一種新型風(fēng)冷igbt感應(yīng)加熱電源設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種新型風(fēng)冷IGBT感應(yīng)加熱電源設(shè)備，包括內(nèi)部設(shè)置有風(fēng)機(jī)和風(fēng)道的機(jī)箱，以及設(shè)置在機(jī)箱上的感應(yīng)加熱主電路、控制所述感應(yīng)加熱主電路的控制電路；感應(yīng)加熱主電路由依次連接的空氣開關(guān)、熔斷器、交流接觸器、整流電路、斬波電路、將直流逆變?yōu)楦哳l電流的H橋構(gòu)成；控制電路包括MCU和與其連接頻率跟蹤電路、功率控制電路、保護(hù)電路、觸摸顯示屏，保護(hù)電路還與感應(yīng)加熱主電路、報(bào)警電路、頻率跟蹤電路、功率控制電路連接，頻率跟蹤電路連接功率控制電路、感應(yīng)加熱主電路，功率控制電路通過驅(qū)動電路連接感應(yīng)加熱主電路。本實(shí)用新型設(shè)備體積小，重量輕，效率高，控制精度高，所有功率器件全部采用風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，冷卻效果好。
【專利說明】—種新型風(fēng)冷IGBT感應(yīng)加熱電源設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及感應(yīng)加熱電源【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種風(fēng)冷IGBT感應(yīng)加熱電源設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]在熱處理領(lǐng)域，還有少部分熱處理廠采用老式的電子管設(shè)備進(jìn)行熱處理，存在設(shè)備體積過大、發(fā)熱嚴(yán)重、耗電量大、安全性不高、生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量低下等問題；一部分熱處理廠采用的是可控硅感應(yīng)設(shè)備進(jìn)行熱處理，相比于老式的電子管設(shè)備，耗電量得到降低，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量的到明顯改善，但是依然存在設(shè)備體積過大、發(fā)熱嚴(yán)重等問題，同時(shí)耗電量依然不太理想，設(shè)備的能效率依然很低；另外一部分熱處理廠采用了更為先進(jìn)的IGBT感應(yīng)加熱設(shè)備，具有體積小、能效高、安全可靠，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，可用于要求較高的工件的熱處理?；贗GBT感應(yīng)加熱設(shè)備的這些優(yōu)點(diǎn)，IGBT感應(yīng)加熱設(shè)備在市場上得到越來越廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，由于制造業(yè)的快速發(fā)展，市場對于高精度、復(fù)雜工件的熱處理產(chǎn)品的需求也越來越多，傳統(tǒng)控制方式的IGBT感應(yīng)加熱設(shè)備也越來越難以滿足客戶的需求。
[0003]由于感應(yīng)加熱設(shè)備本身功率較大、頻率較高，發(fā)熱是不可避免的，所以目前幾乎所有的設(shè)備都是采用在設(shè)備中走通水路來冷卻設(shè)備，以便電子元件能夠正常穩(wěn)定的工作。同時(shí)感應(yīng)加熱設(shè)備對于冷卻水的水質(zhì)有相當(dāng)嚴(yán)格的要求，如果水質(zhì)太差就會造成設(shè)備內(nèi)部水路堵塞，所以需要專業(yè)的冷卻、循環(huán)水處理設(shè)備。由于水處理設(shè)備體積巨大、成本較高，這樣就限制了感應(yīng)加熱設(shè)備的應(yīng)用地點(diǎn)和場合，同時(shí)增加了熱處理廠的生產(chǎn)成本。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對目前感應(yīng)加熱設(shè)備水冷方式工藝復(fù)雜，成本較高，體積過大，需要經(jīng)常維護(hù)，控制精度較低，響應(yīng)速度較慢，人機(jī)交互不太方便等弱點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種新型風(fēng)冷IGBT感應(yīng)加熱設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種新型風(fēng)冷IGBT感應(yīng)加熱電源設(shè)備，包括內(nèi)部設(shè)置有風(fēng)機(jī)I和風(fēng)道的機(jī)箱，以及設(shè)置在機(jī)箱上的感應(yīng)加熱主電路、控制所述感應(yīng)加熱主電路的控制電路；所述感應(yīng)加熱主電路由依次連接的空氣開關(guān)K、熔斷器Fl、F2、F3、交流接觸器KM、整流電路、斬波電路、將直流逆變?yōu)楦哳l電流的H橋構(gòu)成；所述控制電路包括MCU和與其連接頻率跟蹤電路、功率控制電路、保護(hù)電路、觸摸顯示屏，所述保護(hù)電路還與感應(yīng)加熱主電路、報(bào)警電路、頻率跟蹤電路、功率控制電路連接，所述頻率跟蹤電路連接功率控制電路、感應(yīng)加熱主電路，功率控制電路通過驅(qū)動電路連接感應(yīng)加熱主電路。
[0007]所述整流電路由六個(gè)大功率二極管組成，所述第一二極管Dl與第二二極管D2的正極連接，第三二極管D3與第四二極管D4的正極連接，第五二極管D5與第六二極管D6的正極連接，第一二極管D1、第三二極管D3、第五二極管D5的陰極相連，第二二極管D2、第四二極管D4、第六二極管D6的陰極相連，第一濾波電容Cl并聯(lián)在所述整流電路的兩端。
[0008]所述斬波電路由第一 IGBT模塊G1、第七二極管D7、濾波電抗器LI和第二濾波電容C2組成。
[0009]所述H橋主要由四個(gè)IGBT模塊G2?G5、諧振電容C3、匹配變壓器Tl和感應(yīng)器構(gòu)成。
[0010]所述風(fēng)機(jī)I為大功率風(fēng)機(jī)，固定在機(jī)箱上部，在機(jī)箱底部設(shè)置有通氣孔和百葉窗3 ;所述機(jī)箱后蓋中部設(shè)置有向內(nèi)凸起部，與設(shè)置在機(jī)箱內(nèi)的散熱器2形成風(fēng)道；在所述散熱器2上通過硅脂和螺絲固定有IGBT、整流電路。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果:1、采用以IGBT為逆變主器件，設(shè)備體積小，重量輕，效率高；2、控制電路全部采用數(shù)字化電路，控制精度高，保護(hù)電路工作可靠反應(yīng)靈敏；3、所有功率器件全部采用風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，并且做到冷卻效果好，排除了水冷結(jié)構(gòu)帶來的麻煩和設(shè)備龐大的問題；4、采用全新的報(bào)警電路和液晶顯示技術(shù)，能夠更加詳細(xì)和直觀化的查找故障和操作設(shè)備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的感應(yīng)加熱主電路原理圖。
[0013]圖2為本實(shí)用新型的控制電路原理圖。
[0014]圖3為本實(shí)用新型的機(jī)箱示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016]參見圖1、圖2和圖3。本實(shí)用新型提供一種新型風(fēng)冷IGBT感應(yīng)加熱電源設(shè)備，包括內(nèi)部設(shè)置有風(fēng)機(jī)和風(fēng)道的機(jī)箱，以及設(shè)置在機(jī)箱上的感應(yīng)加熱主電路、控制所述感應(yīng)加熱主電路的控制電路。
[0017]感應(yīng)加熱主電路是電源的執(zhí)行部件，作用是電能轉(zhuǎn)換，將系統(tǒng)輸入電能轉(zhuǎn)換成高頻交流電能，最終作用在工件上進(jìn)行加熱。如圖1所示，所述感應(yīng)加熱主電路使用三相380V系統(tǒng)供電，由依次連接的空氣開關(guān)K、熔斷器F1、F2、F3、交流接觸器KM、整流電路、斬波電路、將直流逆變?yōu)楦哳l電流的H橋構(gòu)成。
[0018]空氣開關(guān)K和熔斷器Fl、F2、F3用于控制向電源系統(tǒng)供電及過載保護(hù)。
[0019]交流接觸器KM用于在電源工作出現(xiàn)意外時(shí)切斷供電。
[0020]整流電路由六個(gè)大功率二極管組成，所述第一二極管Dl與第二二極管D2的正極連接，第三二極管D3與第四二極管D4的正極連接，第五二極管D5與第六二極管D6的正極連接，第一二極管D1、第三二極管D3、第五二極管D5的陰極相連，第二二極管D2、第四二極管D4、第六二極管D6的陰極相連，第一濾波電容Cl并聯(lián)在所述整流電路的兩端。該整流電路作用是將三相工頻交流電整流為直流脈動電壓，經(jīng)濾波電容Cl濾波獲得穩(wěn)定的直流電壓。
[0021]斬波電路由第一 IGBT模塊G1、第七二極管D7、濾波電抗器LI和第二濾波電容C2組成。斬波電路向后級逆變橋提供供電電壓。通過改變IGBT的開關(guān)占空比，可以調(diào)節(jié)第二濾波電容C2的直流電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)電源系統(tǒng)向工件輸出的加熱功率。IGBT的開關(guān)占空比越大，直流電壓也越大；反之亦然。
[0022]斬波電路后級為H橋，負(fù)責(zé)將直流電逆變成高頻電流。H橋主要由四個(gè)IGBT模塊G2?G5、諧振電容C3、匹配變壓器Tl構(gòu)成。四個(gè)IGBT模塊(G2和G5、G4和G3)在受控的兩組互補(bǔ)的pwm脈沖控制下(含死區(qū)電壓),第二 IGBT模塊G2、第五IGBT模塊G5導(dǎo)通半個(gè)周期之后關(guān)閉，第四IGBT模塊G4、第三IGBT模塊G3經(jīng)死區(qū)延時(shí)后再導(dǎo)通下半個(gè)周期，同時(shí)第二 IGBT模塊G2、第五IGBT模塊G5關(guān)閉，這樣在串聯(lián)諧振兩端將產(chǎn)生以諧振電容C3和匹配變壓器Tl的初級電感L2為固有頻率的正弦波震蕩電流。該電流經(jīng)Tl偶合輸出到感應(yīng)加熱線圈上，實(shí)現(xiàn)在新的逆變頻率下的感應(yīng)加熱過程。
[0023]感應(yīng)加熱主電路還連接有斬波檢測電路和逆變檢測電路:
[0024]斬波檢測電路通過霍爾直流變換器產(chǎn)生斬波檢測信號，然后經(jīng)過過流保護(hù)電路將信號傳到主控板上，完成供電直流電流的過流保護(hù)控制。
[0025]逆變檢測電路通過三個(gè)交流互感器(專用設(shè)計(jì)的變比)，分別采樣逆變回路的電流頻率、相位和幅值變化。該信號采樣后一路經(jīng)過零比較器比較后控制PWM脈沖的頻率和相位，使控制脈沖的頻率和相位始終與諧振回路的固有頻率同頻、同相，使逆變回路的功率因數(shù)始終維持在接近為I ;一路送到運(yùn)算放大器與給定的功率調(diào)節(jié)給定信號比較(直流給定信號)完成設(shè)備的輸出功率調(diào)節(jié)功能；一路由交流互感器產(chǎn)生逆變檢測信號，然后經(jīng)過過流保護(hù)電路將信號傳到主控板上，完成逆變電流的過流保護(hù)控制。
[0026]所述感應(yīng)加熱主電路的控制電路包括MCU和與其連接電源電路、頻率跟蹤電路、功率控制電路、保護(hù)電路、觸摸顯示屏，所述保護(hù)電路還與感應(yīng)加熱主電路、報(bào)警電路、頻率跟蹤電路、功率控制電路連接，所述頻率跟蹤電路連接功率控制電路、感應(yīng)加熱主電路，功率控制電路通過驅(qū)動電路連接感應(yīng)加熱主電路。電源電路將輸入的22V直流電轉(zhuǎn)換成正負(fù)5V和正負(fù)12V電壓，供其它電路使用。
[0027]頻率跟蹤電路采用負(fù)載頻率閉環(huán)控制技術(shù)，根據(jù)鎖相環(huán)原理，由鑒相器、環(huán)路濾波器和電壓控制振蕩器組成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，通過微處理器MCU對感應(yīng)加熱主電路的輸出電流頻率進(jìn)行跟蹤和控制，保證感應(yīng)加熱主電路的輸出電流頻率與負(fù)載固有頻率一致，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱主電路的電能最大輸出鎖相環(huán)路能夠進(jìn)入相位跟蹤，實(shí)現(xiàn)輸出與輸入信號的同步，實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤。
[0028]功率控制電路采用雙閉環(huán)脈沖密度調(diào)節(jié)的功率控制技術(shù)，通過分別對逆變器的電壓閉環(huán)和電流閉環(huán)，使逆變器的輸出功率對應(yīng)了設(shè)定的大小，因此實(shí)現(xiàn)電源的功率調(diào)節(jié)。
[0029]保護(hù)電路包括過流保護(hù)、過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過熱保護(hù)、風(fēng)機(jī)故障保護(hù)等保護(hù)電路，一旦相應(yīng)的保護(hù)電路動作，就會產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信號，機(jī)器停止工作，并且直觀的傳到顯示屏和面板上。
[0030]大功率風(fēng)機(jī)I固定在機(jī)箱上部，從機(jī)箱內(nèi)部向外抽風(fēng)，避免了灰塵進(jìn)入機(jī)箱中，機(jī)箱底部和側(cè)部開的有孔和百葉窗3，用于散熱和空氣對流。IGBT、整流電路等器件通過硅脂和螺絲固定在散熱器2上。同時(shí)，機(jī)箱后蓋的斜面突出部分和散熱器緊挨，形成風(fēng)道，使風(fēng)扇的風(fēng)最大化的通過散熱器，IGBT、整流橋等高發(fā)熱器件的散熱，從而保護(hù)IGBT、整流電路等主要器件不被燒壞。
【權(quán)利要求】
1.一種新型風(fēng)冷1681感應(yīng)加熱電源設(shè)備，其特征在于:包括內(nèi)部設(shè)置有風(fēng)機(jī)(1)和風(fēng)道的機(jī)箱，以及設(shè)置在機(jī)箱上的感應(yīng)加熱主電路、控制所述感應(yīng)加熱主電路的控制電路；所述感應(yīng)加熱主電路由依次連接的空氣開關(guān)“)、熔斷器(打、!^、”)、交流接觸器(枷)、整流電路、斬波電路、將直流逆變?yōu)楦哳l電流的0橋構(gòu)成；所述控制電路包括妨⑶和與其連接頻率跟蹤電路、功率控制電路、保護(hù)電路、觸摸顯示屏，所述保護(hù)電路還與感應(yīng)加熱主電路、報(bào)警電路、頻率跟蹤電路、功率控制電路連接，所述頻率跟蹤電路連接功率控制電路、感應(yīng)加熱主電路，功率控制電路通過驅(qū)動電路連接感應(yīng)加熱主電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型風(fēng)冷叩81感應(yīng)加熱電源設(shè)備，其特征在于:所述整流電路由六個(gè)大功率二極管組成，所述第一二極管(01)與第二二極管(02)的正極連接，第三二極管(03)與第四二極管(04)的正極連接，第五二極管(05)與第六二極管(06)的正極連接，第一二極管〔00、第三二極管(03^第五二極管(05)的陰極相連，第二二極管(02^第四二極管(04^第六二極管(06)的陰極相連，第一濾波電容((:1)并聯(lián)在所述整流電路的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型風(fēng)冷叩81感應(yīng)加熱電源設(shè)備，其特征在于:所述斬波電路由第一 模塊(以)、第七二極管(07^濾波電抗器11)和第二濾波電容(0組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型風(fēng)冷叩81'感應(yīng)加熱電源設(shè)備，其特征在于:所述!I橋主要由四個(gè)1部1模塊(62^65 )、諧振電容(03 )、匹配變壓器(11)和感應(yīng)器構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型風(fēng)冷叩81感應(yīng)加熱電源設(shè)備，其特征在于:所述風(fēng)機(jī)(1)為大功率風(fēng)機(jī)，固定在機(jī)箱上部，在機(jī)箱底部設(shè)置有通氣孔和百葉窗(3):所述機(jī)箱后蓋中部設(shè)置有向內(nèi)凸起部，與設(shè)置在機(jī)箱內(nèi)的散熱器(2)形成風(fēng)道；在所述散熱器(2)上通過硅脂和螺絲固定有1(^81、整流電路。
【文檔編號】H05B6/42GK204217149SQ201420700048
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】翁全璞, 段小強(qiáng), 任俊峰, 金鑫 申請人:鄭州科創(chuàng)電子有限公司