[發明專利]一種用于石墨反應釜加熱的可調功率感應加熱電源系統

有效

• 申請號: 202110567742.2
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113316278B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 王志為;張苒;高恒;崔岳
• 申請（專利權）人: 核工業理化工程研究院
• 主分類號: H05B6/06
• 分類號: H05B6/06
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 王海濱

1.一種用于石墨反應釜加熱的可調功率感應加熱電源系統，其特征在于：包括三相整流橋模塊、逆變模塊、諧振回路和主控板；

三相整流橋模塊的輸入側連接三相380V交流電，直流輸出側連接DC整流濾波電容組件，在三相整流橋模塊和DC整流濾波電容組件之間的連接電路上設置接觸器用于控制電路的通斷，并且在三相整流橋模塊和DC整流濾波電容組件之間的連接電路上并聯設置一個帶有預充電電阻的旁路，當接觸器斷開時，這條旁路能夠導通；

DC整流濾波電容組件輸出端連接逆變模塊的輸入側，逆變模塊的逆變輸出側連接諧振回路；

所述諧振回路包括自藕變壓器、AC隔直電容組件、諧振電容組件和諧振感應線圈，逆變模塊的逆變輸出側連接自藕變壓器的輸入側，并在逆變模塊和自藕變壓器之間設置AC隔直電容組件；自藕變壓器的輸出側連接桶狀石墨反應釜上的諧振感應線圈，并在自藕變壓器和諧振感應線圈之間設置諧振電容組件；

所述主控板以DSP芯片為核心，主控板上設置有繼電器輸出接口、直流電壓采集接口、PWM驅動輸出接口、中頻電流采集與整形接口、溫度檢測接口、RS485通訊口、以及用于連接面板開關的IO接口，其中，繼電器輸出接口連接接觸器；直流電壓采集接口連接DC整流濾波電容組件的兩輸出端，用于采集DC整流濾波電容組件兩端的直流母線電壓；PWM驅動輸出接口連接IGBT驅動板，IGBT驅動板連接至逆變模塊；中頻電流采集與整形接口連接逆變模塊的輸出側的電流傳感器；溫度檢測接口連接用于檢測石墨反應釜溫度的溫度檢測單元；RS485通訊口連接觸摸屏，實現人機交互；

所述的可調功率感應加熱電源系統的運行方法如下：

感應加熱電源上電時，三相380V交流電，由三相整流橋模塊進行三相全橋整流并先經帶有預充電電阻的旁路給DC整流濾波電容組件進行預充電，以防止上電瞬間過大的充電電流對三相整流橋模塊造成的損壞，主控板通過直流電壓采集接口與DSP主芯片上集成AD轉換模塊進行模數轉換，監測DC整流濾波電容組件兩端的直流母線電壓，待母線電壓上升至約500V時主控板通過繼電器輸出接口控制接觸器吸合，待母線電壓充電至540V左右，母線充電完成，感應加熱電源上電過程完成；

上電完成后先通過觸摸屏設置感應加熱電源掃描頻率的上限頻率與下限頻率，設定電源輸出功率，主控板通過IO接口檢測到啟動按鈕動作后，主控板通過DSP芯片上集成PWM控制器輸出四路驅動控制信號給兩塊IGBT驅動板生成四路IGBT驅動信號，控制逆變模塊中的兩個IGBT模塊的四個IGBT開關依次導通與關斷以掃描頻率上限頻率進行單相全橋方波逆變，主控板通過中頻電流電壓采集端口與DSP芯片上集成ADC模塊與定時器對方波逆變輸出中頻電流與電壓進行幅值與相位角度進行實時采集并計算輸出功率與設定功率差值，DSP芯片根據功率差值控制IGBT驅動脈沖頻率，不斷減小輸出功率差值使輸出功率至設定值；

電源以設定功率對石墨反應釜進行加熱，主控板通過溫度采集接口與DSP芯片上集成的ADC模塊采集溫度數值，將采集溫度值與設定的溫度上限進行比較，溫度沒達到上限值時電源以設定功率值持續對石墨反應釜進行加熱，當采集溫度值大于溫度上限值時，DSP芯片將功率設定值設為原設定功率值的50-70％，使電源以低功率持續運行，維持石墨反應釜的溫度，當采集到溫度值低于溫度下限時，控制器將功率設定值設為原設定功率值，使電源以高功率運行對石墨反應釜進行升溫操作；

可調功率感應加熱電源系統的工作方法如下：

S1：開始；

S2：系統初始化，電源上電后首先對DSP主控芯片進行各個外設功能模塊進行初始化；

S3：CRC校驗成功，對觸摸屏傳輸系統配置參數進行校驗，驗證數據完整性，如果校驗成功則進入S5，校驗不成功則進入S4；

S4：默認參數配置并回傳，使用默認參數配置系統；

S5：用戶參數配置，使用用戶設置參數配置系統；

S6：直流電壓過閾值，延時8秒檢測系統直流母線電壓是否過門限值，如果檢測通過則進入S7，不通過則進入S11；

S7：閉合主回路接觸器，閉合接觸器使用整流橋進行整流，對直流母線進行充電；

S8：啟動及狀態檢測，系統進入待機狀態，并檢測系統啟動信號與系統故障碼，如果檢測到啟動信號且無故障碼則進入S9，否則進入S8，處于等待狀態；

S9：掃頻啟動，系統以設置頻率的范圍從低限至高限逐步提高輸出逆變PWM頻率，并同時檢測逆變電流是否過啟動門限電流值，如果過門限掃頻啟動成功進入S10，否則進入S8；

S10：更改輸出頻率值設定值，啟動成功后將逆變PWM頻率更改至用戶設定值；

S11：溫度調節，根據設定溫度進行系統功率設定；

S12：PID功率調節，根據溫度調節設置的功率改變PWM輸出頻率，進行功率調節；

S13：停機及狀態檢測，進行停機信號與故障碼檢測，如果未檢測到停機與故障則進入S11，否則進入S8；

S14：開始；

S15：判斷石墨反應釜溫度是否過設定上限值，如果過上限值則進入S16，否則進入S17；

S16：將系統功率給定值設定為預設定恒溫保持功率值；

S17：判斷石墨反應釜溫度是否低于設定下限值，如果低于下限值則進入S18，否則進入S19；

S18：將系統功率給定值設定為預設定加熱功率值；

S19：結束；

S20：開始；

S21：進行PID控制算法增量公式的Δu(k)計算；

S22：根據計算值修改PWM寄存器值，更改輸出逆變PWM頻率；

S23：結束。