一种中频感应加热电源装置及其数字控制方法

本发明涉及中频感应加热，特别是涉及一种中频感应加热电源装置及其数字控制方法。

背景技术：

1、在中频感应加热过程中，由于材料的不均匀性和加热参数(如温度、升温速度)的不合适，可能导致局部过热，进而产生应力集中，最终引发热裂纹。这种裂纹会严重影响产品的质量和使用寿命。

2、目前大规模投产的中频感应加热电源的控制电路部分，基本上均采用半导体器件。但是这种控制电路的结构复杂、使用到的元件较多，并且模拟器件存在温漂性，整个加热系统都很容易受到这种特性的影响，导致感应加热电源效率低下。并且系统一旦投入工作，发生的问题无法及时进行参数修改。因此，当前并无一种能够满足灵活调整要求的加热电源以及加热控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种中频感应加热电源装置及其数字控制方法，能够实现感应加热的灵活控制。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种中频感应加热电源装置，包括：三相全控整流桥、平波电抗器、可控硅逆变桥、充放电电路和并联谐振电路；

4、所述三相全控整流桥、所述平波电抗器和所述可控硅逆变桥依次连接，且所述可控硅逆变桥还分别与所述充放电电路和所述并联谐振电路连接；

5、其中，所述三相全控整流桥用于将三相交流工频电转换为直流电；所述可控硅逆变桥用于在对直流电进行滤波后，进行开关的通断控制；所述并联谐振电路用于根据开关的通断控制结果进行中频感应加热；所述充放电电路用于根据开关的通断控制结果对直流电进行充放。

6、可选地，所述三相全控整流桥由三对晶闸管并联连接组成，且每对晶闸管之间串联连接。

7、可选地，所述可控硅逆变桥，具体包括：第一可控硅模块、第二可控硅模块、第三可控硅模块和第四可控硅模块；所述第一可控硅模块和所述第二可控硅模块形成第一串联支路，所述第三可控硅模块和所述第四可控硅模块形成第二串联支路；所述第一串联支路和所述第二串联支路之间并联连接；每条串联支路中的可控硅模块之间通过两个线圈串联连接；

8、其中，每组可控硅模块均包括一个电阻、一个电容和一个可控硅；所述电阻和所述电容串联连接，且所述电阻和所述电容均与所述可控硅并联连接。

9、可选地，所述充放电电路，具体包括：开关k1、可控硅t5、线圈、电容c1、第一电阻r、开关k2、交流电源ac和二极管d1；

10、所述开关k1的一端与所述第一串联支路连接，另一端与可控硅t5的正极端连接；所述可控硅t5的负极端与线圈的一端串联连接；所述线圈的另一端和电容c1的一端均与第一电阻r的一端连接；所述第一电阻r的另一端与开关k2、交流电源ac和二极管d1的正极端串联连接；所述二极管d1的负极端还与第一附加开关的一端连接；所述第一附加开关的另一端还分别与电容c1的另一端和第二附加开关的一端连接；所述第二附加开关的另一端还与所述第二串联支路连接。

11、可选地，所述并联谐振电路，具体包括：补偿电容c、感应加热线圈l和第二电阻r；

12、所述感应加热线圈l和所述第二电阻r串联连接，且所述感应加热线圈l和所述第二电阻r均与所述补偿电容c并联连接；并联连接电路的输入端与所述第一串联支路连接，输出端与所述第二串联支路连接。

13、本发明还提供了一种中频感应加热电源装置的数字控制方法，应用于如上所述的中频感应加热电源装置，包括：

14、在启动过程中，打开锁相环后，负载电压达到100v左右，启动电流达到设定值，无过压过流故障，则认为启动成功，投入大功率进行加热；此时进入调功阶段，设置系统大负荷工作时的设定电压和设定功率，经过峰值检测后，进行积分运算，设定值逐步增加，如果电压或电流达到设定的极限电压和极限电流值，极限电压调节器和极限电流调节器将干预，当实际电压低于设定值，将以动态方式降低限电流保护设定，限电流保护值设定和实际电流比较后，经过pi调节器后获得限流控制器输出，限电压保护值设定和实际电压比较后，经过pi调节器后获得限压控制器输出，两者取最小值，再和设定值相加作为电压控制器的给定，再和实际电压比较后，经过电压控制器获得输出调功控制角；当采用功率控制，实际功率为实际电压和实际电流的乘积，设定值为给定功率，经过功率控制器获得输出调功控制角，并根据调功控制角进行中频感应加热的控制。

15、可选地，所述中频感应加热电源装置的启动和停止过程为：

16、在外部启动信号发出后，开关k2吸合，电容c1充电，系统检测正常，开关k1吸合，延时设定时间发出逆变启动信号，发出脉冲使可控硅t1和可控硅t3导通，整流频率信号开始升高，当整流器输出设定的正电压，发出充放电使能信号，打开充放电电路放电可控硅t5的脉冲，在负载内形成振荡信号，当检测中频负载电压达到判振阈值电压，此时投入锁相环，在锁相环作用下，可控硅t1、可控硅t3和可控硅t2、可控硅t4轮流导通，系统工作在电流超前电压18°频率处，经过设定时间，当判断锁相环锁相成功，电压为100v左右，则发出加热成功信号，启动成功，当停止时，系统收到外部启动信号变化，同时逆变启动信号变化，不发出加热成功信号，整流调功频率回到有源逆变状态，发出锁相环投入失能信号，逆变脉冲关闭，充放电电路接触器开关k1和开关k2断开。

17、可选地，所述整流调功频率经转换后为移相后的六路双窄脉冲。

18、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

19、本发明公开了一种中频感应加热电源装置及其数字控制方法，所述装置包括三相全控整流桥、平波电抗器、可控硅逆变桥、充放电电路和并联谐振电路；所述三相全控整流桥、所述平波电抗器和所述可控硅逆变桥依次连接，且所述可控硅逆变桥还分别与所述充放电电路和所述并联谐振电路连接；所述三相全控整流桥用于将三相交流工频电转换为直流电；所述可控硅逆变桥用于在对直流电进行滤波后，进行开关的通断控制以产生中频逆变电流输送给并联谐振电路，在负载上产生单相交流电压，所述充放电电路在启动时给电路提供振荡，在整流输入电流的补充下形成振荡，当判断起振后，然后加入锁相环进行谐振频率跟踪，启动完成后，充放电电路根据开关的通断控制结果进行充放电。本发明通过调功算法计算出整流调功频率，进而调整控制角，实现功率的调节，进一步实现感应加热的灵活控制。

技术特征：

1.一种中频感应加热电源装置，其特征在于，包括：三相全控整流桥、平波电抗器、可控硅逆变桥、充放电电路和并联谐振电路；

2.根据权利要求1所述的中频感应加热电源装置，其特征在于，所述三相全控整流桥由三对晶闸管并联连接组成，且每对晶闸管之间串联连接。

3.根据权利要求1所述的中频感应加热电源装置，其特征在于，所述可控硅逆变桥，具体包括：第一可控硅模块、第二可控硅模块、第三可控硅模块和第四可控硅模块；所述第一可控硅模块和所述第二可控硅模块形成第一串联支路，所述第三可控硅模块和所述第四可控硅模块形成第二串联支路；所述第一串联支路和所述第二串联支路之间并联连接；每条串联支路中的可控硅模块之间通过两个线圈串联连接；

4.根据权利要求3所述的中频感应加热电源装置，其特征在于，所述充放电电路，具体包括：开关k1、可控硅t5、线圈、电容c1、第一电阻r、开关k2、交流电源ac和二极管d1；

5.根据权利要求3所述的中频感应加热电源装置，其特征在于，所述并联谐振电路，具体包括：补偿电容c、感应加热线圈l和第二电阻r；

6.一种中频感应加热电源装置的数字控制方法，应用于如权利要求1-5中任一项所述的中频感应加热电源装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的中频感应加热电源装置的数字控制方法，其特征在于，所述中频感应加热电源装置的启动和停止过程为：

8.根据权利要求7所述的中频感应加热电源装置的数字控制方法，其特征在于，所述整流调功频率经转换后为移相后的六路双窄脉冲。

技术总结本发明公开一种中频感应加热电源装置及其数字控制方法，涉及中频感应加热技术领域。所述装置包括：三相全控整流桥、平波电抗器、可控硅逆变桥、充放电电路和并联谐振电路；所述三相全控整流桥、所述平波电抗器和所述可控硅逆变桥依次连接，且所述可控硅逆变桥还分别与所述充放电电路和所述并联谐振电路连接；所述三相全控整流桥用于将三相交流工频电转换为直流电；所述可控硅逆变桥用于在对直流电进行滤波后，进行开关的通断控制以产生中频逆变电流输送给并联谐振电路，在负载上产生单相交流电压，所述充放电电路在启动时给电路提供振荡，在整流输入电流的补充下形成振荡，当判断起振后，然后加入锁相环进行谐振频率跟踪，启动完成后，充放电电路根据开关的通断控制结果进行充放电。本发明能够实现感应加热的灵活控制。技术研发人员：肖奇军,万蓉蓉,肖超予,梁海,李泽锋受保护的技术使用者：肇庆学院技术研发日：技术公布日：2024/10/10