[發(fā)明專利]雙頻率感應(yīng)加熱電源及其逆變電路的控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410289224.9
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN104052324A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 冷朝霞;劉慶豐;尚麥霞;田地
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/487
• 分類號(hào): H02M7/487;H02M7/5387;H05B6/06;H05B6/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于感應(yīng)加熱電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多電平技術(shù)的雙頻率感應(yīng)加熱電源，本發(fā)明還涉及二極管箝位全橋多電平逆變電路的控制方法。

背景技術(shù)

感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理，使處于感應(yīng)線圈交變磁場中的金屬材料內(nèi)部迅速感應(yīng)出很大的電渦流，從而使材料加熱升溫，將電能轉(zhuǎn)換成熱能，完成對被加工工件進(jìn)行加熱的任務(wù)。根據(jù)感應(yīng)加熱透入深度與頻率的關(guān)系，在加熱過程中被加熱工件的加熱厚度受感應(yīng)線圈電流頻率的控制。因此，在處理表面不規(guī)則幾何形狀的加熱工件時(shí)，僅用單一頻率的感應(yīng)電流對不同部分的處理效果將不一致，嚴(yán)重影響工件的處理質(zhì)量。對此類復(fù)雜幾何表面工件的熱處理問題研究表明，雙頻率輸出的感應(yīng)加熱方式是目前國內(nèi)外采取的解決問題的途徑。

感應(yīng)加熱裝置是利用電磁感應(yīng)原理把電能轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)備，通常感應(yīng)加熱技術(shù)是通過正負(fù)交替的方波為負(fù)載回路提供能量，采用半橋或全橋逆變電路產(chǎn)生正負(fù)交替的方波。當(dāng)感應(yīng)加熱電源應(yīng)用于雙頻率輸出領(lǐng)域時(shí)，逆變電路輸出的方波電壓中傳遞能量的是占主要成分的基波和較低次諧波，應(yīng)根據(jù)不同的加熱工藝需要實(shí)現(xiàn)對逆變電路輸出電壓的諧波調(diào)節(jié)，但正負(fù)交替的方波無法調(diào)節(jié)其基波和諧波含量?；诙嚯娖侥孀兤鬏敵鲭妷褐C波可調(diào)節(jié)功能，級(jí)聯(lián)型多電平逆變器電路被引入雙頻感應(yīng)加熱電源，但級(jí)聯(lián)型多電平逆變器需要多個(gè)直流輸入電源，而且逆變器輸出電壓的基波含量高，即諧波能量較低，諧波的調(diào)節(jié)范圍有限。

感應(yīng)加熱電源采用電感、電容串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振的負(fù)載電路向被加熱工件傳遞能量，為實(shí)現(xiàn)雙頻率能量的傳遞，目前采取的負(fù)載電路結(jié)構(gòu)有雙感應(yīng)線圈的兩諧振支路并聯(lián)結(jié)構(gòu)，單感應(yīng)線圈的多元件復(fù)合諧振電路。雙感應(yīng)線圈存在兩個(gè)線圈如何設(shè)計(jì)、相對位置如何安置、線圈中存在磁耦合等不可避免的重要問題。目前的單感應(yīng)線圈結(jié)構(gòu)存在電路拓?fù)鋸?fù)雜、電路選頻特性受限等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種雙頻率感應(yīng)加熱電源，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的逆變器輸出電壓基波調(diào)制范圍及諧波可調(diào)節(jié)范圍小、諧振電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、諧振電路選頻性能降低的問題。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于雙頻率感應(yīng)加熱電源的二極管箝位全橋多電平逆變電路的控制方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：雙頻率感應(yīng)加熱電源，包括二極管箝位全橋多電平逆變電路，二極管箝位全橋多電平逆變電路分別與直流電源和單感應(yīng)線圈負(fù)載電路連接；

二極管箝位全橋多電平逆變電路由三個(gè)串聯(lián)支路并聯(lián)而成，串聯(lián)支路一由分壓電容C₁和分壓電容C₂串聯(lián)組成，串聯(lián)支路二由功率開關(guān)管MOSFET?G_a1、功率開關(guān)管MOSFET?G_a2、功率開關(guān)管MOSFET?G_a3、功率開關(guān)管MOSFET?G_a4串聯(lián)組成，串聯(lián)支路三由功率開關(guān)管MOSFET?G_b1、功率開關(guān)管MOSFET?G_b2、功率開關(guān)管MOSFET?G_b3、功率開關(guān)管MOSFET?G_b4串聯(lián)組成；分壓電容C₁、功率開關(guān)管MOSFET?G_a1的漏極、功率開關(guān)管MOSFET?G_b4的漏極分別與直流電源的正極連接，分壓電容C₂、功率開關(guān)管MOSFET?G_a4的源極、功率開關(guān)管MOSFET?G_b1的源極分別與直流電源的負(fù)極連接；功率開關(guān)管MOSFET?G_a2和功率開關(guān)管MOSFET?G_a3還并聯(lián)有箝位支路一，箝位支路一由二極管VD₁和二極管VD₂串聯(lián)組成，功率開關(guān)管MOSFET?G_b3和功率開關(guān)管MOSFET?G_b2之間還并聯(lián)有箝位支路二，箝位支路二由二極管VD₃和二極管VD₄串聯(lián)組成；分壓電容C₁和分壓電容C₂之間的節(jié)點(diǎn)、二極管VD₁和二極管VD₂之間的節(jié)點(diǎn)、二極管VD₃和二極管VD₄之間的節(jié)點(diǎn)均接地。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，