【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大功率高频薄板感应加热领领域，尤其涉及一种大功率双端倍频式lllc感应加热电源系统及方法。
技术介绍
1、大容量高频感应加热电源指容量在几百千瓦到上千千瓦、频率在几百千赫兹到几兆赫兹,开关频率等于负载谐振频率的大型电源。高性能特种金属薄板已经广泛应用于建筑、能源、交通、石化石油等民用和军事领域，如特种汽车薄板材，特种电力超薄硅钢片，船舶、火箭和飞船关键部位的特种薄板材等。而特种大功率高频感应加热电源系统是生产高性能金属薄板材的关键设备之一，能对金属薄板进行快速均匀加热，可实现对薄板的再结晶和晶粒细化，改善晶粒尺寸及组织分布，大幅提高薄板的强度、韧性等性能。目前大功率薄板感应加热技术和装备一直依赖进口、价格昂贵，运行维护受制于人，严重制约和影响国家相关领域的发展。
2、感应加热与气体燃烧加热或者通电加热相比，具有节能、非接触、速度快、效率高、工序简单、产品质量好、改善生产环境、适合于自动化生产线等优点，因而得到广泛应用与发展。但在高频(100khz以上)段，感应加热电源正处在从传统的电子管电源向固态电源的过渡阶段。使用igbt器件实现如此高的工作频率是比较困难的，但igbt的耐大电流能力在大功率感应加热电源中又是不可或缺的，因此必须采用新的拓扑结构和控制技术。倍频技术在目前大容量器件受频率限制的情况下，可以使得感应加热电源的频率做得更高，满足更多应用场合的需要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统及方法，
2、本专利技术采用的技术方案是：一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统及方法，由a\b两个电压型逆变器、一个双端口lllc高频谐振腔k和两个旁路开关ab、cd构成：其中，1)a\b两个电压型逆变器分别对称包含n(n为偶数且n≥2)个半桥并对称连接在lllc双端口高频谐振腔k同一个接线端子上，2)双端口lllc高频谐振腔k包含两个匹配电感l1、一个做功线圈l2及一个复用电容c并整体呈t型结构，3)所述a\b两个电压型逆变器分别连接在双端口lllc高频谐振腔k的两个端口，其端口分别有a、b、c、d四个接线端子与旁路开关ab或cd连接。
3、所述一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统及方法，其lllc双端口高频谐振腔k有两个固定的谐振频率点：a\b两个电压型逆变器的工作频率为ω＝ω2，此时两电压型逆变器的负载呈小感性；双端倍频式lllc高频感应加热电源系统通过改变匹配电感与做功线圈电感值之比实现负载匹配。
4、所述一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统及方法，可同时供电，也可分时复用供电；分时复用供电可实现输出电压频率倍增为开关频率n倍的效果，同时供电可实现输出电压频率倍增为开关频率n/2倍、并n/2倍输出功率的效果。
5、所述一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统及方法，n倍频效果工作模式为：在一个开关周期t内，a逆变器与b逆变器交替对谐振腔进行供电，把一个开关周期t分为n个谐振周期δt，具体开关工作顺序为：在第一个谐振周期δt，a电压型逆变器的开关管s11、s41与s21、s31组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期δt/2，b电压型逆变器的开关管s1(n/2+1)、s3(n/2+1)保持开通构成续流回路(下个运行周期t时，由b电压型逆变器的开关管s2(n/2+1)、s4(n/2+1)保持开通构成续流回路，交替续流)；在第二个谐振周期δt，b电压型逆变器的开关管s1(n/2+1)、s4(n/2+1)与s2(n/2+1)、s3(n/2+1)组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期δt/2，a电压型逆变器的开关管s21、s41保持开通构成续流回路(下个运行周期δt/2时，由a电压型逆变器的开关管s11、s31保持开通构成续流回路，交替续流)；在第n(n为正奇数且n<n)个谐振周期δt，a电压型逆变器的开关管s1(n+1)/2、s4(n+1)/2与s2(n+1)/2、s3(n+1)/2组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期δt/2，开关管s1(n/2+(n+1)/2)、s3(n/2+(n+1)/2)保持开通构成续流回路(下个运行周期δt/2时，开关管s2(n/2+(n+1)/2)、s4(n/2+(n+1)/2)保持开通构成续流回路，交替续流)；在第n+1个谐振周期δt，b电压型逆变器的开关管s1(n/2+(n+1)/2)、s4(n/2+(n+1)/2)与s2(n/2+(n+1)/2)、s3(n/2+(n+1)/2)组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期δt/2，a电压型逆变器的开关管s2(n+1)/2、s4(n+1)/2保持开通构成续流回路(下个运行周期δt/2时，由a电压型逆变器的开关管s1(n+1)/2、s3(n+1)/2保持开通构成续流回路，交替续流)。其中，每对半桥工作顺序可适当调整。
6、所述一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统及方法，n/2倍频+n/2倍功率效果工作模式为：在一个开关周期t内，a逆变器与b逆变器同时对谐振腔进行供电，把一个开关周期t分为n/2个谐振周期δt，具体开关工作顺序为：在第一个谐振周期δt内，a电压型逆变器的开关管s11、s41与s21、s31组成两组对等管，b电压型逆变器的开关管s1(n/2+1)、s4(n/2+1)与s2(n/2+1)、s3(n/2+1)组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期δt/2，且开关管s11与s41、s1(n/2+1)与s4(n/2+1)同时导通，s21与s31、s2(n/2+1)与s3(n/2+1)同时导通；在第m(m为正整数且m≤n/2)个谐振周期δt内，a电压型逆变器的开关管s1m、s2m与s3m、s4m组成两组对等管，b电压型逆变器的开关管s1(n/2+m)、s4(n/2+m)与s2(n/2+m)、s3(n/2+m)组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期δt/2，且开关管s1m与s4m、s1(n/2+m)与s4(n/2+m)同时导通，s2m与s3m、s2(n/2+m)与s3(n/2+m)同时导通。其中，每对半桥工作顺序可适当调整。
7、所述一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统及方法，当一端逆变器出现故障时，对应一侧旁路开关闭合，将故障逆变器切除，不影响系统继续工作。
8、与现有技术相比，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
9、1、本专利技术创新专利技术了一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统，包括n对(n为偶数且n≥2)半桥，每n个半桥为一组，构成两个电压型逆变器可同时供电，也可分时复用供电，降低了开关管的器件应力，提高了控制的灵活性，提高了系统工作的稳定性。
10、2、本专利技术创新专利技术了一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统，包括两个旁路开本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大功率双端倍频式LLLC高频感应加热电源系统及方法，其特征在于，由A\B两个电压型逆变器、一个双端口LLLC高频谐振腔K和两个旁路开关ab、cd构成：其中，1)A\B两个电压型逆变器分别对称包含N(N为偶数且N≥2)个半桥并对称连接在LLLC双端口高频谐振腔K同一个接线端子上，2)双端口LLLC高频谐振腔K包含两个匹配电感L1、一个做功线圈L2及一个复用电容C并整体呈T型结构，3)所述A\B两个电压型逆变器分别连接在双端口LLLC高频谐振腔K的两个端口，其端口分别有a、b、c、d四个接线端子与旁路开关ab或cd连接。
2.如权利要求1所述一种大功率双端倍频式LLLC高频感应加热电源系统及方法，其特征在于，LLLC双端口高频谐振腔K有两个固定的谐振频率点：A\B两个电压型逆变器的工作频率为ω＝ω2。
3.如权利要求1或2所述一种大功率双端倍频式LLLC高频感应加热电源系统及方法，其特征在于，可同时供电，也可分时复用供电；分时复用供电可实现输出电压频率倍增为开关频率N倍的效果，同时供电可实现输出电压频率倍增为开关频率N/2倍、并N/2倍输出功率的效果。
4.如权利要求3所述一种大功率双端倍频式LLLC高频感应加热电源系统及方法，其特征在于，N倍频效果工作模式为：在一个开关周期T内，A逆变器与B逆变器交替对谐振腔进行供电，把一个开关周期T分为N个谐振周期Δt，具体开关工作顺序为：在第一个谐振周期Δt，A电压型逆变器的开关管S11、S41与S21、S31组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期Δt/2，B电压型逆变器的开关管S1(N/2+1)、S3(N/2+1)保持开通构成续流回路(下个运行周期T时，由B电压型逆变器的开关管S2(N/2+1)、S4(N/2+1)保持开通构成续流回路，交替续流)；在第二个谐振周期Δt，B电压型逆变器的开关管S1(N/2+1)、S4(N/2+1)与S2(N/2+1)、S3(N/2+1)组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期Δt/2，A电压型逆变器的开关管S21、S41保持开通构成续流回路(下个运行周期Δt/2时，由A电压型逆变器的开关管S11、S31保持开通构成续流回路，交替续流)；在第n(n为正奇数且n<N)个谐振周期Δt，A电压型逆变器的开关管S1(n+1)/2、S4(n+1)/2与S2(n+1)/2、S3(n+1)/2组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期Δt/2，开关管S1(N/2+(n+1)/2)、S3(N/2+(n+1)/2)保持开通构成续流回路(下个运行周期Δt/2时，开关管S2(N/2+(n+1)/2)、S4(N/2+(n+1)/2)保持开通构成续流回路，交替续流)；在第n+1个谐振周期Δt，B电压型逆变器的开关管S1(N/2+(n+1)/2)、S4(N/2+(n+1)/2)与S2(N/2+(n+1)/2)、S3(N/2+(n+1)/2)组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期Δt/2，A电压型逆变器的开关管S2(n+1)/2、S4(n+1)/2保持开通构成续流回路(下个运行周期Δt/2时，由A电压型逆变器的开关管S1(n+1)/2、S3(n+1)/2保持开通构成续流回路，交替续流)。其中，每对半桥工作顺序可适当调整。
5.如权利要求3所述一种大功率双端倍频式LLLC高频感应加热电源系统及方法，其特征在于，N/2倍频+N/2倍功率效果工作模式为：在一个开关周期T内，A逆变器与B逆变器同时对谐振腔进行供电，把一个开关周期T分为N/2个谐振周期Δt，具体开关工作顺序为：在第一个谐振周期Δt内，A电压型逆变器的开关管S11、S41与S21、S31组成两组对等管，B电压型逆变器的开关管S1(N/2+1)、S4(N/2+1)与S2(N/2+1)、S3(N/2+1)组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期Δt/2，且开关管S11与S41、S1(N/2+1)与S4(N/2+1)同时导通，S21与S31、S2(N/2+1)与S3(N/2+1)同时导通；在第m(m为正整数且m≤N/2)个谐振周期Δt内，A电压型逆变器的开关管S1m、S2m与S3m、S4m组成两组对等管，B电压型逆变器的开关管S1(N/2+m)、S4(N/2+m)与S2(N/2+m)、S3(N/2+m)组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期Δt/2，且开关管S1m与S4m、S1(N/2+m)与S4(N/2+m)同时导通，S2m与S3m、S2(N/2+m)与S3(N/2+m)同时导通。其中，每对半桥工作顺序可适当调整。
6.如权利要求1、2、4、5中任一权利要求所述一种大功率双端倍频式LLLC高频感应加热电源系统及方法，其特...
【技术特征摘要】
1.一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统及方法，其特征在于，由a\b两个电压型逆变器、一个双端口lllc高频谐振腔k和两个旁路开关ab、cd构成：其中，1)a\b两个电压型逆变器分别对称包含n(n为偶数且n≥2)个半桥并对称连接在lllc双端口高频谐振腔k同一个接线端子上，2)双端口lllc高频谐振腔k包含两个匹配电感l1、一个做功线圈l2及一个复用电容c并整体呈t型结构，3)所述a\b两个电压型逆变器分别连接在双端口lllc高频谐振腔k的两个端口，其端口分别有a、b、c、d四个接线端子与旁路开关ab或cd连接。
2.如权利要求1所述一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统及方法，其特征在于，lllc双端口高频谐振腔k有两个固定的谐振频率点：a\b两个电压型逆变器的工作频率为ω＝ω2。
3.如权利要求1或2所述一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统及方法，其特征在于，可同时供电，也可分时复用供电；分时复用供电可实现输出电压频率倍增为开关频率n倍的效果，同时供电可实现输出电压频率倍增为开关频率n/2倍、并n/2倍输出功率的效果。
4.如权利要求3所述一种大功率双端倍频式lllc高频感应加热电源系统及方法，其特征在于，n倍频效果工作模式为：在一个开关周期t内，a逆变器与b逆变器交替对谐振腔进行供电，把一个开关周期t分为n个谐振周期δt，具体开关工作顺序为：在第一个谐振周期δt，a电压型逆变器的开关管s11、s41与s21、s31组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期δt/2，b电压型逆变器的开关管s1(n/2+1)、s3(n/2+1)保持开通构成续流回路(下个运行周期t时，由b电压型逆变器的开关管s2(n/2+1)、s4(n/2+1)保持开通构成续流回路，交替续流)；在第二个谐振周期δt，b电压型逆变器的开关管s1(n/2+1)、s4(n/2+1)与s2(n/2+1)、s3(n/2+1)组成两组对等管，每组对等管同时导通半个谐振周期δt/2，a电压型逆变器的开关管s21、s41保持开通构成续流回路(下个运行周期δt/2时，由a电压型逆变器的开关管s11、s31保持开通构成续流回路，交替续流)；在第n(n为正奇数且n<n)个谐振周期δt，a电压型逆变器的开关管s1(n+1)/2、s4(n+1)/2与s2(n+1)/2、s3(n+1)/2...
【专利技术属性】
技术研发人员：马伏军，王俊攀，杨淇翔，张正潇，熊桥坡，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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