【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大功率高频感应加热领域，尤其涉及双端感应加热电源系统的apdm控制策略在大功率高频感应加热过程中的应用。
技术介绍
1、大容量高频谐振逆变器指容量在几百千瓦到上千千瓦、频率在几百千赫兹到几兆赫兹，开关频率等于负载谐振频率的大型逆变器。大容量高频谐振逆变器电源具有广泛的应用前景,如金属热处理的淬火、透热、熔炼、焊接，热套中的型钢、大口径钢管的高频焊接，钢棒、大口径钢、不锈钢管的在线退火，可逆及连轧冷轧机的全线自动控制电源和精密钢管的固态高频焊接等，工业上的电真空器件去气加热、半导体材料炼制、塑料热合、烘烤和提纯等场合，和一些特殊的应用如光纤拉晶、宝石提炼等，可以完成绝大多数工业热处理的要求，对国民经济发展有很大的推动作用，随着技术的发展，大容量高频谐振逆变器在主电路拓扑、负载匹配、扩容技术、驱动电路设计以及软开关关键技术等方面都有了显著的进步。
2、主流的感应加热系统控制策略包括移相控制(psm)、调频控制(pfm)、不对称电压消除控制(avc)、脉冲密度控制(pdm)等。其中，移相控制(psm)简单易于实现，成本较低，但效率随着输出功率的降低而降低，可能产生较大的谐波。调频控制(pfm)在轻载条件下可以提高效率，但控制较为复杂，坑需要更高级别的处理器，成本较高。不对称电压消除控制(avc)可以有效减少系统的不对称电压，提高效率，但控制算法较为复杂，可能需要实时监控和调整。脉冲密度控制(pdm)，能够在全功率范围内保持较高效率，良好的热效率和控制精度，在这些控制中，只有pdm可以在全功率范围内保持一个较高
技术实现思路
1、本专利技术重点针对上述现有技术中存在的问题，提供一种适用于双端感应加热电源系统的apdm控制策略方法及装置，装置中具备双端感应加热模块、锁相环模块、状态选择模块、脉冲调制模块，以及执行模块，双端感应加热电源系统工作在两种工作模式之下，“po>0.25po_max”、“po≤0.25po_max”，双端感应加热电源系统包括左侧逆变器和右侧逆变器；系统中逆变器的工作状态包括状态一和状态二，工作在状态一中时，指定左侧逆变器为固定输出逆变器，右侧逆变器为可控输出逆变器；工作在状态二中时，指定左侧逆变器为可控输出逆变器，右侧逆变器为固定输出逆变器；在具体进行控制的过程中，控制策略如下：
2、为了平均每个开关管的损耗，以提高装置的使用寿命，固定输出逆变器与可控输出逆变器每工作一段时间进行交换，即固定输出逆变器更替为可控输出逆变器，可控输出逆变器更替为固定输出逆变器。获取所述系统的谐振腔周期，每当所述系统工作时长经过一个所述谐振腔周期，计数器的计数值加一，将所述计数值与计数阈值相比较，若计数值小于所述计数阈值，则系统工作的状态一，若计数值大于等于计数阈值，则系统工作在所述状态二，计数值为cnt。系统在cnt<cnt_ref范围内，当cnt>cnt_ref时，工作在状态二，通过上述周期性地切换固定输出逆变器和可控输出，可进一步保证逆变器工作的稳定性和安全性。此外，左侧逆变器的交流输出端并联一个第一继电器sr1、所述右侧逆变器的交流输出端并联一个第二继电器sr2，当其中一端的逆变器出现故障时，可开通同一端的继电器，使故障逆变器退出运行，单独由另一端逆变器为双端口lllc谐振腔继续供电，使系统可不间断运行，综上，通过控制策略与结构设置上的双重保障，进一步保证了逆变器工作过程中的稳定性。
3、获取所述系统中所述逆变器输出的交流电压电流信号，经过过零检测、相位检测操作得到此时所述系统是工作在感性状态还是容性状态，若所述系统工作在所述感性状态则减小所述系统中开关管的开关频率，若所述系统工作在所述容性状态则增加所述系统中开关管的开关频率，通过增大或减小开关管的开关频率以保证系统始终工作在逆变器输出的交流电压电流信号之间的相角为0的点。
4、采样所述系统直流侧电压电流信号后，计算得到此时所述系统的瞬时输出功率po，将所述瞬时输出功率与所述系统的期望输出功率，通过运算处理得到脉冲密度值，基于所述脉冲密度值和所述开关频率，将电压脉冲均匀分布在100个开关周期内，输出脉冲信号，具体为将瞬时输出功率与期望输出功率作差后输入至pi控制器，pi控制器通过插值得到脉冲密度值，δ∑调制器接收到脉冲密度值和开关频率后，将电压脉冲均匀分布在100个开关周期内，得到脉冲信号。
5、判断所述系统的瞬时输出功率与所述系统的最大输出功率之间的关系，若po>0.25po_max，则设定所述固定输出逆变器满载输出，所述可控输出逆变器依据所述脉冲信号进行可控输出，当脉冲信号为高时所述可控输出逆变器进行电压输出，当所述脉冲信号为低时所述可控输出逆变器仅进行续流。若po≤0.25po_max，则设定所述固定输出逆变器仅提供续流路径，所述可控输出逆变器依据所述脉冲信号进行可控输出。
6、该控制策略方法所对应的装置中包括双端感应加热模块、锁相环模块、状态选择模块、脉冲调制模块，以及执行模块，其中，双端感应加热模块包括左侧逆变器以及右侧逆变器；锁相环模块包括过零检测器、相位检测器以及频率追踪单元；所述状态选择模块包括计数器、比较器；所述脉冲调制模块包括模数转换器、pi控制器以及δ∑调制器；所述执行模块包括状态切换单元、频率判断单元、逆变器控制单元以及脉冲输出单元。
7、其中，双端感应加热模块具体为双端倍频式lllc感应加热模块，左侧逆变器和所述右侧逆变器均具备四个半桥且每两个半桥为一组，所述感应加热模块的谐振腔包括两个相等的匹配线圈、一个负载线圈和一个匹配电容。
8、与现有技术相比，本专利技术除去基本功能性的双端感应加热模块和执行模块以外还主要包括有：锁相环模块、状态选择模块、脉冲调制模块。锁相环模块负责为系统选择一个合适的开关频率，使系统始终工作在逆变器输出电压电流相角为0的点。状态选择模块采用定时计数的方式来回切换固定输出逆变器与可控输出逆变器，以此均衡各开关管之间的损耗。脉冲调制模块中包含了一个pi控制器与一个δ∑调制器，pi控制器可根据期望输出功率po_ref得到对应的d。该δ∑调制模块读取到d的小数点后两位，将输出电压脉冲均匀的分布在100个apdm开关周期中。
9、本专利技术提出的apdm控制策略进一步提高了传统pdm控制的效率，可在全功率范围内实现高效率输出。
10、apdm改善了传统pdm本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于双端感应加热电源系统的APDM控制策略方法，所述方法适用于所述双端感应加热电源系统，所述双端感应加热电源系统包括左侧逆变器和右侧逆变器；所述系统中逆变器的工作状态包括状态一和状态二，在所述状态一中，指定所述左侧逆变器为固定输出逆变器，所述右侧逆变器为可控输出逆变器；在所述状态二中，指定所述左侧逆变器为可控输出逆变器，所述右侧逆变器为固定输出逆变器；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述左侧逆变器和所述右侧逆变器均具备四个半桥且每两个半桥为一组，所述系统的谐振腔包括两个相等的匹配线圈、一个负载线圈和一个匹配电容。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S2中，增大或减少所述开关管的开关频率具体为：通过增大或减小所述开关管的开关频率以保证所述系统始终工作在所述逆变器输出的交流电压电流信号之间的相角为0的点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S3中，所述通过运算处理得到脉冲密度值，基于所述脉冲密度值和所述开关频率，将电压脉冲均匀分布在100个开关周期内具体为：将所述瞬时输出功率与所述期望输出功率作差后
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S4中，所述可控输出逆变器依据所述脉冲信号进行可控输出具体包括：当所述脉冲信号为高时所述可控输出逆变器进行电压输出，当所述脉冲信号为低时所述可控输出逆变器仅进行续流。
6.一种用于执行如权利要求1-5任一项所述的方法的装置，所述装置包括双端感应加热模块、锁相环模块、状态选择模块、脉冲调制模块，以及执行模块，其中，所述双端感应加热模块包括左侧逆变器以及右侧逆变器；所述锁相环模块包括过零检测器、相位检测器以及频率追踪单元；所述状态选择模块包括计数器、比较器；所述脉冲调制模块包括模数转换器、PI控制器以及Δ∑调制器；所述执行模块包括状态切换单元、频率判断单元、逆变器控制单元以及脉冲输出单元。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述双端感应加热模块具体为双端倍频式LLLC感应加热模块，所述左侧逆变器和所述右侧逆变器均具备四个半桥且每两个半桥为一组，所述感应加热模块的谐振腔包括两个相等的匹配线圈、一个负载线圈和一个匹配电容。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述左侧逆变器的交流输出端并联一个第一继电器、所述右侧逆变器的交流输出端并联一个第二继电器。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述锁相环模块通过所述过零检测器检测采样得到的逆变器输出电压电流信号何时通过零点，所述相位检测器确定出所述电压电流信号的相位关系进而判断出所述系统当前处于感性状态还是容性状态，所述频率追踪单元基于所述系统当前工作状态减小或增大开关频率。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述脉冲调制模块获取脉冲密度并依据所述脉冲密度和所述开关频率将电压脉冲均匀地分布在100个开关周期内。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于双端感应加热电源系统的apdm控制策略方法，所述方法适用于所述双端感应加热电源系统，所述双端感应加热电源系统包括左侧逆变器和右侧逆变器；所述系统中逆变器的工作状态包括状态一和状态二，在所述状态一中，指定所述左侧逆变器为固定输出逆变器，所述右侧逆变器为可控输出逆变器；在所述状态二中，指定所述左侧逆变器为可控输出逆变器，所述右侧逆变器为固定输出逆变器；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述左侧逆变器和所述右侧逆变器均具备四个半桥且每两个半桥为一组，所述系统的谐振腔包括两个相等的匹配线圈、一个负载线圈和一个匹配电容。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述s2中，增大或减少所述开关管的开关频率具体为：通过增大或减小所述开关管的开关频率以保证所述系统始终工作在所述逆变器输出的交流电压电流信号之间的相角为0的点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述s3中，所述通过运算处理得到脉冲密度值，基于所述脉冲密度值和所述开关频率，将电压脉冲均匀分布在100个开关周期内具体为：将所述瞬时输出功率与所述期望输出功率作差后输入至pi控制器，所述pi控制器通过插值得到脉冲密度值，δ∑调制器接收到所述脉冲密度值和所述开关频率后，将电压脉冲均匀分布在100个开关周期内，得到脉冲信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述s4中，所述可控输出逆变器依据所述脉冲信号进行可控输出具体包括：当所述脉冲信号为高时所述可控输出逆变器进行电压输出，当所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：马伏军，王俊攀，杨淇翔，张正潇，杨成，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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