CN2603593Y - 全固态感应加热设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型为全固态感应加热设备，其构成为三相全桥整流电路(1)的输出与功率逆变电路(2)的输入连接，功率逆变电路(2)的输出经谐振回路(3)与负载(4)连接，谐振回路(3)通过同步取样电路(5)与中心控制模块(6)连接，功率逆变电路(2)与电流取样电路(7)连接，电源(8)、电流取样电路(7)与中心控制模块(6)连接，中心控制模块与驱动模块(9)连接，驱动模块(9)与功率逆变电路(2)和电源(8)连接。工作效率高，可靠性高，维护成本低。

Description

全固态感应加热设备

技术领域：

本实用新型与高频感应加热设备有关。

技术背景：

已有的高频感应加热设备，是由以电子管为主体的振荡电路构成，电子管的工作效率低，(通常≤50％)，工作电压高(上万伏)，可靠性较低，设备的维护成本高。

实用新型的内容：

本实用新型的目的是提供一种工作效率高，可靠性高，使用寿命长，维护成本低的全固态高频感应加热设备。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型全固态感应加热设备，三相全桥整流电路(1)的输出与功率逆变电路(2)的输入连接，功率逆变电路(2)的输出经谐振回路(3)与负载(4)连接，谐振回路(3)通过同步取样电路(5)与中心控制模块(6)连接，功率逆变电路(2)与电流取样电路(7)连接，电源(8)、电流取样电路(7)与中心控制模块(6)连接，中心控制模块与驱动模块(9)连接，驱动模块(9)与功率逆变电路(2)和电源(8)连接。

功率逆变电路(2)是由若干大功率晶体管(M₁-M₈)组成的双全桥串联谐振逆变电路，并接于电容(C₄，C₅)两端，驱动模块(9)的若干组输出(A-D，a-d)分别接大功率晶体管(M₅-M₈)的栅极，其中A与D，a与d的相位相同，AD与ad之间相差180°，C与B、c与d相位相同，CB、cb之间相差180°，谐振回路(3)由振荡电容(C6)和变频变压器(T₁)组成，变压器(T₁)的初级与电容(C₁)、电流取样互感器(U₁)和晶体管(M₁-M₈)的集电极连接，变压器(T₁)的次级与感应器(C)和中心控制模块(6)连接，同步取样电路的电流取样互感器(U1)与中心控制模块(6)连接。

晶体管(M₃、M₇)的发射极与电流互感器(U₃)连接，晶体管(M₂，M₆)的集电极与电流互感器(U3)连接，电流互感器(U₂，U₃)与中控制模块(6)连接。

中心控制模块(6)有集成电路(IC₆)，其6脚与电容(E2)和晶体管(N₁₀)的集电极连接构成扫频电路(12)，晶体管(N₆，N₇，N₈，N₉)与变压器(T₁)的次极绕组(O、P、Q)连接构成同步电路(10)，晶体管(N₆，N₉)的基极分别与O、Q连接，N₆的集电极与N₇的基极连接，N₉的集电极与N8的基极连接，N₆，N₇，N₈，N₉的发射极与P连接，N₇，N₈的集电极与集成电路(IC₆)的3脚连接，集成块(IC₆)与IC₁，IC₂，IC₃，IC₄和IC₅组成的分相电路(13)连接，集成块(IC₆)的4脚与集成块(IC₁)和与非门(IC₅、IC₂)的输入连接，IC₂的输出与或非门(IC₃)的输入连接，IC₅的输出与IC₂的输入连接，IC₅的输出与或非门(IC₄)的一输入连接，IC₄的一输出与IC₃的输入连接，IC₄的另一输出与IC₂和IC₅的输入连接，IC₄的另一输入与光电耦合器(O₁)及晶体管(N₁₀，N₁₁，N₁)构成的启动电路(14)连接，启动电路(14)与集成电路(IC₆)的6脚连接，IC₄的4，5脚与过流保护电路、过压保护电路，欠压保护电路、缺水保护电路、超温保护电路连接。

电流取样互感器(U1)与功率控制电路(15)连接，电路(15)的输出通过电阻(R25)与扫频电路(12)连接。

分相电路(13)的输出与脉冲输出电路(16)连接，脉冲输出电路(16)由晶体管(N₂-N₅)和变压器(T₆-T₉)构成，晶体管(N₂-N₅)的基极与或非门(IC₃，IC₄)的输出连接，其集电极与变压器(T₆-T₉)的初级绕组连接，T₆-T₉)的次极绕组输出与驱动模块(9)连接。

电源(8)有变压器(T₂)和电容(C₁₁-C₁₄)构成的变频滤波器，其输出与电源变压器(T₃，T₄)连接，变压器(T₃)与驱动模块(9)连接，变压器(T₄)与中心控制模块(6)连接。

驱动模块(9)由相同的若干块构成，每块驱动模块(9)有二极管(D32-D35)和电容(C₃₁，C₂₀，C₂₂，C₂₁)组成的全波整流电路，其输入与变压器(T₃)的输出连接，其输出与三端稳压管(7815，7909)连接。

驱动模块(9)为相同的若干个，有集成块(IC₇)，其1，2脚与中心控制模块(6)的脉冲输出电路(16)的输出连接。IC₇为集成块CD4011，内部包含4个相同的二输入端与非门(A、B、C、D)，与非门(A、B)构成脉冲整形电路(17)，C，D构成脉冲封锁电路(18)，IC₇的12，13脚与晶体管M₁的集电极连接，IC₇的11脚与脉冲驱动电路(19)连接，脉冲驱动电路(19)是由晶体管(N₁₃-N₁₆)构成的互补式脉冲电流放大电路，其输出与逆变开关晶体管(M₁-M₈)的栅极连接。

本实用新型利用IGBT晶体管作逆变功率器件，在不提高IGBJ晶体管工作频率的情况下，负载上可得到2倍频率的加热电流，由于IGBT晶体管工作的占空比≤1/4T，因而器件的可靠性得以大大提高。本实用新型使用寿命长，维护成本低。

附图说明：

图1为本实用新型的框图。

图2为驱动模块的框图。

图3为中心控制模块的框图。

图4为本实用新型的电路原理图。

图5为中心控制模块电路原理图。

图6为驱动模块电路原理图。

图7为脉冲输出电路输出的波形图。

具体实施方式：

参见图4，三相工频交流电经L₁、L₂、L₃、C₁、C₂、C₃组成的滤波器后，经三相全桥整流模块D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆及滤波电容C₄、C₅将380V/50Hz的工频交流电转换成500V的直流供高频逆变电路使用。电源进线滤波器的作用：一是为防止电网上的干扰信号干扰本机；二是防止本机所产生的高频干扰电网。R₁为C₄的放电电阻，R₆为C₄的充电电阻，K₁为继电器，K₁由电源取样模块“DYQY”驱动，当“DYQY”检测到C上充电电压＞350V时，则驱动K₁闭合。“DYQY”的作用是防止合闸时浪涌电流对整流模块的冲击，M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆、M₇、M8及C₆、T₁构成全桥式逆变电路，它的工作顺序是这样的：假设工作频率为f，则工作周期T与f的关系是：f＝1/T，在0～1/4T，期间，M₁与M₈导通，电流从E点流向F点，对C₆充电，电流同时流经变压器T₁，T₁次级与感应器L相连，则感应器上同时通过高频电流，在负载上将会感应出与之相反的高频电流，高频电流在负载表面流动，(由于趋肤效应，高频电流只能在工件表面流动)导致负载被加热。在1/4T～2/4T期间，M₆、M₃导通，电流从F流向E，C₆放电，到2/4T结束，C₆已完成一次充放电，工作了一个完整的周期。2/4T～3/4T期间，M₅、M₄导通，电流E流向下，C₆充电，重复0～1/4T的过程，3/4T～4/4T期间电流从F流向E，C₆放电；重复1/4T～2/4T的过程。可见，逆变开关晶体管M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆、M₇、M₈工作一个周期，由C₆、T₁组成的振荡回路已完整地工作了两个周期。也就是说逆变开关晶体管的频率为f，则振荡回路的工作频率为2f。本实用新型特别实用于开关损耗较大的IGBT功率晶体管，在IGBT的开关损耗相同的情况下，负载上可获得2倍于IGBT工作频率的高频电流。R₂、D₇、C₇及R₃、D₈、C₈；R₄、D₉、C₉；R₅、C₁₀、D₁₀的作用是作为逆变回路的电压尖峰吸收电路，U₁是振荡回路电流取样负感器，U₂、U₃、是作为短路保护取样的电流负感器。

T₂与C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₁₄构成高频滤波器，滤除电网上的高频干扰；T₃与T₄为电源变压器，T₃给驱动模块“DRV”供电，T₄给中心控制模块“CCC”供电；“XS”与“CCC”相连，它是整机工作状态显示，它包括工作状态指示和故障状态指示。

“DRV”的电路原理图见图6，它由8块相同的驱动模块组成，D₃₂、D₃₃、D₃₄、D₃₅及C₃₁、C₂₀、C₂₂、C₂₁组成全波整流电路，它将来自T₃的±18V交流转换成直流电压；781 5与7909为三端稳压管，它输出+15V和-9V的直流电源；C₂₃、C₂₄、C₂₅、C₂₆为直流滤波电容，来自“CCC”的脉冲信号经R₄₇、R₄₆送至IC₇(CD4011)的1、2脚，IC₇内部包含4个相同的二输入端与非门(A、B、C、D)，A、B为输入脉冲整形，C、D构、成驱动保护，D₃₆、R₅₁、R₅₀、R₄₉、D₃₇构成保护检测电路，当驱动信号送至M₁、IGBT时，M₁饱和导通，M₁的集电极与发射极间的饱和压降应为2.5～3V，若此时有短路或过流发生，其饱和压降必＞3V，通过D₃₇使IC₇的12脚变为高电平，经过整形的脉冲信号通过R₄₈、C₃₀延时后，加至IC₇的13脚，此时IC₇的11脚输出低电平，通过IC₇和D门将脉冲信号关闭，此保护方式具有电路简单，保护迅速的特点。N₁₃、N₁₄、N₁₅、N₁₆构成互补式脉冲电流放大电路，R₄₅、R₄₂、R₄₃、R₄₄是其偏置电路，经过脉冲整形电路后的脉冲信号，由脉冲放大电路放大后，是有足够的驱动能力，驱动逆变晶体管IGBT工作。

“CCC”的电路原理图见图5，它主要由起动扫频，自激同步，脉冲分相，脉冲输出，及各种保护电路组成。

IC₆是脉宽调制集成电路3525，但若改变⑥脚的偏置电流，可改变其输出频率，这里是把3525作调频电路使用，改变E₂上的直流电压，可改变⑥脚的偏置电流，从而改变其振荡频率。接通电源后，R₂₃、R₂₁为N₁₀提供偏置电流，N₁₀通导，E₂不起作用，IC₆的振荡频率由C₁₆、R₁₀、R₁₁、R₂₀决定 $f=\frac{1}{C16\·[\frac{0.7R20\·R11}{R20+R11}+3R10]}$ 此时振荡频率f处于最高点f_H，闭合K₂加热开关后，光耦O₁导通，N₁₀、截止，E₂通过R₂₀充电，随着其电压的变化，⑥脚的偏置电流逐渐减小，IC₆的振荡频率由f_H，逐渐下降至f_L，(E₂电压V f_E2＝5V时)，由C₆，与T₁，构成的LC振荡其谐振频率为f₀，f₀应满足：f_H＞f₀＞f_L，则当IC₆振荡频率从f_H下降至接近f₀时，C₆与T₁构成的LC振荡回路接近于谐振状态，T₁绕组O、P、Q上有较高的电压输出，使晶体管N₆、N₇、N₈、N₉导通，输出窄脉冲至IC₆③脚，IC₆③脚是强制同步端，当③脚上同步脉冲到来时，IC₆的振荡频率即与同步脉冲频率相等。从而完成了启动从它激转自激的过程。IC₁、IC₂、IC₃、IC₄、IC₅组成分相电路，它们分别由“D触发器”、“与非门”、“或非门”组成，IC₆④输出的脉冲信号，经IC₁、IC₂、IC₃、IC₄、IC₅组成的分相电路后，其输出的脉冲波形分别如图7所示，N₂、N₃、N₄、N₅及T₆、T₇、T₈、T₉构成脉冲输出电路；T₆输出的波形见图7，A、D；T7输出的波形见图7，B、C；T₈输出的波形见图7，a、d；T₉输出的波形见图7，b、c.光电耦合器O₁及晶体管N₁₀、N₁₁、N₁构成设备的启动电路。当设备处于加热状态时，K₂闭合出，光耦0₁导通，晶体管N₁₀截止，电容E₂被充电，频率扫描开始，同时，N₁₁截止，N₁导通，IC₄③变为低电平。若④，⑤脚也为低电平，⑥变为高电平，则分相电路得以工作，脉冲信号得以通过；反之，则脉冲被封锁，与IC₄④，⑤脚相连的是过流保护“GLBH”，过压保护“GYBH”，欠压保护“QYBH”缺水保护“QSBH”，超温保护“CWBH”等保护电路，若发生过流、过压、欠压、缺水、超温时，保护电路输出高电平，则IC₄⑥脚变为低电平，封锁输出脉冲，同时N₁₂导通，输出报警信号，S₁发出报警声，来自电流互感U₁的电流信号被送至功率控制电路“GLK”，“GLK”输出通过R₂₅与E₂相连，改变E₂上电压，可改变振荡频率，使逆变器的工作频率偏离串联谐振频f₀，从而使振荡电流减小，从而使振荡功率减小，调节电位器P₁的电位，可控制振荡电流的大小，从而控制振荡功率。

Claims (9)

1、全固态感应加热设备，其特征在于三相全桥整流电路(1)的输出与功率逆变电路(2)的输入连接，功率逆变电路(2)的输出经谐振回路(3)与负载(4)连接，谐振回路(3)通过同步取样电路(5)与中心控制模块(6)连接，功率逆变电路(2)与电流取样电路(7)连接，电源(8)、电流取样电路(7)与中心控制模块(6)连接，中心控制模块与驱动模块(9)连接，驱动模块(9)与功率逆变电路(2)和电源(8)连接。

2、根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于功率逆变电路(2)是由若干大功率晶体管(M₁-M₈)组成的双全桥串联谐振逆变电路，并接于电容(C₄，C₅)两端，驱动模块(9)的若干组输出(A-D，a-d)分别接大功率晶体管(M₁-M₈)的栅极，其中A与D，a与d的相位相同，AD与ad之间相差180°，C与B、c与d相位相同，CB、cb之间相差180°，谐振回路(3)由振荡电容(C6)和变频变压器(T₁)组成，变压器(T₁)的初级与电容(C₁)、电流取样互感器(U₁)和晶体管(M₁-M₈)的集电极连接，变压器(T₁)的次级与感应器(C)和中心控制模块(6)连接，同步取样电路的电流取样互感器(U1)与中心控、制模块(6)连接。

3、根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于晶体管(M₃、M₇)的发射极与电流互感器(U₃)连接，晶体管(M₂，M₆)的集电极与电流互感器(U3)连接，电流互感器(U₂，U₃)与中控制模块(6)连接。

4、根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于中心控制模块(6)有集成电路(IC₆)，其6脚与电容(E2)和晶体管(N₁₀)的集电极连接构成扫频电路(12)，晶体管(N₆，N₇，N₈，N₉)与变压器(T₁)的次极绕组(O、P、Q)连接构成同步电路(10)，晶体管(N₆，N₉)的基极分别与O、Q连接，N₆的集电极与N₇的基极连接，N₉的集电极与N8的基极连接，N₆，N₇，N₈，N₉的发射极与P连接，N₇，N₈的集电极与集成电路(IC₆)的3脚连接，集成块(IC₆)与IC₁，IC₂，IC₃，IC₄和IC₅组成的分相电路(13)连接，集成块(IC₆)的4脚与集成块(IC₁)和与非门(IC₅、IC₂)的输入连接，IC₂的输出与或非门(IC₃)的输入连接，IC₅的输出与IC₂的输入连接，IC₅的输出与或非门(IC₄)的一输入连接，IC₄的一输出与IC₃的输入连接，IC₄的另一输出与IC₂和IC₅的输入连接，IC₄的另一输入与光电耦合器(O₁)及晶体管(N₁₀，N₁₁，N₁)构成的启动电路(14)连接，启动电路(14)与集成电路(IC₆)的6脚连接，IC₄的4，5脚与过流保护电路、过压保护电路，欠压保护电路、缺水保护电路、超温保护电路连接。

5、根据权利要求2所述的加热设备，其特征在于电流取样互感、器(U1)与功率控制电路(15)连接，电路(15)的输出通过电阻(R25)与扫频电路(12)连接。

6、根据权利要求4所述的加热设备，其特征在于分相电路(13)的输出与脉冲输出电路(16)连接，脉冲输出电路(16)由晶体管(N₂-N₅)和变压器(T₆-T₉)构成，晶体管(N₂-N₅)的基极与或非门(IC₃，IC₄)的输出连接，其集电极与变压器(T₆-T₉)的初级绕组连接，T₆-T₉)的次极绕组输出与驱动模块(9)连接。

7、根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于电源(8)有变压器(T₂)和电容(C₁₁-C₁₄)构成的变频滤波器，其输出与电源变压器(T₃，T₄)连接，变压器(T₃)与驱动模块(9)连接，变压器(T₄)与中心控制模块(6)连接。

8、根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于驱动模块(9)由相同的若干块构成，每块驱动模块(9)有二极管(D32-D35)和电容(C₃₁，C₂₀，C₂₂，C₂₁)组成的全波整流电路，其输入与变压器(T₃)的输出连接，其输出与三端稳压管(7815，7909)连接。

9、根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于驱动模块(9)为相同的若干个，有集成块(IC₇)，其1，2脚与中心控制模块(6)的脉冲输出电路(16)的输出连接。IC₇为集成块CD4011，内部包含4个相同的二输入端与非门(A、B、C、D)，与非门(A、B)构成脉冲整形电路(17)，C，D构成脉冲封锁电路(18)，IC₇的12，13脚与晶体管M₁的集电极连接，IC₇的11脚与脉冲驱动电路(19)连接，脉冲驱动电路(19)是由晶体管(N₁₃-N₁₆)构成的互补式脉冲电流放大电路，其输出与逆变开关晶体管(M₁-M₈)的栅极连接。

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