多逆變器并聯(lián)擴(kuò)容結(jié)構(gòu)的大功率高頻感應(yīng)加熱電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型專(zhuān)利涉及一種應(yīng)用于金屬熱處理的采用多逆變器并聯(lián)結(jié)構(gòu)的大功率高頻感應(yīng)加熱電源。
【背景技術(shù)】
[0002]高頻感應(yīng)加熱電源以其高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在金屬熱處理等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。目前，高頻感應(yīng)加熱電源正朝著高頻、大功率方向發(fā)展。一方面大功率等級(jí)的IGBT器件價(jià)格昂貴，另一方面隨著電源功率的進(jìn)一步增大，單管功率等級(jí)難以滿足大功率電源的功率等級(jí)要求，所以大都采用IGBT的直接并聯(lián)來(lái)滿足大功率電源的需要。盡管對(duì)多管IGBT的并聯(lián)使用已取得了較大的突破，但在實(shí)踐應(yīng)用中由于多種綜合因素的影響還很難真正消除電路各個(gè)部分的參數(shù)對(duì)并聯(lián)特性的影響，導(dǎo)致并聯(lián)IGBT模塊的動(dòng)態(tài)不均流，而且并聯(lián)的任何一個(gè)IGBT損壞，將導(dǎo)致其它的器件過(guò)流而損壞，直接影響了大功率電源的穩(wěn)定性與可靠性，也增加了售后服務(wù)的成本與技術(shù)難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有大功率電源采用IGBT的直接并聯(lián)導(dǎo)致的性能不穩(wěn)定、功率難以進(jìn)一步提高的難題，本實(shí)用新型專(zhuān)利采用多組逆變器的并聯(lián)增加整機(jī)電源功率的方式。
[0004]本實(shí)用新型專(zhuān)利解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:逆變環(huán)節(jié)采用多組二階電壓型逆變器并聯(lián)，并聯(lián)逆變器的直流側(cè)并聯(lián)于同一直流母線，每組逆變器的交流輸出側(cè)串聯(lián)諧振電容后再接至高頻阻抗匹配變壓器。高頻變壓器原邊采用多繞組，每組逆變器輸出端串聯(lián)諧振電容后接至變壓器原邊的某一繞組，高頻變壓器的副邊為單繞組，各逆變器的輸出功率在副邊進(jìn)行功率合成。
[0005]并聯(lián)各組逆變器的相同位置的IGBT驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)同步，保證IGBT的同步導(dǎo)通與關(guān)斷，使各組逆變器同步工作，輸出相位與大小相同的高頻交流電壓。實(shí)際應(yīng)用中，考慮到器件的邏輯延遲可能使并聯(lián)逆變器開(kāi)關(guān)器件的脈沖信號(hào)相位延遲，導(dǎo)致逆變后交流電壓的相位略有差異，所以不宜在高頻變壓器高壓側(cè)直接并聯(lián)，采用在高頻變壓器副邊負(fù)載側(cè)串聯(lián)來(lái)進(jìn)行功率的合成。
[0006]二階LC多逆變器并聯(lián)結(jié)構(gòu)的高頻電源解決了目前大功率高頻感應(yīng)加熱電源采用IGBT直接并聯(lián)導(dǎo)致的整機(jī)性能不穩(wěn)定、返修高等問(wèn)題。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并聯(lián)逆變器之間不會(huì)產(chǎn)生功率交換及能量流動(dòng)，使各逆變器的輸出功率均衡，大大提高了電源運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。而且可以根據(jù)功率等級(jí)的需要，并聯(lián)不同組數(shù)的逆變器，很好地保證了逆變器的安全及整機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0007]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型專(zhuān)利進(jìn)一步說(shuō)明。
[0008]圖1是大功率高頻感應(yīng)加熱電源結(jié)構(gòu)框圖，圖2是本實(shí)用新型專(zhuān)利大功率高頻感應(yīng)加熱電源的電氣原理圖。圖3是并聯(lián)逆變器的IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)示意圖，圖4是控制電路示意圖。圖2中，KMl為主電路交流接觸器，KM2電容預(yù)充電交流接觸器，MU為三相橋式可控整流，采用平板式晶閘管，Rl為預(yù)充電電阻，Cl、C2為直流支撐濾波電容，R2、R3為均壓電阻，C3?Cn為諧振電容，Tl?T8為電力電子器件IGBT，T為高頻阻抗匹配變壓器，&與L為感應(yīng)線圈。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面以2組逆變器的并聯(lián)來(lái)說(shuō)明【具體實(shí)施方式】。電源的控制采用脈寬調(diào)制芯片SG3525A。由圖2可知，Tl、T4、T2、T3為第一組逆變器的功率器件，T5、T7、T6、T8為第二組逆變器的功率器件。Τ1、Τ4、Τ5、Τ8這4個(gè)IGBT的工作狀態(tài)相同，Τ2、Τ3、了6、了7這4個(gè)IGBT的工作狀態(tài)也相同，同步導(dǎo)通與關(guān)斷。“Τ1、Τ4”、“Τ5、Τ7”分別處于一個(gè)獨(dú)立的逆變回路中，經(jīng)過(guò)分析，并聯(lián)逆變器之間不會(huì)產(chǎn)生功率交換及能量流動(dòng)。
[0010]并聯(lián)的逆變器直流側(cè)接于同一直流母線上，所以各逆變器輸出電壓的大小基本相等。逆變器的輸出電流相位取決于各組逆變器IGBT的邏輯信號(hào)有無(wú)遲延。考慮到各逆變器輸出電壓相位的差異，采用逆變器輸出端串聯(lián)諧振電容后再接到高頻變壓器的原邊，在高頻變壓器的副邊進(jìn)行功率合成。高頻變壓器的原邊有多個(gè)繞組，每個(gè)逆變器的輸出電壓接至其中的一個(gè)繞組，副邊只有一個(gè)繞組，進(jìn)行功率合成。所以并聯(lián)的逆變器之間無(wú)環(huán)流產(chǎn)生，也不會(huì)產(chǎn)生能量流動(dòng)，從而保證各逆變器的輸出功率均衡。
[0011]由以上分析，并聯(lián)逆變器的輸出電壓為軟連接，不同逆變器中同步工作的IGBT的處在獨(dú)立的逆變回路中，這在一定程度上放寬了對(duì)逆變器一致性的要求，從而解決了 IGBT參數(shù)不一致導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)不均流這一難題。由于并聯(lián)逆變器之間并無(wú)環(huán)流，并聯(lián)組數(shù)從理論上來(lái)說(shuō)不受限制，單組逆變器的容量設(shè)計(jì)為50 kW左右，可以根據(jù)電源總的功率等級(jí)來(lái)靈活并聯(lián)若干組逆變器。從而可以大幅度的提高了大功率電源的功率，且性能優(yōu)良，穩(wěn)定性強(qiáng)。
[0012]同時(shí)，當(dāng)某組逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，可以關(guān)斷或者封鎖該組IGBT的脈沖，使該組逆變器退出運(yùn)行，并聯(lián)的其它逆變器可以繼續(xù)正常運(yùn)行，具有較強(qiáng)的運(yùn)行性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多逆變器并聯(lián)擴(kuò)容結(jié)構(gòu)的大功率高頻感應(yīng)加熱電源，逆變環(huán)節(jié)采用多組二階電壓型逆變器并聯(lián)，其特征是:并聯(lián)逆變器的直流側(cè)并聯(lián)于同一直流母線，每組逆變器的交流輸出側(cè)串聯(lián)諧振電容后再接至高頻阻抗匹配變壓器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多逆變器并聯(lián)擴(kuò)容結(jié)構(gòu)的大功率高頻感應(yīng)加熱電源，高頻變壓器原邊采用多繞組，每組逆變器輸出端串聯(lián)諧振電容后接至變壓器原邊的某一繞組，高頻變壓器的副邊為單繞組，各逆變器的輸出功率在副邊進(jìn)行功率合成。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型專(zhuān)利設(shè)計(jì)了一種多逆變器并聯(lián)擴(kuò)容結(jié)構(gòu)的大功率高頻感應(yīng)加熱電源，主要應(yīng)用于金屬熱處理方面。電源的逆變環(huán)節(jié)采用多組二階電壓型逆變器并聯(lián)，并聯(lián)逆變器的直流側(cè)并聯(lián)于同一直流母線，每組逆變器的交流輸出側(cè)串聯(lián)諧振電容后再接至高頻阻抗匹配變壓器。高頻變壓器原邊采用多繞組，每組逆變器輸出端串聯(lián)諧振電容后接至變壓器原邊的某一繞組，高頻變壓器的副邊為單繞組，各逆變器的輸出功率在副邊進(jìn)行功率合成。并聯(lián)逆變器彼此之間沒(méi)有功率交換及能量流動(dòng)，輸出功率均衡，從而最大限度地保證了逆變器的安全及整機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。并且可以根據(jù)電源總的功率等級(jí)來(lái)靈活并聯(lián)若干組逆變器，從而大幅度地提高電源整機(jī)功率。
【IPC分類(lèi)】H05B6-04, H05B6-06
【公開(kāi)號(hào)】CN204362336
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520034781
【發(fā)明人】李華柏
【申請(qǐng)人】李華柏
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年1月19日