[发明专利]一种感应加热电源及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于加热电源技术领域，具体涉及一种感应加热电源及其控制方法。

背景技术

在我国传统加热方式大多是以煤、油、气或电为加热，存在能耗高、劳动条件差、环境污染严重、工艺质量难以控制等缺陷，而感应加热有着许多传统方式所不具备的优点：工作可靠性高、无污染、效率高以及加热容易控制等，广泛应用于金属熔炼、透热、热处理和焊接等工业生产过程中，成为冶金、国防、机械加工等部门及铸造、锻造和船舶、飞机、汽车制造业等不可缺少的技术手段。随着工业的发展，感应加热电源的应用也日益广泛，当前，感应加热电源作为一种节能、高效的加热热处理装备，正朝着全固态化、高频大功率、产品性能绿色化、以及控制方式智能化的方向发展。

传统的感应加热电源控制系统采用分立元件组成的模拟电子电路，存在电路复杂、控制参数难以调整、零漂和老化、通用性差等缺点，而随着数字集成芯片、单片机、DSP、FPGA的出现，使得感应加热设备智能化控制成为一种趋势。将数字化控制技术应用于感应加热设备系统中，可为用户提供良好的人机交互界面，操作方便；而且有利于实现感应加热电源的更新换代。并且随着感应加热设备智能化控制的发展，不仅能够实现模拟控制中较难实现的一些控制功能，并为先进控制算法在控制系统中的应用提供了可能，因此研究感应加热设备智能化控制有一定意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种可靠性高、加热控制容易、效率高的感应加热电源及其控制方法，不仅能够实现模拟控制中较难实现的一些控制功能，并为先进控制算法在控制系统中的应用提供了可能。

本发明的技术方案具体为：

一种感应加热电源，包括感应加热电源主电路，控制模块，报警模块，所述感应加热电源主电路分别与控制模块、报警模块连接，所述感应加热电源主电路包括依次连接的整流滤波电路、斩波电路、桥式逆变电路，所述整流滤波电路连接三相交流电；所述斩波电路由大功率绝缘栅型三极管IGBT（G5）、电抗器（L1）和滤波电容（C1）组成；所述桥式逆变电路由4组IGBT（G1~G4）、谐振电容（C2）、匹配变压器（T）初级组成。

所述感应加热电源还包括按键模块，包括启动、停止、急停三个按键。

所述报警模块的报警信号包括过流信号、过压信号、缺水信号。

启动按键按下后，控制模块使用PWM信号控制感应加热电源主电路输出的功率和频率，启动按键抬起后，感应加热电源工作状态不变；停止按键按下后，系统停止PWM信号，感应加热电源主电路不再输出电流，停止按键抬起后，感应加热电源工作状态不变；急停按键按下后，感应加热电源主电路不再输出电流，并且感应加热电源其他按键功能失效，不起控制作用，急停按键抬起后，急停功能失效，设备其他按键功能正常使用；感应加热电源工作状态不正常时，控制模块根据报警信号进行感应加热电源工作状态的处理。

报警信号分为两级，重要报警信号过流、过压为一级，一级报警需要停机并进行报警锁存，缺水信号为二级，二级报警需要停机，不锁存，也就是报警消失后感应加热电源能够继续工作，报警信号能够通过复位操作取消。

感应加热电源正常工作时，感应加热电源主电路输出频率的控制方法包括：获得当前PWM和电流相位差，计算给定相位差和获得相位差的差值，由差值获得比例项、积分项和微分项，将比例项、积分项和微分项求和得到控制值，若控制值大于预设的积分饱和值，PWM信号的频率值等于预设的积分饱和值，否则，PWM信号的频率值等于预设的控制值。

感应加热电源正常工作时，感应加热电源主电路输出功率的控制方法包括：获得当前感应加热电源的输出功率，计算给定输出功率和获得输出功率的差值，由差值获得比例项、积分项和微分项，将比例项、积分项和微分项求和得到控制值，若控制值大于预设的积分饱和值，PWM信号的占空比等于预设的积分饱和值，否则，PWM信号的占空比等于预设的控制值。

相对于现有技术，本发明的技术效果为，本发明提供的感应加热电源可通过调节变压器匝数比调节带负载能力，加热效率高，使用数字算法通过控制斩波PWM信号的占空比来控制电源的输出功率；使用数字PID算法通过控制逆变PWM信号的频率来控制电源的输出频率，可靠性高，加热控制准确，反应速度快。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2为感应加热电源主电路图。

图3为输出功率闭环控制系统框图。

图4为输出功率实现流程图。

图5为输出频率闭环控制系统框图。

图6为输出频率实现流程图。