一种大功率宽频串联谐振电源论文和设计-陈惠萍

全文摘要

一种大功率宽频串联谐振电源，包括电源转换电路和控制电路两部分；电源转换电路包括进线断路器模块、全波整流不控桥模块、滤波回路模块、全桥式逆变器模块、可调谐振电容模块、匹配变压器模块；控制电路包括主控板、驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D、显示板、电源板；本电源在电源转换电路的全桥式逆变器模块和匹配变压器模块之间设置了可调谐振电容模块，可调谐振电容模块内设置了若干个并联的谐振电容，通过主控板模块控制切换接入与匹配变压器模块初级线圈串联的不同电容，使电源工作在不同频率，达到了宽频、频率可调的目的，实现一机多用，降低了设备总体投资成本和设备占用的生产面积，且具有使用调整方便的特点。

主设计要求

1.一种大功率宽频串联谐振电源，其特征是：包括电源转换电路和控制电路两部分；所述电源转换电路包括进线断路器模块、全波整流不控桥模块、滤波回路模块、全桥式逆变器模块、可调谐振电容模块、匹配变压器模块；所述进线断路器模块进线端通过三根电缆与三相电源连接，出线端通过三根电缆与全波整流不控桥模块进线端连接；全波整流不控桥模块出线端通过两根电缆与滤波回路模块进线端连接；滤波回路模块出线端通过两根电缆与全桥式逆变器模块进线端连接；全桥式逆变器模块出线端的其中一端用电缆通过可调谐振电容模块与匹配变压器初级线圈的一端连接，全桥式逆变器模块出线端的另外一端直接通过电缆与匹配变压器初级线圈的另外一端连接；所述控制电路包括主控板、驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D、显示板、电源板；所述主控板分别通过不同的数据线与驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D、显示板连接，驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D分别通过四路控制线与全桥式逆变器模块连接；主控板还通过控制线分别与进线断路器模块、谐振电源模块连接；主控板还通过监测线与滤波回路模块、匹配变压器模块连接；所述电源板分别通过电源线与主控板、驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D、显示板连接；所述可调谐振电容模块内并联设置有若干谐振电容，部分谐振电容串联设置有开关，开关的接通和断开由控制电路控制。

设计方案

所述控制电路包括主控板、驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D、显示板、电源板；所述主控板分别通过不同的数据线与驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D、显示板连接，驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D分别通过四路控制线与全桥式逆变器模块连接；主控板还通过控制线分别与进线断路器模块、谐振电源模块连接；主控板还通过监测线与滤波回路模块、匹配变压器模块连接；所述电源板分别通过电源线与主控板、驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D、显示板连接；

所述可调谐振电容模块内并联设置有若干谐振电容，部分谐振电容串联设置有开关，开关的接通和断开由控制电路控制。

2.根据权利要求1所述大功率宽频串联谐振电源，其特征是：所述进线断路器模块进线端通过三根铜排与三相电源连接，出线端通过三根铜排与全波整流不控桥模块进线端连接；全波整流不控桥模块出线端通过两根铜排与滤波回路模块进线端连接；滤波回路模块出线端通过两根铜排与全桥式逆变器模块进线端连接；全桥式逆变器模块出线端的其中一端用铜排通过可调谐振电容模块与匹配变压器初级线圈的一端连接，全桥式逆变器模块出线端的另外一端直接通过铜排与匹配变压器初级线圈的另外一端连接。

3.根据权利要求1所述大功率宽频串联谐振电源，其特征是：所述进线断路器模块与全波整流不控桥模块之间还设置有开机保护电路，开机保护电路包括设置在三根电缆上的并联的限流电阻和开关，开关接通和断开由主控板控制。

4.根据权利要求1所述大功率宽频串联谐振电源，其特征是：所述匹配变压器模块的初级线圈设置有若干个抽头，每个抽头通过负载匹配开关与可调谐振电容模块的输出端连接，负载匹配开关的接通和断开由手动控制。

5.根据权利要求1所述大功率宽频串联谐振电源，其特征是：所述匹配变压器模块的初级线圈设置有若干个抽头，每个抽头通过负载匹配开关与可调谐振电容模块的输出端连接，所述负载匹配开关与主控板之间通过控制线连接，负载匹配开关的接通和断开由主控板控制。

6.根据权利要求1所述大功率宽频串联谐振电源，其特征是：所述全桥式逆变器模块内包括IGBT-A、IGBT-B、IGBT-C、IGBT-D四个IGBT，所述驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D对应与IGBT-A、IGBT-B、IGBT-C、IGBT-D的栅极连接。

7.根据权利要求1所述大功率宽频串联谐振电源，其特征是：所述主控板内包括宽频率切换模块，通过宽频率切换模块可分别控制可调谐振电容模块内的开关接通和断开。

8.根据权利要求1所述大功率宽频串联谐振电源，其特征是：所述主控板内还包括驱动控制及频率跟踪模块，驱动控制及频率跟踪模块输出四路矩形方波，分别经由驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D放大后控制IGBT-A、IGBT-B、IGBT-C、IGBT-D的导通和截止。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及金属材料感应加热热处理技术领域，具体涉及一种大功率宽频串联谐振电源。

背景技术

已知的，现有的用于金属材料连续感应加热装置电源的工作频率是固定的，每台电源只可用于加热深度固定的某几种金属材料零件的感应加热，使用范围较窄；当需要对不同金属材料零件进行不同深度的感应加热时，需要配备不同工作频率的电源，因此热处理设备总体投资大、设备占用的生产面积大且使用不便。

实用新型内容

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种大功率宽频串联谐振电源，本电源在全桥式逆变器模块和匹配变压器模块之间设置了可调谐振电容模块，可调谐振电容模块内设置了若干个并联的谐振电容，通过主控板控制切换接入与匹配变压器模块初级线圈串联的不同电容，使电源可以工作在不同频率，实现了一台电源适应多种金属材料零件不同加热深度的要求，达到了一机多用的目的，降低了设备总体投资成本和设备占用的生产面积，且具有使用、调整方便的优点。

为了实现所述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：一种大功率宽频串联谐振电源，其特征是：包括电源转换电路和控制电路两部分；所述电源转换电路包括进线断路器模块、全波整流不控桥模块、滤波回路模块、全桥式逆变器模块、可调谐振电容模块、匹配变压器模块；所述进线断路器模块进线端通过三根电缆与三相电源连接，出线端通过三根电缆与全波整流不控桥模块进线端连接；全波整流不控桥模块出线端通过两根电缆与滤波回路模块进线端连接；滤波回路模块出线端通过两根电缆与全桥式逆变器模块进线端连接；全桥式逆变器模块出线端的其中一端用电缆通过可调谐振电容模块与匹配变压器初级线圈的一端连接，全桥式逆变器模块出线端的另外一端直接通过电缆与匹配变压器初级线圈的另外一端连接；

所述可调谐振电容模块内并联设置有若干谐振电容，并且部分谐振电容串联设置有开关，开关的接通和断开由主控板控制。

优选的，所述进线断路器模块进线端通过三根铜排与三相电源连接，出线端通过三根铜排与全波整流不控桥模块进线端连接；全波整流不控桥模块出线端通过两根铜排与滤波回路模块进线端连接；滤波回路模块出线端通过两根铜排与全桥式逆变器模块进线端连接；全桥式逆变器模块出线端的其中一端用铜排通过可调谐振电容模块与匹配变压器初级线圈的一端连接，全桥式逆变器模块出线端的另外一端直接通过铜排与匹配变压器初级线圈的另外一端连接。

优选的，所述进线断路器模块与全波整流不控桥模块之间还设置有开机保护电路，开机保护电路包括设置在三根电缆上的并联的限流电阻和开关，开关接通和断开由主控板控制。

优选的，所述匹配变压器模块的初级线圈设置有若干个抽头，每个抽头通过负载匹配开关与可调谐振电容模块的输出端连接，负载匹配开关的接通和断开由手动控制。

优选的，所述匹配变压器模块的初级线圈设置有若干个抽头，每个抽头通过负载匹配开关与可调谐振电容模块的输出端连接，所述负载匹配开关与主控板之间通过控制线连接，负载匹配开关的接通和断开由主控板控制。

优选的，所述全桥式逆变器模块内包括IGBT-A、IGBT-B、IGBT-C、IGBT-D四个IGBT，所述驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D对应与IGBT-A、IGBT-B、IGBT-C、IGBT-D的栅极连接。

优选的，所述主控板内包括宽频率切换模块，通过宽频率切换模块可分别控制可调谐振电容模块内的开关接通和断开。

优选的，所述主控板内还包括驱动控制及频率跟踪模块，驱动控制及频率跟踪模块输出四路矩形方波，分别经由驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D放大后控制IGBT-A、IGBT-B、IGBT-C、IGBT-D的导通和截止。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型公开的一种大功率宽频串联谐振电源，包括电源转换电路和控制电路两部分；其中电源转换电路在全桥式逆变器模块和匹配变压器模块之间设置了可调谐振电容模块，可调谐振电容模块内设置有若干个并联的谐振电容，通过主控板控制切换接入与匹配变压器模块初级线圈串联的不同电容，使可调谐振电容模块和匹配变压器模块工作在不同的谐振频率；其中控制电路部分设置有驱动控制及频率跟踪，驱动控制及频率跟踪根据可调谐振电容模块和匹配变压器模块工作的谐振频率，输出相应频率的矩形波，驱动控制及频率跟踪输出的矩形波经驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D放大后控制IGBT-A、IGBT-B、IGBT-C、IGBT-D的顺序导通和截止，使全桥式逆变器模块输出相应谐振频率的矩形电压，谐振频率的矩形电压使可调谐振电容模块和匹配变压器模块初级线圈产生相应频率的正弦谐振电流，经匹配变压器模块初级线圈和次级线圈的耦合，最终在匹配变压器模块次级线圈输出相应谐振频率的正弦电流，驱动感应器对被加热金属材料进行感应加热；本大功率宽频串联谐振电源通过可调谐振电容模块切换不同的电容值，实现了一台电源可工作在不同频率，适应多种金属材料零件不同加热深度的要求，达到了一机多用的目的，降低了设备总体投资成本和设备占用的生产面积，且具有使用、调整方便的优点。

附图说明

图1为大功率宽频串联谐振电源功能框图。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进。一种大功率宽频串联谐振电源，包括电源转换电路和控制电路两部分；所述电源转换电路包括进线断路器模块、全波整流不控桥模块、滤波回路模块、全桥式逆变器模块、可调谐振电容模块、匹配变压器模块；所述进线断路器模块进线端通过三根电缆与三相电源连接，进线断路器模块与全波整流不控桥模块之间设置有开机保护电路，开机保护电路是在进线断路器模块与全波整流不控桥模块连接的三根电缆上分别设置了并联的150欧姆的限流电阻和开关，开关的接通和断开由主控板控制；全波整流不控桥模块出线端通过两根电缆与滤波回路模块进线端连接；滤波回路模块出线端通过两根电缆与全桥式逆变器模块进线端连接；全桥式逆变器模块出线端其中一端用电缆通过可调谐振电容模块与匹配变压器初级线圈的一端连接，所述可调谐振电容模块内并联设置有C0、C1、C2三个谐振电容，其中有C0谐振电容通过电缆与全桥式逆变器模块出线端的其中一端、匹配变压器初级线圈的其中一端固定连接，其余并联的C1、C2电容串联设置有开关，开关的接通和断开由主控板内的宽频率切换模块控制；全桥式逆变器模块出线端的另外一端通过电缆直接与匹配变压器初级线圈的另外一端连接；所述控制电路包括主控板、驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D、显示板、电源板；所述主控板内还设置有驱动控制及频率跟踪，驱动控制及频率跟踪分别通过不同数据线与驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D连接，主控板还通过数据线与显示板模块连接；驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D分别通过四路控制线与全桥式逆变器模块内的IGBT-A、IGBT-B、IGBT-C、IGBT-D对应连接；主控板还通过控制线分别与进线断路器模块开关、开机保护电路开关连接；主控板还通过监测线与滤波回路模块、匹配变压器模块连接；所述电源板分别通过电源线与主控板、驱动板A、驱动板B、驱动板C、驱动板D、显示板连接；所述匹配变压器模块的初级线圈设置有三个抽头，每个抽头通过负载匹配开关与可调谐振电容模块的输出端连接，负载匹配开关通过控制线与主控板连接。

大功率宽频串联谐振电源上电时，首先接通控制电路电源，待控制电路启动完成，然后再接通电源转换电路的电源；电源转换电路上电瞬间，开机保护电路的开关为断开状态，三相电流经三个150欧姆的限流电阻，防止上电瞬间电流过大对电网产生冲击，同时防止电路瞬时电流过大造成电源电路元器件损害；上电过程结束，主控板侦测到滤波回路模块的电流、电压稳定后，控制接通开机保护电路的开关，短路掉三个150欧姆的限流电阻，电源上电完成。

大功率宽频串联谐振电源如果工作在中频，可调谐振电容模块内的电容C1、C2串联的开关全部接通，驱动控制及频率跟踪输出的矩形波为相应的中频频率。

大功率宽频串联谐振电源如果工作在超音频，可调谐振电容模块内的电容C1串联的开关接通，电容C2串联的开关关断，驱动控制及频率跟踪输出的矩形波为相应的超音频频率。

大功率宽频串联谐振电源如果工作在高频，可调谐振电容模块内的电容C1、C2串联的开关全部断开，驱动控制及频率跟踪输出的矩形波为相应的高频频率。

大功率宽频串联谐振电源正常工作时，为保证电源稳定、安全、高效率工作，电源工作频率保证匹配变压器模块次级线圈的电压与电流间有一定的相位差，即匹配变压器模块次级线圈的电流落后电压预设的相位角，主控板通过监测线动态检测匹配变压器模块次级线圈电压与电流的相位差，当相位差超过预设值时，驱动控制及频率跟踪会自动微调输出的矩形波频率，确保电压与电流的相位差在预设的范围值内。

大功率宽频串联谐振电源为匹配不同尺寸工件的负载特性，通过主控板切换匹配变压器模块初级线圈三个抽头负载匹配开关，就可实现电源输出对不同尺寸工件的匹配的调整。

本实用新型未详述部分为现有技术。

设计图

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主设计要求

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