联谐振控制装置设置有：

可控硅整流桥和可控硅串联逆变桥；可控硅整流桥与可控硅串联逆变桥连接；

可控硅串联逆变桥电路连接关系为：电容C₅与转化开关LK₁、触发晶闸管S₁和感应线圈L组成的串联电路并联，触发晶闸管S₁与二极管D₁并联；

电容C₆与感应线圈L、触发晶闸管S₂和转化开关LK₂组成的串联电路并联，二极管D₂与触发晶闸管S₂并联；

电容C₅与电容C₆组成的串联电路与电容C₄并联。

2.如权利要求1所述的可控硅串联谐振控制装置，其特征在于，所述可控硅整流桥电路连接关系为：

K₄开关与K₁开关串联，K₆开关与K₃开关串联，K₂开关与K₅开关串联，各个串联电路相互并联，组成的并联电路与低频电感器LD和FL电感线圈串联。

3.如权利要求2所述的可控硅串联谐振控制装置，其特征在于，所述K₂开关、K₆开关、K₄开关、K₁开关、K₃开关、K₅开关上设置有测量器件。

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