一种复合谐振加热电路及其频率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种复合谐振加热电路，该谐振加热电路包括有电源转换器和谐振加热器，电源转换器的两个输出端之间输出具有可调频率f的交流电压；加热回路还包括谐振加热器，谐振加热器包括有近端电容单元、去回路电缆和远端谐振单元；其中近端电容单元、去回路电缆、远端谐振单元和回路电缆依次连接，远端谐振单元具有固有谐振频率f

A compound resonant heating circuit and its frequency control method

【技术实现步骤摘要】
一种复合谐振加热电路及其频率控制方法
本专利技术属于感应加热电路
，特别涉及一种复合谐振电路。
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如：加热效率高、速度快、可控性好及易于实现机械化及自动化，目前，感应加热技术已广泛应用于在熔炼、铸造、热锻、焊接、和材料表面热处理等领域，成为冶金、国防、制造等行业中不可缺少的技术。感应加热技术发展至今，已经在越来越多的具体工业场景中得到了广泛应用。例如，船舶、舰艇、飞机或其他大型钢结构的表面上，为保护钢结构，实现钢结构防水、防锈蚀等效果，钢结构本体加工成型后，操作人员通常会在其表面涂覆具备相应功能的油漆。一旦原有漆层出现剥落、破损或老化等情况，则需整体铲除原有漆层重新涂覆。在铲除原有漆层的过程中，感应加热技术因其加热效率高、免接触待加工工件、可控性强等特质，成为操作人员们优先考虑应用技术。现有的感应加热技术，为更好地适应大型钢结构表面除漆的加工场合，一般采用串联谐振原理构建电路。请参阅图1。利用串联谐振原理构建感应加热电路时，从电路原理层面上来说，电路中一般包括有电源E、近端变压器T1、串联电容C、传输电缆L1、远端变压器T2以及感应器L2；电源E、近端变压器T1、串联电容C、传输电缆L1、远端变压器T2以及感应器L2依次连接。从上述电路原理可以看出，该电路工作时，电源E输出一定频率的交变电压，串联电容C与感应器L2接合形成串联谐振结构，且该串联谐振结构具有其固有谐振频率，该固有频率的大小由串联电容C1的容抗大小与感应器L2的感抗大小共同决定。当电源输出的交变电压的频率与串联谐振结构的固有谐振频率相等时，该串联谐振结构发生谐振，此时感应器L2上将取得全频域范围内最大电流，由该电流产生交变磁场，进一步地在待加工工件表面产生感应电动势，进而实现加热。然而，由串联谐振电路的谐振特性可知，当上述电路达到其谐振点时，串联电容C1与感应器L2上都将流入高频的、幅值较大的交变电流，此时，对于对于串联电容C1而言，由于现有的电容制造技术的缺陷，串联电容C1将不可避免地存在介质损耗，而介质损耗将进一步在串联电容C1上引发功率损耗，这不仅增加了电路中的无功功率，串联电容C1上还将因此产生大量的热量，严重影响电路本身的稳定性；而对于感应器L2而言，由于感应器L2本身为多匝导线绕制而成的线圈，因此当感应器L2中流入高频大电流时，将不可避免地因导体的集肤效应和临近效应产生局部过流现象，并进一步地在过流区域上发热，严重时将烧毁感应器L2。且由于该电路本身应用于高电压环境下，由串联谐振电路的谐振特性可知，串联谐振电路处于谐振状态时，串联电容C1与感应器L2上都将Q倍与源电压的过电压，由此可见，当串联谐振电路处于谐振状态下时，串联电容C1与感应器L2上不仅将流入高频大电流，还将产生过电压，因此电路对串联电容C1与感应器L2的耐流与耐压特性要求十分严苛。采用串联谐振原理应用感应加热技术时，从装置结构原理层面上来说，设备中通常将电源E、近端变压器T1、串联电容C一同设置在靠近外部三相网压端口的近端，远端变压器T2以及感应器L2将一同设置在远离外部三相网压端口的远端，制造成为可移动式的远端加热器，近端与远端之间通过传输电缆L1连接，方便操作人员随意移动远端加热器，对大型钢结构表面的不同区域范围进行加热除漆处理。从上述装置结构原理可以看出，由于传输电缆L1上存在分布电感，电流传输过程中，电流将在传输电缆上损耗一定能量，因此传输电缆L1的长度将十分有限，这极大地限制了操作人员的操作半径。而进一步地，由于远端变压器T2的功率密度过高，远端加热器自身发热严重，因此，远端加热器中必须同时设置水冷循环系统，这就导致远端加热器体积大、重量大、移动不方便，整个感应加热设备十分笨重，无法取得良好的加热效果。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种复合谐振加热电路，该电路充分利用去回路电缆上寄生的分布电感，将串联谐振结构与并联谐振结构结合起来，实现高频电流的任意距离传输，在远端谐振单元处实现谐振，远端谐振单元获得高频交变电流，进而产生高频交变磁场，实现感应加热。本专利技术的另一个目的在于提供一种结构简单、稳定性好、控制方便、轻巧简便，使用体验好的复合谐振加热电路。本专利技术的另一个目的在于提供复合谐振加热电路的控制方法，该方法基于复合谐振加热电路，利用加热主回路中取得的电流信号与电压信号判断远端谐振单元的工作状况，并进一步根据其工作状况调节电源转换器输出的正弦交流电的频率f，保证远端谐振单元能准确工作在其谐振点上，保证电路取得良好的谐振加热效果。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种复合谐振加热电路，该谐振加热电路包括有电源转换器和谐振加热器。其中，电源转换器包括有整流模块、滤波模块、调压模块、逆变模块和变压器，整流模块的输入端连接外部三相网压，整流模块、滤波模块、调压模块、逆变模块和变压器依次连接，变压器副边的两个输出端之间输出具有可调频率f的交流电压；电路工作时，取变压器原边上的电流为电流信号，取并联电容两端的电压为电压信号。而谐振加热器包括有近端电容单元、去回路电缆和远端谐振单元，远端谐振单元包括有加热电感和并联电容，加热电感与并联电容并联。近端电容单元的一端连接电源的其中一个输出端，近端电容单元的另一端通过一条去回路电缆与加热电感和并联电容的其中一个公共端连接，加热电感和并联电容的另一个公共端连接通过另一条去回路电缆连接电源的另一个输出端；远端谐振单元具有固有谐振频率f01，该谐振加热电路工作时，电路中保持f＝f01。电源转换器将外部三相网压经整流、滤波、调压、逆变以及变压器变压后，在将变压器的副边侧取得具有可调电压幅值、可调频率的交流电压。在本专利技术提供的谐振加热电路中，加热电感和并联电容一旦设置完成，即可得知加热电感的感抗大小以及并联电容的容抗大小，则可进一步推知f01的大小，且此时加热电感的感抗大小以及并联电容的容抗大小将共同决定该远端谐振单元的品质因数Q的大小。调节交流电压的频率f，当电路中取得f＝f01时，远端谐振单元到达其谐振点，由并联谐振电路的谐振特性可知，此时远端谐振单元整体呈阻性，其两端电压达到全频域范围内的最大值，加热电感上将取得始终Q倍于源电流的交变电流，因此，在设计电路参数时，合理选择加热电感的感抗大小以及并联电容的容抗大小，将取得合适的Q值，进而在加热电感上取得幅值较大的交变电流，该大幅值的交变电流产生强度较大的交变磁场，进一步地在待加工工件表面产生较大的感应电动势，进而取得良好的加热效果。进一步地，近端电容单元包括有至少一个串联电容与至少一个选通开关；串联电容与选通开关一一对应设置，每一个串联电容的一端均连接电源转换器的其中一个输出端；每一个串联电容的另一端分别连接对应的选通开关的一端，每一个选通开关的另一端均连接去回路电缆；选通开关导通时，对应的串联电容接入电路，选通开关断开时，对应的串联电容与电路断开连接；每一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合谐振加热电路，该谐振加热电路包括有电源转换器，所述电源转换器的输入端连接外部三相网压，所述电源转换器的两个输出端之间输出具有可调频率f的交流电压；/n其特征在于，该谐振加热电路还包括有谐振加热器，所述谐振加热器包括有近端电容单元、去回路电缆和远端谐振单元，所述近端电容单元的一端连接电源的其中一个输出端，所述近端电容单元的另一端通过一条去回路电缆与远端谐振单元的一端连接，所述远端谐振单元的另一端通过另一条去回路电缆连接电源的另一个输出端；/n所述远端谐振单元具有固有谐振频率f

【技术特征摘要】
1.一种复合谐振加热电路，该谐振加热电路包括有电源转换器，所述电源转换器的输入端连接外部三相网压，所述电源转换器的两个输出端之间输出具有可调频率f的交流电压；
其特征在于，该谐振加热电路还包括有谐振加热器，所述谐振加热器包括有近端电容单元、去回路电缆和远端谐振单元，所述近端电容单元的一端连接电源的其中一个输出端，所述近端电容单元的另一端通过一条去回路电缆与远端谐振单元的一端连接，所述远端谐振单元的另一端通过另一条去回路电缆连接电源的另一个输出端；
所述远端谐振单元具有固有谐振频率f01，该谐振加热电路工作时，电路中保持f＝f01。


2.如权利要求1所述的复合谐振加热电路，其特征在于，所述远端谐振单元包括有加热电感和并联电容，所述并联电容的两端分别连接两条去回路电缆，所述加热电感与并联电容并联。


3.如权利要求2所述的复合谐振加热电路，其特征在于，所述近端电容单元包括有至少一个串联电容与至少一个选通开关；所述串联电容与选通开关一一对应设置，所述每一个串联电容的一端均连接电源转换器的其中一个输出端；所述每一个串联电容的另一端分别连接对应的选通开关的一端，所述每一个选通开关的另一端均通过一条去回路电缆与并联电容连接；
所述选通开关导通时，对应的串联电容接入电路，所述选通开关断开时，对应的串联电容与电路断开连接；
所述每一个串联电容的容抗互不相等。


4.如权利要求3所述的复合谐振加热电路，其特征在于，所述谐振加热器还包括有串联电感，所述串联电感设置在选通开关与去回路电缆之间，所述串联电感的一端连接选通开关，所述串联电感的另一端连接对应的去回路电缆。


5.如权利要求4所述的复合谐振加热电路，其特征在于，所述电源转换器包括有整流模块、滤波模块、调压模块、逆变模块和变压器，所述整流模块、滤波模块、调压模块、逆变模块和变压器依次连接，所述整流模块的输入端连接外部三相网压，所述变压器副边的两个输出端之间输出具有可调频率f的交流电压；
取变压器原边上的电流为电流信号，取并联电容两端的电压为电压信号。


6.如权利要求5所述的复合谐振加热电路，其特征在于，该谐振加热电路还包括有逆变控制器，所述逆变控制器包括有：
用于检测电压信号过零点的电压过零检测单元；
用于在电压信号过零点产生对应脉冲的电压过零脉冲发生单元；
用于检测电流信号过零点的电流过零检测单元；
用...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦伟平，雷丽萍，
申请(专利权)人：东莞市双平电源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44