一种感应加热高周波电源智能控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种感应加热高周波电源智能控制系统，包括整流系统、DSP芯片和PWM逆变系统，其中整流系统采用三相全控整流的方式进行电源调功，PWM逆变系统包括数字锁相环模块、PWM信号输出模块和脉冲整形与驱动模块。本感应加热高周波电源智能控制系统以DSP芯片为控制系统的核心，在尽可能利用DSP芯片内资源的基础上，实现控制系统主要控制环节的数字化，并且通过整流系统、DSP芯片和PWM逆变系统之间的配合实现了逆变器开关管驱动信号的自动产生、全控整流脉冲的自动生成和反馈、保护信号的自动采集及计算和控制时序的自动选择，解决了感应加热高周波电源在大容量化和高频化过程中负载匹配及控制困难的问题。

An intelligent control system for induction heating high frequency power supply

The invention provides an intelligent control system for induction heating high frequency wave power supply, including rectification system, DSP chip and PWM inverter system, in which the rectifier system uses three phase fully controlled rectifier to regulate power. The PWM inverter system includes the digital phase locked loop module, the PWM signal output module and the pulse shaping and driving module. The intelligent control system of the induction heating high wave power supply is based on DSP chip as the core of the control system. On the basis of using the resources in the DSP chip as much as possible, the main control link of the control system is digitized, and the inverter switch tube driving signal is realized through the matching of the rectifier system, the DSP chip and the PWM inverter system. The automatic generation and feedback of the full control rectifying pulse, the automatic acquisition of the protection signal, the automatic selection of the calculation and control time series, have solved the problem of the difficulty in the load matching and control of the induction heating high frequency wave power in the process of large capacity and high frequency.

【技术实现步骤摘要】
一种感应加热高周波电源智能控制系统
本专利技术涉及电源控制
，具体涉及一种感应加热高周波电源智能控制系统。
技术介绍
感应加热技术是一种先进的加热技术,它具有传统加热方法所不具备的优点因而在国民经济和社会生活中获得了广泛的应用。随着电力电子器件制造技术及其控制技术的逐步成熟,以电力半导体器件为主要元件的固态电源的制造成本正在迅速下降,不断提升其性能水平是这种新技术获得最大限度推广的重要条件。我国感应加热技术从50年代开始就被广泛应用于工业生产当中，60年代末开始研制晶闸管中频电源，80年代之后在中频(150Hz～20kHz)范围内，晶闸管感应加热装置己经完全取代了传统的中频发电机和电磁倍频器，国外的装置容量己经达到数十兆瓦。在超音频(20kHz～100kHz)范围内，IGBT的应用占主导地位。1994年日本采用IGBT研制出了1200kW/50kHz的电流型感应加热高周波电源，逆变器工作于零电压开关状态，实现了微机控制。感应加热高周波电源技术的发展与电力电子器件的发展以及数字化电子控制密不可分，随着电力电子器件的大容量化、高频化发展，必将带动感应加热高周波电源的大容量化、高频化。但是目前感应加热高周波电源的大容量化和高频化过程中主要存在如下技术难题：(1)负载匹配困难，由于感应加热高周波电源多应用于工业现场，其运行工况比较复杂，它与钢铁、冶金和金属热处理行业具有十分密切的联系，它的负载对象各式各样，而电源逆变器与负载是一有机的整体，负载直接影响到电源的运行效率和可靠性，对焊接、表面热处理等负载，一般采用匹配变压器连接电源和负载感应器，对高频、超音频电源用的匹配变压器要求漏抗很小，如何实现匹配变压器的高能输入效率，从磁性材料选择到绕组结构的设计己成为一个技术难点，另外，如何从电路拓扑上负载结构以三个无源元件代替原来的两个无源元件以取消匹配变压器，实现高效、低成本隔离匹配，也是目前急需解决的问题；(2)成套装置及智能化控制问题，随着感应热处理生产线自动化控制程度及对电源可靠性要求的提高，感应加热高周波电源正向智能化控制方向发展，如何实现具有计算机智能接口、远程控制、故障自动诊断等控制性能正成为当下阻碍感应加热高周波电源发展的一个技术难点。针对感应加热高周波电源技术国内外也做过大量的研究，例如公开号为CN102545660A的中国专利申请公开了“一种三相全控整流感应加热电源的相序自适应触发电路”，公开的三相全控整流感应加热电源的相序自适应触发电路串接在三相交流电与三相全桥晶闸管驱动桥之间，主要包括相序判断电路、三相同步信号附加相移及相序选通电路、晶闸管三相触发脉冲移相电路和三相触发脉冲选通及输出电路；由相序判断电路判断感应加热电源的三相接入相序后，由三相同步信号附加相移及相序选通电路产生合适的三相整流触发脉冲，将三相整流触发脉冲送入晶闸管三相触发脉冲移相电路中产生移相；经移相后的三相整流触发脉冲送至三相触发脉冲选通及输出电路，驱动三相全桥晶闸管驱动桥的晶闸管。本专利技术实现了感应加热电源三相线序的任意接入，并具有结构简单、成本低廉的特点。该专利申请虽然实现了感应加热电源三相线序的任意接入，但是依旧无法解决感应加热电源后续的负载匹配及智能控制的问题。公开号为CN104322142A的中国专利申请公开了“一种感应加热电源的输出控制系统及方法”，利用控制环和限制环共同控制感应加热电源的输出值，控制环用于在非限制状态下，控制感应加热电源的输出值随着控制环的输入给定值的增大而增大；限制环用于在限制状态下，控制感应加热电源的输出值稳定在限制环输出的限制值。本专利技术通过针对一个限制条件设置一个限制环，限制状态下通过该限制条件相应的限制环控制电源输出为限制值，解决了目前直接控制控制环输出值的方式下存在的输出抖动的问题，使得感应加热电源能够在全负载范围内平滑调节输出。但是，该专利申请依旧无法实现感应加热电源的智能控制。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于DSP芯片的数字锁相环和数字移相PWM控制方式的感应加热高周波电源智能控制系统，由DSP芯片对捕获得到的负载信号进行处理实现频率跟踪，并将这个频率信号作为数字PWM控制方式的载波时基，在DSP芯片内实现数字锁相环与PWM的有机结合，实现了控制系统主体部分的数字化。为实现上述技术方案，本专利技术提供了一种感应加热高周波电源智能控制系统，包括整流系统、DSP芯片和PWM逆变系统，其中整流系统采用三相全控整流的方式进行电源调功，三相同步信号A、B、C直接由晶闸管的门极引线从主回路的三相进线上取得，经过低通滤波之后，利用6只线性光电耦合器首尾搭接进行电位隔离，获得6个相位互差60度的脉冲同步信号，输入到DSP芯片的CAP1～3引脚中，并且根据脉冲传递过来的时序来决定当前进线相序，同时生成三相矩形状态的检测信号输入到DSP芯片GPIO引脚中，通过DSP芯片来判断当前工作相序，并且通过上述的同步信号直接通过DSP芯片判断是否缺相，其中6路整流移相触发脉冲均由DSP芯片中的定时器0中断计算产生，6路整流移相触发脉冲经晶体管阵列放大后，根据不同的整流管，驱动整流脉冲变压器输出；所述PWM逆变系统包括数字锁相环模块、PWM信号输出模块和脉冲整形与驱动模块，其中数字锁相环模块用于实现环路输出信号与输入信号无误差的频率跟踪，环路输出信号与输入信号频率的差值通过DSP的模拟量输入管脚引入DSP芯片，并将通过数字锁相环模块运算得出的周期加载到通用计时器周期的寄存器中，然后开始产生由此周期决定的PWM脉冲；PWM信号输出模块根据并联负载中逆变的原则，设定PWM信号的输出模式以及启动时所适应的频率，并在保证PWM的占空比不变的情况下结合跟踪反馈的频率进行自动调整；脉冲整形与驱动模块利用SN75453输入来驱动光纤收发器，完成对逆变脉冲的传递，并且将两路桥臂信号通过光纤收发器进行分解产生多路逆变脉冲。优选的，所述DSP芯片采用TM320F28335DSP芯片，所述TM320F28335DSP芯片中加载有相序自适应算法，并且设置有多路AD端口，通过TM320F28335DSP芯片上设置的多路AD端口引入输入输出的电压、电流跟踪信号以及功率调整信号，获取需要调整功率的信息，然后在内部进行计算后输出全控整流触发脉冲。如此一来，可以精确获取多路电流和电压，并经过处理后精确并输出全控整流触发脉冲，提高整个控制系统运行的稳定性和精确性。优选的，所述整流系统中包括三相相序采集模块和三相相序缺失分析模块，所述三相相序采集模块使用线性光耦按照ABC的顺序首尾连接方式获取每一项与接近相的自然换相点的脉冲信号，并以脉宽信号的1号信号作为相序状态信号，通过1号信号判断相序，然后控制1号和2号信号组合产生处于自然换相点的同步脉冲信号，并以此脉冲作为整流脉冲的起步点来使用；所述三相相序缺失分析模块通过时钟脉冲的办法来实现脉冲移相，从而获得准确可靠的触发脉冲，然后经过DSP分析相序之后，依据各个同步脉冲点，计算出各个整流脉冲的输出情况，从而为整个控制系统的智能化控制提供有力保障。优选的，所述三相相序采集模块中的三相进线信号从整流模块上获取，并通过相序信号采集电路引入DSP的CAP和GPIO中，交直流的电压、电流信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应加热高周波电源智能控制系统，其特征在于包括：整流系统、DSP芯片和PWM逆变系统，其中整流系统采用三相全控整流的方式进行电源调功，三相同步信号A、B、C直接由晶闸管的门极引线从主回路的三相进线上取得，经过低通滤波之后，利用6只线性光电耦合器首尾搭接进行电位隔离，获得6个相位互差60度的脉冲同步信号，输入到DSP芯片的CAP1～3引脚中，并且根据脉冲传递过来的时序来决定当前进线相序，同时生成三相矩形状态的检测信号输入到DSP芯片GPIO引脚中，通过DSP芯片来判断当前工作相序，并且通过上述的同步信号直接通过DSP芯片判断是否缺相，其中6路整流移相触发脉冲均由DSP芯片中的定时器0中断计算产生，6路整流移相触发脉冲经晶体管阵列放大后，根据不同的整流管，驱动整流脉冲变压器输出；所述PWM逆变系统包括数字锁相环模块、PWM信号输出模块和脉冲整形与驱动模块，其中数字锁相环模块用于实现环路输出信号与输入信号无误差的频率跟踪，环路输出信号与输入信号频率的差值通过DSP的模拟量输入管脚引入DSP芯片，并将通过数字锁相环模块运算得出的周期加载到通用计时器周期的寄存器中，然后开始产生由此周期决定的PWM脉冲；PWM信号输出模块根据并联负载中逆变的原则，设定PWM信号的输出模式以及启动时所适应的频率，并在保证PWM的占空比不变的情况下结合跟踪反馈的频率进行自动调整；脉冲整形与驱动模块利用SN75453输入来驱动光纤收发器，完成对逆变脉冲的传递，并且将两路桥臂信号通过光纤收发器进行分解产生多路逆变脉冲。...

【技术特征摘要】
1.一种感应加热高周波电源智能控制系统，其特征在于包括：整流系统、DSP芯片和PWM逆变系统，其中整流系统采用三相全控整流的方式进行电源调功，三相同步信号A、B、C直接由晶闸管的门极引线从主回路的三相进线上取得，经过低通滤波之后，利用6只线性光电耦合器首尾搭接进行电位隔离，获得6个相位互差60度的脉冲同步信号，输入到DSP芯片的CAP1～3引脚中，并且根据脉冲传递过来的时序来决定当前进线相序，同时生成三相矩形状态的检测信号输入到DSP芯片GPIO引脚中，通过DSP芯片来判断当前工作相序，并且通过上述的同步信号直接通过DSP芯片判断是否缺相，其中6路整流移相触发脉冲均由DSP芯片中的定时器0中断计算产生，6路整流移相触发脉冲经晶体管阵列放大后，根据不同的整流管，驱动整流脉冲变压器输出；所述PWM逆变系统包括数字锁相环模块、PWM信号输出模块和脉冲整形与驱动模块，其中数字锁相环模块用于实现环路输出信号与输入信号无误差的频率跟踪，环路输出信号与输入信号频率的差值通过DSP的模拟量输入管脚引入DSP芯片，并将通过数字锁相环模块运算得出的周期加载到通用计时器周期的寄存器中，然后开始产生由此周期决定的PWM脉冲；PWM信号输出模块根据并联负载中逆变的原则，设定PWM信号的输出模式以及启动时所适应的频率，并在保证PWM的占空比不变的情况下结合跟踪反馈的频率进行自动调整；脉冲整形与驱动模块利用SN75453输入来驱动光纤收发器，完成对逆变脉冲的传递，并且将两路桥臂信号通过光纤收发器进行分解产生多路逆变脉冲。2.根据权利要求1所述的感应加热高周波电源智能控制系统，其特征在于：所述DSP芯片采用TM320F28335DSP芯片，所述TM320F28335DSP芯片中加载有相序自适应算法，并且设置有多路AD端口，通过TM320F28335DSP芯片上设置的多路AD端口引入输入输出的电压、电流跟踪信号以及功率调整信号，获取需要调整功率的信息，然后在内部进行计算后输出全控整流触发脉冲。3.根据权利要求1或2所述的感应加热高周波电源智能控制系统，其特征在于：所述整流系统中包括三相相序采集模块和三相相序缺失分析模块，所述三相相序采集模块使用线性光耦按照ABC的顺序首尾连接方式获取每一项与接近相的自然换相点的脉冲信号，并以脉宽信号的1号信号作为相序状态信号，通过1号信号判断相序，然后控制1号和2号信号组合产生处于自然换相点的同步脉冲信号，并以此脉冲作为整流脉冲的起步点来使用；所述三相相序缺失分析模块通过时钟脉冲的办法来实现脉冲移相，从而获得准确可靠的触发脉冲，然后经过DSP分析相序之后，依据各个同步脉冲点，计算出各个整流脉冲的输出情况。4.根据权利要求2或3所述的感应加热高周波电源智能控制系统，其特征在于：所述三相相序采集模块中的三相进线信号从整流模块上获取，并通过相序信号采集电路引入DSP...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁海，吴金海，黄东强，李德满，
申请(专利权)人：华茂机械肇庆有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44