高频感应加热装置制造方法及图纸

技术编号:14357060 阅读:2537 留言:0更新日期:2017-01-09 00:20
本实用新型专利技术提供一种高频感应加热装置,所述高频感应加热装置包括输入电源和电路拓扑,所述电路拓扑包括三相不控整流桥、整流滤波电路、IGBT斩波电路、斩波滤波电路、逆变电路、匹配变压器(T1)和感应线圈(L5),其中所述三相不控整流桥的输入端与输入电源的三相连接,所述三相不控整流桥的输出端与整流滤波电路连接,整流滤波电路连接IGBT斩波电路,IGBT斩波电路的输出经由斩波滤波电路连接逆变电路,电流经逆变电路逆变为交流电流后经隔直电容(C4)连接匹配变压器(T1)的一次侧,匹配变压器(T1)的二次侧经谐振电容(C5)连接感应线圈(L5)。本实用新型专利技术的高频感应加热装置提高了装置工作时的功率因数、减小了谐波含量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种高频感应加热装置,其可在核能工程领域中用于核电站严重事故模拟、单晶燃料棒研究以及燃料后处理中熔炼高熔点模拟材料,尤其是涉及一种用于熔炼高熔点金属氧化物的高频感应加热装置。
技术介绍
在核能工程领域,单晶燃料棒、燃料后处理以及核电站严重事故的研究试验中,均需要将高熔点材料UO2和ZrO2熔化,严重事故研究试验还需要模拟熔化过程,普通加热手段无法实现,需使用感应加热系统。该系统由高频感应电源、感应线圈组成,其原理是将分瓣的水冷铜坩埚置入高频感应电源和感应线圈产生的高频交变电磁场中,利用高频交变电磁场产生的涡流使其融化。使用感应加热系统要求被加热物质具有较好的导电性,但高熔点模拟材料在低温下导电性能差,将其预热至高温的部分厚度小,因而感应加热电源系统需输出特定高频交流电流方能实现熔化并保证较高的效率。目前,适用于其熔化的功率开关器件有MOSFET和IGBT。MOSFET可用于频率高达500kHz的感应电源中,较适合小功率场合,如输出大功率需并联,易导致系统稳定性下降;IGBT常用于频率1-100kHz的感应电源中,适合0-1000kW功率范围内的各种场合。目前,工业熔炼ZrO2制作宝石多采用MOSFET式感应加热电源,其电源原理为可控整流→逆变输出,该电源功率因数较低,一般为0.3-0.8,需提供较大无功功率;另一种方式是整流→移相调节逆变输出,谐波含量较高,对其他设备干扰较大,对功率器件要求高,功率因数低。在世界范围内,在研究严重事故中对高熔点金属氧化物进行熔炼使用的高频感应加热电源也存在功率因数低等问题,如巴巴原子研究中心(BhabhaAtomicResearchCentre)熔炼某金属氧化物的感应加热装置,在起熔阶段功率因数为0.8左右,熔化阶段下降至0.5,平稳阶段持续在0.5以下。同时,现大多数企业及研究机构在熔炼时多采用人工观察或测温的方式判断填料是否熔化。由于在常温情况下,该种高熔点金属氧化物为粉末状态,无法保证在填料过程中完全杜绝气体,因此在熔化过程中极易出现内部气体膨胀喷溅,如采用人眼观察易发生安全事故。采用顶部安装红外测温仪测温的方式,由于高熔点金属氧化物熔化后顶部会形成一层薄壳,仅能测量顶部薄壳外一小范围的温度,无法直接反映整体的熔化状态。采用直接温度测量的方式,由于熔点太高且在高频感应加热装置的内部交变磁场太强,会产生很大干扰导致测温仪表无法测量,或者直接加热该仪表会导致仪表损坏。因此,需要开发一种可高效熔化高熔点金属氧化物、功率因数在熔化过程中始终保持近似为1、谐波含量小的感应加热装置,此外,需要一种使用电气参数的变化的技术手段来间接说明高熔点金属氧化物的熔化过程状态,这将具有重要意义。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术缺陷,提供一种适用于高熔点金属氧化物的高频感应加热装置,尤其是在核能工程领域中用于核电站严重事故模拟、单晶燃料研究以及燃料后处理中熔炼高熔点模拟材料。本技术的目的还在于提供一种提高工作时功率因数、减小谐波含量的高频感应加热装置。为达到上述目的或目的之一,本技术的技术解决方案如下:一种高频感应加热装置,所述高频感应加热装置包括输入电源和电路拓扑,其特征在于,所述电路拓扑包括三相不控整流桥、整流滤波电路、IGBT斩波电路、斩波滤波电路、逆变电路、匹配变压器和感应线圈,其中所述三相不控整流桥的输入端与输入电源的三相连接,所述三相不控整流桥的输出端与整流滤波电路连接,整流滤波电路连接IGBT斩波电路,IGBT斩波电路的输出经由斩波滤波电路连接逆变电路,电流经逆变电路逆变为交流电流后经隔直电容连接匹配变压器的一次侧,匹配变压器的二次侧经谐振电容连接感应线圈。根据本技术的一个优选实施例,所述整流滤波电路由第一电容和第一电感组成。根据本技术的一个优选实施例,所述IGBT斩波电路包括IGBT和与IGBT并联的缓冲电路,所述缓冲电路由第一电阻、第二电容和二极管构成。根据本技术的一个优选实施例,所述斩波滤波电路由第三电容和第三电感组成。根据本技术的一个优选实施例,所述高频感应加热装置还包括信号采集通讯板,用于对由互感器检测到的数据进行采集,采集到的数据经滤波电路和A/D转换电路后输出至DSP数据处理主控板进行处理,并且信号采集通讯板接收从DSP数据处理主控板输出的信号,所述信号经处理后从信号采集通讯板输出。根据本技术的一个优选实施例,所述高频感应加热装置还包括控制线和远程上位机,启停、急停和功率输入信号通过控制线从信号采集通讯板的信号输入端子引至远程上位机,从而进行远程控制,故障、报警和功率输出信号通过控制线从信号采集通讯板的信号输出端子引至远程上位机。根据本技术的一个优选实施例,所述高频感应加热装置还包括触摸屏,通过触摸屏实现本地和远程的切换、工作模式的切换以及输出参数的设置,并且实现显示。根据本技术的一个优选实施例,所述信号采集通讯板包括安全联锁端子,在安全联锁端子中引入柜门闭锁、冷却正常和绝缘完好信号,并将柜门闭锁、冷却正常和绝缘完好信号作为是否运行高频感应加热装置的逻辑判断信号,在柜门闭锁、冷却正常和绝缘完好三个条件均满足的情况下运行高频感应加热装置。根据本技术的一个优选实施例,所述高频感应加热装置还包括IGBT斩波驱动板和IGBT逆变驱动板。通过本技术的技术方案取得了如下技术效果:1、使用不控二极管整流,使用斩波电路调节功率,提高了装置工作时的功率因数、减小了谐波含量;2、使用相位法控制逆变器进行频率跟踪,使输出电压、输出电流同步,使整个系统工作时功率因数近似为1,转换效率提高;3、可实现恒压/恒流/恒功率三种工作模式切换;4、启停、急停、功率输入三项重要信号输入和故障、报警、功率输出三项关键信号输出使用控制线与远程上位机连接,提高了可靠性;其他参数如变压器温度、输入电压电流检测等均通过RS-485通讯传递至远程上位机;5、采取机柜锁闭、冷却正常、绝缘完好安全联锁信号,充分保证了操作安全;6、通过计算远传品质因数Q,代替人眼观测方式或温度测量方式进行高熔点金属氧化物熔融状态监测;7、远程控制、参数检测及熔化状态监测可保证在高熔点金属氧化物熔化过程中进行远程操作,人员远离,充分保证人身安全。附图说明图1为根据本技术实施例的高频感应加热装置的电路拓扑图;图2为根据本技术实施例的高频感应加热装置的控制原理图;图3为示出根据本技术实施例的功率设定的电路原理框图;以及图4为示出根据本技术实施例的频率跟踪的电路原理框图。具体实施方式下面结合附图详细描述本技术的示例性的实施例,其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外,在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地,一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下,公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。高频感应加热装置的电路部分主要包括如下构成:输入电压、电流检测电路、三相不控整流桥、整流滤波电路、整流电压检测电路、整流电流检测电路、IGBT斩波电路、IGBT斩波驱动、斩波滤波电路、斩波电流检测电路、斩波电压检测电路、IGBT逆变电路、IGBT逆本文档来自技高网
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高频感应加热装置

【技术保护点】
一种高频感应加热装置,所述高频感应加热装置包括输入电源和电路拓扑,其特征在于,所述电路拓扑包括三相不控整流桥、整流滤波电路、IGBT斩波电路、斩波滤波电路、逆变电路、匹配变压器(T1)和感应线圈(L5),其中所述三相不控整流桥的输入端与输入电源的三相连接,所述三相不控整流桥的输出端与整流滤波电路连接,整流滤波电路连接IGBT斩波电路,IGBT斩波电路的输出经由斩波滤波电路连接逆变电路,电流经逆变电路逆变为交流电流后经隔直电容(C4)连接匹配变压器(T1)的一次侧,匹配变压器(T1)的二次侧经谐振电容(C5)连接感应线圈(L5)。

【技术特征摘要】
1.一种高频感应加热装置,所述高频感应加热装置包括输入电源和电路拓扑,其特征在于,所述电路拓扑包括三相不控整流桥、整流滤波电路、IGBT斩波电路、斩波滤波电路、逆变电路、匹配变压器(T1)和感应线圈(L5),其中所述三相不控整流桥的输入端与输入电源的三相连接,所述三相不控整流桥的输出端与整流滤波电路连接,整流滤波电路连接IGBT斩波电路,IGBT斩波电路的输出经由斩波滤波电路连接逆变电路,电流经逆变电路逆变为交流电流后经隔直电容(C4)连接匹配变压器(T1)的一次侧,匹配变压器(T1)的二次侧经谐振电容(C5)连接感应线圈(L5)。2.根据权利要求1所述的高频感应加热装置,其特征在于:所述整流滤波电路由第一电容(C1)和第一电感(L1)组成。3.根据权利要求2所述的高频感应加热装置,其特征在于:所述IGBT斩波电路包括IGBT和与IGBT并联的缓冲电路,所述缓冲电路由第一电阻(R1)、第二电容(C2)和二极管构成。4.根据权利要求3所述的高频感应加热装置,其特征在于:所述斩波滤波电路由第三电容(C3)和第三电感(L3)组成。5.根据权利要求4所述的高频感应加热装置,其特征在于:所述高频感应加热装置还包括信号采集通讯板,用于对由互感器检测...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙财新陈炼裴杰田芳常华健徐昕晨
申请(专利权)人:国核华清北京核电技术研发中心有限公司
类型:新型
国别省市:北京;11

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