一種新型風冷igbt感應加熱電源設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種新型風冷IGBT感應加熱電源設備，包括內部設置有風機和風道的機箱，以及設置在機箱上的感應加熱主電路、控制所述感應加熱主電路的控制電路；感應加熱主電路由依次連接的空氣開關、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、保護電路、觸摸顯示屏，保護電路還與感應加熱主電路、報警電路、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、感應加熱主電路，功率控制電路通過驅動電路連接感應加熱主電路。本實用新型設備體積小，重量輕，效率高，控制精度高，所有功率器件全部采用風冷結構，冷卻效果好。
【專利說明】—種新型風冷IGBT感應加熱電源設備

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及感應加熱電源【技術領域】，尤其涉及一種風冷IGBT感應加熱電源設備。

【背景技術】
[0002]在熱處理領域，還有少部分熱處理廠采用老式的電子管設備進行熱處理，存在設備體積過大、發(fā)熱嚴重、耗電量大、安全性不高、生產出的產品質量低下等問題；一部分熱處理廠采用的是可控硅感應設備進行熱處理，相比于老式的電子管設備，耗電量得到降低，生產出的產品質量的到明顯改善，但是依然存在設備體積過大、發(fā)熱嚴重等問題，同時耗電量依然不太理想，設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的IGBT感應加熱設備，具有體積小、能效高、安全可靠，生產出的產品質量穩(wěn)定等特點，可用于要求較高的工件的熱處理?；贗GBT感應加熱設備的這些優(yōu)點，IGBT感應加熱設備在市場上得到越來越廣泛的應用，同時，由于制造業(yè)的快速發(fā)展，市場對于高精度、復雜工件的熱處理產品的需求也越來越多，傳統(tǒng)控制方式的IGBT感應加熱設備也越來越難以滿足客戶的需求。
[0003]由于感應加熱設備本身功率較大、頻率較高，發(fā)熱是不可避免的，所以目前幾乎所有的設備都是采用在設備中走通水路來冷卻設備，以便電子元件能夠正常穩(wěn)定的工作。同時感應加熱設備對于冷卻水的水質有相當嚴格的要求，如果水質太差就會造成設備內部水路堵塞，所以需要專業(yè)的冷卻、循環(huán)水處理設備。由于水處理設備體積巨大、成本較高，這樣就限制了感應加熱設備的應用地點和場合，同時增加了熱處理廠的生產成本。
實用新型內容
[0004]針對目前感應加熱設備水冷方式工藝復雜，成本較高，體積過大，需要經(jīng)常維護，控制精度較低，響應速度較慢，人機交互不太方便等弱點，本實用新型提供一種新型風冷IGBT感應加熱設備，以解決現(xiàn)有技術的不足。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案:
[0006]一種新型風冷IGBT感應加熱電源設備，包括內部設置有風機I和風道的機箱，以及設置在機箱上的感應加熱主電路、控制所述感應加熱主電路的控制電路；所述感應加熱主電路由依次連接的空氣開關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、保護電路、觸摸顯示屏，所述保護電路還與感應加熱主電路、報警電路、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、感應加熱主電路，功率控制電路通過驅動電路連接感應加熱主電路。
[0007]所述整流電路由六個大功率二極管組成，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IGBT模塊G2?G5、諧振電容C3、匹配變壓器Tl和感應器構成。
[0010]所述風機I為大功率風機，固定在機箱上部，在機箱底部設置有通氣孔和百葉窗3 ;所述機箱后蓋中部設置有向內凸起部，與設置在機箱內的散熱器2形成風道；在所述散熱器2上通過硅脂和螺絲固定有IGBT、整流電路。
[0011]本實用新型的有益效果:1、采用以IGBT為逆變主器件，設備體積小，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，保護電路工作可靠反應靈敏；3、所有功率器件全部采用風冷結構，并且做到冷卻效果好，排除了水冷結構帶來的麻煩和設備龐大的問題；4、采用全新的報警電路和液晶顯示技術，能夠更加詳細和直觀化的查找故障和操作設備。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細說明。
[0016]參見圖1、圖2和圖3。本實用新型提供一種新型風冷IGBT感應加熱電源設備，包括內部設置有風機和風道的機箱，以及設置在機箱上的感應加熱主電路、控制所述感應加熱主電路的控制電路。
[0017]感應加熱主電路是電源的執(zhí)行部件，作用是電能轉換，將系統(tǒng)輸入電能轉換成高頻交流電能，最終作用在工件上進行加熱。如圖1所示，所述感應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橋構成。
[0018]空氣開關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。
[0019]交流接觸器KM用于在電源工作出現(xiàn)意外時切斷供電。
[0020]整流電路由六個大功率二極管組成，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的開關占空比，可以調節(jié)第二濾波電容C2的直流電壓，進而調節(jié)電源系統(tǒng)向工件輸出的加熱功率。IGBT的開關占空比越大，直流電壓也越大；反之亦然。
[0022]斬波電路后級為H橋，負責將直流電逆變成高頻電流。H橋主要由四個IGBT模塊G2?G5、諧振電容C3、匹配變壓器Tl構成。四個IGBT模塊(G2和G5、G4和G3)在受控的兩組互補的pwm脈沖控制下(含死區(qū)電壓),第二 IGBT模塊G2、第五IGBT模塊G5導通半個周期之后關閉，第四IGBT模塊G4、第三IGBT模塊G3經(jīng)死區(qū)延時后再導通下半個周期，同時第二 IGBT模塊G2、第五IGBT模塊G5關閉，這樣在串聯(lián)諧振兩端將產生以諧振電容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偶合輸出到感應加熱線圈上，實現(xiàn)在新的逆變頻率下的感應加熱過程。
[0023]感應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生斬波檢測信號，然后經(jīng)過過流保護電路將信號傳到主控板上，完成供電直流電流的過流保護控制。
[0025]逆變檢測電路通過三個交流互感器(專用設計的變比)，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 ;一路送到運算放大器與給定的功率調節(jié)給定信號比較(直流給定信號)完成設備的輸出功率調節(jié)功能；一路由交流互感器產生逆變檢測信號，然后經(jīng)過過流保護電路將信號傳到主控板上，完成逆變電流的過流保護控制。
[0026]所述感應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、保護電路、觸摸顯示屏，所述保護電路還與感應加熱主電路、報警電路、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、感應加熱主電路，功率控制電路通過驅動電路連接感應加熱主電路。電源電路將輸入的22V直流電轉換成正負5V和正負12V電壓，供其它電路使用。
[0027]頻率跟蹤電路采用負載頻率閉環(huán)控制技術，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負反饋控制系統(tǒng)，通過微處理器MCU對感應加熱主電路的輸出電流頻率進行跟蹤和控制，保證感應加熱主電路的輸出電流頻率與負載固有頻率一致，實現(xiàn)感應加熱主電路的電能最大輸出鎖相環(huán)路能夠進入相位跟蹤，實現(xiàn)輸出與輸入信號的同步，實現(xiàn)頻率跟蹤。
[0028]功率控制電路采用雙閉環(huán)脈沖密度調節(jié)的功率控制技術，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了設定的大小，因此實現(xiàn)電源的功率調節(jié)。
[0029]保護電路包括過流保護、過壓保護、缺相保護、過熱保護、風機故障保護等保護電路，一旦相應的保護電路動作，就會產生相應的報警信號，機器停止工作，并且直觀的傳到顯示屏和面板上。
[0030]大功率風機I固定在機箱上部，從機箱內部向外抽風，避免了灰塵進入機箱中，機箱底部和側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，機箱后蓋的斜面突出部分和散熱器緊挨，形成風道，使風扇的風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IGBT、整流電路等主要器件不被燒壞。
【權利要求】
1.一種新型風冷1681感應加熱電源設備，其特征在于:包括內部設置有風機(1)和風道的機箱，以及設置在機箱上的感應加熱主電路、控制所述感應加熱主電路的控制電路；所述感應加熱主電路由依次連接的空氣開關“)、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、保護電路、觸摸顯示屏，所述保護電路還與感應加熱主電路、報警電路、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、感應加熱主電路，功率控制電路通過驅動電路連接感應加熱主電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的新型風冷叩81感應加熱電源設備，其特征在于:所述整流電路由六個大功率二極管組成，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)權利要求1所述的新型風冷叩81感應加熱電源設備，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)權利要求1所述的新型風冷叩81'感應加熱電源設備，其特征在于:所述!I橋主要由四個1部1模塊(62^65 )、諧振電容(03 )、匹配變壓器(11)和感應器構成。
5.根據(jù)權利要求1所述的新型風冷叩81感應加熱電源設備，其特征在于:所述風機(1)為大功率風機，固定在機箱上部，在機箱底部設置有通氣孔和百葉窗(3):所述機箱后蓋中部設置有向內凸起部，與設置在機箱內的散熱器(2)形成風道；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)先權日:2014年11月20日
【發(fā)明者】翁全璞, 段小強, 任俊峰, 金鑫 申請人:鄭州科創(chuàng)電子有限公司