[发明专利]一种用于石墨反应釜加热的可调功率感应加热电源系统

权利要求书

1.一种用于石墨反应釜加热的可调功率感应加热电源系统，其特征在于：包括三相整流桥模块、逆变模块、谐振回路和主控板；

三相整流桥模块的输入侧连接三相380V交流电，直流输出侧连接DC整流滤波电容组件，在三相整流桥模块和DC整流滤波电容组件之间的连接电路上设置接触器用于控制电路的通断，并且在三相整流桥模块和DC整流滤波电容组件之间的连接电路上并联设置一个带有预充电电阻的旁路，当接触器断开时，这条旁路能够导通；

DC整流滤波电容组件输出端连接逆变模块的输入侧，逆变模块的逆变输出侧连接谐振回路；

所述谐振回路包括自藕变压器、AC隔直电容组件、谐振电容组件和谐振感应线圈，逆变模块的逆变输出侧连接自藕变压器的输入侧，并在逆变模块和自藕变压器之间设置AC隔直电容组件；自藕变压器的输出侧连接桶状石墨反应釜上的谐振感应线圈，并在自藕变压器和谐振感应线圈之间设置谐振电容组件；

所述主控板以DSP芯片为核心，主控板上设置有继电器输出接口、直流电压采集接口、PWM驱动输出接口、中频电流采集与整形接口、温度检测接口、RS485通讯口、以及用于连接面板开关的IO接口，其中，继电器输出接口连接接触器；直流电压采集接口连接DC整流滤波电容组件的两输出端，用于采集DC整流滤波电容组件两端的直流母线电压；PWM驱动输出接口连接IGBT驱动板，IGBT驱动板连接至逆变模块；中频电流采集与整形接口连接逆变模块的输出侧的电流传感器；温度检测接口连接用于检测石墨反应釜温度的温度检测单元；RS485通讯口连接触摸屏，实现人机交互；

所述的可调功率感应加热电源系统的运行方法如下：

感应加热电源上电时，三相380V交流电，由三相整流桥模块进行三相全桥整流并先经带有预充电电阻的旁路给DC整流滤波电容组件进行预充电，以防止上电瞬间过大的充电电流对三相整流桥模块造成的损坏，主控板通过直流电压采集接口与DSP主芯片上集成AD转换模块进行模数转换，监测DC整流滤波电容组件两端的直流母线电压，待母线电压上升至约500V时主控板通过继电器输出接口控制接触器吸合，待母线电压充电至540V左右，母线充电完成，感应加热电源上电过程完成；

上电完成后先通过触摸屏设置感应加热电源扫描频率的上限频率与下限频率，设定电源输出功率，主控板通过IO接口检测到启动按钮动作后，主控板通过DSP芯片上集成PWM控制器输出四路驱动控制信号给两块IGBT驱动板生成四路IGBT驱动信号，控制逆变模块中的两个IGBT模块的四个IGBT开关依次导通与关断以扫描频率上限频率进行单相全桥方波逆变，主控板通过中频电流电压采集端口与DSP芯片上集成ADC模块与定时器对方波逆变输出中频电流与电压进行幅值与相位角度进行实时采集并计算输出功率与设定功率差值，DSP芯片根据功率差值控制IGBT驱动脉冲频率，不断减小输出功率差值使输出功率至设定值；

电源以设定功率对石墨反应釜进行加热，主控板通过温度采集接口与DSP芯片上集成的ADC模块采集温度数值，将采集温度值与设定的温度上限进行比较，温度没达到上限值时电源以设定功率值持续对石墨反应釜进行加热，当采集温度值大于温度上限值时，DSP芯片将功率设定值设为原设定功率值的50-70％，使电源以低功率持续运行，维持石墨反应釜的温度，当采集到温度值低于温度下限时，控制器将功率设定值设为原设定功率值，使电源以高功率运行对石墨反应釜进行升温操作；

可调功率感应加热电源系统的工作方法如下：

S1：开始；

S2：系统初始化，电源上电后首先对DSP主控芯片进行各个外设功能模块进行初始化；

S3：CRC校验成功，对触摸屏传输系统配置参数进行校验，验证数据完整性，如果校验成功则进入S5，校验不成功则进入S4；

S4：默认参数配置并回传，使用默认参数配置系统；

S5：用户参数配置，使用用户设置参数配置系统；

S6：直流电压过阈值，延时8秒检测系统直流母线电压是否过门限值，如果检测通过则进入S7，不通过则进入S11；

S7：闭合主回路接触器，闭合接触器使用整流桥进行整流，对直流母线进行充电；

S8：启动及状态检测，系统进入待机状态，并检测系统启动信号与系统故障码，如果检测到启动信号且无故障码则进入S9，否则进入S8，处于等待状态；

S9：扫频启动，系统以设置频率的范围从低限至高限逐步提高输出逆变PWM频率，并同时检测逆变电流是否过启动门限电流值，如果过门限扫频启动成功进入S10，否则进入S8；

S10：更改输出频率值设定值，启动成功后将逆变PWM频率更改至用户设定值；

S11：温度调节，根据设定温度进行系统功率设定；

S12：PID功率调节，根据温度调节设置的功率改变PWM输出频率，进行功率调节；

S13：停机及状态检测，进行停机信号与故障码检测，如果未检测到停机与故障则进入S11，否则进入S8；

S14：开始；

S15：判断石墨反应釜温度是否过设定上限值，如果过上限值则进入S16，否则进入S17；

S16：将系统功率给定值设定为预设定恒温保持功率值；

S17：判断石墨反应釜温度是否低于设定下限值，如果低于下限值则进入S18，否则进入S19；

S18：将系统功率给定值设定为预设定加热功率值；

S19：结束；

S20：开始；

S21：进行PID控制算法增量公式的Δu(k)计算；

S22：根据计算值修改PWM寄存器值，更改输出逆变PWM频率；

S23：结束。