[发明专利]电力高功率因数校正SPWM三相整流热处理装备

摘要

本发明涉及电力电子技术，具体是一种电力高功率因数校正SPWM三相整流热处理装备。三相六开关SPWM整流器高功率因数校正抑制谐波，避免电网无功损耗防护供电质量，数字信号处理DSP芯片产生超前、滞后交替移相脉宽调制输出两路PWM1、PWM2光纤耦合两块双路IGBT驱动板，平衡H桥逆变器四个桥臂IGBT模块功耗，零功率软启动，IGBT模块并联输出功率磁环双电感共扼均流，克服大电流冲击。红外测温无线数据收发温控、锁相环PLL自动频率跟踪控制，故障检测保护对缺水、过热，过压，过流、欠压、缺相实时处理，快速反应监控，水冷式冷水机组制冷强制冷却机件热量，节水显著，大大降低故障率，保障设备正常运行。本发明适用于高功率因数校正防护电网供电质量，高效、节能热处理生产。

主权项

1.一种电力高功率因数校正SPWM三相整流热处理装备，包括三相交流电源、交流接触器、其特征在于：还包括三相六开关SPWM整流器及型号为RF258J控制板、功率因数和用电计量表、开机延时继电器、四组滤波薄膜电容、两个开关电源、型号TMS320F28335的数字信号处理DSP控制板、两块双路IGBT逆变器驱动板、IGBT模块H桥逆变器、阻抗匹配变压器、谐振电容、感应炉谐振电感、工频电流检测互感器、负载电流取样磁环电感、红外测温无线数据收发器、人机对话触摸屏、水冷式冷水机组；其中，三相六开关SPWM整流器经交流接触器触点S1、S2、S3连接三相交流电源，相序之间连接电容Ca、Cb、Cc，三相六开关SPWM整流器由N组相同电路并联叠加工作增大输出功率，以NO1组为例：电感La一端连接三相交流电源的Ua相，电感La另一端穿过电流ia互感磁环连接到IGBT模块QT1发射极与IGBT模块QT4集电极互连接点，电流ia互感磁环电感Laa一端接三相六开关SPWM整流器控制板电流环路控制端，另一端接地，三相交流电源的Ua相连接三相六开关SPWM整流器控制板的UINa，电感Lb一端连接三相交流电源的Ub相，电感Lb另一端穿过电流ib互感磁环连接到IGBT模块QT2发射极与IGBT模块QT5集电极互连接点，电流ib互感磁环电感Lbb一端接三相六开关SPWM整流器控制板，另一端接地，三相交流电源的Ub相连接三相六开关SPWM整流器控制板的UINb，电感Lc一端连接三相交流电源的Uc相，电感Lc另一端穿过电流ic互感磁环连接到IGBT模块QT3发射极与IGBT模块QT6集电极互连接点，电流ic互感磁环电感Lcc一端接三相六开关SPWM整流器控制板，另一端接地，三相交流电源的Uc相连接三相六开关SPWM整流器控制板的UINc，三相六开关SPWM整流器控制板输出六路SPWM1、SPWM2、SPWM3、SPWM4、SPWM5、SPWM6分别依次连接IGBT模块QT1、QT2、QT3、QT4、QT5、QT6栅极，IGBT模块QT1、QT2、QT3集电极铜排经防短路快速恢复二极管VD1连接到H桥逆变器直流母线作为三相六开关SPWM整流器直流输出电压Ud正极，直流电压Ud正极连接三相六开关SPWM整流器控制板电压取样端，IGBT模块QT4、QT5、QT6发射极分别经铜排连接H桥逆变器直流母线作为三相六开关SPWM整流器直流输出电压Ud负极，并与地线端连接，IGBT模块QT1、QT2、QT3、QT4、QT5、QT6散热板安装水盒注入冷水循环冷却，N组三相六开关SPWM整流器直流母线输出正极端电压并联连接到限流电阻R7的一端和延时开机继电器常开触点S4的一端，限流电阻R7的另一端和延时开机继电器常开触点S4的另一端连接四组滤波薄膜电容C1、C2、C3、C4，数字信号处理DSP控制板缓冲开机延时信号TP连接中间继电器，中间继电器驱动延时开机继电器；三相六开关SPWM整流器RF258J控制板由直流电压比较器、电压调节器PID、三个乘法器、ia电流比较器、ib电流比较器、ic电流比较器、三个电流调节器PI、三角波发生器、三个SPWM比较器、三个RS触发器、六相波形发生器、相位变换器组成，其中，直流电压比较器输入一端连接三相六开关SPWM整流器输出直流电压Ud，直流电压比较器输入另一端接参考电压，直流电压比较器输出经电压调节器PID分别连接三个乘法器输入的一端，三个乘法器输入另一端分别连接三相交流电压Ua、Ub、Uc，三个乘法器输出分别连接ia电流比较器、ib电流比较器、ic电流比较器输入的一端，ia电流比较器、ib电流比较器、ic电流比较器输入另一端依次分别连接电流ia互感磁环电感Laa、电流ib互感磁环电感Lbb、电流ic互感磁环电感Lcc的一端，电流ia互感磁环电感Laa、电流ib互感磁环电感Lbb、电流ic互感磁环电感Lcc的另一端接地，ia电流比较器、ib电流比较器、ic电流比较器输出分别经三个电流调节器PI依次连接三个SPWM比较器输入的一端，三个SPWM比较器输入另一端连接三角波发生器输出端，三个SPWM比较器输出端分别接三个RS触发器的R端，三个RS触发器的CP端连接时钟脉冲信号，三个RS触发器输出正脉冲、负脉冲的两个Q端作为三相六开关SPWM整流器控制板输出接口SPWM1、SPWM2、SPWM3、SPWM4、SPWM5、SPWM6依次连接六个IGBT模块QT1、QT2、QT3、QT4、QT5、QT6栅极，三相六开关SPWM整流器控制板输出接口SPWM1、SPWM2、SPWM3、SPWM4、SPWM5、SPWM6还分别连接六相波形发生器的六个输入端，六相波形发生器六个输出连接相位变换器六个输入端，相位变换器三个输出端分别连接三相交流电压Ua、Ub、Uc；数字信号处理DSP控制板的DSP芯片可编程相位控制产生超前、滞后交替移相的两路脉宽调制PWM1、PWM2信号，上管、下管设互锁死区时间tDT，分别经光纤耦合到两块双路IGBT驱动板，构成双路IGBT模块并联的两个半桥合成为H桥逆变器，由变压器匹配串联谐振负载电路，四个桥臂IGBT模块斜对角导通、截止，零功率软启动，交替移相开关时间相等功耗均衡克服固定桥臂功耗大的缺陷，第一块双路IGBT驱动板输出接口P1、P2、P3依次连接IGBT模块H桥逆变器桥臂A的管组Q1栅极、集电极、发射极，第一块双路IGBT驱动板输出接口J1、J2、J3依次连接IGBT模块H桥逆变器桥臂A的管组Q1n栅极、集电极、发射极，第一块双路IGBT驱动板输出接口P4、P5、P6依次连接IGBT模块H桥逆变器桥臂C的管组Q3栅极、集电极、发射极，第一块双路IGBT驱动板输出接口J4、J5、J6连接IGBT模块H桥逆变器桥臂C的管组Q3n栅极、集电极、发射极，第二块双路IGBT驱动板输出接口P1、P2、P3连接IGBT模块H桥逆变器桥臂B的管组Q2栅极、集电极、发射极，第二块双路IGBT驱动板输出接口J1、J2、J3依次连接IGBT模块H桥逆变器桥臂B的管组Q2n栅极、集电极、发射极，第二块双路IGBT驱动板输出接口P4、P5、P6依次连接IGBT模块H桥逆变器桥臂D的管组Q4栅极，集电极，发射极，第二块双路IGBT驱动板输出接口J4、J5、J6依次连接IGBT模块H桥逆变器桥臂D的管组Q4n栅极、集电极、发射极；IGBT模块H桥逆变器桥臂A管组、C管组散热板分别装配两个冷水盒，两个冷水盒进水管分别连接水冷式冷水机组的出水管，水盒出水管分别连接水冷式冷水机组的进水管，IGBT模块H桥逆变器桥臂A的管组Q1集电极连接铜排，IGBT模块H桥逆变器桥臂A的管组Q3发射极连接铜排，两块铜排绝缘层分隔叠合，两块铜排之间连接第一组滤波薄膜电容C1，IGBT模块H桥逆变器桥臂A的管组Q1发射极与IGBT模块H桥逆变器桥臂C的管组Q3集电极互连导线串入磁环E1为电感L1接到直流母线第一层的一块铜板，直流母线第一层的一块铜板连接阻抗匹配变压器T电感TL1的一端，IGBT模块H桥逆变器桥臂A的管组Q1n集电极连接铜排，IGBT模块H桥逆变器桥臂A的管组Q3n发射极连接铜排，两块铜排绝缘层分隔叠合，两块铜排之间连接第二组滤波薄膜电容C2，IGBT模块H桥逆变器桥臂A的管组Q1n发射极与IGBT模块H桥逆变器桥臂C的管组Q3n集电极互连导线串入磁环E1为电感L2接到直流母线第一层的一块铜板，电感L2与电感L1导线反向串入磁环E1，阻抗匹配变压器T电感TL1另一端连接电容C0一端，阻抗匹配变压器T电感TL2与感应炉谐振电感L、谐振电容C串联相接，并且穿入电流互感取样磁环电感il，阻抗匹配变压器T电感TL2两端作为逆变器输出电压测量接口，阻抗匹配变压器T铁氧体磁芯冷却进水管、电感TL1进水管、电感TL2进水管连接水冷式冷水机组的出水管，阻抗匹配变压器T铁氧体磁芯冷却出水管、电感TL1出水管、电感TL2出水管连接水冷式冷水机组的进水管，谐振电容C0水箱进水管连接水冷式冷水机组的出水管，谐振电容C0水箱出水管连接水冷式冷水机组的进水管，IGBT模块H桥逆变器桥臂B的管组、D的管组散热板分别装配两个冷水盒，两个冷水盒进水管分别连接水冷式冷水机组的出水管，水盒出水管分别连接水冷式冷水机组的进水管，IGBT模块H桥逆变器桥臂B的管组Q2集电极连接铜排，IGBT模块H桥逆变器桥臂D的管组Q4发射极连接铜排，两块铜排绝缘层分隔叠合，两块铜排之间连接第三组滤波薄膜电容C3，IGBT模块H桥逆变器桥臂B的管组Q2发射极与IGBT模块H桥逆变器桥臂D的管组Q4集电极互连导线串入磁环E2为电感L3接到直流母线第一层另一块铜板，直流母线第一层另一块铜板连接电容C0的另一端，IGBT模块H桥逆变器桥臂B的管组Q2n集电极连接铜排，IGBT模块H桥逆变器桥臂D的管组Q4n发射极连接铜排，两块铜排绝缘层分隔叠合，两块铜排之间连接第四组滤波薄膜电容C4，IGBT模块H桥逆变器桥臂B的管组Q2n发射极与IGBT模块H桥逆变器桥臂D的管组Q4n集电极互连导线串入磁环E2为电感L4接到直流母线第一层另一块铜板，电感L4与电感L3导线反向串入磁环E2；数字信号处理DSP控制板工频电压采集AC接口连接三相交流电源，工频电流采集接口经电流互感器连接交流电源，直流电压采集接口DC连接直流母线正负端，加热频率电流采集接口FI连接逆变器输出电流互感取样磁环电感il信号，电压采集接口FV连接阻抗匹配变压器T电感TL2两端，红外测温信号经无线发射、接收传到数字信号处理DSP控制板测温采集TNXB接口，闭环控制，数字信号处理DSP控制板通信接口WS连接人机对话触摸屏，通过软件设置开机时间、工件节拍、输出功率、温度，加热频率检测取样信号连接锁相环路PLL接口，自动调谐跟踪工件加热频率。