阅读说明：本技术 一种双频感应加热电源及其控制方法 (Dual-frequency induction heating power supply and control method thereof ) 是由 余维江 王卫刚 刘晶 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本公开涉及一种双频感应加热电源及其控制方法,包括：控制器、过零检测电路、三相全桥整流电路、单相全桥逆变电路、谐振电容、加热线圈,单相全桥逆变电路包括第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管和第四晶闸管,第一晶闸管和第四晶闸管为一对管,第二晶闸管和第三晶闸管为一对管,控制器与第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管和第四晶闸管的控制端以及与过零检测电路连接,控制器在控制某一对管导通时,并在确定过零检测电路检测到该对管导通输出的交流电的电压在第若干次过零点以后,触发另一对管导通,这样,单相全桥逆变电路就能够输出包括超音频谐振电流和中频谐振电流分量的交流电,实现晶闸管双频感应加热,以满足大功率加热应用场景的需求。(The present disclosure relates to a dual frequency induction heating power supply and a control method thereof, including: the controller is connected with the control ends of the first thyristor, the second thyristor, the third thyristor and the fourth thyristor and the zero-crossing detection circuit, when the controller controls the conduction of a certain pair of the thyristors, and after the zero-crossing detection circuit detects that the voltage of the alternating current output by the conduction of the pair of the thyristors is at a first zero-crossing point, the other pair of the thyristors is triggered to be conducted, so that the single-phase full-bridge inverter circuit can output the alternating current comprising the superaudio resonant current and the intermediate-frequency resonant current component to realize the dual-frequency induction heating of the thyristors, so as to meet the requirement of high-power heating application scenes.)

一种双频感应加热电源及其控制方法

技术领域

本公开涉及加热电源技术领域，具体地，涉及一种双频感应加热电源及其控制方法。

背景技术

在大功率感应加热领域，晶闸管感应加热电源由于其单机功率大，过载能力强，运行稳定可靠，成本低等优势，是各厂家的首选方案。随着钢铁行业技术革新，越来越多的大功率在线加热需要大功率感应加热来实现，尤其在薄板等加热领域，需要超音频感应加热和中频感应加热的双频同时感应加热才能满足加热效率、温度均匀性、加热速度等指标参数的要求。

但是，现有技术中的晶闸管感应加热电源只有一种频率输出，而且在装配普通快速晶闸管时，感应电源稳定运行的频率一般不超过2500Hz，而装配高频晶闸管时，感应电源稳定运行的频率也不会超过6000Hz，并且单机功率小，无法在大功率感应加热领域使用，尤其是在超音频(10kHz左右)感应加热的场合，现有技术中的晶闸管感应加热电源无法使用。

发明内容

本公开的目的是提供一种双频感应加热电源及其控制方法。

为了实现上述目的，根据本公开实施例的第一方面，提供一种双频感应加热电源，包括：三相全桥整流电路、平波电抗器、单相全桥逆变电路、谐振电容以及加热线圈，所述单相全桥逆变电路包括并联连接的第一逆变桥臂和第二逆变桥臂，所述第一逆变桥臂包括位于上臂的第一晶闸管和位于下臂的第二晶闸管，所述第二逆变桥臂包括位于上臂的第三晶闸管和位于下臂的第四晶闸管，其中，所述第一晶闸管和所述第四晶闸管为一对管，所述第二晶闸管和所述第三晶闸管为一对管，所述三相全桥整流电路的输出正端与所述平波电抗器、所述第一晶闸管的阳极以及所述第三晶闸管的阳极连接，所述第二晶闸管的阴极和所述第四晶闸管的阴极与所述三相全桥整流电路的输出负端连接；所述谐振电容和所述加热线圈并联接入所述第一晶闸管与所述第二晶闸管的连接点、以及所述第三晶闸管与所述第四晶闸管的连接点，还包括：控制器和过零检测电路，

其中，所述控制器分别与所述第一晶闸管、所述第二晶闸管、所述第三晶闸管、所述第四晶闸管的控制端以及所述过零检测电路连接，所述过零检测电路与所述谐振电容并联连接，所述控制器用于在控制所述第一逆变桥臂和所述第二逆变桥臂中的某一对管导通，并确定所述过零检测电路检测到所述单相全桥逆变电路输出的交流电的电压在第若干次过零点以后，触发所述第一逆变桥臂和所述第二逆变桥臂中的另一对管导通，所述单相全桥逆变电路输出包括超音频谐振电流和中频谐振电流分量的交流电。

可选地，所述控制器用于在控制所述第一逆变桥臂和所述第二逆变桥臂中的某一对管导通，并确定所述过零检测电路检测到所述单相全桥逆变电路输出的交流电在第若干次过零点以后，触发所述第一逆变桥臂和所述第二逆变桥臂中的另一对管导通包括：

所述控制器用于在确定所述过零检测电路检测到所述单相全桥逆变电路输出的交流电的电压在第二次过零点以后且在第三次过零点之前，触发所述第一逆变桥臂和所述第二逆变桥臂中的另一对管导通。

可选地，还包括变压器，所述变压器初级的一个进线端与所述第一晶闸管和所述第二晶闸管的连接点连接，所述变压器初级的另一个进线端与所述第三晶闸管和所述第四晶闸管的连接点连接，所述变压器的次级出线端与所述过零检测电路、所述谐振电容器以及所述加热线圈并联连接。

可选地，所述第一晶闸管与所述第二晶闸管之间串联连接第一换相电感和第二换相电感，所述第三晶闸管与所述第四晶闸管之间串联连接第三换相电感和第四换相电感，所述第一换相电感和所述第二换相电感的连接点与所述变压器初级的一个进线端连接，所述第三换相电感和所述第四换相电感的连接点与所述变压器初级的另一个进线端连接。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种双频感应加热电源的控制方法，应用于双频感应加热电源，所述感应加热电源包括控制器、三相全桥整流电路、平波电抗器、单相全桥逆变电路、过零检测电路、谐振电容以及加热线圈；所述单相全桥逆变电路包括并联连接的第一逆变桥臂和第二逆变桥臂，所述第一逆变桥臂包括位于上臂的第一晶闸管和位于下臂的第二晶闸管，所述第二逆变桥臂包括位于上臂的第三晶闸管和位于下臂的第四晶闸管，所述三相全桥整流电路的输出正端与所述平波电抗器、所述第一晶闸管的阳极以及所述第三晶闸管的阳极连接，所述第二晶闸管的阴极和所述第四晶闸管的阴极与所述三相全桥整流电路的输出负端连接；其中，所述第一晶闸管和所述第四晶闸管为一对管，所述第二晶闸管和所述第三晶闸管为一对管；所述谐振电容和所述加热线圈并联接入所述第一晶闸管与所述第二晶闸管、以及所述第三晶闸管与所述第四晶闸管的连接点，所述控制器分别与所述第一晶闸管、所述第二晶闸管、所述第三晶闸管、所述第四晶闸管的控制端以及所述过零检测电路连接，所述方法包括：

控制所述第一逆变桥臂和所述第二逆变桥臂中的某一对管导通；

确定所述过零检测电路检测到所述单相全桥逆变电路输出的交流电的电压在第二次过零点以后且在第三次过零点之前，触发所述第一逆变桥臂和所述第二逆变桥臂中的另一对管导通，所述单相全桥逆变电路输出包括超音频谐振电流和中频谐振电流分量的交流电。

通过上述技术方案，该双频感应加热电源包括控制器、过零检测电路、三相全桥整流电路、平波电抗器、单相全桥逆变电路、谐振电容、加热线圈，单相全桥逆变电路包括并联连接的第一逆变桥臂和第二逆变桥臂，第一逆变桥臂包括上管第一晶闸管和下管第二晶闸管，第二逆变桥臂包括上管第三晶闸管和下管第四晶闸管，其中，第一晶闸管和第四晶闸管为一对管，第二晶闸管和第三晶闸管为一对管，控制器与第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管和第四晶闸管的控制端以及与过零检测电路连接，控制器在控制第一逆变桥臂和第二逆变桥臂中的某一对管导通时，并在确定过零检测电路检测到该对管导通输出的交流电的电压在第若干次过零点以后，触发第一逆变桥臂和第二逆变桥臂中的另一对管导通，这样，单相全桥逆变电路就能够输出包括超音频谐振电流和中频谐振电流分量的交流电，实现晶闸管双频感应加热，以满足大功率加热应用场景的需求。

本公开的其他特征和优点将在随后的

具体实施方式

部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是现有技术中的一种晶闸管感应加热电源的原理图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种双频感应加热电源的原理图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种双频感应加热电源相关参数的波形图；

图4是根据一示例性实施例示出的另一种双频感应加热电源的原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在对本公开的内容进行详细说明之前，首先对本公开的应用场景进行说明。

现有技术中的晶闸管感应加热电源的原理图如图1所示，主要包括三相全桥整流电路1、平波电抗器2、单相全桥逆变电路3、谐振电容4和加热线圈5，三相全桥整流电路1包括KP1～KP6共6个晶闸管组成，单相全桥逆变电路3包括KK1～KK4共4个晶闸管组成，图1(a)为谐振电容4和加热线圈5串联连接组成的晶闸管感应加热电源，图1(b)为谐振电容4和加热线圈5并联连接组成的晶闸管感应加热电源。图1(a)和(b)所示的晶闸管感应加热电源的加热频率只有一种，且图1(a)的加热频率略低于加热电源的谐振频率，如果出现加热频率接近谐振频率的情况，单相全桥逆变电路的晶闸管就会无法关断，电路将会短路。图1(b)的晶闸管感应加热电源的运行频率略高于加热电源的谐振频率，如果出现加热频率接近谐振频率的情况，单相全桥逆变电路的晶闸管也会无法关断，电路将会短路。

此外，图1所示的晶闸管感应加热电源，在装配普通快速晶闸管时，感应加热电源稳定工作的频率一般不超过2500Hz，而装配高频晶闸管时，感应加热电源稳定运行的频率也不会超过6000Hz，并且单机功率小，无法在大功率感应加热领域使用，尤其是在需要有超音频(10kHz左右)感应加热的场合，现有技术中的晶闸管感应加热电源无法使用。

为解决现有技术中，传统晶闸管感应加热电源只能输出一种加热频率，无法满足大功率双频感应加热应用的问题，本公开提出一种双频感应加热电源及其控制方法，该双频感应加热电源包括控制器、过零检测电路、三相全桥整流电路、平波电抗器、单相全桥逆变电路、谐振电容、加热线圈，单相全桥逆变电路包括并联连接的第一逆变桥臂和第二逆变桥臂，第一逆变桥臂包括上管第一晶闸管和下管第二晶闸管，第二逆变桥臂包括上管第三晶闸管和下管第四晶闸管，其中，第一晶闸管和第四晶闸管为一对管，第二晶闸管和第三晶闸管为一对管，控制器与第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管和第四晶闸管的控制端以及与过零检测电路连接，控制器在控制第一逆变桥臂和第二逆变桥臂中的某一对管导通时，并在确定过零检测电路检测到该对管导通输出的交流电的电压在第若干次过零点以后，触发第一逆变桥臂和第二逆变桥臂中的另一对管导通，这样，单相全桥逆变电路就能够输出包括超音频谐振电流和中频谐振电流分量的交流电，实现晶闸管双频感应加热，以满足大功率加热应用场景的需求。

下面对本公开的内容进行详细说明。

图2是根据一示例性实施例示出的一种双频感应加热电源的原理图，如图2所示，该双频感应加热电源包括三相全桥整流电路21、平波电抗器22、单相全桥逆变电路23、谐振电容24以及加热线圈25，该单相全桥逆变电路23包括并联连接的第一逆变桥臂和第二逆变桥臂，该第一逆变桥臂包括位于上臂的第一晶闸管K1和位于下臂的第二晶闸管K2，该第二逆变桥臂包括位于上臂的第三晶闸管K3和位于下臂的第四晶闸管K4，该三相全桥整流电路21的输出正端与该平波电抗器22、该第一晶闸管K1以及该第三晶闸管K3的阳极连接，该第二晶闸管K2的阴极和该第四晶闸管K4的阴极与该三相全桥整流电路21的输出负端连接；该谐振电容24和该加热线圈25并联接入该第一晶闸管K1与该第二晶闸管K2的连接点、以及该第三晶闸管K3与该第四晶闸管K4的连接点，该双频感应加热电源还包括：控制器26和过零检测电路27；

其中，该控制器26分别与该第一晶闸管K1、该第二晶闸管K2、该第三晶闸管K3、该第四晶闸管K4的控制端以及该过零检测电路27连接，该过零检测电路27与该谐振电容24并联连接，该控制器26用于在控制该第一逆变桥臂和该第二逆变桥臂中的某一对管导通，并确定该过零检测电路27检测到该单相全桥逆变电路23输出的交流电的电压在第若干次过零点以后，触发该第一逆变桥臂和该第二逆变桥臂中的另一对管导通，该单相全桥逆变电路23输出包括超音频谐振电流和中频谐振电流分量的交流电；

其中，该第一晶闸管K1和该第四晶闸管K4为一对管，该第二晶闸管K2和该第三晶闸管K3为一对管。

在本实施例中，在控制器控制第一逆变桥臂和该第二逆变桥臂中的某一对管导通时，比如第一晶闸管K1和第四晶闸管K4这一对管导通，通过第一晶闸管K1和第四晶闸管K4输出为在零点上下震荡的交流电，该交流电会持续震荡且幅度逐渐增大。过零检测电路能够检测到该交流电的电压是否过零点，在该交流电的电压第一次过零点之前，控制器不控制另一对管(第二晶闸管K2和第三晶闸管K3)导通，单相全桥逆变电路输出的交流电将会继续保持震荡状态。在控制器确定单相全桥逆变电路输出的交流电的电压经过第若干次过零点以后，触发另一对管(第二晶闸管K2和第三晶闸管K3)导通。

控制器在控制第二晶闸管K2和第三晶闸管K3导通后，通过第二晶闸管K2和第三晶闸管K3也同样输出在零点上下震荡的交流电，该交流电也会持续震荡且幅度逐渐增大。控制器在确定过零检测电路在检测到通过第二晶闸管K2和第三晶闸管K3输出的交流电的电压也经过相同次数过零点以后，控制第一晶闸管K1和第四晶闸管K4导通。如此交替循环，单相全桥逆变电路能够输出包括超音频谐振电流和中频谐振电流分量的交流电，这样，流过加热线圈的交流电即为超音频谐振电流和中频谐振电流双频分量的交流电，可实现对大功率器件的双频感应加热。

如图2所示，三相全桥整流电路21包括6个晶闸管T1～T6，6个晶闸管的连接和控制方式可参照现有技术，通过三相全桥整流电路21将输入的交流电转换为直流电并输出给单相全桥逆变电路23。

可选地，该控制器可以在确定该过零检测电路检测到该单相全桥逆变电路输出的交流电的电压在第二次过零点以后且在第三次过零点之前，触发该第一逆变桥臂和该第二逆变桥臂中的另一对管导通。图3为一示例性实施例示出的双频感应加热电源相关参数的输出波形，图3(a)为双频感应加热电源输出的包含超音频谐振电流和中频谐振电流双频分量的交流电的波形图，从图中可以看出该电流波形中包含的超音频谐振电流的频率在10kHz左右，图3(b)为双频感应加热电源输出的包含超音频谐振电流和中频谐振电流双频分量交流电的电压波形，图3(c)为单相全桥逆变电路中两个对管(第一晶闸管和第四晶闸管、第二晶闸管和第三晶闸管)触发的信号波形，结合图3(b)和图3(c)可以看出两个对管的触发频率远低于双频感应加热电源的谐振频率，双频感应加热电源的谐振频率约为两个对管触发频率的2～3倍。这样，一方面可以在不需要高频晶闸管的情况下，实现输出包含超音频谐振电流和中频谐振电流两种频率分量的交流电。另一方面，可以避免第一晶闸管和第二晶闸管同时导通，以及第三晶闸管和第四晶闸管同时导通，导致电路出现短路故障的问题。

如图4所示，该双频感应加热电源还包括变压器28，该变压器28初级的一个进线端与该第一晶闸管K1和该第二晶闸管K2的连接点连接，变压器28初级另一个进线端与该第三晶闸管K3和该第四晶闸管K4的连接点连接，该变压器28的次级出线端与该过零检测电路27、该谐振电容器24以及该加热线圈25并联连接。

其中，变压器能够保证负载侧和单相全桥逆变电路侧的电气隔离，保证双频感应加热电源的电路安全。

参照图4，该第一晶闸管K1与该第二晶闸管K2之间串联连接第一换相电感L1和第二换相电感L2，该第三晶闸管K3与该第四晶闸管K4之间串联连接第三换相电感L3和第四换相电感L4，该第一换相电感L1和该第二换相电感L2的连接点与该变压器28初级的一个进线端连接，该第三换相电感L3和该第四换相电感L4的连接点与该变压器28初级的另一个进线端连接。

该第一换相电感、第二换相电感、第三换相电感和第四换相电感能够抑制单相全桥逆变电路中的第一晶闸管和第四晶闸管这一对管与另一对管第二晶闸管和第三晶闸管交替导通时，避免双频感应加热电源输出交流电的峰值骤变，防止损坏第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管和第四晶闸管。

本公开还提供一种双频感应加热电源的控制方法，应用于图2至图4任一项所示的双频感应加热电源，该双频感应加热电源的控制方法包括：

控制该第一逆变桥臂和该第二逆变桥臂中的某一对管导通；

确定该过零检测电路检测到该单相全桥逆变电路输出的交流电的电压在第二次过零点以后且在第三次过零点之前，触发该第一逆变桥臂和该第二逆变桥臂中的另一对管导通，该单相全桥逆变电路输出包括超音频谐振电流和中频谐振电流分量的交流电。

在本实施例中，在控制第一逆变桥臂和该第二逆变桥臂中的某一对管导通时，比如第一晶闸管和第四晶闸管这一对管导通，通过第一晶闸管和第四晶闸管输出为在零点上下震荡的交流电，该交流电会持续震荡且幅度逐渐增大。过零检测电路能够检测到该交流电的电压是否过零点，在该交流电的电压第一次过零点之前，不控制另一对管(第二晶闸管和第三晶闸管)导通，单相全桥逆变电路输出的交流电将会继续保持震荡状态。在确定单相全桥逆变电路输出的交流电的电压经过第若干次过零点以后，触发另一对管(第二晶闸管和第三晶闸管)导通。

在控制第二晶闸管和第三晶闸管导通后，通过第二晶闸管和第三晶闸管也同样输出在零点上下震荡的交流电，该交流电也会持续震荡且幅度逐渐增大。在确定过零检测电路在检测到通过第二晶闸管和第三晶闸管输出的交流电的电压也经过相同次数过零点以后，控制第一晶闸管和第四晶闸管导通。如此交替循环，单相全桥逆变电路能够输出包括超音频谐振电流和中频谐振电流分量的交流电，这样，流过加热线圈的交流电即为超音频谐振电流和中频谐振电流双频分量的交流电，可实现对大功率器件的双频感应加热。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。