[发明专利]一种基于电磁感应加热技术的蒸汽发生器的控制装置

权利要求书

1.一种基于电磁感应加热技术的蒸汽发生器的控制装置，其特征在于，包括：整流部分、滤波部分、直流电压稳定部分、逆变部分、蒸汽发生部分、驱动部分、控制部分和系统电源电路；

所述整流部分输入为三相交流电，输入到整流部分中进行整流；整流电路稳定工作后将其短接，输出的直流电经过所述滤波部分进行滤波；滤波后，接入所述直流电压稳定部分即斩波电路进行一个DC-DC的斩波变换；斩波后接入所述逆变部分进行DC-AC变换产生中频交流电；将所述逆变部分产生的中频交流电接到缠绕在所述蒸汽发生部分即蒸汽发生器的表面线圈；

所述控制部分包括(1)对斩波电路进行控制；(2)对逆变部分进行控制；所述控制部分一方面控制所述驱动电路对逆变部分中的IGBT的导通与关断进行控制，另一方面控制IGBT的过流、过压和欠压保护；整流部分采用三相桥式不可控整流电路；

所述整流部分采用三相桥式不可控整流电路，其包含6个功率二极管，分别为VD1、VD2、VD3、VD4、VD5和VD6；VD1、VD3和VD5共阴极连接，VD4、VD6和VD2共阳极连接，VD1的阳极与VD4的阴极相连接，VD3的阳极与VD6的阴极相连接，VD5的阳极与VD2的阴极相连接；

当交流侧线电压U_A＞U_B时，二极管VD1和VD6导通，直流侧电压为U_AB；当交流侧线电压U_A＞U_C时，二极管VD1和VD2导通，直流侧电压电压为U_AC；当交流侧线电压U_B＞U_C时，二极管VD3和VD2导通，直流侧电压电压为U_BC；即输出的直流电压为交流侧线电压最大值；

所述滤波部分为在三相桥式不可控整流电路的直流电压输出端连接两个滤波电容C1和C2，在滤波电容上C1和C2上分别并联两个电阻R2和R3，起到均压的作用，使加到电容C1和C2两端的电压相同；此外在三相桥式不可控整流电路的直流电压输出端连接两个分压电阻R4和R5，用于检测直流侧电压；

所述控制部分包括斩波控制电路、逆变部分的控制电路、IGBT驱动电路、电压检测电路、电流检测电路、电压电流保护电路、复位电路和输出信号检测电路；

所述斩波控制电路的输出作为直流斩波电路的输入，控制斩波电路中IGBT的导通与关断；

所述逆变部分的控制电路输出分为两方面：一方面输出作为所述IGBT驱动电路的输入，控制逆变电路完成逆变过程，并且控制所述电压电流保护电路对IGBT进行保护；另一方面控制所述电压检测电路和所述电流检测电路对逆变器输出的电压和电流进行检测；

所述IGBT驱动电路包括两部分：一部分是斩波电路的IGBT驱动，另一部分是逆变电路的IGBT驱动，斩波电路的IGBT驱动由SG3525芯片来控制，逆变电路的IGBT驱动由DSP来控制；

所述逆变电路的IGBT驱动、电压检测电路、电流检测电路、电压电流保护电路、复位电路和输出信号检测电路都是通过DSP来控制，都与DSP输出相连接；

所述直流电压稳定部分采用Sepic斩波电路通过调节输入逆变部分直流侧电压幅值，进而对直流侧进行输出功率的调节；所述调节输入逆变部分直流侧电压幅值通过调节斩波电路的占空比α来调节，α的计算公式如下：

其中，E为整流输出电压；U₀为斩波电路输出电压；t_on和t_off分为别为IGBT的导通和关断时间；

所述逆变部分采用单相桥式电流型逆变电路，将加热用的电磁感应线圈与串联补偿电容C串联起来构成单项桥式电流型逆变电路的负载，为了保证产生蒸汽的稳定性，控制系统的谐振频率在设定的通频带内波动；

所述SG3525芯片的引脚8既是软启动接入端，也是PWM比较器的反向输入端；接入一个软启动电容，由于电容两端电压不能突变，因此当引脚8处为低电平时，PWM比较器的反向输入端也是低电平，PWM比较器输出高电平，PWM锁存器输出的也是高电平，该高电平通过两个与非门加到输出晶体管上，使之无法导通；当软启动电容充电至使SG3525芯片的引脚8处于高电平时，SG3525才工作；

将电压送至SG3525的1引脚，1引脚为误差放大器反向输入端，将反馈信号接到该引脚形成闭环控制；将SG3525产生的PWM波经由隔离驱动电路后驱动斩波电路中的IGBT；基准电压接到误差放大器的同向输入端即2脚，输出电压的采样电压则加在误差放大器的反向输入端；输出电压升高时，误差放大器的输出将变小，导致PWM输出高电平时间也变长，IGBT管导通时间变短，实现稳态；

系统电源输入电压为交流电压，在输入端的正极接入了保险丝F，在负极接入了开关S1，当输入相电压发生短路等故障时，能够及时断开输入端，防止造成后端电路器件损坏；采用金升阳LH10-10A05交直流转换供电电源，为了与后端电路进行隔离，接入电容C7、C9、C13、C15，经过滤波电容C2和C5，同时在滤波电容和C2和C5两端并接电阻R3、R4，起到对滤波电容进行均压的作用，经电感L1、L2，最后经过钳位二极管D1、D2，得到系统需求的电压值；

所述电压检测电路的采样电路应用的是霍尔电压传感器CHV-25P/500V，该传感器将输入端的模拟信号与输出端数字信号进行电气隔离，输出-5V-+5V的输出电压；因为DSP只能检测到电压信号，通过由电阻R1、R2构成的采样电路，将输入信号变为-2.5-+2.5V的电压；DSP的模/数转换允许的电压为0-3V，所以为了将-2.5-2.5V的电压变换到到0-3V，运算放大器U1与R3、R4、R5、R6共同构成了电压偏置电路；

由于在电路中包含一些谐波干扰，为了防止谐波产生的噪声对A/D采样结果产生影响，需要进行滤波处理；运算放大器U2与相应配置的电容C1、C2，电阻R7共同构成一阶有源滤波器，采用对电压进行追踪的方式，把前端输入电压与采样电压隔离，通过改变R7与C1的大小，进而改变截止频率；为了避免因电压过高而损坏数/模输入接口，接口处设置了3V的稳压二极管D1；

所述电流检测电路通过电流互感器对电流进行采样，将采样得到的检测电流送到电流检测电路中；采样电流经过电容C6进行滤波之后，通过采样电阻R14，R15，将电流输入变为电压信号，为了防止谐波干扰，电路由运算放大器TL028，电容C1、C5，电阻R7、R17共同构成二阶低通滤波电路，得到了幅值为±3V的电压，同样，能够被DSP的A/D识别，由运算放大器TL0821，TL0822，电阻R1、R2、R3、R5、R16，滑动变阻器R，构成两个反相器，得到0-3V电压；同样，为了电路安全考虑，在接口处设计了稳压二极管D1；

所述电压电流保护电路，因反馈得到的是交流电压，先通过四个二极管D1、D2、D3、D4组成了二极管不可控整流电路，变为直流电；再经电容C滤波在滑动变阻器R1和R2上产生压降，输送到运算放大器TL082，这时同向输入端的基准电压为15V，反向端为3V；当输出电压过高时，比较器的同相输入端电压变小，当小于反向输入端的基准电压3V时，比较器的就会输送低电平，此时与R5串联的发光二极管作为故障显示灯而发亮，再通过运放器TL0821将中断信号传送到DSP的I/O口中；

所述复位电路的复位信号是通过输送低电平信号给DSP，通过DSP的中断子程序完成；在复位电路中，电阻R4和R7对电容C2进行充电，当电容充电达到一定值时，保证5端电压始终高于4端电压，比较器U1输出为高电平；当按下restart，SR端为低电平，电容C2又通过电阻R7放电，5端电压下降，当低于4端电压时，比较器U1输出低电平传送到DSP；

所述蒸汽发生部分，由前述部分产生的中频交变电流送到由线圈环绕的高压锅炉，由电磁感应定律，高速变化的电场会产生高速变化的磁场，就会在金属表面产生涡流，使锅炉迅速升温，使锅炉内的气压高于标准气压，当锅炉内的水超过100℃时，就会开始汽化，产生水蒸气，只要控制进水口的开断，及进入高压锅炉内水的流速，就能控制是否产生蒸汽，及产生蒸汽的流量大小。