[发明专利]一种中频电源电路

说明书

技术领域

本发明涉及电源电路技术领域，特别涉及一种中频电源电路。

背景技术

感应加热炉广泛用于冶金、冶炼等领域，与传统电弧加热方式相比， 感应加热炉通过感应加热，因此具有节能、污染小、钢液含气量低、合金 元素烧损少、电磁搅拌以及可以精确控制温度等优点。感应加热的中频电 源为一谐振系统，可将其Q值定义为：系统虚功功率P_s与其所输出的实功 功率P_R之比，即Q＝P_s/P_R。当感应线圈通入角频率为ω的交变电流i时， 线圈产生的磁通分为Φ₁，Φa，和Φ₂三部分，其中，Φ₁为穿过感应线圈的 磁通，Φa为穿过炉衬的磁通，Φ₂为穿过钢铁的磁通。主磁通Φ₂感生出涡 流达到对钢铁进行加热的目的，漏磁通Φa不对负载进行做实功，仅引入 虚功分量。由于决定漏磁通Φa大小的是感应炉炉衬厚度，因此炉衬越厚Q 值越大。

现有的中频电源一般分为并联补偿中频电源电路和串联补偿中频电源 电路。并联补偿中频电源电路和串联补偿中频电源电路具有各自的优缺点， 以下将以举例的方式进行介绍。

如图1所示，为现有技术中并联补偿中频电源电路示意图。如图1所 示，炉体电感Lp和补偿电容Cp相并联，直流电压Ep与较大的电抗器Ldp 串联构成恒定电流源给逆变桥供电。其采用强迫换流，即，在第一个桥臂 的晶闸管Tp1和Tp2导通的状态下强行触发另一桥臂的晶闸管Tp3和Tp4， 因此该并联电路每一次换流都要经受四只晶闸管同时导通的过程，容易发 生逆变颠覆，因此起振成功率较低。此外，该并联电路的输出功率受炉壁 厚度和炉料温度的影响，如果炉壁增厚和炉料升温将会严重地降低其输出 功率，因此采用该并联电路的炉壁无法做厚。

如图2所示，为现有技术中一种串联补偿中频电源电路示意图，直流 电压源Es输出的直流电经过平波电容Cds滤波后，形成恒压源，对串联谐 振逆变桥供电。电容Cds通过晶闸管Ts1、Ts2和晶闸管Ts3、Ts4交替向 电感线圈Ls放电，形成串联谐振。该类电路的电压会逐步累加，最终形成 电压谐振，即|Ucs|＝QEs，|ULs|＝QEs，其中，Es为电源的输出电压，Q为 LsCs串联谐振回路的品质因数。该类电路的特点是可以实现恒功率输出， 但是这种恒功率输出是以增大谐振电容和电感上的电压为代价的。因此该 类电路在高Q值时，谐振电容和电感上的电压会是输入电压的Q倍，造成 高电压危险。例如，一般熔炼负载的Q值在10～20之间变化，这样无论是 炉体线圈还是补偿电容所承受的中频电压都可能达到数万伏。炉体线圈的 电压过高会导致线圈匝间短路而“放炮”，由此可发生炉体爆炸造成炉毁 人伤。并且谐振电容器Cs上的电压过高也会使得其所承受的虚功功率以平 方关系急剧增长(虚功功率＝UCs²ωCs)。由于Q值无法人为控制，只能 通过降低输入的直流电压Es来限制|UCs|和|ULs|，因此也大大降低了中频 电源的输出功率P(P∝Es2)，其结果是延长了冶炼的时间，增加了能耗。

如图3所示，为现有技术的另一种串联补偿中频电源电路示意图，直 流电压源Eb输出的直流电经过平波电容Cdb滤波后，形成恒压源，对串 联谐振逆变桥供电。串联谐振电容Cb1和Cb2分别通过晶闸管Tb1和Tb2 交替向电感线圈Lb放电，形成串联谐振。同样，此类电路的恒压源供电模 式也决定了UCb1+UCb2＝恒定常数，因此也无法摆脱了电压累加的弊端。

现有技术存在的缺点是，由于受到现有中频电源电路Q值的限制，因 此限制了感应加热炉的炉壁厚度无法增大，从而导致保温效果差，炉龄短、 安全性差等问题，特别是由于经常需要更换炉衬，缩短了炉体的有效工作 时间，增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决现有技术 中中频电源电路Q值低的技术缺陷，由此可以解决中频电源电路Q值的限 制而引起的中频感应加热炉的炉壁薄、保温效果差、炉龄短、安全性差、 炉体有效工作时间短等问题。