[发明专利]红外测温无线传输IGBT全桥节能感应加热设备

摘要

本发明涉及电力电子技术，具体是一种红外测温无线传输IGBT全桥节能感应加热设备。红外测温无线传输温控、数字信号处理芯片DSP产生超前、滞后交替移相脉宽调制输出两路PWM1、PWM2分别经光纤耦合两块双路IGBT驱动板，均衡IGBT模块全桥逆变器四个桥臂功耗，斜对角导通、截止，零功率软启动，降低功耗、高效节能，IGBT模块输出功率经磁环双电感共扼均流并联，克服环流冲击。IGBT模块尖峰脉冲吸收电路、过热保护安全运行。锁相环PLL频率自动跟踪，故障检测保护对缺水、过热，过压，过流、欠压、缺相实时监控，风冷式冷水机组制冷强制冷却机件产生的热量，并且不耗水，大大降低设备故障率，保障安全运行。本发明适用于钢材高效、节能热处理生产。

主权项

一种红外测温无线传输IGBT全桥节能感应加热设备，包括三相交流电源、快速熔断器F1、F2、F3、三相全波整流器、开机延时继电器、两个开关电源、电度计量表、其特征在于：还包括红外测温无线传输装置、型号TMS320F28335的数字信号处理器DSP控制板、两块双路IGBT驱动板、IGBT模块全桥逆变器、IGBT模块尖峰脉冲吸收电路、IGBT模块过热保护电路、四组滤波薄膜电容、谐振电容、感应炉谐振电感、工频电流检测互感器、负载电流取样磁环电感、人机对话触摸屏、风冷式冷水机组、密封式机柜；其中，红外测温无线传输装置由聚光透镜、激光二极管及驱动器、光电转换器件、放大电路、模数转换器A/D、数据编码器、型号PTY2167发射芯片、型号PTY2168接收芯片、数字PID调节控制器组成，光电转换器件置于聚光透镜的光路中，透镜旁边设置激光二极管发射光束的窗口，用来发射可见光激光束对准工件红外测温点，激光二极管连接驱动器，发射芯片内含晶振和数据调制FSKSW、锁相环PLL、压控振荡器VCO、射频功放，接收芯片内含高放、锁相环PLL、压控本振、混频器、中放、数据解调器DTAO，发射芯片ROI端接晶体XTAL1一端，晶体XTAL1另一端接电容CX1、CX2一端，电容CX1另一端接地，电容CX1另一端接发射芯片FSKSW端，光电转换器件输出信号经放大电路、模数转换器A/D、数据编码器连接发射芯片FSKDTA端，由射频功放输出端OUT经电容CM1、CM2、CM3、电感LM1带通滤波网络匹配天线TA发射，接收芯片ROI端接晶体XTAL2一端，晶体XTAL2另一端接电容CX3一端，电容CX3另一端接地，接收芯片输入端LNAI经电容CM4、CM5、CM6、电感LM2低通滤波网络匹配天线TB，接收射频信号经高放与压控本振混频外差提取中频接入中放、数据解调器、数字PID调节控制器至数字信号处理DSP控制板测温接口；数字信号处理DSP控制板由DSP芯片可编程相位控制产生超前、滞后交替移相的两路脉宽调制PWM1、PWM2信号，上管、下管设互锁死区时间tDT，分别经光纤耦合到两块双路IGBT驱动板，构成双路IGBT模块并联的两个半桥合成为全桥逆变器，负载匹配串联谐振电路斜对角导通、截止，零功率软启动，交替移相开关时间相等功耗均衡克服固定桥臂功耗大的缺陷，第一块双路IGBT驱动板输出接口P1连接IGBT模块全桥逆变器桥臂A的管组Q1栅极，第一块双路IGBT驱动板输出接口P2连接IGBT模块全桥逆变器桥臂A的管组Q1集电极，第一块双路IGBT驱动板输出接口P3连接IGBT模块全桥逆变器桥臂A的管组Q1发射极，第一块双路IGBT驱动板输出接口J1连接IGBT模块全桥逆变器桥臂A的管组Q1n栅极，第一块双路IGBT驱动板输出接口J2连接IGBT模块全桥逆变器桥臂A的管组Q1n集电极，第一块双路IGBT驱动板输出接口J3连接IGBT模块全桥逆变器桥臂A的管组Q1n发射极，第一块双路IGBT驱动板输出接口P4连接IGBT模块全桥逆变器桥臂C的管组Q3栅极，第一块双路IGBT驱动板输出接口P5连接IGBT模块全桥逆变器桥臂C的管组Q3集电极，第一块双路IGBT驱动板输出接口P6连接IGBT模块全桥逆变器桥臂C的管组Q3发射极，第一块双路IGBT驱动板输出接口J4连接IGBT模块全桥逆变器桥臂C的管组Q3n栅极，第一块双路IGBT驱动板输出接口J5连接IGBT模块全桥逆变器桥臂C的管组Q3n集电极，第一块双路IGBT驱动板输出接口J6连接IGBT模块全桥逆变器桥臂C的管组Q3n发射极，第二块双路IGBT驱动板输出接口P1连接IGBT模块全桥逆变器桥臂B的管组Q2栅极，第二块双路IGBT驱动板输出接口P2连接IGBT模块全桥逆变器桥臂B的管组Q2集电极，第二块双路IGBT驱动板输出接口P3连接IGBT模块全桥逆变器桥臂B的管组Q2发射极，第二块双路IGBT驱动板输出接口J1连接IGBT模块全桥逆变器桥臂B的管组Q2n栅极，第二块双路IGBT驱动板输出接口J2连接IGBT模块全桥逆变器桥臂B的管组Q2n集电极，第二块双路IGBT驱动板输出接口J3连接IGBT模块全桥逆变器桥臂B的管组Q2n发射极，第二块双路IGBT驱动板输出接口P4连接IGBT模块全桥逆变器桥臂D的管组Q4栅极，第二块双路IGBT驱动板输出接口P5连接IGBT模块全桥逆变器桥臂D的管组Q4集电极，第二块双路IGBT驱动板输出接口P6连接IGBT模块全桥逆变器桥臂D的管组Q4发射极，第二块双路IGBT驱动板输出接口J4连接IGBT模块全桥逆变器桥臂D的管组Q4n栅极，第二块双路IGBT驱动板输出接口J5连接IGBT模块全桥逆变器桥臂D的管组Q4n集电极，第二块双路IGBT驱动板输出接口J6连接IGBT模块全桥逆变器桥臂D的管组Q4n发射极；IGBT模块全桥逆变器桥臂A管组散热板、IGBT模块全桥逆变器桥臂C管组散热板分别装配两个水盒，水盒进水管连接风冷式冷水机组的出水管，水盒出水管连接风冷式冷水机组的进水管，制冷循环散热冷却IGBT模块的热量，IGBT模块全桥逆变器桥臂A的管组Q1集电极连接铜排，IGBT模块全桥逆变器桥臂A的管组Q3发射极连接铜排，两块铜排之间绝缘层分隔相叠，两块铜排之间连接第一组滤波薄膜电容C6，IGBT模块全桥逆变器桥臂A的管组Q1发射极与IGBT模块全桥逆变器桥臂C的管组Q3集电极互连，所引出的导线穿绕磁环E1为电感L1连接到直流层叠母线第一层的一块铜板，直流层叠母线第一层的一块铜板连接感应炉谐振电感L0一端，IGBT模块全桥逆变器桥臂A的管组Q1n集电极连接铜排，IGBT模块全桥逆变器桥臂A的管组Q3n发射极连接铜排，两块铜排之间绝缘层分隔相叠，两块铜排之间连接第二组滤波薄膜电容C7，IGBT模块全桥逆变器桥臂A的管组Q1n发射极与IGBT模块全桥逆变器桥臂C的管组Q3n集电极互连，所引出的导线穿绕磁环E1为电感L2连接到直流层叠母线第一层的一块铜板，电感L2与电感L1导线反相穿入磁环E1，直流层叠母线第一层的一块铜板连接感应炉谐振电感L0一端，感应炉谐振电感L0另一端连接谐振电容C0一端，谐振电容C0另一端连接直流层叠母线第一层另一块铜板，感应炉谐振电感L0进水管、谐振电容C0箱体进水管分别连接风冷式冷水机组的出水管，感应炉谐振电感L0出水管、谐振电容C0箱体出水管分别连接风冷式冷水机组的进水管，IGBT模块全桥逆变器桥臂B的管组散热板、IGBT模块全桥逆变器桥臂D的管组散热板分别装配两个水盒，水盒进水管连接风冷式冷水机组的出水管，水盒出水管连接风冷式冷水机组的进水管，IGBT模块全桥逆变器桥臂B的管组Q2集电极连接铜排，IGBT模块全桥逆变器桥臂D的管组Q4发射极连接铜排，两块铜排之间绝缘层分隔相叠，两块铜排之间连接第三组滤波薄膜电容C8，IGBT模块全桥逆变器桥臂B的管组Q2发射极与IGBT模块全桥逆变器桥臂D的管组Q4集电极互连，所引出的导线穿绕磁环E2为电感L1连接到直流层叠母线第一层另一块铜板，直流层叠母线第一层另一块铜板连接谐振电容的另一端，IGBT模块全桥逆变器桥臂B的管组Q2n集电极连接铜排，IGBT模块全桥逆变器桥臂D的管组Q4n发射极连接铜排两块铜排之间绝缘层分隔相叠，两块铜排之间连接第四组滤波薄膜电容C9，IGBT模块全桥逆变器桥臂B的管组Q2n发射极与IGBT模块全桥逆变器桥臂D的管组Q4n集电极互连，所引出的导线穿绕磁环E2为电感L2连接到直流层叠母线第一层另一块铜板，电感L1与电感L2导线反相穿入磁环E2；IGBT模块全桥逆变器桥臂A管组Q1、Q1n集电极连接的铜排、IGBT模块全桥逆变器桥臂B管组Q2、Q2n集电极连接的铜排接到直流层叠母线第二层铜板，直流层叠母线第二层铜板连接直流电源正极VCC，IGBT模块全桥逆变器桥臂C管组Q3、Q3n发射极连接的铜排、IGBT模块全桥逆变器桥臂D管组Q4、Q4n发射极连接的铜排接到直流层叠母线第三层铜板，直流层叠母线第三层铜板接直流电源负极，并且连接机柜地线端GND，直流层叠母线第一层的两块铜板分隔安全距离后，平铺一层聚四氟乙烯或环氧树脂绝缘板，绝缘板背后层叠第二层铜板，第二层铜板与第三层铜板之间层叠另一块绝缘板，第一层的两块铜板分别焊接冷却循环的水管，注水冷却；直流层叠母线正极铜板连接限流电阻R7的一端和延时开机继电器常开触点S1的一端，数字信号处理DSP控制板缓冲开机延时信号TP连接中间继电器，中间继电器驱动延时开机继电器，限流电阻R7另一端、延时开机继电器常开触点另一端连接三相全波整流器二极管D1、D2、D3阴极，直流层叠母线负极铜板连接三相整流器二极管D4、D5、D6阳极，二极管D1、D2、D3阳极与二极管D4、D5、D6阴极依次串联后分别连接快熔F1、快熔F2、快熔F3的一端，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6散热板安装水盒注入冷水循环冷却，快熔F1、快熔F2、快熔F3另一端连接三相交流接触器对应的三组触点一端，同时连接电度计量表，三相交流接触器对应的三组触点另一端连接三相交流电源，三相交流接触器电磁线圈串联空气开关连接到交流电源；两个开关电源输入端经变压器接入交流电源，一个开关电源输出直流电压15V连接数字信号处理DSP控制板主电源接口，另一个开关电源输出直流电压24V连接人机对话触摸屏电源端和数字信号处理DSP控制板辅助电源接口，数字信号处理DSP控制板交流电压采集AC接口分别连接快熔F1、快熔F2、快熔F3的一端，数字信号处理DSP控制板工频电流采集接口经电流互感器连接交流电源，数字信号处理DSP控制板直流电压采集接口DC连接直流层叠母线正、负电极的铜板，数字信号处理DSP控制板电流采集由感应加热负载电流取样磁环电感信号经电阻分压接入接口ZF，数字信号处理DSP控制板通信接口WS连接人机对话触摸屏，人机对话触摸屏软件设置开机时间、加热工件节拍时间、输出功率、加热温度，加热频率检测电路取样信号连接数字信号处理DSP控制板锁相环路PLL接口，锁相环路PLL自动调谐跟踪工件加热频率的变化。