專利名稱：一種無諧波污染大功率的直接電加熱中頻電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及直接電加熱工藝中所使用的電源。
背景技術(shù)：
目前冶金行業(yè)的加熱電源技術(shù)發(fā)展，在中小容量(多在250kW以下)中頻電源中 多已采用IGBT逆變；但由于IGBT器件電流限制，較大功率加熱電源(l麗至IO麗，甚至更 高)目前仍多采用可控硅(SCR)進(jìn)行整流、逆變。而一般對冶金工件的加熱一般采用工頻 或中頻感應(yīng)爐，其問題在于輸入的功率因數(shù)低、諧波污染等問題。 近些年來采用的直接電加熱熱處理是利用電流在冶金行業(yè)中的鋼材等工件中通 過時，由于工件的電阻而產(chǎn)生熱量使其加熱，以達(dá)到處理工件的目的。這種加熱方法的優(yōu)點(diǎn) 在于加熱速度快，對于鋼材而言加熱至高溫所形成的奧氏體晶粒很細(xì)，經(jīng)熱處理后鋼的韌 性可提高1. 5 2倍。此外由于工件在加熱裝置上所需的時間很短，使得由于加熱而產(chǎn)生氧 化、脫碳的可能性減少，有利于提高工件的表面質(zhì)量。直接電加熱處理工藝已應(yīng)用多年，如 對毛坯、大型鋼件進(jìn)行處理，而應(yīng)用在薄鋼板表面上熔覆易熔合金或鋁合金及其他工藝時， 可使鋼材獲得優(yōu)良的耐磨及抗高溫氧化和腐蝕能力；但現(xiàn)有直接電加熱處理工藝一般采用 工頻電源，其應(yīng)用效果并不理想，影響鋼板等工件的表面質(zhì)量，生產(chǎn)效率不高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷與不足，提供一種無諧波
污染大功率的直接電加熱中頻電源，使得直接輸入的三相電流平衡并且諧波滿足國家電網(wǎng)
電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、功率因數(shù)高，輸出變壓器體積小于工頻電源的變壓器體積。
本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的一種無諧波污染大功率的直接電
加熱中頻電源，包括依次電連接的移相整流變壓器、電壓變換單元、輸出中頻變壓器，以及
控制系統(tǒng)；所述電壓變換單元設(shè)有若干個，若干個電壓變換單元的輸出電壓依次串聯(lián)后輸
出至輸出中頻變壓器；所述移相整流變壓器原邊與輸入電源連接，并設(shè)有若干個副邊繞組；
所述控制系統(tǒng)分別與輸入電源、電壓變換單元、輸出中頻變壓器連接。 所述移相整流變壓器的若干個副邊繞組之間相互隔離，并通過延邊三角形接線與 若干個電壓變換單元一一對應(yīng)連接。 所述控制系統(tǒng)包括與輸入電源連接的輸入回路電壓電流變換器件，與輸出中頻變 壓器連接的輸出回路電壓電流變換器件，以及分別與輸入回路電壓電流變換器件、輸出回 路電壓電流變換器件、電壓變換單元連接的控制器。 所述電壓變換單元包括依次連接的二極管整流器、電容濾波器及單相中頻脈沖電 壓輸出器，以及與控制器連接的控制電路。 所述二極管整流器為三相全橋整流器，所述單相中頻脈沖電壓輸出器為絕緣柵雙 極型晶體管逆變橋。 上述直接電加熱中頻電源還包括設(shè)置在電壓變換單元與輸出中頻變壓器之間的
3濾波器。 本實(shí)用新型的移相整流變壓器、電壓變換單元、輸出中頻變壓器、控制系統(tǒng)等構(gòu)成 高_(dá)高_(dá)低方式的大功率加熱中頻電源。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)及有 益效果 1、移相整流變壓器的輸入電源為中高壓(輸入電壓lkV至35kV，如常見的3kV、 6kV、 10kV)，使得直接輸入的三相電流平衡并且諧波滿足國家電網(wǎng)電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、功率因數(shù) 高。采用本實(shí)用新型中頻(100Hz 1000Hz)加熱電源對薄鋼板電加熱處理時，可顯著改善 工藝、提高電加熱工藝生產(chǎn)產(chǎn)量。 2、N個電壓變換單元具有整流、濾波、逆變等環(huán)節(jié)，并輸出中頻單相脈沖電壓；N個 電壓變換單元的單相脈沖電源依次串聯(lián)，形成高壓輸出；因此系統(tǒng)的輸出功率大，但系統(tǒng)內(nèi) 部的功率電力電子器件的額定耐壓、額定電流要求降低。 3、輸出中頻電壓的頻率、電壓可根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行選擇；輸出中頻變壓器由于選 擇了較高的頻率，從而使本實(shí)用新型的變壓器體積相對工頻電源的變壓器體積得以降低。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是電壓變換單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是每個電壓變換單元的輸出波形示意圖； 圖4是各電壓變換單元的輸出串聯(lián)后的波形示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施
方式不限于此。 實(shí)施例 如圖1所示，本實(shí)用新型包括依次電連接的移相整流變壓器1 、電壓變換單元3、濾 波器4、輸出中頻變壓器2 ;其中電壓變換單元3設(shè)有N個；移相整流變壓器1的原邊與作為 輸入電源的三相中高壓電源連接。本實(shí)用新型還包括與三相中高壓電源連接的輸入回路電 壓電流變換器件6，與輸出中頻變壓器2連接的輸出回路電壓電流變換器件7，以及分別與 輸入回路電壓電流變換器件6、輸出回路電壓電流變換器件7、電壓變換單元3連接的控制 器5，其中輸入回路電壓電流變換器件6、輸出回路電壓電流變換器件7及控制器5組成本 實(shí)用新型的控制系統(tǒng)。 三相中高壓電源的三相輸入電壓A、 B、 C接入移相整流變壓器1 ;移相整流變壓器 1的副邊繞組共有N個，編號依次為1、2、…、n、…N，且N個副邊繞組之間相互隔離，并通 過延邊三角形接線與N個電壓變換單元3 —一對應(yīng)連接從而實(shí)現(xiàn)電角度移相，移相角度為 各副邊原邊繞組電壓電角度間隔60。 /N。 電壓變換單元3的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括依次連接的二極管整流器、電容濾波器及 單相中頻脈沖電壓輸出器，以及與控制器5連接的控制電路，控制電路用于完成功率器件 的驅(qū)動、保護(hù)以及信號采集、光纖通訊等功能；優(yōu)選地，所述二極管整流器為三相全橋整流 器，單相中頻脈沖電壓輸出器為IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)逆變橋，即H橋。移相整流變壓器1的N個副邊繞組的三相Rn、Sn、Tn分別與N個電壓變換單元3的二極管整流器一一對應(yīng)連接。電壓變換單元的AC單相中頻脈沖電壓(Ln、
Un)輸出依次連接:Ll - (Ul+L2) - (U2+L3)-----(Un-1+Ln) - (Un+Ln+1)-----(UN-1+LN) -UN，則
Ll與UN之間形成疊加的中頻電壓輸出(L、N)，即N個電壓變換單元3的輸出端電壓串聯(lián)形成中頻輸出電壓(L、N);然后經(jīng)過主要由電感、電容構(gòu)成的濾波器4后接入單相的輸出中頻變壓器2的原邊；輸出中頻變壓器2的副邊即為電源輸出(X、Y)，可接負(fù)載。[0024] 電壓變換器3通過控制IGBT管的工作狀態(tài)，從而輸出P麗電壓波形，控制方法采用P麗逆變控制技術(shù)。各個電壓變換單元3的輸出串聯(lián)疊加形成頻率可變或固定、電壓可調(diào)的高壓中頻交流電源經(jīng)中頻變壓器后成為頻率可變或固定、電壓可調(diào)的中頻交流電源。每個電壓變換單元的輸出(Ln、Un)波形如圖3所示；各電壓變換單元的輸出(Ln、Un)串聯(lián)后形成的中頻輸出電壓(L、N)波形的示意圖如圖4(以串聯(lián)個數(shù)N二 6為例)所示。[0025] 本電源系統(tǒng)的輸入電壓、輸出電壓、電流的監(jiān)測和保護(hù)功能，各個電壓變換單元的逆變或整流的電力電子可控器件控制，以及系統(tǒng)內(nèi)部的各種保護(hù)功能，都由包括輸入回路電壓電流變換器件6、輸出回路電壓電流變換器件7及控制器5組成的控制系統(tǒng)完成。控制器5與高電位的各電壓變換單元3的接口采用光纖通信。 上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，如電壓變換單元采用可控整流或電壓變換部分電力電子器件采用IGBT之外的其他器件、電路具體器件更換型式等其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種無諧波污染大功率的直接電加熱中頻電源，其特征在于包括依次電連接的移相整流變壓器、電壓變換單元、輸出中頻變壓器，以及控制系統(tǒng)；所述電壓變換單元設(shè)有若干個，若干個電壓變換單元的輸出電壓依次串聯(lián)后輸出至輸出中頻變壓器；所述移相整流變壓器原邊與輸入電源連接，并設(shè)有若干個副邊繞組；所述控制系統(tǒng)分別與輸入電源、電壓變換單元、輸出中頻變壓器連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的直接電加熱中頻電源，其特征在于所述移相整流變壓器的若 干個副邊繞組之間相互隔離，并通過延邊三角形接線與若干個電壓變換單元一一對應(yīng)連 接。
3. 如權(quán)利要求1所述的直接電加熱中頻電源，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括與輸入 電源連接的輸入回路電壓電流變換器件，與輸出中頻變壓器連接的輸出回路電壓電流變換 器件，以及分別與輸入回路電壓電流變換器件、輸出回路電壓電流變換器件、電壓變換單元 連接的控制器。
4. 如權(quán)利要求3所述的直接電加熱中頻電源，其特征在于所述電壓變換單元包括依 次連接的二極管整流器、電容濾波器及單相中頻脈沖電壓輸出器，以及與控制器連接的控 制電路。
5. 如權(quán)利要求4所述的直接電加熱中頻電源，其特征在于所述二極管整流器為三相 全橋整流器，所述單相中頻脈沖電壓輸出器為絕緣柵雙極型晶體管逆變橋。
6. 如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的直接電加熱中頻電源，其特征在于還包括設(shè)置在 電壓變換單元與輸出中頻變壓器之間的濾波器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無諧波污染大功率的直接電加熱中頻電源，包括依次電連接的移相整流變壓器、電壓變換單元、輸出中頻變壓器，以及控制系統(tǒng)；所述電壓變換單元設(shè)有若干個，若干個電壓變換單元的輸出電壓依次串聯(lián)后輸出至輸出中頻變壓器；所述移相整流變壓器原邊與輸入電源連接，并設(shè)有若干個副邊繞組；所述控制系統(tǒng)分別與輸入電源、電壓變換單元、輸出中頻變壓器連接。本實(shí)用新型使得直接輸入的三相電流平衡并且諧波滿足國家電網(wǎng)電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、功率因數(shù)高，輸出變壓器體積小于工頻電源的變壓器體積。
文檔編號H02M5/44GK201550028SQ200920237448
公開日2010年8月11日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者王衛(wèi)宏 申請人:廣州智光電氣股份有限公司