CN210247091U

CN210247091U - 一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统

Info

Publication number: CN210247091U
Application number: CN201921007558.7U
Authority: CN
Inventors: Zhongbo Kang; 康忠波; Lihong Shao; 邵丽红; Le Zhao; 赵乐; Yongxin Kang; 康永鑫
Original assignee: Luoyang Songdao Induction Heating Technology Co ltd
Current assignee: Luoyang Songdao Induction Heating Technology Co ltd
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2020-04-03
Anticipated expiration: 2029-07-01

Abstract

一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统，包括自复位保险丝PTC、整流单元、开关电路保护单元、斩波单元、逆变单元、斩波脉宽调制单元、逆变脉宽调制单元、DSP和信号采集单元；自复位保险丝PTC、整流单元、开关电路保护单元、斩波单元、逆变单元依次相连，DSP分别通过斩波脉宽调制单元和逆变脉宽调制单元与斩波单元和逆变单元相连，信号采集单元与DSP相连；本实用新型通过实时监测电源加热温度，结合功率温度关系曲线，改变斩波电路的调制脉宽，从而实现加热温度的精确控制，该电源系统具有多重电路防护措施，加热效率高，操作简单、整机运行平稳，无杂波噪音，特别适合于弱磁性金属材料的加热。

Description

一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统

技术领域

本实用新型涉及感应加热电源技术领域，尤其是涉及了一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统。

背景技术

感应加热原理为通过整流逆变电路产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到对金属材料加热的效果。汽轮机护材质为50Mn18Cr6，是奥氏体Mn-Cr系列无磁性钢，为弱磁性材料，其成分为：C 0.49% ，Mn 18.5% ，Cr 5.87 ，Si 0.66%质。经过实验，当采用高频（超音频）感应加热，由于弱磁性材料阻抗比较小，无法达到预定温度和功率，采用传统中频感应加热时，无法实现温度的精确控制，且传统的中频感应电源防护措施不全面，因此实验均以失败告终。

实用新型内容

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统，可以通过改变斩波电路的调制脉宽实现温度的精确控制。

为实现上述目的，本实用新型采样如下技术方案：

一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统，包括自复位保险丝PTC、整流单元、开关电路保护单元、斩波单元、逆变单元、斩波脉宽调制单元、逆变脉宽调制单元、DSP和信号采集单元；所述自复位保险丝PTC、整流单元、开关电路保护单元、斩波单元、逆变单元依次相连，所述DSP分别通过斩波脉宽调制单元和逆变脉宽调制单元与斩波单元和逆变单元相连，所述信号采集单元与DSP相连；

所述整流单元为由六个二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的三相不控整流电路，二极管D1、D2构成第一整流桥，二极管D3、D4构成第二整流桥，二极管D5、D6构成第三整流桥；三相交流电源通过三个自复位保险丝PTC分别与整流单元中二极管D1与D2间节点、二极管D3与D4间节点、二极管D5与D6间节点相连；

所述开关电路保护单元包括二极管D7、双向TVS管D8、电阻R1、电阻R2、三极管Q1、继电器KT1、继电器KT2、电容C1；二极管D7的负极与二极管D5的负极相连，二极管D7的正极通过电阻R1与二极管D6的正极相连；三极管Q1的基极与二极管D7和电阻R1间节点相连，三极管Q1的发射极与二极管D6的正极相连，三极管Q1的集电极连接一个继电器KT1；继电器KT1的常闭开关S1的一端与二极管D5的负极相连，另一端与电阻R2相连；继电器KT1的常闭开关S1与电阻R2间的节点通过双向TVS管D8与二极管D6的正极相连，电容C1一端与电阻R2相连，另一端与二极管D6的正极相连；继电器KT2的常开开关S2与电阻R2并联，继电器KT2与DSP相连；

所述斩波单元由绝缘栅双极型晶体管IGBT1构成，晶体管IGBT1的集电极与电阻R2和电容C1间的节点相连，晶体管IGBT1的发射极连接逆变单元，晶体管IGBT1的栅极连接斩波脉宽调制单元；

所述逆变单元包括四个绝缘栅双极型晶体管IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、电容C2和电感L，晶体管IGBT2和IGBT3的集电极均与晶体管IGBT1的发射极相连，晶体管IGBT2的发射极与晶体管IGBT4的集电极相连，晶体管IGBT3的发射极与晶体管IGBT5的集电极相连，晶体管IGBT4和IGBT5的发射极均与二极管D6的正极相连，晶体管IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5的栅极连接逆变脉宽调制单元，电容C2的一端与晶体管IGBT2与IGBT4间的节点相连，电容C2的另一端与晶体管IGBT3与IGBT5间的节点相连，电感L与电容C2并联；

所述斩波脉宽调制单元包括第一PMW产生模块和第一驱动模块，DSP通过第一PMW产生模块和第一驱动模块与斩波单元中晶体管IGBT1的栅极相连；

所述逆变脉宽调制单元包括第二PMW产生模块、反相模块、第二驱动模块和第三驱动模块，DSP与第二PMW产生模块相连，第二PMW产生模块通过第二驱动模块分别与晶体管IGBT2和IGBT5的栅极相连，第二PMW产生模块通过反向器和第三驱动模块分别与晶体管IGBT3和IGBT4的栅极相连。

优选的，所述信号采集单元包括电流传感器、电压传感器、温度传感器和信号调理电路，所述电流传感器、电压传感器、温度传感器分别通过信号调理电路与DSP相连。

优选的，所述第一PMW产生模块和第二PMW产生模块相同，均由脉宽调制控制芯片TL494及其外围电路组成。

优选的，所述第一驱动模块由驱动芯片IR2110及其外围电路组成。

优选的，所述第二驱动模块和第三驱动模块相同，均由IGBT半桥双路驱动芯片IR22141及其外围电路组成。

优选的，所述反相模块由双施密特型反相器74LVC2G14SH及其外围电路组成。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：通过实时监测电源加热温度，结合功率温度关系曲线，改变斩波电路的调制脉宽，实现了对温度的准确控制，到达温度可以自动保温，不会出现过温、欠温现象，防止了工件产生过烧超温；整流部分采用半可控整流方式，不会产生高次谐波，整机运行平稳；具有输入过压保护，输入过流保护，输出过流保护，线圈短路保护、抗外部浪涌、缓冲软启动等多种电路防护功能；具有自判断负载状态功能，如果负载短路或开路，均可以零冲击、微电流锁控逆变输出，避免故障进一步扩大；感应加热节电率达20-30%，系统操作简单，可靠性好，特别适合于弱磁性金属材料的加热。

附图说明

图1为本实用温控调节电源系统结构示意图；

图2为本实用温控调节电源系统电路原理图。

图中：1、自复位保险丝PTC；2、整流单元；3、开关电路保护单元；4、斩波单元；5、逆变单元；6、斩波脉宽调制单元；7、逆变脉宽调制单元；8、DSP；9、信号采集单元。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进，本实用新型并不局限于下面的实施例。

如图1-2所示，本实用新型一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统包括自复位保险丝PTC1、整流单元2、开关电路保护单元3、斩波单元4、逆变单元5、斩波脉宽调制单元6、逆变脉宽调制单元7、DSP8和信号采集单元9。

整流单元2为由六个二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的三相不控整流电路，二极管D1、D2构成第一整流桥，二极管D3、D4构成第二整流桥，二极管D5、D6构成第三整流桥；三相交流电源通过三个自复位保险丝PTC1分别与整流单元2中二极管D1与D2间节点、二极管D3与D4间节点、二极管D5与D6间节点相连；当电路发生短路或输入电流过大时，自复位保险丝PTC1成高阻态以防止外部大电流流入系统，故障排除后自复位保险丝PTC恢复为低阻状态，保持通路。

开关电路保护单元3与整流单元2相连；开关电路保护单元3包括二极管D7、双向TVS管D8、电阻R1、电阻R2、三极管Q1、继电器KT1、继电器KT2、电容C1；二极管D7的负极与二极管D5的负极相连，二极管D7的正极通过电阻R1与二极管D6的正极相连；三极管Q1的基极与二极管D7和电阻R1间节点相连，三极管Q1的发射极与二极管D6的正极相连，三极管Q1的集电极连接一个继电器KT1；继电器KT1的常闭开关S1的一端与二极管D5的负极相连，另一端与电阻R2相连；继电器KT1的常闭开关S1与电阻R2间的节点通过双向TVS管D8与二极管D6的正极相连，电容C1一端与电阻R2相连，另一端与二极管D6的正极相连；继电器KT2的常开开关S2与电阻R2并联，继电器KT2与DSP8相连。

二极管D7、电阻R1、三极管Q1和继电器KT1组成了输入过压保护电路，当输入电压高于二极管D7的击穿电压时，二极管击穿，有电流流过电阻R1，三极管Q1导通，继电器KT1通电，继电器KT1的常闭开关S1断开，切断输入；双向TVS管D8用于抑制因静电放电、雷电等引起的浪涌电流对电路的冲击；电阻R2和电容C1形成RC滤波电路，用于抑制输入端的高频信号，同时电阻R2、电容C1和继电器KT2又起到了系统软启动保护的作用，在系统开始运行时，R2作为限流电阻，对电容C1充电，可以防止开机瞬间过电流对电路的损害，在开机暂态过程结束后，通过DSP给继电器KT2发送通电信号，继电器KT2通电，继电器KT2的常开开关S2闭合，电阻R2短路，使电源直接对斩波单元4供电。

斩波单元4与开关电路保护单元3相连；斩波单元4由绝缘栅双极型晶体管IGBT1构成，晶体管IGBT1的集电极与电阻R2和电容C1间的节点相连，晶体管IGBT1的发射极连接逆变单元5，晶体管IGBT1的栅极连接斩波脉宽调制单元6；通过调节斩波单元4的调制脉宽，可以改变其输出电压，从而达到调节输出功率的目的。

逆变单元5与斩波单元4相连；逆变单元5包括四个绝缘栅双极型晶体管IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、电容C2和电感L，晶体管IGBT2和IGBT3的集电极均与晶体管IGBT1的发射极相连，晶体管IGBT2的发射极与晶体管IGBT4的集电极相连，晶体管IGBT3的发射极与晶体管IGBT5的集电极相连，晶体管IGBT4和IGBT5的发射极均与二极管D6的正极相连，晶体管IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5的栅极连接逆变脉宽调制单元7，电容C2的一端与晶体管IGBT2与IGBT4间的节点相连，电容C2的另一端与晶体管IGBT3与IGBT5间的节点相连；电感L与电容C2并联；电容C2为补偿电容；逆变单元5中四个晶体管收到两组互补的逆变PWM信号控制，晶体管IGBT2和IGBT5导通时，晶体管IGBT3和IGBT4关闭，半个周期后，晶体管IGBT2和IGBT5关闭，同时晶体管IGBT3和IGBT4导通，这样就会在电感L两端产生正弦波振荡电流，该电流经变压器耦合输出到感应加热线圈上，可以实现对金属材料的加热。

DSP8通过斩波脉宽调制单元6与斩波单元4相连；斩波脉宽调制单元6包括第一PMW产生模块和第一驱动模块，DSP8通过第一PMW产生模块和第一驱动模块与斩波单元4中晶体管IGBT1的栅极相连；DSP8确定斩波电路的调制脉宽，控制第一PMW产生模块产生斩波PMW信号，通过第一驱动模块驱动斩波单元4工作；第一PMW产生模块由脉宽调制控制芯片TL494及其外围电路组成；第一驱动模块由驱动芯片IR2110及其外围电路组成。

DSP8通过逆变脉宽调制单元7与和逆变单元5相连；逆变脉宽调制单元7包括第二PMW产生模块、反相模块、第二驱动模块和第三驱动模块，DSP8与第二PMW产生模块相连，第二PMW产生模块通过第二驱动模块分别与晶体管IGBT2和IGBT5的栅极相连，第二PMW产生模块通过反向器和第三驱动模块分别与晶体管IGBT3和IGBT4的栅极相连；DSP8确定逆变PMW信号相位和频率，控制第二PMW产生模块产生逆变PMW信号，逆变PMW信号分两路，一路直接通过第二驱动模块控制晶体管IGBT2和IGBT5动作，另一路通过反向模块变为与第一路信号频率相同、相位相反的信号，通过第三驱动模块控制晶体管IGBT3和IGBT4动作；第二PMW产生模块与第一PMW产生模块结构相同，由脉宽调制控制芯片TL494及其外围电路组成；第二驱动模块和第三驱动模块相同，均由IGBT半桥双路驱动芯片IR22141及其外围电路组成，IR22141集成两套独立的驱动和保护电路，可以输出两路驱动信号，同时驱动两个晶体管动作；反相模块由双施密特型反相器74LVC2G14SH及其外围电路组成。

信号采集单元9与DSP8相连；信号采集单元9包括电流传感器、电压传感器、温度传感器和信号调理电路；电流传感器、电压传感器、温度传感器分别通过信号调理电路与DSP8相连分别通过信号调理电路与DSP8相连；电流传感器、电压传感器采集加热电源电流和电压并反馈给DSP8，DSP8可以判断电流和电压是否超出极限值，从而执行输出过压或输出过流保护，同时DSP8根据电流和电压的反馈值，可以判断判断负载状态，如果判定负载短路或开路，可以零冲击、微电流锁控逆变输出；温度传感器采集加热电源加热温度并反馈给DSP8，DSP8结合功率温度关系曲线和数学模型，确定斩波电路调制脉宽，以达到精确控温的目的。

实施本实用新型所述熔炼管控系统时，三相交流电通过整流单元2变为直流脉动电压，经开关电路保护单元3中的滤波电路获得稳定的直流电压，经斩波单元6和逆变单元5后，通过中频变压器耦合输出到感应加热线圈上，实现对金属材料的加热；加热过程中，通过信号采集单元9实时采集加热电源的温度数据，并反馈到DSP8,DSP8结合功率温度关系曲线及数学模型，调节斩波单元6调制脉宽，从而改变其输出电压，实现对输出功率的调节，达到了精确控温目的。

本实用新型未详述部分为现有技术。

Claims

1.一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统，其特征是：包括自复位保险丝PTC（1）、整流单元（2）、开关电路保护单元（3）、斩波单元（4）、逆变单元（5）、斩波脉宽调制单元（6）、逆变脉宽调制单元（7）、DSP（8）和信号采集单元（9）；所述自复位保险丝PTC（1）、整流单元（2）、开关电路保护单元（3）、斩波单元（4）、逆变单元（5）依次相连，所述DSP（8）分别通过斩波脉宽调制单元（6）和逆变脉宽调制单元（7）与斩波单元（4）和逆变单元（5）相连，所述信号采集单元（9）与DSP（8）相连；

所述整流单元（2）为由六个二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的三相不控整流电路，二极管D1、D2构成第一整流桥，二极管D3、D4构成第二整流桥，二极管D5、D6构成第三整流桥；三相交流电源通过三个自复位保险丝PTC（1）分别与整流单元（2）中二极管D1与D2间节点、二极管D3与D4间节点、二极管D5与D6间节点相连；

所述开关电路保护单元（3）包括二极管D7、双向TVS管D8、电阻R1、电阻R2、三极管Q1、继电器KT1、继电器KT2、电容C1；二极管D7的负极与二极管D5的负极相连，二极管D7的正极通过电阻R1与二极管D6的正极相连；三极管Q1的基极与二极管D7和电阻R1间节点相连，三极管Q1的发射极与二极管D6的正极相连，三极管Q1的集电极连接一个继电器KT1；继电器KT1的常闭开关S1的一端与二极管D5的负极相连，另一端与电阻R2相连；继电器KT1的常闭开关S1与电阻R2间的节点通过双向TVS管D8与二极管D6的正极相连，电容C1一端与电阻R2相连，另一端与二极管D6的正极相连；继电器KT2的常开开关S2与电阻R2并联，继电器KT2与DSP（8）相连；

所述斩波单元（4）由绝缘栅双极型晶体管IGBT1构成，晶体管IGBT1的集电极与电阻R2和电容C1间的节点相连，晶体管IGBT1的发射极连接逆变单元（5），晶体管IGBT1的栅极连接斩波脉宽调制单元（6）；

所述逆变单元（5）包括四个绝缘栅双极型晶体管IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、电容C2和电感L，晶体管IGBT2和IGBT3的集电极均与晶体管IGBT1的发射极相连，晶体管IGBT2的发射极与晶体管IGBT4的集电极相连，晶体管IGBT3的发射极与晶体管IGBT5的集电极相连，晶体管IGBT4和IGBT5的发射极均与二极管D6的正极相连，晶体管IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5的栅极连接逆变脉宽调制单元（7），电容C2的一端与晶体管IGBT2与IGBT4间的节点相连，电容C2的另一端与晶体管IGBT3与IGBT5间的节点相连，电感L与电容C2并联；

所述斩波脉宽调制单元（6）包括第一PMW产生模块和第一驱动模块，DSP（8）通过第一PMW产生模块和第一驱动模块与斩波单元（4）中晶体管IGBT1的栅极相连；

所述逆变脉宽调制单元（7）包括第二PMW产生模块、反相模块、第二驱动模块和第三驱动模块，DSP（8）与第二PMW产生模块相连，第二PMW产生模块通过第二驱动模块分别与晶体管IGBT2和IGBT5的栅极相连，第二PMW产生模块通过反向器和第三驱动模块分别与晶体管IGBT3和IGBT4的栅极相连。

2.如权利要求1所述的一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统，其特征是：所述信号采集单元（9）包括电流传感器、电压传感器、温度传感器和信号调理电路，所述电流传感器、电压传感器、温度传感器分别通过信号调理电路与DSP（8）相连。

3.如权利要求1所述的一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统，其特征是：所述第一PMW产生模块和第二PMW产生模块相同，均由脉宽调制控制芯片TL494及其外围电路组成。

4.如权利要求1所述的一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统，其特征是：所述第一驱动模块由驱动芯片IR2110及其外围电路组成。

5.如权利要求1所述的一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统，其特征是：所述第二驱动模块和第三驱动模块相同，均由IGBT半桥双路驱动芯片IR22141及其外围电路组成。

6.如权利要求1所述的一种汽轮机护环用中频预加热型温控调节电源系统，其特征是：所述反相模块由双施密特型反相器74LVC2G14SH及其外围电路组成。