專利名稱：一種中頻電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電源電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種中頻電源電路。
背景技術(shù)：
感應(yīng)加熱爐廣泛用于冶金、冶煉等領(lǐng)域，與傳統(tǒng)電弧加熱方式相比， 感應(yīng)加熱爐通過感應(yīng)加熱，因此具有節(jié)能、污染小、鋼液含氣量低、合金 元素?zé)龘p少、電磁攪拌以及可以精確控制溫度等優(yōu)點(diǎn)。感應(yīng)加熱的中頻電
源為一諧振系統(tǒng)，可將其Q值定義為系統(tǒng)虛功功率Ps與其所輸出的實(shí)功 功率Pr之比，即Q=PS/PR。當(dāng)感應(yīng)線圈通入角頻率為co的交變電流i時(shí)， 線圈產(chǎn)生的f茲通分為Oi,①a,和①2三部分，其中，O,為穿過感應(yīng)線圈的 磁通，①a為穿過爐襯的磁通，①2為穿過鋼鐵的磁通。主磁通02感生出渦 流達(dá)到對鋼鐵進(jìn)行加熱的目的，漏磁通Oa不對負(fù)載進(jìn)行做實(shí)功，僅引入 虛功分量。由于決定漏磁通①a大小的是感應(yīng)爐爐襯厚度，因此爐襯越厚Q 值越大。
現(xiàn)有的中頻電源 一般分為并聯(lián)補(bǔ)償中頻電源電路和串聯(lián)補(bǔ)償中頻電源 電路。并聯(lián)補(bǔ)償中頻電源電路和串聯(lián)補(bǔ)償中頻電源電路具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)， 以下將以舉例的方式進(jìn)行介紹。
如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中并聯(lián)補(bǔ)償中頻電源電路示意圖。如圖1所 示，爐體電感Lp和補(bǔ)償電容Cp相并聯(lián)，直流電壓Ep與較大的電抗器Ldp 串聯(lián)構(gòu)成恒定電流源給逆變橋供電。其采用強(qiáng)迫換流，即，在第一個(gè)橋臂 的晶閘管Tp 1和Tp2導(dǎo)通的狀態(tài)下強(qiáng)行觸發(fā)另 一橋臂的晶閘管Tp3和Tp4 ， 因此該并聯(lián)電路每一次換流都要經(jīng)受四只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的過程，容易發(fā) 生逆變顛覆，因此起振成功率較低。此外，該并聯(lián)電路的輸出功率受爐壁 厚度和爐料溫度的影響，如果爐壁增厚和爐料升溫將會嚴(yán)重地降低其輸出 功率，因此采用該并聯(lián)電路的爐壁無法做厚。
4如圖2所示，為現(xiàn)有技術(shù)中一種串聯(lián)補(bǔ)償中頻電源電路示意圖，直流
電壓源Es輸出的直流電經(jīng)過平波電容Cds濾波后，形成恒壓源，對串聯(lián)諧 振逆變橋供電。電容Cds通過晶閘管Ts 1 、 Ts2和晶閘管Ts3 、 Ts4交替向 電感線圈Ls放電，形成串聯(lián)諧振。該類電路的電壓會逐步累加，最終形成 電壓諧振，即IUcs卜QEs, |ULs|=QEs，其中，Es為電源的輸出電壓，Q為 LsCs串聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。該類電路的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)恒功率輸出，
類電路在高Q值時(shí)，諧振電容和電感上的電壓會是輸入電壓的Q倍，造成 高電壓危險(xiǎn)。例如， 一般熔煉負(fù)栽的Q值在10 20之間變化，這樣無論是 爐體線圈還是補(bǔ)償電容所承受的中頻電壓都可能達(dá)到數(shù)萬伏。爐體線圈的 電壓過高會導(dǎo)致線圈匝間短路而"放炮"，由此可發(fā)生爐體爆炸造成爐毀 人傷。并且諧振電容器Cs上的電壓過高也會使得其所承受的虛功功率以平 方關(guān)系急劇增長(虛功功率二UCsZ(oCs)。由于Q值無法人為控制，只能 通過降低輸入的直流電壓Es來限制IUCsl和IULs卜因此也大大降低了中頻 電源的輸出功率P (P^Es2),其結(jié)果是延長了冶煉的時(shí)間，增加了能耗。
如圖3所示，為現(xiàn)有技術(shù)的另一種串聯(lián)補(bǔ)償中頻電源電路示意圖，直 流電壓源Eb輸出的直流電經(jīng)過平波電容Cdb濾波后，形成恒壓源，對串 聯(lián)諧振逆變橋供電。串聯(lián)諧振電容Cbl和Cb2分別通過晶閘管Tbl和Tb2 交替向電感線圈Lb放電，形成串聯(lián)諧振。同樣，此類電路的恒壓源供電模 式也決定了 UCbl+UCb2二恒定常數(shù)，因此也無法擺脫了電壓累加的弊端。
現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)是，由于受到現(xiàn)有中頻電源電路Q值的限制，因 此限制了感應(yīng)加熱爐的爐壁厚度無法增大，從而導(dǎo)致保溫效果差，爐齡短、 安全性差等問題，特別是由于經(jīng)常需要更換爐襯，縮短了爐體的有效工作 時(shí)間，增加了生產(chǎn)成本。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決現(xiàn)有 技術(shù)中中頻電源電路Q值低的技術(shù)缺陷，由此可以解決中頻電源電路Q值 的限制而引起的中頻感應(yīng)加熱爐的爐壁薄、保溫效果差、爐齡短、安全性為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提出一種中頻電源電路，包括串聯(lián)的
第一電壓源和第二電壓源，其中，在第一電壓源和第二電壓源之間具有第
一節(jié)點(diǎn)；分別與所述第一電壓源和第二電壓源連接的第一平波電抗器和第 二平波電抗器；分別與所述第一平波電抗器和第二平波電抗器連接且相互 串聯(lián)的第一諧振電容和第二諧振電容，其中，在第一諧振電容和第二諧振 電容之間具有第二節(jié)點(diǎn)，且所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第一節(jié)點(diǎn)相連；陽極與所 述第一平波電抗器和第一諧振電容相連的第一功率器件，和陰極與所述第 二平波電抗器和第二諧振電容相連的第二功率器件，且所述第一功率器件 的陰極與所述第二功率器件的陽極相連，其中，在所述第一功率器件和所 述第二功率器件之間具有第五節(jié)點(diǎn)；和連接在所述第二節(jié)點(diǎn)和第五節(jié)點(diǎn)之
間的爐體感應(yīng)線圈。
作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，還包括連接在所述第一節(jié)點(diǎn)和所述第 二節(jié)點(diǎn)之間的零線濾波電抗器，所述零線濾波電抗器大于所述第一平波電 抗器和第二平波電抗器。使用零線濾波電抗器不僅可以穩(wěn)定第二節(jié)點(diǎn)的電 位，而且可以減小第一濾波電抗器Ldl和第二濾波電抗器Ld2的電感量， 以降低成本。
作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，在所述第二節(jié)點(diǎn)和第五節(jié)點(diǎn)之間還連 接有與所述爐體感應(yīng)線圈串聯(lián)的隔直電容，且所述隔直電容大于所述第一
諧振電容和第二諧振電容。
作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述第一電壓源正極與所述第一平波
電抗器相連，所述第二電壓源的負(fù)極與所述第二平波電抗器相連。
作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，還包括所述第一功率器件和第二功率
器件附加的第 一反并聯(lián)續(xù)流二極管和第二反并聯(lián)續(xù)流二極管。
作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，還包括所述第一功率器件和第二功率
器件附加的反并聯(lián)可控第三功率器件和第四功率器件，其中所述可控第三
功率器件的陽極與所述可控第四功率器件的陰極相連。
作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述第三功率器件在所述第一功率器
件應(yīng)關(guān)斷的半周期不開啟，所述第四功率器件在所述第二功率器件應(yīng)關(guān)斷的半周期不開啟。
作為本實(shí)用新型的 一 個(gè)實(shí)施例，在所述可控第三功率器件和所述可控 第四功率器件之間具有第六節(jié)點(diǎn)，所述中頻電源電路還包括連接在所述第 五節(jié)點(diǎn)和所述第六節(jié)點(diǎn)之間的第三電感。其中，所述第三電感大于所述第
一功率器件和第二功率器件橋臂的分布電感和均流電感。
在上述實(shí)施例中，所述功率器件為晶閘管、IGBT、 GTO、 IGCT、 GTR、 SITH、或SIT。
本實(shí)用新型提出的中頻電源電路具有諧振系統(tǒng)的Q值越高，其輸出功 率越大的特性，從而可將爐壁做厚，極大地提高了爐體的有效工作時(shí)間， 降低生產(chǎn)成本，在金屬熔煉和感應(yīng)透熱等領(lǐng)域具有非常重要的意義。
本實(shí)用新型附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從 下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。


本實(shí)用新型上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從
以下結(jié)合附圖對實(shí)施例 的描述中將變得明顯和容易理解，其中
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中并聯(lián)補(bǔ)償中頻電源電路示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一種串聯(lián)補(bǔ)償中頻電源電路示意圖； 圖3為現(xiàn)有技術(shù)的另一種串聯(lián)補(bǔ)償中頻電源電路示意圖； 圖4為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的中頻電源電路結(jié)構(gòu)圖； 圖5為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的中頻電源電路結(jié)構(gòu)圖； 圖6-圖8為對本實(shí)用新型圖5的等效電路圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例包括第一反并聯(lián)續(xù)流二極管Dl和第二反并聯(lián) 續(xù)流二極管D2的電^各圖10為本實(shí)用新型另一實(shí)施例的中頻電源電路示意圖； 圖11為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的中頻電源電路的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似 功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本 實(shí)用新型，而不能解釋為對本實(shí)用新型的限制。
本實(shí)用新型主要在于采用虛功誘導(dǎo)環(huán)型諧振電源電路，通過晶閘管開
電源電路的Q值，有效地增加爐壁厚度，并且不會帶來工作電壓，工作電 流過高和效率過低等問題。
如圖4所示，為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的中頻電源電路結(jié)構(gòu)圖，該中
頻電源電路包括串聯(lián)的第一電壓源El和第二電壓源E2,第一電壓源El和 第二電壓源E2為整流后(整流橋未示出)的等效直流電動勢，其中El = E2=E，在第一電壓源El和第二電壓源E2之間具有第一節(jié)點(diǎn)O (也稱為零 點(diǎn))。還包括分別與第一電壓源El和第二電壓源E2連接的第一平波電抗 器Ldl和第二平波電抗器Ld2。其中，第一電壓源El的負(fù)極和第二電壓源 E2的正極相互連接。
第一電壓源E,的正極(或者第二電壓源E2的負(fù)極)可與第一平波電抗器 Ld,(或者第二平波電抗器Ld2)的一端相連接，這樣第一平波電抗器L山(或 者第二平波電抗器Ld2)的另一端就成為第一直流恒流電源的正極端(或者第 二直流恒流電源的負(fù)極端)，而第一電壓源E,的負(fù)極(或者第二電壓源E2的 正極)就成為第一直流恒流電源的負(fù)極端(或者第二直流恒流電源的正極端)。
以及，中頻電源電路還包括分別與第一平波電抗器Ldl和第二平波電 抗器Ld2連接且相互串聯(lián)的第 一諧振電容C1和第二諧振電容C2 ，其中在 第一諧振電容C1和第二諧振電容C2之間具有第二節(jié)點(diǎn)M，在第一平波電 抗器Ldl和第一諧振電容Cl之間具有第三節(jié)點(diǎn)X，在第二平波電抗器Ld2 和第二諧振電容C2之間具有第四節(jié)點(diǎn)Y，其中，在所述第一節(jié)點(diǎn)O和第 二節(jié)點(diǎn)M之間還連接有零線濾波電抗器LN，且LN〉LdhLd2，因此逆變 器震蕩電流很難流過零線濾波電抗器L N ，即對中頻震蕩電流來講第 一 節(jié)點(diǎn) O和第二節(jié)點(diǎn)M相當(dāng)于斷^"。另一方面，由于電^f各的對稱性，在回^各E1、 Ldl、 Cl、 LN中的正向流過零線濾波電抗器LN的直流電流Idl與在回鴻^ E2、 LN、 C2、 Ld2中的反向流過零線濾波電抗器LN的直流電流Id2大小相等方向相反，而相互抵消，實(shí)際上相當(dāng)于沒有電流通過零線濾波電抗器 LN，從而切斷了整流環(huán)節(jié)與逆變環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，又因?yàn)榱憔€濾波電抗器
LN的直流電阻極小，所以可穩(wěn)定第二節(jié)點(diǎn)M的直流電位，以保證逆變器 的正常工作。與第一節(jié)點(diǎn)O和第二節(jié)點(diǎn)M直接相連(如圖5所示的本實(shí)用新 型另一實(shí)施例的電路圖)相比，用零線濾波電抗器LN連接第一節(jié)點(diǎn)O和第二 節(jié)點(diǎn)M，可降低第一平波電抗器Ldl和第二平波電抗器Ld2的電感量，由于 流過第 一平波電抗器Ldi和第二平波電抗器Ld2的電流可能高達(dá)數(shù)千安培乃 至數(shù)萬安培(由設(shè)備的輸出功率決定)，所以降低第一平波電抗器Ldl和第二 平波電抗器Ld2的電感量可有效地降低設(shè)備的制造成本。
該中頻電源電路還包括分別與第三節(jié)點(diǎn)X和第四節(jié)點(diǎn)Y連接的第一功 率器件Tl和第二功率器件T2,其中，第一功率器件Tl和第二功率器件 T2之間具有第五節(jié)點(diǎn)N，上述的功率器件可為晶閘管、IGBT、 GTO、 IGCT、 GTR、 SITH、或SIT等各類功率半導(dǎo)體器件。更為具體地，第一功率器件 Tl的陽極與第一諧振電容C1和第一平波電抗器Ldl相連，第二功率器件 T2的陰極與第二諧振電容C2和第二平波電抗器Ld2相連，且第一功率器 件Tl的陰極和第二功率器件T2的陽極相連。以及，在第五節(jié)點(diǎn)N和第二 節(jié)點(diǎn)M之間還連接有爐體感應(yīng)線圈L。優(yōu)選地，在第五節(jié)點(diǎn)N和第二節(jié)點(diǎn) M之間還包括與爐體感應(yīng)線圈L串聯(lián)的隔直電容C3，其中C3〉C1K:2，該 隔直電容C3的作用是在逆變器剛起步且尚未形成穩(wěn)定振蕩時(shí)，為第一功率 器件Tl和第二功率器件T2提供充足的反向關(guān)斷電壓，以幫助其換流。其 中，在本實(shí)用新型的可選實(shí)施例中，圖4中所示的爐體感應(yīng)線圈L和隔直 電容C3的位置可以互換。
以下對圖4所示的中頻電源電路的工作過程進(jìn)行介紹。開始時(shí)，第一 諧振電容C1和第二諧振電容C2上均充有上正下負(fù)的電壓。當(dāng)?shù)谝还β势?件Tl導(dǎo)通時(shí)，第一諧振電容Cl通過第一功率器件Tl、爐體感應(yīng)線圈L 和隔直電容C3放電，形成第一半周期振蕩，由于第一諧振電容C1和爐體 感應(yīng)線圈L的諧振，第一諧振電容C1會被反向充電(上負(fù)下正)，隨著 第一諧振電容C1上的反向電壓越來越高，反向充電電流越來越小，直到反 向充電電流過零，將致使第一功率器件Tl關(guān)斷，此時(shí)第一諧振電容C1的
9反向儲能最大，即反向電壓達(dá)到極值Vcl (Vcl的大小與爐體感應(yīng)線圏L
的Q值有關(guān))。之后，第二功率器件T2導(dǎo)通， 一方面在第一半周期內(nèi)被 反向充電的第 一諧振電容C1由于第二功率器件T2的導(dǎo)通會通過長的和短 的兩個(gè)虛功誘導(dǎo)環(huán)路放電，長的虛功誘導(dǎo)環(huán)路為 E1+—Ldl—CI—Ld2—E2-， 而短的虛功誘導(dǎo)環(huán)路為 E1 +—Ld 1 —C1 ~>LN—E1 -,由于兩個(gè)放電回路中的放電電流都是從第 一諧 振電容C1的負(fù)極流向第一諧振電容Cl的正極，因此第一諧振電容C1的 反向儲能通過放電對外做正功。在長的虛功誘導(dǎo)環(huán)路中，第一諧振電容C1 的反向儲能對外所做的正功用來增加流過第一平波電抗器Ldl和第二平波 電抗器Ld2的直流電流，即增加了通過第一平波電抗器Ldl和第二平波電 抗器Ld2輸送的實(shí)功功率；而在短的虛功誘導(dǎo)環(huán)路中，第一諧振電容Cl 的反向儲能對外所做的正功只用來增加流過第一平波電抗器Ldl的直流電 流，即增加了通過第一平波電抗器Ldl輸送的實(shí)功功率。在長的和短的兩
器LN的大小而不同，零線濾波電抗器LN越大，長的虛功誘導(dǎo)環(huán)路所誘導(dǎo) 的功率份額越大。另一方面，第二諧振電容C2通過隔直電容C3 、爐體感 應(yīng)線圈L和第二功率器件T2放電形成后半個(gè)周期的振蕩，該振蕩導(dǎo)致C2 被反向充電(上負(fù)下正)，最終其反向充電電壓達(dá)到最大值Vc2,且第二 功率器件T2被關(guān)斷。此后再將第一功率器件Tl導(dǎo)通，此時(shí)已被反向充電 的第二諧振電容C2由于第 一功率器件Tl的導(dǎo)通又會在另外兩個(gè)虛功誘導(dǎo) 環(huán)路中放電，其中長的虛功誘導(dǎo)環(huán)路為 E1+—Ldl—Tl—L—C3—C2—Ld2—E2-， 而短的虛功誘導(dǎo)環(huán)路為 E2+—LN—C2—Ld2—E2-，致使第二諧振電容C2的反向儲能同樣對外做 正功，從而增加了流過第一平波電抗器Ldl和第二平波電抗器Ld2 (或者 Ld2)的直流電流，也實(shí)現(xiàn)了虛功向?qū)嵐Φ霓D(zhuǎn)換；同時(shí)第一諧振電容C1又 通過第一功率器件Tl,爐體感應(yīng)線圈L和隔直電容C3放電而形成震蕩。
這樣如此循環(huán)往復(fù)，以后振蕩的每個(gè)半周期都有長的和短的兩個(gè)虛功 誘導(dǎo)環(huán)路相伴隨，從而誘導(dǎo)虛功轉(zhuǎn)化成實(shí)功。從上述工作過程可以看出， 爐體感應(yīng)線圈L的Q值越高，諧振電容Cl (或者C2)在諧振回路CI—Tl—L—C3 (或者C2—C3—L—T2)的正(或者負(fù))半波振蕩中獲得 的反向充電值Vcl (或Vc2)就越高，而諧振電容C1(或者C2)上越高的反 向電壓會在下半個(gè)周期的長的和短的兩個(gè)虛功誘導(dǎo)環(huán)路的放電中，輸出更 多的正功。其結(jié)果是在電源電壓一定的條件下，爐體感應(yīng)線圏L的Q值越 高，該逆變器輸出的交流實(shí)功功率越大。然而，現(xiàn)有常用的并聯(lián)補(bǔ)償型諧 振逆變器的負(fù)載電感的Q值越高，其輸出的功率越小，本方案卻可在高Q 值條件下獲得高的輸出功率。
作為本實(shí)用新型的另一可選實(shí)施例，如圖5所示，為本實(shí)用新型另一 實(shí)施例中頻電源電路結(jié)構(gòu)圖，可以將第一節(jié)點(diǎn)O和第二節(jié)點(diǎn)M直接相連， 此時(shí)只有兩個(gè)短的虛功誘導(dǎo)環(huán)路(Tl導(dǎo)通時(shí)的虛功誘導(dǎo)環(huán)路為 E2+—C2—Ld2—E2-， T2導(dǎo)通時(shí)的虛功誘導(dǎo)環(huán)路為E1+—Ldl—C1—E-) 在工作，也可實(shí)現(xiàn)虛功變實(shí)功的功能，因此圖5所示的電路同樣可以在高 Q值條件下獲得高的輸出功率。
通過對圖4和圖5兩種電路的功率輸出特性進(jìn)行比較測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn) 兩者并無差別，主要是因?yàn)樵谟谔摴φT導(dǎo)環(huán)路轉(zhuǎn)換的虛功為諧振電容上的 反向儲能(即上述Vcl和Vc2所代表的虛功能量)，而諧振電容上的反向 儲能的大小只由感應(yīng)線圏L的Q值決定，而與虛功誘導(dǎo)環(huán)路的多少無關(guān)。
需要重點(diǎn)說明的是，對于本實(shí)用新型上述圖5所示的電路，本領(lǐng)域技 術(shù)人員可根據(jù)本實(shí)用新型的上述原理及以上所說明的工作過程，能夠?qū)D 5的電路圖做出等效的變化，例如圖6-圖8所示，為對本實(shí)用新型上述圖5 的等效電路圖，圖6-圖8在電路形式上雖然與圖5不同，但是其原理及等 效電路圖均與本實(shí)用新型上述的圖5相同，在實(shí)際的應(yīng)用中本領(lǐng)域技術(shù)人 員還能夠在本實(shí)用新型上述思想的基礎(chǔ)上及不脫離本實(shí)用新型上述思想的 范圍內(nèi)對本實(shí)用新型實(shí)施例中所示出的電路圖進(jìn)行等同的修改和變化，以 達(dá)到相同的技術(shù)效果，并解決同樣的技術(shù)問題，這些等同的修改或變化均 應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。其中，圖6-8中所示的電流源Isl、 Is3和Is5可視為圖5中的第一電壓源El和第一平波電抗器Ldl所組成的 第 一直流恒流電源；電流源Is2、 Is4和Is6可碎見為圖5中的第二電壓源E2和第二平波電抗器Ld2所組成的第二直流恒流電源；圖6-8中所示的Tl、 T3和T5可視為圖5中的第一功率器件T1; T2、 T4和T6可視為圖5中的 第二功率器件T2。
優(yōu)選地，還包括分別為第一功率器件Tl和第二功率器件T2附加的第 一反并聯(lián)續(xù)流二極管Dl和第二反并聯(lián)續(xù)流二極管D2，其為在隔直電容C3 和爐體感應(yīng)線圏L的振蕩提供續(xù)流通路。在另外的實(shí)施例中，也可為第一 功率器件Tl和第二功率器件T2附加阻容吸收電路。如圖9所示，為本實(shí) 用新型實(shí)施例包括第一反并聯(lián)續(xù)流二極管Dl和第二反并聯(lián)續(xù)流二極管D2 的電路圖，其還包括有等效為第一電壓源El和第二電壓源E2的具體整流 電路，作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，由整流晶閘管TZ1、 TZ3、 TZ5組成 的正向三相半波整流器與第一平波電抗器Ldl構(gòu)成了正向的恒流源向逆變 橋^是供正向的恒定直流電流；由晶閘管TZ4 、 TZ6和TZ2組成的反向三相 半波整流器與第二平波電抗器Ld2構(gòu)成了負(fù)向的恒流源向逆變橋提供負(fù)向 的恒定直流電流。同樣，對于圖6-8所示的本實(shí)用新型的電路等效圖，其 第一反并聯(lián)續(xù)流二極管Dl和第二反并聯(lián)續(xù)流二極管D2及第一電壓源El 和第二電壓源E2可如圖10所示。
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本實(shí)用新型的中頻電源的諧振頻率由公式w 二 決定,其中C1
為諧振電容，L為爐體電感，C1=C2，例如隔直電容C3可為12500微法， 逆變晶閘管Tl和T2應(yīng)選用關(guān)斷時(shí)間短，開通速度高的快速晶閘管，其電 壓及電流容量隨中頻爐的噸位而異。例如，在一臺3噸實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，選頻 率200 400赫茲，1^=140微亨，C1二C2:2500微法，逆變晶閘管T1和T2 選用國產(chǎn)KK-3500A/2500V快速晶閘管兩只并4關(guān)。
作為本實(shí)用新型更為優(yōu)選的實(shí)施例，可將圖9中所示的第一反并聯(lián)續(xù) 流二極管Dl和第二反并聯(lián)續(xù)流二極管D2改為可控的第三功率器件T3和 第四功率器件T4,例如可為晶閘管，或其他類型的可控功率半導(dǎo)體，如IGBT 等。如圖ll所示，為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的中頻電源電路的結(jié)構(gòu)圖，其 中在可控的第三功率器件T3和第四功率器件T4具有第六節(jié)點(diǎn)Z。這主要是由于負(fù)載參數(shù)隨著加熱過程發(fā)生變化，并不能保證圖9中第一諧振電容
Cl和第二諧振電容C2電壓之和總能大于零，因此晶閘管就會出現(xiàn)電壓塌 陷過零波形，因此可能會出現(xiàn)第一反并聯(lián)續(xù)流二極管Dl和第二反并聯(lián)續(xù)流 二極管D2同時(shí)導(dǎo)通的問題，從而造成設(shè)備大功率工作時(shí)，續(xù)流電路異常增 倍，增加了設(shè)備的能量損耗。因此通過本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中使用可 控的反并聯(lián)續(xù)流用第三功率器件T3和第四功率器件T4，在逆變晶閘管 T1(T2)應(yīng)關(guān)斷的半個(gè)周期內(nèi)，不觸發(fā)反并聯(lián)續(xù)流用功率元件T3 (T4)。從 而保證續(xù)流支路僅在續(xù)流時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，有效地避免誤導(dǎo)通的問題。
作為本實(shí)用新型另一更為優(yōu)選的實(shí)施例，由于第一功率器件Tl和第二 功率器件T2橋臂存在分布電感和均流電感，因此在第一功率器件T1和第 二功率器件T2換流時(shí)(例如從第一功率器件Tl導(dǎo)通換為第二功率器件T2 導(dǎo)通，或者相反)，這些分布電感和均流電感將會阻礙第一功率器件Tl 和第二功率器件T2電流的減小，從而第一功率器件Tl和第二功率器件T2 的關(guān)斷時(shí)間大大延長，抑制了設(shè)備的功率。為了解決這一問題，還需要在 在第五節(jié)點(diǎn)N和第六節(jié)點(diǎn)Z之間連接有一第三電感Lsd,該第三電感Lsd 大于分布電感和均流電感，通過本實(shí)用新型增加的第三電感Lsd,可與分 布電感和均流電感相^氏消，/人而減小關(guān)斷延時(shí)。
本實(shí)用新型提出的中頻電源電路具有諧振系統(tǒng)的Q值越高，其輸出功 率越大的特性，從而可將爐壁做厚，極大地提高了爐體的有效工作時(shí)間， 降低生產(chǎn)成本，在感應(yīng)透熱和金屬熔煉等領(lǐng)域具有非常重要的意義。特別 是在低電壓、大噸位的感應(yīng)爐，雙層結(jié)構(gòu)厚爐襯的感應(yīng)冶煉爐，連鑄設(shè)備 中間包加熱中頻電源裝置及高性能短長度的感應(yīng)透熱中頻電源裝置中具有 重大應(yīng)用價(jià)值。
盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員而言，可以理解在不脫離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下可以對這 些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán) 利要求及其等同限定。
1權(quán)利要求1、一種中頻電源電路，其特征在于，包括串聯(lián)的第一電壓源和第二電壓源，其中，在第一電壓源和第二電壓源之間具有第一節(jié)點(diǎn)；分別與所述第一電壓源和第二電壓源連接的第一平波電抗器和第二平波電抗器；分別與所述第一平波電抗器和第二平波電抗器連接且相互串聯(lián)的第一諧振電容和第二諧振電容，其中，在第一諧振電容和第二諧振電容之間具有第二節(jié)點(diǎn)，且所述第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)連接；陽極與所述第一平波電抗器和第一諧振電容相連的第一功率器件，和陰極與所述第二平波電抗器和第二諧振電容相連的第二功率器件，且所述第一功率器件的陰極與所述第二功率器件的陽極相連，其中，在所述第一功率器件和所述第二功率器件之間具有第五節(jié)點(diǎn)；和連接在所述第二節(jié)點(diǎn)和第五節(jié)點(diǎn)之間的爐體感應(yīng)線圈。
2、 如權(quán)利要求1所述的中頻電源電路，其特征在于，還包括，連接在 所述第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間的零線濾波電抗器，所述零線濾波電抗器大 于所述第一平波電抗器和第二平波電抗器。
3、 如權(quán)利要求1所述的中頻電源電路，其特征在于，在所述第二節(jié)點(diǎn) 和第五節(jié)點(diǎn)之間還連接有與所述爐體感應(yīng)線圏串聯(lián)的隔直電容，且所述隔 直電容大于所述第一諧振電容和第二諧振電容。
4、 如權(quán)利要求1所述的中頻電源電路，其特征在于， 所述第一電壓源正極與所述第一平波電抗器相連，所述第二電壓源的負(fù)極與所述第二平波電抗器相連。
5、 如權(quán)利要求1所述的中頻電源電路，其特征在于，還包括所述第一 功率器件和第二功率器件附加的第 一反并聯(lián)續(xù)流二極管和第二反并聯(lián)續(xù)流 二極管。
6、 如權(quán)利要求1所述的中頻電源電路，其特征在于，還包括所述第一 功率器件和第二功率器件附加的反并聯(lián)可控第三功率器件和第四功率器件，其中所述可控第三功率器件的陽極與所述可控第四功率器件的陰極相連。
7、 如權(quán)利要求6所述的中頻電源電路，其特征在于，所述可控第三功 率器件在所述第一功率器件應(yīng)關(guān)斷的半周期不開啟，所述可控第四功率器 件在所述第二功率器件應(yīng)關(guān)斷的半周期不開啟。
8、 如權(quán)利要求6所述的中頻電源電路，其特征在于，在所述可控第三 功率器件和所述可控第四功率器件之間具有第六節(jié)點(diǎn)，所述中頻電源電路 還包括連接在所述第五節(jié)點(diǎn)和所述第六節(jié)點(diǎn)之間的第三電感。
9、 如權(quán)利要求8所述的中頻電源電路，其特征在于，所述第三電感大 于所述第一功率器件和第二功率器件橋臂的分布電感和均流電感。
10、 如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的中頻電源電路，其特征在于，所述 功率器件為晶閘管、IGBT、 GTO、 IGCT、 GTR、 SITH、或SIT。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種中頻電源電路，包括串聯(lián)的第一電壓源和第二電壓源；分別與第一電壓源和第二電壓源連接的第一平波電抗器和第二平波電抗器；分別與第一平波電抗器和第二平波電抗器連接且相互串聯(lián)的第一諧振電容和第二諧振電容；以及，與第一平波電抗器和第一諧振電容相連的第一功率器件，和與第二平波電抗器和第二諧振電容相連的第二功率器件；和，連接在第二節(jié)點(diǎn)和第五節(jié)點(diǎn)之間的爐體感應(yīng)線圈。本實(shí)用新型提出的中頻電源電路具有諧振系統(tǒng)的Q值越高，其輸出功率越大的特性，從而可將爐壁做厚，極大地提高了爐體的有效工作時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，在金屬熔煉和感應(yīng)透熱等領(lǐng)域具有非常重要的意義。
文檔編號H05B6/04GK201374830SQ20092010598
公開日2009年12月30日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者強(qiáng) 傅, 艷 楊, 馬 羅 申請人:青島大學(xué)