技术领域
[0001] 本实用新型涉及感应加热电源技术领域，尤其是涉及了一种高兼容性一拖二并联逆变感应加热系统。
背景技术
[0002] 感应加热原理为通过整流逆变
电路产生交变的
电流，从而产生交变的
磁场，再利用交变磁场来产生
涡流达到对金属材料加热的效果。
[0003] 在熔炼过程总中经常需要两台炉体交替工作在熔炼和保温状态，以确保浇注过程的连续进行，因此通常会采用一台感应加热电源带两台炉体的供电方式；现有的感应熔炼炉所采用的一拖二供电方式如图1所示，采用两套并联的整流逆变电源分别向两台熔炼炉供电，其中一套向保温作业的熔炼炉供电，因此该套电源的用电功率使用率仅是20％左右，造成了
电网侧功率因数低；另外，由于使用了两套整流设备，造成资源浪费高且占地空间大。实用新型内容
[0004] 为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种高兼容性一拖二并联逆变感应加热系统，输出功率可以在两个炉体之间无级任意分配，实现了一台电源向两台熔炼炉的同时供电，且其斩波逆变电路可按需求配置，提高了系统的兼容性。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型
采样如下技术方案：
[0006] 一种高兼容性一拖二并联逆变感应加热系统，包括智能
断路器、整流单元、电路防护单元、斩波逆变单元、输出端
信号采集单元、控制单元；所述智能断路器、整流单元、电路防护单元、斩波逆变单元、输出端信号采集单元依次连接；所述控制单元分别与智能断路器、电路防护单元、斩波逆变单元和输出端信号采集单元相连。
[0007] 优选的，所述整流单元包括整流
变压器、结构相同的第一6脉波全控桥整流电路和第二6脉波全控桥整流电路，两条整流电路并联；第一6脉波全控桥整流电路和第二6脉波全控桥整流电路均由六个可控
硅、六个
电阻和六个电容构成；所述整流变压器的输入端与智能断路器的输出端相连，整流变压器的输出端与第一6脉波全控桥整流电路和第二6脉波全控桥整流电路六个桥臂分别相连，第一6脉波全控桥整流电路和第二6脉波全控桥整流电路并联构成12脉波全控桥整流电路。
[0008] 优选的，电路防护单元包括电感L1、电感L2、电容C19、电阻R19，以及常开控制
开关S1；所述电感L1与第一6脉波全控桥整流电路的正极输出端相连，电感L2与第二6脉波全控桥整流电路的正极输出端相连，电容C19一端同时连接电感L1和L2，另一端与12脉波全控桥整流电路的负极输出端相连，电阻R19一端与电感L1和电容C19间的
节点相连，另一端连接斩波逆变电路的正极输入端，常开控制开关S1与电阻R19并联。
[0009] 优选的，所述斩波逆变单元包括结构相同且相互独立的第一斩波逆变电路和第二斩波逆变电路，第一斩波逆变电路和第二斩波逆变电路并联，每条斩波逆变电路均包括四个常闭控制开关、一个常开控制开关、一个绝缘栅双极型晶体管、六个电阻、六个电容和六个可控硅；绝缘栅双极型晶体管构成斩波电路，六个电阻、六个电容和六个可控硅构成三相桥式逆变电路；电路防护单元的正极输出端通过一个常闭控制开关与晶体管的集
电极相连，晶体管的发射极与逆变电路的正极输入端相连，一个常开控制开关与晶体管并联，三相桥式逆变电路的三个桥臂上均设有一个常闭控制开关。
[0010] 优选的，所述控制单元包括主处理器、断路器通讯
接口、远程控制接口、JATG接口、驱动接口、斩波驱动模
块、逆变驱动模块、信号调理单元、开关控制端；所述智能断路器通过断路器通讯接口与主处理器相连，斩波逆变单元分别与斩波驱动模块、逆变驱动模块相连，并通过驱动接口与主处理器相连，所述输出端信号采集单元通过信号调理单元与主处理器相连，所述主处理器通过开关控制端控制电路防护单元和斩波逆变单元中各控制开关的闭合；所述远程控制接口、JATG接口分别与主处理器相连。
[0011] 优选的，所述输出端信号采集单元包括与负载端连接的电流
传感器、
电压传感器、
温度传感器。
[0012] 优选的，所述主处理器连接有报警器和触摸显示屏。
[0013] 由于采用如上所述的技术方案，本
发明具有如下有益效果：系统操作简单，
熔化速度快，能耗低，运行稳定可靠；统一控制电源功率，自动进行多台熔炼炉的功率分配，实现了一台电源向两台熔炼炉的同时供电；根据工作需求，系统可以自动调整斩波逆变电路配置，系统设置预留驱动接口，在改变斩波逆变电路配置时，可方便更换电路驱动板，提高了系统的兼容性；系统设置远程控制接口，可与上层控制机构相连，使企业实现对熔炼车间的全局控制；系统设置JATG接口，可方便进行控制
软件的调试和下载；具有输入过压保护、输入过流保护、输出过流保护、输出过压保护、系统软启动等多种电路防护功能。
附图说明
[0014] 图1为传统感应熔炼炉所采用的一拖二供电方式示意图；
[0015] 图2为本实用新型感应加热系统结构示意图；
[0016] 图3为本实用新型感应加热系统电路原理示意图。
[0017] 图中：1、智能断路器；2、整流单元；3、电路防护单元；4、斩波逆变单元；5、输出端信号采集单元；6、控制单元；6-1、主处理器；6-2、断路器通讯接口；6-3、远程控制接口；6-4、JATG接口；6-5、驱动接口；6-6、斩波驱动模块；6-7、逆变驱动模块；6-8、信号调理单元；6-9、开关控制端。
具体实施方式
[0018] 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，本实用新型并不局限于下面的实施例。
[0019] 如图2-3所示，本实用新型所述一种高兼容性一拖二并联逆变感应加热系统包括智能断路器1、整流单元2、电路防护单元3、斩波逆变单元4、输出端信号采集单元5、控制单元6。
[0020] 三相交流电源通过智能断路器1与整流单元2相连；本实用新型选用ZYW1系列智能控制断路器，具有电流、电压信号检测和显示功能，根据设置
阈值，在出现过流和过压的情况下，自动跳闸，实现过载保护，自带通讯接口，可以与控制单元6相连，将采集到的电流、电压信号以及电路出现故障信号传送到控制单元6中，进行后续处理。
[0021] 整流单元2包括整流变压器、结构相同的第一6脉波全控桥整流电路和第二6脉波全控桥整流电路，两条整流电路并联；整流变压器的输入端与智能断路器1的输出端相连，整流变压器的输出端与第一6脉波全控桥整流电路和第二6脉波全控桥整流电路六个桥臂分别相连；第一6脉波全控桥整流电路由可控硅SCR1-SCR6、电阻R1-C6、电容C1-C6构成，第二6脉波全控桥整流电路由可控硅SCR7-SCR12、电阻R7-C12、电容C7-C12构成，第一6脉波全控桥整流电路和第二6脉波全控桥整流电路并联构成12脉波全控桥整流电路；12脉波全控桥整流电路谐波干扰小，工作在全导通状态时，电压和电流始终同
相位，因此无论输出功率大小，中频电源的电网侧功率因数始终大于0.98，同时在每个桥臂的可控硅两端并联阻容吸收支路，在可控硅开关动作时，可以起到缓冲电流突变的作用。
[0022] 电路防护单元3与整流单元2相连；电路防护单元3包括电感L1、电感L2、电容C19、电阻R19，以及常开控制开关S1；电感L1与第一6脉波全控桥整流电路正极输出端相连，电感L2与第二6脉波全控桥整流电路正极输出端相连，电容C19一端同时连接电感L1和L2，另一端与12脉波全控桥整流电路负极输出端相连，电阻R19一端与电感L1和电容C19间的节点相连，另一端连接斩波逆变电路的正极输入端，常开控制开关S1与电阻R19并联；电感L1、电感L2、电容C19构成LC滤波电路，用于平整直流电流，去除电流纹波，阻止高频信号进入系统供电线路，滤波电容器设置有外部放电电阻，在断电后5分钟内可完成放电；电容C19、电阻R19和常开控制开关S1又起到了系统软启动的作用，在系统开始运行时，R19作为限流电阻，对电容C19充电，可以防止开机瞬间过大电流对电路的损害，在开机暂态过程结束后，控制常开控制开关S1闭合，电阻R19
短路，使电源直接对斩波逆变单元4供电。
[0023] 斩波逆变单元4与电路防护单元3相连；斩波逆变单元4包括结构相同且相互独立的第一斩波逆变电路和第二斩波逆变电路，第一斩波逆变电路和第二斩波逆变电路并联；绝缘栅双极型晶体管IGBT1构成第一斩波逆变电路的斩波电路，可控硅SCR13-SCR18、电阻R13-C18、电容C13-C18构成第一斩波逆变电路的三相桥式逆变电路；绝缘栅双极型晶体管IGBT1′构成第二斩波逆变电路的斩波电路，可控硅SCR13′-SCR18′、电阻R13′-C18′、电容C13′-C18′构成第二斩波逆变电路的三相桥式逆变电路。
[0024] 常闭控制开关S2的一端与电路防护单元3的正极输出端相连，另一端与晶体管IGBT1的集电极相连，晶体管IGBT1的发射极与第一斩波逆变电路中的逆变电路的正极输入端相连，常开控制开关S3与晶体管IGBT1并联，第一斩波逆变电路中的逆变电路的三个桥臂上设有常闭控制开关S4、S5、S6。
[0025] 常闭控制开关S2′的一端与电路防护单元3的正极输出端相连，另一端与晶体管IGBT1′的集电极相连，晶体管IGBT1的发射极与第二斩波逆变电路中的逆变电路的正极输入端相连，常开控制开关S3′与晶体管IGBT1′并联，第二斩波逆变电路中的逆变电路的三个桥臂上设有常闭控制开关S4′、S5′、S6′。
[0026] 逆变电路每个桥臂的可控硅两端并联阻容吸收电路，在可控硅开关动作时，起到缓冲电流突变的作用；控制第一斩波逆变电路和第二斩波逆变电路中的常闭控制开关S2和S2′，可以将两条斩波逆变电路有选择地接入系统中；控制与晶体管IGBT1和IGBT1′并联的常开控制开关S3和S3′，可以有选择地接入斩波电路；控制各逆变电路桥臂上的常闭控制开关S4、S5、S6、S4′、S5′、S6′可以根据任务需求方便实现三相桥式逆变电路与单项全桥逆变电路间的切换，同时若在使用单项全桥逆变电路时，某桥臂可控硅出现故障，可以断开相应桥臂的常闭控制开关，闭合未使用桥臂的常闭控制开关，及时更换故障桥臂，不影响系统持续运行，通过各个控制开关的灵活使用大大提高了加热系统的兼容性。
[0027] 控制单元6包括主处理器6-1、断路器通讯接口6-2、远程控制接口6-3、JATG接口6-4、驱动接口6-5、斩波驱动模块6-6、逆变驱动模块6-7、信号调理单元6-8、开关控制端6-9；
主处理器6-1包括
数字信号处理器DSP和现场可编程
门阵列FPGA，数字
信号处理器DSP适合于进行复杂的
算法任务，用于根据功率温度曲线和电源功率分配方法进行相应数学模型的结算，
现场可编程门阵列FPGA具有较强的时序控制能
力，用于产生采样触发时钟，同时根据DSP模型结果产生斩波PWM信号和逆变PWM
控制信号，通过斩波驱动模块6-6和逆变驱动模块
6-7驱动相应斩波电路和逆变电路工作。
[0028] 智能断路器1通过断路器通讯接口6-2与主处理器6-1相连，用于检测输入端的电压、电流信号，并与存储的电压、电流阈值相比较，在出现过压或过流时，及时切断电源输入，同时智能断路器1还可以将测量得到的系统输入端的电压、电流信号传送到主处理器6-1，主处理器6-1可以利用输入端的电压、电流信号计算输入功率，主处理器6-1也可以向智能断路器1传输命令以自动
修改智能断路器1的相关参数，如电压、电流阈值等。
[0029] 斩波逆变单元4分别与斩波驱动模块6-6、逆变驱动模块6-7相连，并通过驱动接口6-5与主处理器6-1相连；主处理器6-1根据两台熔炼炉需求及目标温度，自动完成功率分配解算，并结合斩波逆变电路配置情况生成相应的斩波PWM信号和逆变PWM信号，传送到斩波驱动模块6-6、逆变驱动模块6-7中，通过斩波驱动模块6-6、逆变驱动模块6-7驱动相应的斩波单元和逆变单元进行工作；这里各驱动模块由多块驱动板构成，每个驱动板与一个晶体管的栅极或可控硅的控制极相连，驱动相应晶体管或可控硅工作，因此系统中预留了多个驱动接口6-5，在改变斩波逆变电路配置时或驱动板出现故障时，可通过插拔方便增加或更换驱动板，提高了系统的兼容性。
[0030] 输出端信号采集单元5通过信号调理单元6-8与主处理器6-1相连，输出端信号采集单元5包括与负载端连接的电流传感器、电压传感器、温度传感器；电流传感器、电压传感器、温度传感器将测量得到的熔炼炉实际工作电流、电压和温度经过信号调理单元6-8滤波放大后，传送到主处理器6-1中，主处理器6-1根据得到的信号，判断是否出现输出过流、输出过压等故障现象，若出现则控制常闭控制开关S2或常闭控制开关S2′及时切断相应电路。
[0031] 主处理器6-1通过开关控制端6-9控制电路防护单元3和斩波逆变单元4中各个控制开关的闭合；系统中的控制开关，选用的都是继电器的常开或者
常闭开关，因此这里的开关控制端6-9连接继电器的控制端；主处理器6-1根据工作需要，通过开关控制端6-9向继电器发送通电或断
电信号，以控制相应继电器的常开或者常闭开关打开或者闭合。
[0032] 远程控制接口6-3、JATG接口6-4分别与主处理器6-1相连；远程控制接口用于与上层控制机构的通讯，使企业实现对熔炼车间的全局控制； JATG接口用于进行主处理器6-1内控制软件的调试和下载。
[0033] 主处理器6-1还连接有报警器和触摸显示屏，通过触摸显示屏可以设置工作过程中斩波逆变电路4中各控制开关的通断，以根据需求进行斩波电路和逆变电路的配置，可以显示智能断路器1和输出端信号采集单元5传送到主处理器6-1中的各种电压、电流信息，可以显示与系统相连的两台熔炼炉的
工作温度及功率分配情况；主处理器6-1判断出现过压或过流故障时，通过报警器发出警报音以提醒工作人员注意。
[0034] 实施本实用新型所述感应加热系统时，工作人员首先通过触摸显示屏设定两台熔炼炉的熔炼模式、目标温度、斩波逆变电路配置等，工作人员检查驱动卡是否与斩波逆变电路配置相对应，检查无误后可启动感应加热系统。
[0035] 三相交流电源通过整流单元2变为直流脉动电压，经电路保护单元2中的滤波电路获得稳定的直流电压，主处理器6-1根据熔炼炉工作状态和目标温度，结合电源输入功率，进行电源功率分配计算，确定斩波逆变单元4中斩波电路调制脉宽和逆变电路调制脉宽，主处理器6-1输出相应斩波PWM控制信号和逆变PWM控制信号，通过斩波驱动模块6-6和逆变驱动模块6-7驱动相应的斩波电路和逆变电路工作，为相应的熔炼炉供电。
[0036] 工作过程中，通过智能断路器1和输出端信号采集模块5实时采集三相交流电源的输入电流与电压、熔炼炉工作实际电流与电压、熔炼炉加热温度等信号，并传送到主处理器6-1中；智能断路器1实时判断是否出现输入过压或过流故障，若出现，智能断路器1跳闸，切断电源输入，并向主处理器6-1发送故障信号，主处理器6-1通过报警器进行报警；主处理器
6-1实时判断是否出现输出过压或过流故障，若出现，主处理器6-1判断哪一路电路出现故障，并通过开关控制端6-9控制相应控制开关，切断相应斩波逆变电路，相应熔炼炉停止工作。
