[发明专利]一种基于高频整流逆变的轻型中频加热电源及设计方法

说明书

本发明公开了一种基于高频整流逆变的轻型中频加热电源及设计方法，通过高频IGBT整流逆变电路，并利用软开关技术，将三相工频交流电压信号转换为20KHz的高频方波电压输出；在IGBT整流逆变电路输出侧，外接高频升压变压器，其中高频升压变压器一次绕组为电感性负载，串联电容器，使变压器二次绕组输出回路于20KHz谐振；以此作为高频交流电源，经一组IGBT开关模块对输入的高频高电压实现中频斩波，在此过程中，IGBT开关模块的驱动控制信号频率自动跟踪载荷电流频率特性，使输出电路的被加热感性载荷与外接电容发生1KHz串联谐振，此时载荷上流过中频正弦交流电流，满足载荷加热电流的需求。本发明不仅大幅降低制造和应用成本，且所用模块简单，易于实现。

技术领域

本发明属于加热电源技术领域，特别涉及一种基于高频整流逆变的轻型中频加热电源及设计方法，可广泛应用于石油化工、冶炼、煅造、晶体生长、精密铸造、热处理、焊接、弯管等中频电加热领域。

背景技术

随着我国工业化进程的飞速发展，感应加热领域也在快速发展。由于环保要求以及煤炭涨价，用焦煤加热不仅不符合环保要求，而且在价格和经济上也非常的不合算。另一方面，工业加热还大量使用着KGBS以可控硅为主器件的中频加热设备，其功率因数低，耗费大量电能。随着金融危机的曼延，节能降耗，缩减成本已经成为中小企业非常迫切的问题。

中频加热电源是一种静止变频装置，利用可控硅将三相工频交流电变成单相中频交流电来满足中频加热的需要，被广泛应用于冶金(金属熔炼、透热、热处理和焊接等)、机械制造(黑色和有色金属的铸造和精密制造金属的熔炼；机器零件的淬火，特别是表面淬火以及淬火后的回火、退火等热处理的加热等)、轻工、石油化工(化学反应釜等容器的加热；输油管道缝焊接，现场退火；输油管路的加热和保温；钻铤、钻杆的热处理)、电子、金属材料等工业生产过程中，是冶金、国防、机械加工、石化等部门及铸、锻造和船舶、飞机、汽车制造业等不可缺少的技术手段。

目前中频电源一般是将380V/50Hz交流电源经过3相桥式整流、滤波后变成直流电源，再逆变成10～1000Hz的单相交流电，通过中频变压器输给负载使用。一般生产现场中频电源机体采用立体式柜结构，柜体上半部分为中频电源控制柜，下半部分为中频变压器柜，产品内部采用风道式强制风冷散热。由于非软开关技术及中频变压器的使用，使得制造成本高，体积大，重量大，对运输及现场安装、运营、维护带来不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高频整流逆变的轻型中频加热电源及设计方法，以解决上述技术问题。本发明采用高频整流滤波电路与中频斩波电路设计相结合的思想，以有效减小中频加热电源的体积和重量，为制造、运输、现场安装、应用及维护提供便利；通过载荷电流的自跟踪技术，实现载荷频率的自适应输出，提高加热效率，节约能耗。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于高频整流逆变的轻型中频加热电源，包括高频整流逆变电路、高频升压变压器、中频斩波电路和载荷回路；

高频整流逆变电路包括三相全波整流电路和IGBT逆变电路；三相全波整流电路的输出端连接IGBT逆变电路；

IGBT逆变电路的输出电路连接二次绕组带分接头的高频升压变压器，并串接电容形成串联谐振电路；

高频升压变压器输出端连接中频斩波电路，中频斩波电路的输出端连接载荷回路，载荷回路中串接电容器，形成中频串联谐振电路。

高频升压变压器及电容器回路的高频电流反馈信号与IGBT驱动电压信号同步锁相，使得晶体管在电流过零点通断；载荷与电容器回路的中频电流反馈信号与斩波电压控制信号同步锁相，实现载荷回路输出电压自动跟踪载荷频率特性。