CN202872451U - 一种用于中间包电磁感应恒温精炼***的级联式冗余电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及感应加热电源装置，特别指一种用于中间包电磁感应恒温精炼***的级联式冗余电源，其中：所述的移相变压器柜将高压电源分解为至少两个低压电源，低压电源相互错位一个角度；所述的功率单元箱逆变器中包括至少两个功率单元箱，每个功率单元箱包括整流逆变电路和旁路保护电路；所述的控制柜由DSP2812数字处理器连接FPGA芯片，采用光纤与功率单元连接通信，并与上位机和PLC可编程控制器连接通信，实现模拟量的输入与输出、开关量的输入或输出、参数的给定、设备的控制。本实用新型采用多个功率单元箱级联的方式，控制部分采用DSP高速数字处理器应用SPWM调制算法，实现了输出单相频率电压可调的正弦电源。

Description

一种用于中间包电磁感应恒温精炼***的级联式冗余电源

技术领域

本实用新型涉及感应加热电源装置，特别指一种用于中间包电磁感应恒温（低过热度）精炼***的级联式冗余电源。 

背景技术

用于中间包电磁感应恒温（低过热度）精炼***的级联式冗余电源是通过晶闸管或MOSFET或IGBT等电力半导体器件将工频(50Hz)电源变换为中频(200Hz～1kHz)电源的装置，主要是在感应熔炼，感应加热，感应淬火等领域中广泛应用。现有的中频感应电源绝大部分为中小容量(500KW以下)，有很少一部分采用功率器件的串并联来扩大容量。在器件的串并联这种方式中，其缺点是：① 不容易处理好串并联器件的均压问题和并联器件均流问题；② 由于器件制造工艺和参数的离散性，限制了器件的串并联数目；③ 装置的可靠性和并联数目成反比，在工作过程中只要有一个功率开关器件出现问题，整个***将不能正常工作。普通中间包电磁感应恒温（低过热度）精炼***的级联式电源，没有设置冗余***，一旦任意一个级联单元箱发生故障，整个***将不能正常工作。 

发明内容

本实用新型的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种采用冗余功率单元箱级联的主电路结构，单个功率单元箱都是一个小型的低压小功率电源，整个中频感应加热电源输出电压由功率单元的输出电压叠加而成，输出功率为所有功率单元输出功率之和。正常运行时，级联回路上有若干个处于工作状态的单元箱和若干个处于热备用状态的冗余单元箱，一旦处于工作状态的功率单元箱出现故障后，***可立即旁路故障单元箱并把冗余单元箱投入工作状态，这样可以保证整个***输出的稳定，大大提高了***的可靠性。 

本实用新型的技术方案是构造一种包括以下结构的中间包电磁感应恒温（低过热度）精炼***的级联式冗余电源，其特点包括： 

移相变压器柜、功率单元箱逆变柜和控制柜，其中：

所述的移相变压器柜次级有多个低压绕组，每个低压绕组相互错位一个角度,各移相绕组分别为相应的功率单元供电；

所述的功率单元箱逆变柜中包括至少两个功率单元箱，每个功率单元箱包括整流逆变电路和旁路保护电路，每个单元箱都可以互为冗余热备；

所述的控制柜由DSP2812数字处理器连接FPGA芯片，采用光纤与功率单元连接通信，并与上位机和PLC可编程控制器连接通信，实现模拟量的输入或输出。

本实用新型的优点及有益效果： 

本实用新型采用多个冗余功率单元箱热备级联的方式，控制部分采用DSP高速数字处理器应用SPWM调制算法，实现了输出单相频率电压可调的正弦电源。***正常运行时，级联单元箱处于冗余运行的状态，级联回路上有若干个处于工作状态的单元箱和若干个处于热备用状态的冗余单元箱，一旦处于工作状态的功率单元箱出现故障后，***可立即旁路故障单元箱并把冗余单元箱投入工作状态，这样可以保证整个***输出的稳定性，大大提高了***的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型电原理框图。 

图2是功率单元箱电原理图。 

具体实施方式

由图1、2可知，本实用新型所述的用于中间包电磁感应恒温（低过热度）精炼***的级联式冗余电源，其特点包括： 

移相变压器柜A、功率单元箱逆变柜B和控制柜C，其中：

所述的移相变压器柜A次级有多个低压绕组，每个低压绕组相互错位一个角度,各移相绕组分别为相应的功率单元供电；

所述的功率单元箱逆变柜B中包括至少两个功率单元箱，每个功率单元箱包括整流电路、逆变电路、储能滤波电容、旁路保护电路，每个单元箱都可以互为冗余热备；正常运行时，级联回路上有若干个处于工作状态的单元箱和若干个处于热备用状态的冗余单元箱，一旦处于工作状态的功率单元箱出现故障后，***可立即旁路故障单元箱并把冗余单元箱投入工作状态；

所述的控制柜C由DSP2812数字处理器连接FPGA芯片，采用光纤与功率单元连接通信，并与上位机和PLC可编程控制器连接通信，实现模拟量的输入与输出、开关量的输入或输出、参数的给定、设备的控制。

本实用新型所述的功率单元箱内的整流逆变电路包括由二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的整流三相全桥，由电容C1、C2组成的储能滤波电容组。本实用新型所述的功率单元箱整流逆变电路包括由绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4组成的逆变器。本实用新型所述的功率单元箱旁路保护电路包括电容C4和电阻R3构成的RC电路，通过晶闸管D11的控制极TRGN和TRGP控制晶闸管D11来进行功率单元箱旁路保护及工作热备切换。 

本实用新型的工作原理： 

本实用新型所述的用于中间包电磁感应恒温（低过热度）精炼***的级联式冗余电源，主要由：一个开关柜，可实现进线出线电压的接通与切断；一个移相变压器柜，用于将一个高压电源分解为若干个相互错位一定角度的低压电源，由于绕组相互错位一定的角度差，使电网侧谐波污染小，功率因数高，无需功率因数补偿及谐波抑制装置；功率单元箱逆变柜，其中包含多个功率单元箱，每个功率单元箱为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到单相交流输出，通过级联的方式对每个功率单元箱的PWM波形进行重组，可得到阶梯正弦PWM波形；控制柜，主要由DSP高速数字处理器、FPGA、单片机、PLC控制器、人机操作界面等共同组成。主控制器采用DSP2812，主要完成功能有：① 完成错位移相SPWM脉冲的实时计算，将计算数据实时传给FPGA；② 与功率单元通信，控制功率单元的工作，控制功率单元在工作和热备状态之间切换，并实时传输功率单元的运行状态，采用光纤通讯技术，低压部分和高压部分通过光纤完全可靠隔离，***具有极高的可靠性；③ 与上位机通信，实现对整个***的监控；④与西门子S7-300系列PLC通信，实现***开入开出信号的传递，检测及控制***“启动”、“停止”等按键及完成相应的功能；⑤ 实现模拟量(电压、电流、温度等)的输入输出。图1以6个功率单元箱串联为例，给出了基于DSP级联式中频感应加热电源原理图。

功率单元箱结构如图2所示，主要由：一个整流三相全桥，用于将交流电整流为直流电；一个储能滤波电容组，用于能量交换与滤波；一个逆变器，用于产生频率和电流可控的交流电源；一个旁路保护及工作热备切换电路，C4和R3构成RC电路，用于减小可控硅两端的dv/dt，R4和R5用来在保持可控硅两端电压和直流母线一致，功率单元正常工作时，D11处于关断状态，当需要旁路切换到热备状态时，通过晶闸管D11的控制极TRGN、TRGP输入高电平使晶闸管D11导通。 

本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。 

Claims (4)

1.一种用于中间包电磁感应恒温精炼***的级联式冗余电源，其特征在于包括：

移相变压器柜（A）、功率单元箱逆变柜（B）和控制柜（C），其中：

所述的移相变压器柜（A）次级有至少两个低压绕组，每个低压绕组相互错位一个角度,各移相绕组分别为相应的功率单元供电；

所述的功率单元箱逆变柜（B）中包括至少两个功率单元箱，每个功率单元箱包括整流逆变电路和旁路保护电路，每个单元箱都可以互为冗余热备；正常运行时，级联回路上有若干个处于工作状态的单元箱和若干个处于热备用状态的冗余单元箱，一旦处于工作状态的功率单元箱出现故障后，***可立即旁路故障单元箱并把冗余单元箱投入工作状态；

所述的控制柜（C）由DSP2812数字处理器连接FPGA芯片，采用光纤与功率单元连接通信，控制功率单元工作热备状态的切换，并与上位机和PLC可编程控制器连接通信，实现模拟量的输入或输出、开关量的输入或输出、参数的给定、设备的控制。

2.根据权利要求1所述的用于中间包电磁感应恒温精炼***的级联式冗余电源，其特征在于所述的功率单元箱内的整流逆变电路包括由二极管（D1、D2、D3、D4、D5、D6）组成的整流三相全桥，由电容（C1、C2）组成的储能滤波电容组。

3.根据权利要求1所述的用于中间包电磁感应恒温精炼***的级联式冗余电源，其特征在于所述的功率单元箱整流逆变电路包括由绝缘栅双极型晶体管（IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4）组成的逆变器。

4.根据权利要求1所述的用于中间包电磁感应恒温精炼***的级联式冗余电源，其特征在于所述的功率单元箱旁路保护及工作热备切换电路包括电容（C4）和电阻（R3）构成的RC电路，电阻（R4）和电阻（R5）组成的电阻网络，通过晶闸管（D11）的控制极（TRGN和TRGP）控制晶闸管（D11）来进行功率单元箱旁路保护及工作热备切换。

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