[发明专利]双频率感应加热电源及其逆变电路的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于感应加热电源技术领域，具体涉及一种基于多电平技术的双频率感应加热电源，本发明还涉及二极管箝位全桥多电平逆变电路的控制方法。

背景技术

感应加热是利用电磁感应原理，使处于感应线圈交变磁场中的金属材料内部迅速感应出很大的电涡流，从而使材料加热升温，将电能转换成热能，完成对被加工工件进行加热的任务。根据感应加热透入深度与频率的关系，在加热过程中被加热工件的加热厚度受感应线圈电流频率的控制。因此，在处理表面不规则几何形状的加热工件时，仅用单一频率的感应电流对不同部分的处理效果将不一致，严重影响工件的处理质量。对此类复杂几何表面工件的热处理问题研究表明，双频率输出的感应加热方式是目前国内外采取的解决问题的途径。

感应加热装置是利用电磁感应原理把电能转化为热能的设备，通常感应加热技术是通过正负交替的方波为负载回路提供能量，采用半桥或全桥逆变电路产生正负交替的方波。当感应加热电源应用于双频率输出领域时，逆变电路输出的方波电压中传递能量的是占主要成分的基波和较低次谐波，应根据不同的加热工艺需要实现对逆变电路输出电压的谐波调节，但正负交替的方波无法调节其基波和谐波含量。基于多电平逆变器输出电压谐波可调节功能，级联型多电平逆变器电路被引入双频感应加热电源，但级联型多电平逆变器需要多个直流输入电源，而且逆变器输出电压的基波含量高，即谐波能量较低，谐波的调节范围有限。

感应加热电源采用电感、电容串联谐振或并联谐振的负载电路向被加热工件传递能量，为实现双频率能量的传递，目前采取的负载电路结构有双感应线圈的两谐振支路并联结构，单感应线圈的多元件复合谐振电路。双感应线圈存在两个线圈如何设计、相对位置如何安置、线圈中存在磁耦合等不可避免的重要问题。目前的单感应线圈结构存在电路拓扑复杂、电路选频特性受限等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双频率感应加热电源，解决了现有技术中存在的逆变器输出电压基波调制范围及谐波可调节范围小、谐振电路结构复杂、谐振电路选频性能降低的问题。

本发明的另一个目的是提供用于双频率感应加热电源的二极管箝位全桥多电平逆变电路的控制方法。

本发明所采用的技术方案是：双频率感应加热电源，包括二极管箝位全桥多电平逆变电路，二极管箝位全桥多电平逆变电路分别与直流电源和单感应线圈负载电路连接；

二极管箝位全桥多电平逆变电路由三个串联支路并联而成，串联支路一由分压电容C₁和分压电容C₂串联组成，串联支路二由功率开关管MOSFET G_a1、功率开关管MOSFET G_a2、功率开关管MOSFET G_a3、功率开关管MOSFET G_a4串联组成，串联支路三由功率开关管MOSFET G_b1、功率开关管MOSFET G_b2、功率开关管MOSFET G_b3、功率开关管MOSFET G_b4串联组成；分压电容C₁、功率开关管MOSFET G_a1的漏极、功率开关管MOSFET G_b4的漏极分别与直流电源的正极连接，分压电容C₂、功率开关管MOSFET G_a4的源极、功率开关管MOSFET G_b1的源极分别与直流电源的负极连接；功率开关管MOSFET G_a2和功率开关管MOSFET G_a3还并联有箝位支路一，箝位支路一由二极管VD₁和二极管VD₂串联组成，功率开关管MOSFET G_b3和功率开关管MOSFET G_b2之间还并联有箝位支路二，箝位支路二由二极管VD₃和二极管VD₄串联组成；分压电容C₁和分压电容C₂之间的节点、二极管VD₁和二极管VD₂之间的节点、二极管VD₃和二极管VD₄之间的节点均接地。

本发明的特点还在于，