專利名稱：有芯感應(yīng)電爐用變頻供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及有芯感應(yīng)電爐變頻供電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及有芯感 應(yīng)電爐用變頻供電裝置。
背景技術(shù)：
釆用有芯感應(yīng)電爐熔煉有色金屬時(shí)，由于爐膛易于封閉，因而通常均 需向爐膛內(nèi)通入還原性保護(hù)氣體以防止銅液氧化，現(xiàn)如今，上述形式的感 應(yīng)電爐已成為生產(chǎn)無(wú)氧銅線材和棒(板)材的典型理想爐型。
現(xiàn)有的有芯感應(yīng)電爐大多都釆用工頻供電方式，即電爐工作頻率為電 網(wǎng)本身頻率，其技術(shù)方案如圖l所示，具體由帶抽頭的可調(diào)變壓器即多抽
頭變壓器TF,主開(kāi)關(guān)KM,固定平衡電容器Cb，可調(diào)平衡電容器CbM平衡 電抗器Lb,固定補(bǔ)償電容器C,可調(diào)補(bǔ)償電容器Cl,補(bǔ)償電容器投切接觸 器KCl,平衡電容器投切接觸器KC2以及控制柜組成，圖1中L為有芯電 爐感應(yīng)線圈。實(shí)際使用過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)多抽頭變壓器TF的輸出電壓來(lái) 分級(jí)改變有芯感應(yīng)電爐的輸入功率，因而多抽頭變壓器TF的輸出電壓需 有足夠的調(diào)節(jié)范圍。接在多抽頭變壓器TF二次側(cè)上的主開(kāi)關(guān)KM,是有芯 電爐通電或斷電的操作開(kāi)關(guān)，其操作頻繁，每年可達(dá)數(shù)萬(wàn)次。平衡電容器、 平衡電抗器U和平衡電容器投切接觸器KC2組成相平衡裝置，且該相平衡 裝置用于平衡三相電壓和電流，當(dāng)有芯電爐的功率變化時(shí)，平衡電容器的 電容量也要隨時(shí)改變，因此將平衡電容器分成固定和可調(diào)兩部分即固定平 衡電容器Cb和可調(diào)平衡電容器Cbl;另外，可調(diào)部分即可調(diào)平衡電容器Cbl 再分成若干級(jí)，并且由平衡電容器投切接觸器KC2進(jìn)行切換。補(bǔ)償電容器 與有芯爐感應(yīng)線圈L相并聯(lián)，以補(bǔ)償有芯爐感應(yīng)線圈L的功率因數(shù)，從而 使電爐獲得最大的有功功率。由于有芯電爐工作過(guò)程中需要隨時(shí)改變補(bǔ)償電容量，為此將補(bǔ)償電容器分成固定和可調(diào)兩部分即固定補(bǔ)償電容器C和
可調(diào)補(bǔ)償電容器C1;可調(diào)部分即可調(diào)補(bǔ)償電容器Cl又可再分成若干級(jí)， 并且由補(bǔ)償電容器投切接觸器KC1進(jìn)行切換， 一般為手動(dòng)操作。
綜合分析，現(xiàn)有有芯感應(yīng)電爐所釆用的工頻供電裝置存在以下缺點(diǎn)和 不足1、設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜，占地面積大；2、根據(jù)電爐輸出功率的變化情況， 由人工調(diào)節(jié)平衡電容器的投入量來(lái)達(dá)到三相平衡；3、根據(jù)電爐輸出功率 的變化情況，由人工調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容器的投入量達(dá)到功率因數(shù)補(bǔ)償；4、通 過(guò)改變調(diào)壓變壓器的抽頭進(jìn)行功率調(diào)節(jié)；5、上述三相平衡、功率因數(shù)補(bǔ) 償和功率調(diào)節(jié)時(shí)所進(jìn)行的調(diào)節(jié)，都是分級(jí)調(diào)節(jié)，因而不夠精準(zhǔn)；6、調(diào)節(jié)
所用的調(diào)壓開(kāi)關(guān)、主開(kāi)關(guān)KM、平衡和補(bǔ)償電容器的調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)等機(jī)械開(kāi)關(guān)都 是帶負(fù)載動(dòng)作，需要經(jīng)常維修、更換，使用成本高。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提 供有芯感應(yīng)電爐用變頻供電裝置，其電路簡(jiǎn)單合理、使用成本低且使用操 作方便，能有效解決現(xiàn)有變頻供電裝置操作復(fù)雜、性能不可靠且操作精度 低的實(shí)際問(wèn)題。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型釆用的技術(shù)方案是有芯感應(yīng)電爐用 變頻供電裝置，包括三相交流電源、對(duì)所述三相交流電源進(jìn)行整流的整流 電路以及并接在整流電路輸出端上的串聯(lián)逆變電路，其特征在于所述串 聯(lián)逆變電路為由兩個(gè)相串接的補(bǔ)償電容器和兩個(gè)相串接的IGBT模塊組成 的半橋串聯(lián)逆變電路，兩個(gè)相串接的補(bǔ)償電容器和兩個(gè)相串接的IGBT模 塊均并接在整流電路的輸出端上，所述IGBT模塊由一 IGBT管和一反并接 在所述IGBT管上的快速恢復(fù)二極管組成；兩個(gè)補(bǔ)償電容器的串接點(diǎn)V和 兩個(gè)IGBT模塊的串接點(diǎn)W分別接有芯電爐感應(yīng)線圈L。
所述整流電路為由六個(gè)二極管組成的三相橋式整流電路。 所述整流電路的輸出端上還接有由濾波電抗器Ld和濾波電容器"組成的LC濾波電路；所述三相交流電源經(jīng)整流電路整流且經(jīng)LC濾波電路濾 波后，輸入至串聯(lián)逆變電路。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)，1、電路簡(jiǎn)單合理，使用 成本低且操作使用簡(jiǎn)便。2、體積小，節(jié)省占地面積。3、其三相交流電源 的整流電路為由6個(gè)二極管組成的三相橋式整流電路，由于其整流元件釆 用二極管，因而無(wú)需控制，輸入電壓電流始終同相，電網(wǎng)惻功率因數(shù)高。 另外，由于本實(shí)用新型所釆用的整流方式為三相全波整流方式，則電壓電 流三相自然平衡；同時(shí)，整流電路輸出端上接有由濾波電抗器Ld和濾波電 容器Cd組成的LC濾波電路；三相交流電源經(jīng)整流電路整流且經(jīng)LC濾波電 路濾波后，輸入至串聯(lián)逆變電路。4、性能安全可靠，所釆用的串聯(lián)逆變 電路為并接在整流電路輸出端上且由兩個(gè)相串接的補(bǔ)償電容器和兩個(gè)相 串接的IGBT模塊組成的半橋串聯(lián)逆變電路，兩個(gè)相串接的補(bǔ)償電容器和 兩個(gè)相串接的IGBT模塊均并接在整流電路的輸出端上；兩個(gè)補(bǔ)償電容器 的串接點(diǎn)V和兩個(gè)IGBT模塊的串接點(diǎn)W分別接有芯電爐感應(yīng)線圈即負(fù)載 線圈L，通過(guò)此半橋串聯(lián)逆變電路向有芯電爐感應(yīng)線圈L提供變頻交變電 能，因而本實(shí)用新型電爐輸出功率的調(diào)節(jié)為無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，實(shí)際使用時(shí)可根據(jù) 有芯感應(yīng)電爐爐內(nèi)金屬的質(zhì)量來(lái)任意調(diào)整功率，使之匹配，這樣可以大大 降低能耗；另外，其調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)不帶載動(dòng)作，開(kāi)關(guān)的通斷電靠電子開(kāi)關(guān)器件 實(shí)現(xiàn)，因而無(wú)易損件，運(yùn)行成本低。5、由于IGBT模塊由一 IGBT管和一 反并接在所述IGBT管上的快速恢復(fù)用二極管組成，IGBT管(即絕緣柵雙 極晶體管)具有自關(guān)斷能力，通過(guò)對(duì)其基極進(jìn)行控制，可在任何時(shí)候令其 瞬時(shí)通斷，因此電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠且負(fù)載功率因數(shù)高。由于IGBT模塊 組成的半橋串聯(lián)逆變電路工作頻率可高于固有諧振頻率，因而其工作頻率 范圍寬，這樣，在冷料熔化或空爐加料時(shí)可提高工作頻率，使電爐效率提 高，加熱速度加快。6、本實(shí)用新型的工作原理是當(dāng)IGBT模塊正向?qū)?即正導(dǎo)通時(shí)，電流從濾波電容器Cd流入串聯(lián)逆變電路，負(fù)載線圈L得到有 功功率；當(dāng)IGBT模塊反向?qū)捶磳?dǎo)通時(shí)，由于串聯(lián)逆變電路的電流方向?yàn)閺拇?lián)逆變電路向外流出，因而串聯(lián)逆變電路中的能量回送到濾波電
容器Cd中進(jìn)行保存。也就是說(shuō)，負(fù)載線圈L中實(shí)際得到的功率是IGBT模 塊正向?qū)ㄆ陂g三相交流電源送出的能量和IGBT模塊反向?qū)ㄆ陂g串聯(lián) 逆變電路回送的能量之差。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)改變IGBT模塊中IGBT 管的觸發(fā)頻率，就會(huì)改變正向電流和反向電流的時(shí)間比。當(dāng)觸發(fā)頻率接近 諧振頻率時(shí)，正向電流時(shí)間變長(zhǎng)，反向電流時(shí)間變短，負(fù)載線圈L的功率 就增大。當(dāng)觸發(fā)頻率遠(yuǎn)離諧振頻率時(shí)，情況相反。因此，對(duì)于本實(shí)用新型 來(lái)說(shuō)，只需改變IGBT模塊中IGBT管的觸發(fā)頻率就可以改變負(fù)載線圈L上 的功率。綜上，由于濾波電容器Cd容量很大，它對(duì)中頻電流是直通的，因 而工作時(shí)，兩個(gè)IGBT模塊對(duì)有芯電爐感應(yīng)線圈L來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于交流供電， 這種電路等效為標(biāo)準(zhǔn)的串聯(lián)諧振電路，調(diào)節(jié)兩個(gè)IGBT模塊中IGBT管的開(kāi) 關(guān)頻率就可以改變有芯電爐感應(yīng)線圈L的功率。7、適用面較廣，屬于感 應(yīng)加熱技術(shù)領(lǐng)域，適用于銅、鋁、鋅等有色金屬的熔煉，保溫以及鑄鐵的 保溫，另外在澆注線上也可用作澆注爐?？傊緦?shí)用新型電路簡(jiǎn)單合理、 使用成本低且使用操作方便，能有效解決現(xiàn)有變頻供電裝置操作復(fù)雜、性 能不可靠且操作精度低的實(shí)際問(wèn)題；其操作使用靈活方便，可依據(jù)爐料情 況改變工作頻率；無(wú)平衡和補(bǔ)償裝置，土建費(fèi)用??；對(duì)于相同生產(chǎn)率的有 芯感應(yīng)電爐的變頻供電裝置，本實(shí)用新型的初次投資費(fèi)用較傳統(tǒng)方式低 15%。
下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1為現(xiàn)有有芯感應(yīng)電爐工頻供電方式的電路原理圖。 圖2為本實(shí)用新型的電路原理圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明
l一整流電路； 2 —串聯(lián)逆變電路； 3—LC濾波電路；
4一IGBT模塊一； 5 — IGBT模塊二。
具體實(shí)施方式

如圖2所示，本實(shí)用新型包括三相交流電源、對(duì)所述三相交流電源進(jìn) 行整流的整流電路1以及并接在整流電路1輸出端上的串聯(lián)逆變電路2， 其中，所述串聯(lián)逆變電路2為由兩個(gè)相串接的補(bǔ)償電容器和兩個(gè)相串接的 IGBT模塊組成的半橋串聯(lián)逆變電路，兩個(gè)相串接的補(bǔ)償電容器和兩個(gè)相串 接的IGBT模塊均并接在整流電路1的輸出端上，所述IGBT模塊由一 IGBT 管和一反并接在所述IGBT管上的快速恢復(fù)二極管組成。兩個(gè)補(bǔ)償電容器 的串接點(diǎn)V和兩個(gè)IGBT模塊的串接點(diǎn)W分別接有芯電爐感應(yīng)線圈L。所述 整流電路1為由六個(gè)二極管即二極管Dl-D6組成的三相橋式整流電路。
本實(shí)施例中，所述整流電路l的輸出端上還接有由濾波電抗器U和濾 波電容器Cd組成的LC濾波電路3;所述三相交流電源經(jīng)整流電路1整流 且經(jīng)LC濾波電路3濾波后，輸入至串聯(lián)逆變電路2。所述兩個(gè)相串接的補(bǔ) 償電容器為補(bǔ)償電容器G和Cs2,所述兩個(gè)相串接的IGBT模塊為IGBT模 塊一 4和IGBT模塊二 5。所述整流電路1的正輸出端經(jīng)濾波電抗器"和 濾波電容器Cd后接整流電路1的負(fù)輸出端，補(bǔ)償電容器(^和"2串接后并 接在濾波電容器Cd的兩端，IGBT模塊一 4和IGBT模塊二 5串接后并接在 濾波電容器"的兩端。補(bǔ)償電容器Cu和Cs2的串接點(diǎn)V以及IGBT模塊一 4 和IGBT模塊二 5的串接點(diǎn)W分別接有芯電爐感應(yīng)線圈L。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程是初始狀態(tài)下即tl時(shí)刻，有芯電爐感應(yīng)線 圈L中的電流方向?yàn)閺淖笾劣?如圖2所示箭頭指示方向)，關(guān)斷IGBT 模塊一4，由于有芯電爐感應(yīng)線圈L是電感元件，其電流不能突變，因而 有芯電爐感應(yīng)線圈L中的電流即電爐電流全部換到IGBT模塊二 5中反并 接的二極管上，即IGBT模塊二 5為反導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)，補(bǔ)償電容器Cd所 構(gòu)成的電流回路為由補(bǔ)償電容器Ca、濾波電容器Cd、 IGBT模塊二5的 二極管以及有芯電爐感應(yīng)線圈L依次連通組成的電流回路；補(bǔ)償電容器Cs2 所構(gòu)成的電流回路為由補(bǔ)償電容器Cs2、 IGBT模塊二 5的二極管以及有芯電爐感應(yīng)線圈L依次連通組成的電流回路，也就是說(shuō)，此時(shí)，補(bǔ)償電容
器Cd的電壓為上負(fù)下正。總之，在tl時(shí)刻，關(guān)斷IGBT模塊一 4后，IGBT 模塊二 5處于反導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)有芯電爐感應(yīng)線圈L即負(fù)載線圈中的電流 流入濾波電容器Ca中，使濾波電容器Cd中的直流電壓升高，即負(fù)載線圈中 的能量回送到濾波電容器"進(jìn)行保存。此狀態(tài)一直持續(xù)至t2時(shí)刻，即有 芯電爐感應(yīng)線圈L中的電流反向。
在t2時(shí)刻，有芯電爐感應(yīng)線圈L中的電流反向即其電流方向變?yōu)閺?右至左，補(bǔ)償電容器d所構(gòu)成的電流回路為補(bǔ)償電容器C^、有芯電爐 感應(yīng)線圈L、 IGBT模塊二 5的IGBT管以及濾波電容器Cd依次連通組成的 電流回路；補(bǔ)償電容器"2所構(gòu)成的電流回路為由補(bǔ)償電容器"2、有芯 電爐感應(yīng)線圈L以及IGBT模塊二 5的IGBT管依次連通組成的電流回路，
也就是說(shuō)，此時(shí)，補(bǔ)償電容器Cs2的電壓為上正下負(fù)。總之，此時(shí)，全部
電爐電流即有芯電爐感應(yīng)線圈L中的電流均通過(guò)IGBT模塊二 5的IGBT管。 對(duì)濾波電容器Cd而言，電流流出濾波電容器Cd使其直流電壓降低，這時(shí)能 量從濾波電容器Cd送到負(fù)載線圈中，即電爐獲得有功功率。此狀態(tài)一直持 續(xù)至t3時(shí)刻。
在t3時(shí)刻，有芯電爐感應(yīng)線圈L中的電流方向與t2時(shí)刻相同即從右 至左，關(guān)斷IGBT模塊二5，由于有芯電爐感應(yīng)線圈L是電感元件，其電流 不能突變，因而有芯電爐感應(yīng)線圈L中的電流即電爐電流全部換到IGBT 模塊一 4中反并接的二極管上，即IGBT模塊一 4為反導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)， 補(bǔ)償電容器Cu所構(gòu)成的電流回路為由補(bǔ)償電容器C^、有芯電爐感應(yīng)線 圈L以及IGBT模塊一 4的二極管依次連通組成的電流回路；補(bǔ)償電容器 Cs2所構(gòu)成的電流回路為由補(bǔ)償電容器Cs2、有芯電爐感應(yīng)線圈L、 IGBT 模塊一4的二極管以及濾波電容器"依次連通組成的電流回路?？傊?，在 t3時(shí)刻，關(guān)斷IGBT模塊二5后，IGBT模塊一 4處于反導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)有 芯電爐感應(yīng)線圈L即負(fù)載線圈中的電流流入濾波電容器Cd中，使濾波電容 器Cd中的直流電壓升髙，即負(fù)載線圈中的能量回送到濾波電容器"進(jìn)行保存。此狀態(tài)一直持續(xù)至t4時(shí)刻，即有芯電爐感應(yīng)線圈L中的電流再次反 向。
在t4時(shí)刻，有芯電爐感應(yīng)線圈L中的電流再次反向即其電流方向變 為從左至右(與初始狀態(tài)即tl時(shí)刻的電流方向相同)，補(bǔ)償電容器d所 構(gòu)成的電流回路為補(bǔ)償電容器Cw、 IGBT模塊一 4的IGBT管以及有芯電 爐感應(yīng)線圈L依次連通組成的電流回路；補(bǔ)償電容器"2所構(gòu)成的電流回 路為由補(bǔ)償電容器"2、濾波電容器Ca、 IGBT模塊一 4的IGBT管以及有 芯電爐感應(yīng)線圈L依次連通組成的電流回路，也就是說(shuō)，此時(shí)，補(bǔ)償電容 器Cs2的電壓為上負(fù)下正?？傊藭r(shí)，全部電爐電流即有芯電爐感應(yīng)線 圈L中的電流均通過(guò)IGBT模塊一 4的IGBT管。對(duì)濾波電容器Cd而言，電 流流出濾波電容器C d使其直流電壓降低，這時(shí)能量從濾波電容器C d送到負(fù) 載線圈中，即電爐獲得有功功率。此狀態(tài)一直持續(xù)至t5時(shí)刻，t5時(shí)刻與 初始狀態(tài)tl時(shí)刻電路的工作狀態(tài)完全相同。
之后，本實(shí)用新型不斷依次重復(fù)tl-14時(shí)刻的工作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)有芯感 應(yīng)電爐的連續(xù)工作。
綜上所述，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)改變IGBT模塊的觸發(fā)頻率，就能 達(dá)到相應(yīng)改變有芯電爐感應(yīng)線圈L功率的目的。
以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限 制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更 以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.有芯感應(yīng)電爐用變頻供電裝置，包括三相交流電源、對(duì)所述三相交流電源進(jìn)行整流的整流電路(1)以及并接在整流電路(1)輸出端上的串聯(lián)逆變電路(2)，其特征在于所述串聯(lián)逆變電路(2)為由兩個(gè)相串接的補(bǔ)償電容器和兩個(gè)相串接的IGBT模塊組成的半橋串聯(lián)逆變電路，兩個(gè)相串接的補(bǔ)償電容器和兩個(gè)相串接的IGBT模塊均并接在整流電路(1)的輸出端上，所述IGBT模塊由一IGBT管和一反并接在所述IGBT管上的快速恢復(fù)二極管組成；兩個(gè)補(bǔ)償電容器的串接點(diǎn)V和兩個(gè)IGBT模塊的串接點(diǎn)W分別接有芯電爐感應(yīng)線圈L。
2. 按照權(quán)利要求1所述的有芯感應(yīng)電爐用變頻供電裝置，其特征在于 所述整流電路(1)為由六個(gè)二極管組成的三相橋式整流電路。
3. 按照權(quán)利要求l或2所述的有芯感應(yīng)電爐用變頻供電裝置，其特征 在于所述整流電路(1)的輸出端上還接有由濾波電抗器Ld和濾波電容 器Cd組成的LC濾波電路(3);所述三相交流電源經(jīng)整流電路(1)整流 且經(jīng)LC濾波電路(3)濾波后，輸入至串聯(lián)逆變電路(2)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種有芯感應(yīng)電爐用變頻供電裝置，包括三相交流電源、對(duì)所述三相交流電源進(jìn)行整流的整流電路以及并接在整流電路輸出端上的串聯(lián)逆變電路，所述串聯(lián)逆變電路為由兩個(gè)相串接的補(bǔ)償電容器和兩個(gè)相串接的IGBT模塊組成的半橋串聯(lián)逆變電路，兩個(gè)相串接的補(bǔ)償電容器和兩個(gè)相串接的IGBT模塊均并接在整流電路的輸出端上，所述IGBT模塊由一IGBT管和一反并接在IGBT管上的快速恢復(fù)二極管組成；兩個(gè)補(bǔ)償電容器的串接點(diǎn)V和兩個(gè)IGBT模塊的串接點(diǎn)W分別接有芯電爐感應(yīng)線圈L。本實(shí)用新型電路簡(jiǎn)單合理、使用成本低且使用操作方便，能有效解決現(xiàn)有變頻供電裝置操作復(fù)雜、性能不可靠且操作精度低的實(shí)際問(wèn)題。
文檔編號(hào)H02M7/04GK201360225SQ20092003192
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者超 李, 顏文非 申請(qǐng)人:西安機(jī)電研究所