CN100471348C

CN100471348C - 微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热设备

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Publication number: CN100471348C
Application number: CNB2005100364564A
Authority: CN
Inventors: 陈楚辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: CN1731899A

Abstract

本发明涉及一种微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热设备，包含加热装置和微电脑控制装置，加热装置包括变压器、与四组大功率晶体管连接于三相交流电源的滤波电容和陷波电容组成的滤波电路、与变压器的输入端连接的四组大功率晶体管、与变压器并联连接的耦合电容与大功率晶体管形成并联谐振型输出耦合回路的电路和与变压器输出端连接的加热线圈，由微电脑控制中心单片机驱动大功率中、高频感应加热装置，并对各种工作状态进行实时监控、显示，具有电能利用率高、节能、环保、自动化、智能化、可靠性高、大功率输出、加工速度快、整机体积小、操作方便的优点，适用于各种金属的钎焊、熔炼、机械零件的煅火、淬火、退火、涡流焊接等行业。

Description

微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热设备

技术领域

本发明涉及一种微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热设备，属于各种金属的钎焊、熔炼、机械零件及五金工具的煅火、淬火、退火、涡流焊接等技术领域。

背景技术

目前，在高频感应加热设备应用技术领域，特别是应用于复合锅底的钎焊机，大多数采用电子管式高频感应加热或晶体管小型中、高频感应加热，采用电子管式存在设备体积庞大、耗能高，电能利用率仅在45％左右的问题，而且存在高压危险、辐射伤害、操作不便、成本较高的缺点；而采用晶体管小型式加热，存在功率小、工效低、加热不均匀、稳定性差、故障较多等问题。虽然中国专利ZL99207275.1公开了一种具有固态型大功率的中、高频感应加热设备的钎焊机，都是普通硬件电路、自动化、智能化不高，加工焊接速度仍需1分钟左右。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种电能利用率高、节能、环保、自动化、智能化、可靠性高、大功率输出、加工速度快、整机体积小、操作方便的微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热设备。

本发明的目的是这样实现的：包含加热装置和微电脑控制装置，加热装置采用微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热装置，包括变压器、滤波电路、第一大功率晶体管、第二大功率晶体管、第三大功率晶体管、第四大功率晶体管、并联谐振型输出耦合电路和加热线圈；

由滤波电容和陷波电容组成滤波电路，滤波电路并联连接于三相交流电源的正、负极输出端口；第一大功率晶体管、第二大功率晶体管、第三大功率晶体管和第四大功率晶体管的集电极连接滤波电路的输出端；耦合电容与变压器的输入端并联连接，耦合电容的一端连接第一大功率晶体管的发射极和第二大功率晶体管的集电极，耦合电容的另一端连接第三大功率晶体管的发射极和第四大功率晶体管的集电极；由变压器、耦合电容、第一大功率晶体管、第二大功率晶体管、第三大功率晶体管和第四大功率晶体管组成并联谐振型输出耦合电路；加热线圈连接变压器的输出端；

由微电脑控制中心单片机与变频器连接，产生频率可变、功率可调、占空比固定、死区固定、相位相反的两路方波信号传至含过流快速保护的推动模块，再输出四路独立驱动信号分别接至第一大功率晶体管、第二大功率晶体管、第三大功率晶体管和第四大功率晶体管的控制极；第一大功率晶体管、第二大功率晶体管、第三大功率晶体管和第四大功率晶体管有时序地工作；同时序的第一大功率晶体管和第四大功率晶体管开通时、同时第三大功率晶体管和第二大功率晶体管关闭，电流流经变压器回第四大功率晶体管的发射极接地；同时序的第三大功率晶体管和第二大功率晶体管开通时、同时第一大功率晶体管和第四大功率晶体管关闭，电流流经变压器回第二大功率晶体管的发射极接地；由第一大功率晶体管、第二大功率晶体管、第三大功率晶体管和第四大功率晶体管产生中、高频大电流驱动变压器，由变压器输出连接驱动加热线圈；由加热过程中异常控制装置连接微电脑控制中心单片机的四个连接端口；对大功率全固态中、高频感应加热过程进行异常检测、快速监控和保护，实现大功率中、高频感应加热；

微电脑控制装置包括记忆集成块、微电脑控制中心单片机、第四单片机、第五单片机和第六单片机；第六单片机连接显示屏，第五单片机连接指示灯和按键输入，第四单片机连接编程设计人机交互界面，第四单片机、第五单片机和第六单片机分别通过各自的三个连接端口连接微电脑控制中心单片机，微电脑控制中心单片机通过变频器而与加热装置连接；微电脑控制中心单片机的二个连接端口与记忆集成块连接，可以根据生产需要实时调节各种工作参数，可通过操作按键调节多组工作参数，每组参数完成一个工作流程，并将所调节的参数记忆于记忆集成块中，整机工作性能良好，自动化、智能化程度高。

本发明，加热过程中异常控制装置采用新一代霍尔传感器，响应速度小于1微秒，实现对过流、过压、波形频率的异常检测、快速监控和保护。

本发明，还包括机架、压力装置、上模、下模，压力装置装设于机架的机座上，旋转托盘与压力装置上的电机驱动连接，下模装设于旋转托盘上，上模的下端设置加热模头，上模连杆装设有弹力平衡装置，加热模头通过上模连杆装设的弹力平衡装置与机架上部连接，由弹力平衡装置提供弹力，使加热工件受力、受热均匀；加热装置装设于加热模头上侧的上模上侧。

本发明，与旋转托盘连接驱动的电机采用变频齿轮减速电机，对旋转多下模托盘的准确控制，由于采用匀加速和匀减速旋转，有效控制旋转时的惯性，使加热工件的准确定位。

本发明，加热装置的变压器采用冷却油浸变压器，在冷却油浸变压器中安装有冷却器，冷却器两端分别连接冷介质输入口和冷介质输出口，暂载率提高到100％。

本发明，与现有技术相比，具有如下优点：

1、传统高频感应加热设备自动化、智能化程度低，虽然中国专利99207275.1公开了一种具有固态型大功率的中、高频感应加热设备的电原理图，但其电路是普通桥式逆变电路；而本发明采用微电脑控制的电路，采用TL494型号的变频器，自动调节频率及功率，采用大功率400A的EXB841型号的推动模块，含过流快速保护，可推动第一大功率晶体管、第二大功率晶体管、第三大功率晶体管、第四大功率晶体管有时序地工作；而且加热过程中异常控制装置采用霍尔传感器，直接连接微电脑控制中心单片机的四个连接端口，响应速度小于1微秒，实现对过流、过压、波形频率的异常检测、快速监控和保护，故电路简单，可靠性高；

2、本发明，通过多个单片机的微电脑控制，对各种工作状态进行实时监控、显示，第六单片机连接显示屏，第五单片机连接指示灯和按键输入，第四单片机连接编程设计人机交互界面，可以根据生产需要实时调节各种工作参数，可通过操作按键调节多组工作参数，每组参数完成一个工作流程，并将所调节的参数记忆于记忆集成块中，整机工作性能良好，自动化、智能化程度高。

3、本发明，压力装置采用恒油压装置，将施加在工件上的压力传递到上模连杆装设的弹力平衡装置，解决传统钎焊机加热的压力不均匀的问题，使加热工件受力均匀，而且使工件在钎焊工作时，由弹力平衡装置提供弹力，此时，原作用于工件的压力装置可停止工作，有效降低压力装置即液压机的能耗；

4、传统钎焊机与转盘连接的驱动电机是普通电机，其动作属于硬运行，工件定位不准确，而本机由于引入变频减速技术，与旋转托盘连接驱动的电机是变频齿轮减速电机，而实现对旋转多下模托盘的准确控制，有效地控制加热工件的准确定位；

5、传统钎焊机的加热设备含有冷却风管，不仅增加上模的体积，而且大量浪费能耗，本机由于采用冷却油浸变压器，在冷却油浸变压器中在装设了冷却器，采用冷介质循环，保证冷却油浸变压器不发热，即节约能耗，又使本机工作稳定性高、故障率低；

综上，本发明由于采用上述结构，实现大功率输出，1～20秒左右可完成一个工件的加热、焊接或钎焊工作，加热速度快，故障率低，电能利用率高于90％，相对节能100％，环保，而且其整机工作性能良好、自动化、智能化程度高、操作方便、直观等。本发明，适用于各种金属的钎焊、熔炼、机械零件及五金工具的煅火、淬火、退火、涡流焊接等行业。

下面实施例结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1、图2分别是本发明的一个实施例的结构示意图，其中，图1为主视结构图，图2为右视结构图。

图3是图1实施例的变压器的结构示意图；

图4是本发明的一个实施例的电路原理图。

图中，1、机架，2、压力装置，3、上模，4、下模，5、加热装置，6、机座，7、旋转托盘，8、加热模头，9、上模连杆，10 弹力平衡装置，11、机架上部，12、冷却油浸变压器，13、冷却器，14、冷介质输入口，15、冷介质输出口，16、变频齿轮减速电机；

A、编程设计人机交互界面，B、指示灯和按键输入，C、显示屏，D、变频器，E、含过流快速保护的推动模块，F、加热过程中异常控制装置；

IC2、记忆集成块，IC3、微电脑控制中心单片机，IC4、第四单片机，IC5、第五单片机，IC6、第六单片机，T1、第一大功率晶体管，T2、第二大功率晶体管，T3、第三大功率晶体管，T4、第四大功率晶体管，E1、滤波电容，C1、陷波电容，C2、耦合电容，T5、变压器，L1、加热线圈，a、b、c、三相交流电源，P1、P2、P3、P4、驱动信号。

具体实施方式

参照图1至图4，本实施例是微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热钎焊机，包括机架1、压力装置2、上模3、下模4、加热装置5和微电脑控制装置，压力装置2装设于机架1的机座6上，旋转托盘7与压力装置2上的电机驱动连接，下模4装设于旋转托盘7上，上模3的下端设置加热模头8，上模连杆9装设有弹力平衡装置10，加热模头8通过上模连杆9装设的弹力平衡装置10与机架上部11连接，由弹力平衡装置提供弹力，使加热工件受力、受热均匀；加热装置5装设于加热模头上侧的上模3上侧；加热装置5采用冷却油浸变压器12，在冷却油浸变压器中安装有冷却器13，冷却器13两端分别连接冷介质输入口14和冷介质输出口15，暂载率提高到100％；与旋转托盘7连接驱动的电机采用变频齿轮减速电机16，由于采用匀加速和匀减速旋转，有效控制旋转时的惯性，使加热工件的准确定位；加热装置采用微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热装置，包括变压器T5、滤波电路、第一大功率晶体管T1、第二大功率晶体管T2、第三大功率晶体管T3、第四大功率晶体管T4、并联谐振型输出耦合电路和加热线圈L1；由滤波电容E1和陷波电容C1组成滤波电路，滤波电路并联连接于三相交流电源a、b、c的正、负极输出端口；第一大功率晶体管T1、第二大功率晶体管T2、第三大功率晶体管T3和第四大功率晶体管T4的集电极连接滤波电路的输出端；耦合电容C2与变压器T5的输入端并联连接，耦合电容C2的一端连接第一大功率晶体管T1的发射极和第二大功率晶体管T2的集电极，耦合电容C2的另一端连接第三大功率晶体管T3的发射极和第四大功率晶体管T4的集电极；由变压器T5、耦合电容C2、第一大功率晶体管T1、第二大功率晶体管T2、第三大功率晶体管T3和第四大功率晶体管T4组成并联谐振型输出耦合电路；加热线圈L1连接变压器T5的输出端；由微电脑控制中心单片机IC3与变频器D连接，产生频率可变、功率可调、占空比固定、死区固定、相位相反的两路方波信号传至含过流快速保护的推动模块E，再输出四路独立驱动信号P1、P2、P3、P4分别接至第一大功率晶体管T1、第二大功率晶体管T2、第三大功率晶体管T3和第四大功率晶体管T4的控制极；第一大功率晶体管T1、第二大功率晶体管T2、第三大功率晶体管T3和第四大功率晶体管T4有时序地工作；同时序的第一大功率晶体管T1和第四大功率晶体管T4开通时、同时第三大功率晶体管T3和第二大功率晶体管T2关闭，电流d流经变压器T5回第四大功率晶体管的发射极e接地；同时序的第三大功率晶体管T3和第二大功率晶体管T2开通时、同时第一大功率晶体管T1和第四大功率晶体管T4关闭，电流d流经变压器T5回第二大功率晶体管的发射极e接地；由第一大功率晶体管T1、第二大功率晶体管T2、第三大功率晶体管T3和第四大功率晶体管T4产生中、高频大电流驱动变压器T5，由变压器T5输出连接驱动加热线圈L1；由加热过程中异常控制装置F连接微电脑控制中心单片机IC3的四个连接端口；对大功率全固态中、高频感应加热过程进行异常检测、快速监控和保护，实现大功率中、高频感应加热；本发明，加热过程中异常控制装置采用霍尔传感器，响应速度小于1微秒，实现对过流、过压、波形频率的异常检测、快速监控和保护；本发明通过多个单片机的微电脑控制，对各种工作状态进行实时监控、显示，第六单片机IC6连接显示屏C，第五单片机IC5连接指示灯和按键输入B，第四单片机IC4连接编程设计人机交互界面A，第四单片机IC4、第五单片机IC5和第六单片机IC6分别通过各自的三个连接端口连接微电脑控制中心单片机IC3，微电脑控制中心单片机IC3通过变频器D而与加热装置5连接；微电脑控制中心单片机IC3的二个连接端口与记忆集成块IC2连接，可以根据生产需要实时调节各种工作参数，可通过操作按键调节多组工作参数，每组参数完成一个工作流程，并将所调节的参数记忆于记忆集成块IC2中，整机工作性能良好，自动化、智能化程度高。

本实施例的使用及工作原理：图1、图2实施例中的左上模、右上模，分别包含一个加热模头，左上模加热时(加热及保温加热)，此时右上模可处于保压或转换时间(下降、旋转、上升)，不能处于加热及保温加热时间；右上模加热时(加热及保温加热)，此时左上模可处于保压或转换时间(下降、旋转、上升)，不能处于加热及保温加热时间，这样左、右可交替工作，提高工作效率；图1、图2实施例采用旋转托盘，包括多个下模，钎焊时，利用电子检测定位，可以准确对准下模与上模，其中一个下模通过压力系统连接的顶柱可上下移动，由顶柱上移与上模相接，利用压力装置调节到合适的压力，另外多个下模作为焊接时周转用，以提高工作效率；压力装置装设于机架的机座上，采用恒油压装置，将施加在工件上的压力传递到上模连杆装设的弹力平衡装置，使加热工件受力均匀；加热装置5采用了大功率全固态中、高频感应加热装置，由微电脑控制中心单片机IC3与变频器D连接，产生频率可变、功率可调、占空比固定、死区固定、相位相反的两路方波信号传至含过流快速保护的推动模块E，再输出四路独立驱动信号P1、P2、P3、P4分别接至第一大功率晶体管T1、第二大功率晶体管T2、第三大功率晶体管T3和第四大功率晶体管T4的控制极，第一大功率晶体管T1、第二大功率晶体管T2、第三大功率晶体管T3和第四大功率晶体管T4有时序地工作，当第一大功率晶体管T1开通时，第二大功率晶体管T2同时关闭，三相交流电源a、b、c被整流后，通过滤波电容E1的电流d流过第一大功率晶体管T1而经过变压器T5的f端，此时第四大功率晶体管T4开通而第三大功率晶体管T3同时关闭，变压器T5的f端的电流流经第四大功率晶体管T4整流后回第四大功率晶体管的发射极e接地；当第三大功率晶体管T3开通时，第四大功率晶体管T4同时关闭，三相交流电源a、b、c被整流后，通过滤波电容E1的电流d流过第三大功率晶体管T3而经过变压器T5的g端，此时第二大功率晶体管T2开通，而第一大功率晶体管T1同时关闭，变压器T5的g端的电流流经第二大功率晶体管T2整流后回第二大功率晶体管的发射极e接地；这样形成了由四组大功率晶体管T1、T2、T3、T4产生中、高频大电流驱动变压器T5，由变压器T5输出连接驱动加热线圈L1；由霍尔传感器连接微电脑控制中心单片机IC3的四个连接端口，对电流、电压、波形、频率的异常检测和快速保护，实现大功率中、高频感应加热，10秒左右可完成一个工件的钎焊工作。

本发明的实施例的记忆集成块IC2型号为AT24C02，微电脑控制中心单片机IC3型号为W78E52，第四单片机IC4、第五单片机IC5、第六单片机IC6型号为W78E52，推动模块型号为EXB841，变频器采用TL494型号，实现加热过程中异常控制装置采用霍尔传感器，记忆集成块、微电脑控制中心单片机、单片机、推动模块、变频器、霍尔传感器均为市售产品，单片机可写入编程程序。当然，本发明不极限于上述所提及型号。

Claims

1、一种微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热设备，包含加热装置(5)和微电脑控制装置，其特征在于:所述加热装置(5)为微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热装置，包括变压器(T5)、滤波电路、第一大功率晶体管(T1)、第二大功率晶体管(T2)、第三大功率晶体管(T3)、第四大功率晶体管(T4)、并联谐振型输出耦合电路和加热线圈(L1)；

由滤波电容(E1)和陷波电容(C1)组成滤波电路，滤波电路并联连接于三相交流电源(a、b、c)的正、负极输出端口；第一大功率晶体管(T1)、第二大功率晶体管(T2)、第三大功率晶体管(T3)和第四大功率晶体管(T4)的集电极连接滤波电路的输出端；耦合电容(C2)与变压器(T5)的输入端并联连接，耦合电容(C2)的一端连接第一大功率晶体管(T1)的发射极和第二大功率晶体管(T2)的集电极，耦合电容(C2)的另一端连接第三大功率晶体管(T3)的发射极和第四大功率晶体管(T4)的集电极；由变压器(T5)、耦合电容(C2)、第一大功率晶体管(T1)、第二大功率晶体管(T2)、第三大功率晶体管(T3)和第四大功率晶体管(T4)组成并联谐振型输出耦合电路；加热线圈(L1)连接变压器(T5)的输出端；

由微电脑控制中心单片机(IC3)与变频器(D)连接，产生频率可变、功率可调、占空比固定、死区固定、相位相反的两路方波信号传至含过流快速保护的推动模块(E)，再输出四路独立驱动信号(P1、P2、P3、P4)分别接至第一大功率晶体管(T1)、第二大功率晶体管(T2)、第三大功率晶体管(T3)和第四大功率晶体管(T4)的控制极；第一大功率晶体管(T1)、第二大功率晶体管(T2)、第三大功率晶体管(T3)和第四大功率晶体管(T4)有时序地工作；同时序的第一大功率晶体管(T1)和第四大功率晶体管(T4)开通时、同时第三大功率晶体管(T3)和第二大功率晶体管(T2)关闭，电流(d)流经变压器(T5)回第四大功率晶体管的发射极(e)接地；同时序的第三大功率晶体管(T3)和第二大功率晶体管(T2)开通时、同时第一大功率晶体管(T1)和第四大功率晶体管(T4)关闭，电流(d)流经变压器(T5)回第二大功率晶体管的发射极(e)接地；由第一大功率晶体管(T1)、第二大功率晶体管(T2)、第三大功率晶体管(T3)和第四大功率晶体管(T4)产生中、高频大电流驱动变压器(T5)，由变压器(T5)输出连接驱动加热线圈(L1)；由加热过程中异常控制装置(F)连接微电脑控制中心单片机(IC3)的四个连接端口；

所述微电脑控制装置包括记忆集成块(IC2)、微电脑控制中心单片机(IC3)、第四单片机(IC4)、第五单片机(IC5)和第六单片机(IC6)；第六单片机(IC6)连接显示屏(C)，第五单片机(IC5)连接指示灯和按键输入(B)，第四单片机(IC4)连接编程设计人机交互界面(A)，第四单片机(IC4)、第五单片机(IC5)和第六单片机(IC6)分别通过各自的三个连接端口连接微电脑控制中心单片机(IC3)，微电脑控制中心单片机(IC3)通过变频器(D)而与加热装置(5)连接；微电脑控制中心单片机(IC3)的二个连接端口与记忆集成块(IC2)连接。

2、根据权利要求1所述的微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热设备，其特征在于:所述加热过程中异常控制装置(F)是霍尔传感器。

3、根据权利要求1所述的微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热设备，还包括机架(1)、压力装置(2)、上模(3)、下模(4)，所述压力装置(2)装设于机架(1)的机座(6)上，旋转托盘(7)与压力装置(2)上的电机驱动连接，所述下模(4)装设于旋转托盘(7)上，其特征在于:所述上模(3)的下端设置加热模头(8)，上模连杆(9)装设有弹力平衡装置(10)，所述加热模头(8)通过上模连杆(9)装设的弹力平衡装置(10)与机架上部(11)连接，所述加热装置(5)装设于加热模头上侧的上模(3)上侧。

4、根据权利要求3所述的微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热设备，其特征在于:与所述旋转托盘(7)连接驱动的电机为变频齿轮减速电机(16)。

5、根据权利要求3所述的微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热设备，其特征在于:所述加热装置(5)的变压器(T5)采用冷却油浸变压器(12)，在所述冷却油浸变压器中安装有冷却器(13)，所述冷却器(13)两端分别连接冷介质输入口(14)和冷介质输出口(15)。

6、根据权利要求4所述的微电脑控制的大功率全固态中、高频感应加热设备，其特征在于:所述加热装置(5)的变压器为冷却油浸变压器(12)，在所述冷却油浸变压器中安装有冷却器(13)，所述冷却器(13)两端分别连接冷介质输入口(14)和冷介质输出口(15)。