[发明专利]用于电感应加热、熔化和搅拌的具有脉冲调节器的电流反馈逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及具有电流反馈逆变器的电源及前述逆变器的调节，及 将前述电源用于电感应加热、熔化和搅拌应用。

背景技术

图1示出了连接到RLC谐振负载的典型电流反馈逆变器116。例 如，谐振负载可以是与电阻元件R串联的感应线圈L_coil，连同工业电 感应熔炉或加热设备使用，其表示当交流电流流过感应线圈及与感应 线圈和电阻元件并联连接的振荡回路(谐振)电容器C_tank时磁耦合的 工作负载(例如，熔炉中的金属或放在感应线圈中的金属齿轮)。典 型的逆变器图示为具有开关器件S₁-S₄的H形桥，在交流电半周期期 间通过开关对S₁和S₄及S₂和S₃依次向谐振负载提供电流。调节后的 直流电流通过平滑电感器或扼流圈L_choke反馈给逆变器，电流自适当的 源提供。在图1中，由硅控整流器SCR₁-SCR₆或其它类型的相控电开 关形成的三相全波变压整流器112用于提供直流电流。整流器的输入 来自适当的交流源，如50或60Hz三相公用事业电源(在图中指示为 A、B和C)。

图2图示了图1中所示的逆变器的性能特征。参数为随频率而变 的逆变器输出电流量I_out(INV)(安培)；随频率而变的逆变器输出功率 量P_out(INV)(千瓦特)；随频率而变的逆变器输出电压量V_out(INV)(伏特)； 最大直流电流I_max(安培)；最大逆变器输出功率P_max(千瓦特)；及 最大逆变器输出电压V_max(伏特)。

额定(最大)工作条件由工作线路L₂标识的曲线的交叉点确定。 谐振工作条件由工作线路L₁确定的逆变器输出电压、电流和功率的最 小值确定。跨谐振负载的逆变器输出电压可表示为下面的公式：

其中V_inv为逆变器的输出电压，V_dc为所提供的直流电压，及φ为 逆变器输出电流和电压之间的相移。

逆变器的输出功率(P_inv)与逆变器电压的平方成正比：

Pinv≈Vinv2]]>

因此，为增大功率，谐振负载将按非谐振运行，随着功率水平增 加，降低效率也增加。为将逆变器输出功率降低到低于谐振时的水平， 整流器的直流输出通过整流器开关的相位控制进行降低。

本发明的目标之一在于通过不同于输入整流器的相位控制的手 段实现电流反馈逆变器的功率控制同时保持负载谐振。本发明的另一 目标是使逆变器中使用的电抗元件的大小最小化。

本发明的另一目标是实现放在感应熔炉内的导电材料如熔融金 属浆均匀混合。

本发明的另一目标在于使熔浆暴露于周围环境的表面区域最大， 尤其在环境实质上为真空时，以通过调节形成表面区域的凸起弯月面 促进除气。

发明内容

一方面，本发明为通过调节逆变器输入直流电流的占空比对电流 反馈逆变器的输出功率量进行控制的装置和方法，其中使调节器的工 作循环的周期与逆变器输出电流的周期同步，使得对于逆变器的每一 单一输出电流周期有两个调节器周期。占空比调节可通过调节器周期 中的单一脉冲或调节器周期中的一系列脉冲实现。比满占空比(1) 时可获得的输出功率大的输出功率量可通过使逆变器在非谐振条件 下运行而实现。

本发明的上述及其它方面将在本说明书及所附权利要求中提出。

附图说明

当结合附图阅读前面的概述及下面的详细描述时可更好地理解 本发明。为说明本发明的目的，在附图中示出了本发明的目前优选的 示例形式；然而，本发明不限于下述附图中公开的具体配置和手段：