用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置.pdf

本发明公开了一种用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置，其三相电源输入端分别与三相桥式全波整流单元的输入端连接，该三相桥式全波整流单元的输出端通过整流滤波单元滤波后与可控逆变变频单元的电源输入端连接，所述可控逆变变频单元的电源输出端与两相交流变压器的初级连接，所述两相交流变压器的次级与所述烧结电源输出端连接，所述可控逆变变频单元的控制输入端与主控制器的控制输出端连接，并且，所述主控制器的控制信号输入端与温度控制单元连接。本发明高效、大功率、可逆变且频率和电压幅值可调，其适用范围广，特别适合大功率金刚石热压烧结设备，具有良好的社会和经济效益；另外本发明结构简单，可采用分体结构，便于维护，整机重量轻。

1、  一种用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置，含有机箱，所述机箱上设置有三相电源输入端、烧结电源输出端和控制面板，其特征是：所述三相电源输入端分别与三相桥式全波整流单元的输入端连接，该三相桥式全波整流单元的输出端通过整流滤波单元滤波后与可控逆变变频单元的电源输入端连接，所述可控逆变变频单元的电源输出端与两相交流变压器的初级连接，所述两相交流变压器的次级与所述烧结电源输出端连接，所述可控逆变变频单元的控制输入端与主控制器的控制输出端连接，并且，所述主控制器的控制信号输入端与温度控制单元连接，所述主控制器与所述控制面板连接。

2、  根据权利要求1所述的用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置，其特征是：所述可控逆变变频单元的电源输出端通过谐波滤波单元滤波后与所述两相交流变压器的初级连接。

3、  根据权利要求2所述的用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置，其特征是：所述可控逆变变频单元含有四只IGBT元件，所述四只IGBT元件分成两组，每组中的两只IGBT元件的控制输入端分别与所述主控制器的一个控制输出端连接，并且，每组中的两只IGBT元件的电源输出端分别与所述谐波滤波单元的两个电感串接后连在一起，形成一个接点，两个接点分别通过所述谐波滤波单元的两个串联连接的电容的两端后与所述两相交流变压器的初级连接，所述两组中的一只IGBT元件的电源输出端连在一起。

4、  根据权利要求1所述的用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置，其特征是：所述温度控制单元由测温传感器和温度控制器组成，所述温度控制器的控制信号输出端与所述主控制器的控制信号输入端连接，所述测温传感器对负载的温度变化进行采集且输入所述温度控制器，所述温度控制器对采集的信号进行PID处理，送到所述主控制器，所述主控制器采用微处理器，通过数学算法产生SPWM波，控制所述可控逆变变频单元，以改变所述可控逆变变频单元的输出交流电压的频率和幅值，满足烧结工艺的需要。

5、  根据权利要求1所述的用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置，其特征是：所述整流滤波单元含有电感、电阻和高压滤波电容，所述三相桥式全波整流单元的正极输出端分别通过所述整流滤波单元的三个电感后并联在一起，其负极输出端并联在一起，所述正极输出端和负极输出端的并联接点分别通过所述整流滤波单元的高压滤波电容和电阻后接入所述可控逆变变频单元的电源输入端。

6、  根据权利要求5所述的用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置，其特征是：所述三相桥式全波整流单元为集成的整流桥或分立的二极管整流器。

用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置
一、技术领域：
本发明涉及一种三相电源，特别是涉及一种用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置。
二、背景技术：
现有的金刚石制品热压烧结机的烧结电源，分为两种，一种是小功率两相交流热压烧结机电源(如图1，图中，11—可控硅调压控制装置；12—两相交流变压器；13—热压烧结机加热电极；14—被烧结的工件；15—测温传感器；16—温度控制器)，这种电源的优点是加热方式简单，成本低，电源变压器损耗较小，缺点是由于是两相输入，造成电网不平衡，给电网运行带来危害，所以一般都限于小功率，常见功率都在60kVA以下。另一种是三相大功率热压烧结机整流电源(如图2，图中，21—三相可控硅调压控制装置；22—三相加热变压器；23—大功率整流元件；24—热压烧结机加热电极；25—被烧结的工件；26—测温传感器；27—温度控制器)，这种加热方式都是采用的三相整流加热变压器，三相输入，将三相电压降压后，再利用全波整流技术，将交流变成直流，实现直流大电流加热。这种电源的优点是，三相输入，电网平衡，可以实现大功率加热，缺点是，由于变压后次级输出电压较低，一般在4～6伏之间，而整流器件有一定的功耗，有压降，一般在0.9～1.3伏之间，因此相对于输出的低电压，这样的压降造成了高达15％～30％的损耗，加热效率非常低。并且，由于大功率整流器件发热严重，需要冷却水冷却，加大设备投资。另外，现有的普通变频电源，仅适用于电器产品的不同电源电压、频率的供电要求，不能进行控温目标的电压自动调节，同时也不能在烧结过程中实现变频烧结，因此，不能满足金刚石制品烧结的要求。
三、发明的内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高效、大功率、可逆变且频率和电压幅值可调的用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置。
本发明的技术方案是：一种用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置，含有机箱，所述机箱上设置有三相电源输入端、烧结电源输出端和控制面板，所述三相电源输入端分别与三相桥式全波整流单元的输入端连接，该三相桥式全波整流单元的输出端通过整流滤波单元滤波后与可控逆变变频单元的电源输入端连接，所述可控逆变变频单元的电源输出端与两相交流变压器的初级连接，所述两相交流变压器的次级与所述烧结电源输出端连接，所述可控逆变变频单元的控制输入端与主控制器的控制输出端连接，并且，所述主控制器的控制信号输入端与温度控制单元连接，所述主控制器与所述控制面板连接。
所述可控逆变变频单元的电源输出端通过谐波滤波单元滤波后与所述两相交流变压器的初级连接。
所述可控逆变变频单元含有四只IGBT元件，所述四只IGBT元件分成两组，每组中的两只IGBT元件的控制输入端分别与所述主控制器的一个控制输出端连接，并且，每组中的两只IGBT元件的电源输出端分别与所述谐波滤波单元的两个电感串接后连在一起，形成一个接点，两个接点分别通过所述谐波滤波单元的两个串联连接的电容的两端后与所述两相交流变压器的初级连接，所述两组中的一只IGBT元件的电源输出端连在一起。
所述温度控制单元由测温传感器和温度控制器组成，所述温度控制器的控制信号输出端与所述主控制器的控制信号输入端连接，所述测温传感器对负载的温度变化进行采集且输入所述温度控制器，所述温度控制器对采集的信号进行PID处理，送到所述主控制器，所述主控制器采用微处理器，通过数学算法产生SPWM波，控制所述可控逆变变频单元，以改变所述可控逆变变频单元的输出交流电压的频率和幅值，满足烧结工艺的需要。
所述整流滤波单元含有电感、电阻和高压滤波电容，所述三相桥式全波整流单元的正极输出端分别通过所述整流滤波单元的三个电感后并联在一起，其负极输出端并联在一起，所述正极输出端和负极输出端的并联接点分别通过所述整流滤波单元的高压滤波电容和电阻后接入所述可控逆变变频单元的电源输入端。
所述三相桥式全波整流单元为集成的整流桥或分立的二极管整流器。
本发明的有益效果是：
1.本发明高效节能，与传统的三相整流烧结电源相比，节省能源15％～30％，冷却水的用量减少30％，经济效益显著。
2.本发明采用可控逆变变频单元可实现变频烧结，其频率变化范围是50Hz～400Hz，大大提高金刚石烧结产品的质量。
3.本发明测温传感器对金刚石热压烧结的温度变化进行采集，温度控制器对采集的信号进行PID处理，送到主控制器，由控制器反馈控制可控逆变变频单元，改变可控逆变变频单元的输出交流电压的频率和幅值，满足烧结工艺的需要。另外，主控制器采用微处理器，通过数学算法产生SPWM波，控制可控逆变变频单元。同时由反馈，稳定频率脉冲宽度实现输出稳压，并由各路检测过压、过流信号经过处理器处理后输出保护信号，保证系统的可靠运行。
4.本发明适用范围广，特别适合大功率金刚石热压烧结设备，功率在60kVA～400kVA.推广后具有良好的社会和经济效益。
5.本发明结构简单，可采用分体结构，便于维护，整机重量轻。
四、附图说明：
图1为现有技术中两相热压烧结机电源示意图；
图2为现有技术中三相大功率热压烧结机整流烧结电源示意图；
图3为本发明用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置的原理图；
图4为本发明用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置的电路图。
五、具体实施方式：
实施例一：参见图3，图中，用于金刚石制品热压烧结的三相变频电源装置含有机箱(图中未画出)，机箱上设置有三相电源输入端、烧结电源输出端和控制面板，其中，三相电源输入端分别与三相桥式全波整流单元1的输入端连接，该三相桥式全波整流单元1的输出端通过整流滤波单元滤波后与可控逆变变频单元4的电源输入端连接，可控逆变变频单元4的电源输出端与两相交流变压器5的初级连接，两相交流变压器5的次级与烧结电源输出端连接，烧结电源输出端与金刚石热压烧结负载6连接，可控逆变变频单元4的控制输入端与主控制器8的控制输出端连接，并且，主控制器8的控制信号输入端与温度控制单元7连接，主控制器8与控制面板连接。
具体电路连接参见图4：三相桥式全波整流单元1的三个整流桥(D1、D2、D3)的正极输出端分别通过整流滤波单元的三个电感2(L1、L2、L3)后并联在一起，其负极输出端并联在一起，正极输出端和负极输出端的并联接点分别通过整流滤波单元的高压滤波电容3(C1、C2)和电阻(R1、R2)后接入可控逆变变频单元4的电源输入端。
可控逆变变频单元4的电源输出端通过谐波滤波单元滤波后与两相交流变压器5的初级连接。可控逆变变频单元4含有四只IGBT元件，四只IGBT元件分成两组，每组中的两只IGBT元件的控制输入端分别与主控制器8的一个控制输出端(PWM)连接，并且，每组中的两只IGBT元件的电源输出端分别与谐波滤波单元的两个电感(L4、L5、L6、L7)串接后连在一起，形成一个接点，两个接点分别通过谐波滤波单元的两个串联连接的电容(C3、C4)的两端后与两相交流变压器5的初级连接，两组中的一只IGBT元件的电源输出端连在一起。
三相桥式全波整流单元1含有集成的整流桥或分立的二极管整流器。输入三相交流电后，经过该单元整流，将三相交流变为直流电，然后经过有电感2、电阻和高压滤波电容3组成的整流滤波回路，平滑滤波，滤波后得到低纹波直流电源。
可控逆变变频单元4的主电路由四只IGBT和相关元件组成全桥逆变器，采用PWM逆变电路，主控制器8采用微处理器，通过数学算法产生SPWM波，控制全桥逆变器。同时由反馈，稳定频率脉冲宽度实现输出稳压，并由各路检测过压、过流信号经过处理器处理后输出保护信号，保证系统的可靠运行。
逆变后，得到交流信号，经谐波滤波单元滤波，得到完整的正弦波，输出接到两相交流变压器5初级上，经过变压器变压后，次级与烧结电源输出端连接，烧结电源输出端与金刚石热压烧结负载6连接，可实现低电压大电流烧结。
温度控制单元7由测温传感器和温度控制器组成，温度控制器的控制信号输出端与主控制器8的控制信号输入端连接，测温传感器对金刚石热压烧结负载6的温度变化进行采集，温度控制器对采集的信号进行PID处理，送到主控制器8，由主控制器8反馈控制可控逆变变频单元4，改变可控逆变变频单元4的输出交流电压的频率和幅值，满足烧结工艺的需要。
本发明三相桥式全波整流单元1的整流桥采用6R1100G-160，可控逆变变频单元4的IGBT采用FF300R12KS4，主控制器8的单片机采用PIC16F8778，当然也可以采用其它规格和型号，不一一详述；根据输出功率的要求选用不同的电感、电容和变压变比，不详述。电感选取范围：800～4000μH；电容选取范围：0.068～0.2F；两相交流变压器的变比范围：50：1～100：1。
对本发明的80kVA三相变频热压烧结电源的实施效果进行了测试。测试表明，该电源输出波形为标准的正弦波，波形失真小于1.5％，运行可靠，频率稳定性0.01％。通过控制接口控制电源输出电压。电压可调幅度0～380V，频率可调幅度50Hz～400Hz。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。