阅读说明：本技术 一种适用于多区段感应加热的中频电源及其使用方法 (Intermediate frequency power supply suitable for multi-section induction heating and use method thereof ) 是由 颜文非 于 2020-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于多区段感应加热的中频电源及其使用方法,该电源包括至少一个感应加热电源,感应加热电源沿负载长度方向布设,感应加热电源包括直流电源和多个感应加热模块,感应加热模块包括全桥逆变模块和感应线圈,全桥逆变模块和感应线圈的数量相同且均为多个,多个所述感应线圈和负载同轴布设；该使用方法包括以下步骤：一、感应加热电源的布设；二、感应加热电源对负载的加热。本发明采用IGBT全桥逆变器,非谐振状态给感应线圈供电感应加热,实现多区段加热,各个感应线圈的功率和加热温度可调节,且各区段的磁感线方向一致,确保各个区段的磁场同步,从而使得热场平滑过渡,有效地适应负载不同温度下的加热。(The invention discloses a medium-frequency power supply suitable for multi-section induction heating and a using method thereof, wherein the power supply comprises at least one induction heating power supply, the induction heating power supply is distributed along the length direction of a load, the induction heating power supply comprises a direct-current power supply and a plurality of induction heating modules, each induction heating module comprises a full-bridge inversion module and a plurality of induction coils, the number of the full-bridge inversion modules and the number of the induction coils are the same and are all a plurality, and the plurality of induction coils and the load are coaxially distributed; the using method comprises the following steps: firstly, distributing an induction heating power supply; secondly, the induction heating power supply heats the load. The IGBT full-bridge inverter is adopted, induction heating is supplied to the induction coils in a non-resonant state, multi-section heating is achieved, the power and the heating temperature of each induction coil can be adjusted, the directions of the magnetic induction lines of each section are consistent, and the magnetic fields of each section are ensured to be synchronous, so that the thermal field is in smooth transition, and the IGBT full-bridge inverter is effectively suitable for heating under different temperatures of loads.)

一种适用于多区段感应加热的中频电源及其使用方法

技术领域

本发明属于感应加热电源技术领域，尤其是涉及一种适用于多区段感应加热的中频电源及方法。

背景技术

感应加热即电磁感应加热，是加热导体材料比如金属材料的一种方法。它主要用于金属热加工、热处理、焊接和熔化。感应加热是一种高效、节能、节材、环保、安全的先进加热技术。目前感应加热电源一般包括可控硅逆变器、补偿电容器和感应线圈，通过补偿电容器，以使可控硅逆变器工作在谐振状态，从而实现可控硅逆变器工作的高功率因数；但是当采用多个感应线圈同时进行加热时，两个感应线圈的邻接处会因为两端感应线圈的频率和相位不相同，则会造成感应线圈邻接处的磁场叠加增加或者磁场相互抵消，从而使两个感应线圈的邻接处对负载的加热温度不满足要求，这样当感应线圈的导热系数较高时，这种两个感应线圈的邻接处的温度变化较小；但是当感应线圈的导热系数较低时，这种两个感应线圈的邻接处的温度变化较明显，或者不能满足感应线圈的邻接处温度能够平滑过渡的要求。因此，现如今缺少一种适用于多区段感应加热的中频电源，采用IGBT全桥逆变器工作在非谐振状态给感应线圈供电，以使负载感应加热，实现多区段加热，且各区段的磁感线方向一致，使得热场平滑过渡，有效地适应负载不同温度下的加热。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种适用于多区段感应加热的中频电源，其采用IGBT全桥逆变器，非谐振状态给感应线圈供电感应加热，实现多区段加热，且各区段的磁感线方向一致，使得热场平滑过渡，有效地适应负载不同温度下的加热，实用性强。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种适用于多区段感应加热的中频电源，其特征在于：包括至少一个感应加热电源，所述感应加热电源沿负载长度方向布设，所述感应加热电源包括直流电源和多个与直流电源连接的感应加热模块，所述感应加热模块包括全桥逆变模块和与所述全桥逆变模块连接的感应线圈，所述全桥逆变模块和感应线圈的数量相同且均为多个，多个所述感应线圈和负载同轴布设。

上述的一种适用于多区段感应加热的中频电源，其特征在于：所述感应线圈的数量不大于20。

上述的一种适用于多区段感应加热的中频电源，其特征在于：所述直流电源的电压为500V～3000V。

上述的一种适用于多区段感应加热的中频电源，其特征在于：所述全桥逆变模块包括电容C、IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3和IGBT管T4组成，所述电容C的一端分三路，第一路与直流电源的正接线端连接，第二路与IGBT管T1的集电极连接，第三路与IGBT管T4的集电极连接；所述电容C的另一端分三路，第一路与直流电源的负接线端连接，第二路与IGBT管T2的发射极连接，第三路与IGBT管T3的发射极连接；所述IGBT管T1的发射极与所述IGBT管T2的集电极的连接端为全桥逆变模块的第一输出端，所述IGBT管T4的发射极与所述IGBT管T3的集电极的连接端为全桥逆变模块的第二输出端；

所述感应线圈的一端与全桥逆变模块的第一输出端连接，所述感应线圈的另一端与全桥逆变模块的第二输出端连接。

上述的一种适用于多区段感应加热的中频电源，其特征在于：所述IGBT管T1上并接有二极管VD1，所述IGBT管T2上并接有二极管VD2，所述IGBT管T3上并接有二极管VD3，所述IGBT管T4上并接有二极管VD4，所述二极管VD1的阴极与IGBT管T1的集电极连接，所述二极管VD1的阳极与IGBT管T1的发射极连接，所述二极管VD2的阴极与IGBT管T2的集电极连接，所述二极管VD2的阳极与IGBT管T2的发射极连接，所述二极管VD3的阴极与IGBT管T3的集电极连接，所述二极管VD3的阳极与IGBT管T3的发射极连接，所述二极管VD4的阴极与IGBT管T4的集电极连接，所述二极管VD4的阳极与IGBT管T4的发射极连接。

上述的一种适用于多区段感应加热的中频电源，其特征在于：多个所述感应线圈中交流电流的频率和相位均相同。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便的适用于多区段感应加热的中频电源的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、感应加热电源的布设：

步骤101、沿负载的长度方向布设n个感应线圈；其中，n个感应线圈和负载同轴布设，负载穿过n个感应线圈；

步骤102、将n个感应线圈分别与n个全桥逆变模块连接，且n个全桥逆变模块分别与直流电源连接；其中，n为正整数，且n不大于20；

步骤二、感应加热电源对负载的加热：

步骤201、IGBT管T1和IGBT管T3导通且IGBT管T2和IGBT管T4关断，直流电源通过IGBT管T1和IGBT管T3为感应线圈提供正半周逆变电压，IGBT管T1和IGBT管T3关断且IGBT管T2和IGBT管T4导通，直流电源通过IGBT管T2和IGBT管T4为感应线圈提供负半周逆变电压；

步骤202、多次重复步骤201，为感应线圈提供交流电压而产生交流电流，负载感应加热；其中，交流电压和交流电流的频率均为0.1kHz～10kHz。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、设计合理且安装布设简便。

2、所采用的感应加热电源可以是一个，用一个直流电源同时向数量不大于20的感应线圈供电，形成一个感应加热电源；也可以采用多个直流电源，向多个感应线圈供电，形成多个感应加热电源，实现负载不同区段的感应加热。

3、所采用的感应加热模块包括全桥逆变模块和与所述全桥逆变模块连接的感应线圈，不需要补偿电容器，这样通过采用IGBT全桥逆变器工作在非谐振状态给感应线圈供电，以使负载感应加热。

4、所采用的感应加热电源中包括多个感应线圈，多个感应线圈分别由多个全桥逆变模块进行控制，这样通过全桥逆变模块的一致脉冲频率控制，实现多个感应线圈提供交流电压的频率一致，则多个感应线圈中交流电流的频率均相同，且多个所述感应线圈中交流电流的相位一致，从而实现多个感应线圈的磁场同步。

5、所采用的多个感应线圈中，各个感应线圈的功率和加热温度可调节，且各区段的磁感线方向一致，确保各个区段的磁场同步，从而使得热场平滑过渡，有效地适应负载不同温度下的加热。

6、所采用的适用于多区段感应加热的中频电源的使用方法步骤简单、实现方便且操作简便，有效地适应负载不同温度下的加热。

7、所采用的适用于多区段感应加热的中频电源的使用方法操作简便且使用效果好，首先是感应加热电源的布设，其次进行感应加热电源对负载的加热，多个所述感应线圈中交流电流的频率和相位均相同，通过改变多个所述感应线圈的加热功率，有效地适应负载不同温度下的加热，且使得两个感应线圈邻接处的温度场平滑过渡。

综上所述，本发明采用IGBT全桥逆变器，非谐振状态给感应线圈供电感应加热，实现多区段加热，且各区段的磁感线方向一致，使得热场平滑过渡，有效地适应负载不同温度下的加热，实用性强。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明用于多区段感应加热的中频电源的结构示意图。

图2为本发明用于多区段感应加热的中频电源感应加热电源的结构示意图。

图3为本发明用于多区段感应加热的中频电源全桥逆变模块的电路原理图。

图4为本发明适用于多区段感应加热的中频电源的使用方法的流程框图。

附图标记说明:

1—全桥逆变模块； 2—感应线圈； 3—直流电源；

4—负载； 1-1—第一全桥逆变模块； 1-2—第二全桥逆变模块；

1-3—第三全桥逆变模块； 2-1—第一感应线圈； 2-2—第二感应线圈；

2-3—第三感应线圈。

具体实施方式

如图1所示的一种适用于多区段感应加热的中频电源，包括至少一个感应加热电源，所述感应加热电源沿负载4长度方向布设，所述感应加热电源包括直流电源3和多个与直流电源3连接的感应加热模块，所述感应加热模块包括全桥逆变模块1和与所述全桥逆变模块1连接的感应线圈2，所述全桥逆变模块1和感应线圈2的数量相同且均为多个，多个所述感应线圈2和负载4同轴布设。

本实施例中，所述感应线圈2的数量不大于20。

本实施例中，所述直流电源3的电压为500V～3000V。

如图3所示，本实施例中，所述全桥逆变模块1包括电容C、IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3和IGBT管T4组成，所述电容C的一端分三路，第一路与直流电源3的正接线端连接，第二路与IGBT管T1的集电极连接，第三路与IGBT管T4的集电极连接；所述电容C的另一端分三路，第一路与直流电源3的负接线端连接，第二路与IGBT管T2的发射极连接，第三路与IGBT管T3的发射极连接；所述IGBT管T1的发射极与所述IGBT管T2的集电极的连接端为全桥逆变模块1的第一输出端，所述IGBT管T4的发射极与所述IGBT管T3的集电极的连接端为全桥逆变模块1的第二输出端；

所述感应线圈2的一端与全桥逆变模块1的第一输出端连接，所述感应线圈2的另一端与全桥逆变模块1的第二输出端连接。

如图3所示，本实施例中，所述IGBT管T1上并接有二极管VD1，所述IGBT管T2上并接有二极管VD2，所述IGBT管T3上并接有二极管VD3，所述IGBT管T4上并接有二极管VD4，所述二极管VD1的阴极与IGBT管T1的集电极连接，所述二极管VD1的阳极与IGBT管T1的发射极连接，所述二极管VD2的阴极与IGBT管T2的集电极连接，所述二极管VD2的阳极与IGBT管T2的发射极连接，所述二极管VD3的阴极与IGBT管T3的集电极连接，所述二极管VD3的阳极与IGBT管T3的发射极连接，所述二极管VD4的阴极与IGBT管T4的集电极连接，所述二极管VD4的阳极与IGBT管T4的发射极连接。

本实施例中，多个所述感应线圈2中交流电流的频率和相位均相同，以使多个所述感应线圈2的磁场同步。

本实施例中，多个所述感应线圈2中交流电流的频率和相位均相同，但是多个所述感应线圈2的功率分别可调节，以使多个所述感应线圈2的功率不相同，进而实现负载4的加热温度可调节。

如图2所示，本实施例中，所述感应加热模块的数量为三个，三个所述感应加热模块分别为第一感应加热模块、第二感应加热模块和第三感应加热模块，所述第一感应加热模块包括第一全桥逆变模块1-1和与所述第一全桥逆变模块1连接的第一感应线圈2-1，所述第二感应加热模块包括第二全桥逆变模块1-2和与第二全桥逆变模块1-2连接的第二感应线圈2-2，所述第三感应加热模块包括第三全桥逆变模块1-3和与第三全桥逆变模块1-3连接的第三感应线圈2-3，所述第一全桥逆变模块1-1、第二全桥逆变模块1-2和第三全桥逆变模块1-3的结构均相同，如图3所示。

本实施例中，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3和IGBT管T4可参考FF300R17KE3的IGBT管。

本实施例中，实际使用时，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3和IGBT管T4可采用其他型号的IGBT管，其IGBT管的集电极额定电流为300A～3600A，IGBT管的集电极和发射极之间的额定电压为1200V～4500V。

本实施例中，电容C的电容值为250μF/1500V～1000μF/1500V。

需要说明的是，根据实际要求，电容C的电容值可在250μF/1300V～20000μF/3000V范围内进行调整。

本实施例中，所述第一感应线圈2-1、第二感应线圈2-2和第二感应线圈2-3的缠绕匝数不相同，可以根据实际要求进行调整。

本实施例中，需要说明的是，所述第一感应线圈2-1、第二感应线圈2-2和第二感应线圈2-3的内径相同。

本实施例中，第一感应线圈2-1的功率为300kW，第二感应线圈2-2的功率为500kW，第二感应线圈2-3的功率为800kW。

本实施例中，需要说明的是，第一感应线圈2-1的功率、第二感应线圈2-2的功率和第二感应线圈2-3的功率是指感应线圈的有功功率。

本实施例中，具体使用时，第一感应线圈2-1、第二感应线圈2-2和第二感应线圈2-3上交流电压的频率为1kHz，第一感应线圈2-1、第二感应线圈2-2和第二感应线圈2-3上交流电流的频率为1kHz。

本实施例中，设置二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3和二极管VD4承载感应线圈2产生的反向电流，以保护IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3和IGBT管T4。

需要说明的是，实际使用时，二极管VD1可与IGBT管T1封装一体，二极管VD1还可设置在IGBT管T1外部；二极管VD2可与IGBT管T2封装一体，二极管VD2还可设置在IGBT管T2外部；二极管VD3可与IGBT管T3封装一体，二极管VD3还可设置在IGBT管T3外部；二极管VD4可与IGBT管T4封装一体，二极管VD4还可设置在IGBT管T4外部。

本实施例中，设置感应加热模块包括全桥逆变模块1和与所述全桥逆变模块1连接的感应线圈2，不需要补偿电容进行补偿，从而使IGBT全桥逆变器工作在非谐振状态给感应线圈供电，且各区段的磁感线方向一致，确保各个区段的磁场同步，从而使得热场平滑过渡，有效地适应负载不同温度下的加热。

本实施例中，负载4为石墨件。实际使用时，负载4可以为其他被感应加热的工件。

本实施例中，需要说明的是，中频电源是指感应线圈2在交流电流的频率为0.1kHz～10kHz下，负载4的感应加热。

如图4所示的一种适用于多区段感应加热的中频电源的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、感应加热电源的布设：

步骤101、沿负载4的长度方向布设n个感应线圈2；其中，n个感应线圈2和负载4同轴布设，负载4穿过n个感应线圈2；

步骤102、将n个感应线圈2分别与n个全桥逆变模块1连接，且n个全桥逆变模块1分别与直流电源3连接；其中，n为正整数，且n不大于20；

步骤二、感应加热电源对负载的加热：

步骤201、IGBT管T1和IGBT管T3导通且IGBT管T2和IGBT管T4关断，直流电源3通过IGBT管T1和IGBT管T3为感应线圈2提供正半周逆变电压，IGBT管T1和IGBT管T3关断且IGBT管T2和IGBT管T4导通，直流电源3通过IGBT管T2和IGBT管T4为感应线圈2提供负半周逆变电压；

步骤202、多次重复步骤201，为感应线圈2提供交流电压而产生交流电流，负载1感应加热；其中，交流电压和交流电流的频率均为0.1kHz～10kHz。

综上所述，本发明采用IGBT全桥逆变器，非谐振状态给感应线圈供电感应加热，使得两个感应线圈邻接处的负载加热温度平滑过渡，有效地适应负载不同温度下的加热，实用性强。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。