CN103633663A - 节能式电磁炉老化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能式电磁炉老化系统，包括与电网连接的待老化电磁炉，所述电磁炉上设有铁锅模拟单元，所述铁锅模拟单元的输出端连接有并网逆变单元，所述并网逆变单元的输出端与所述电网连接，所述铁锅模拟单元或所述并网逆变单元连接有逆变延迟保护负载；电磁炉老化时，铁锅模拟单元替代传统老化方法中的铁锅，老化过程中产生的能量通过并网逆变单元回馈到电网中被重复利用，节约了电能；整个老化过程不用水，节约了水资源；从开始老化到不良品分析的整个老化过程可以全自动实现，不需要作业员在老化过程中进行干预，适合无人值守，大大的降低了作业成本。

Description

节能式电磁炉老化系统

技术领域

本发明涉及一种老化系统，尤其涉及一种适于电磁炉老化系统。

背景技术

传统电磁炉老化是在电磁炉的陶瓷面板上放置一个铁锅(或不锈钢锅)，老化过程中不断向锅内加水的方式进行。这种电磁炉老化系统存在以下缺点：

(1)电能与水资源浪费巨大。由于传统电磁炉老化时，其诱导加热线圈产生交变磁力线切割铁锅或不锈钢锅锅底(下面的叙述中将铁锅或不锈钢锅都简称为铁锅)，于是在铁锅锅底产生的涡流，其涡流将在锅底产生巨大的热量将锅中的水加热，故传统电磁炉老化时是将诱导加热线圈中所存储的能量以热的方式传递给锅中的水，而水又以水蒸气的方式散发在空气中，造成了电能源与水资源的极大浪费，如图18所示。

(2)老化房环境恶劣。由于传统电磁炉老化将水加热的同时，其水又以水蒸气的方式散发在老化房的空气中，故老化房内空气湿度远远超过正常水平，甚至水蒸气在房顶或墙壁上形成水珠。湿气太重还容易使电磁炉内部电路在老化过程中由于其绝缘距离缩短导致电磁炉损坏或其他安全问题。

(3)人力或成本的浪费。老化时锅中的水很容易烧干，而电磁炉在干烧过程中很容易损坏，甚至造成火灾。因此需要人工不停的向锅中加水，保证锅不被干烧，这造成了人力的浪费。现在有些电磁炉老化系统采用了自动加水系统，其原理采用传感器感应锅中水的水位，然后根据水位的高低控制供水阀门，当锅的水位达到一定程度时，关掉供水阀门，实现自动加水功能，但这套系统的成本极高，故导致了成本上的浪费。

基于传统烧水老化电磁炉的上述不足，寻求一种基于阻抗匹配的电磁炉老化能源回收系统，该系统能将老化过程中电磁炉诱导线圈中的能量转化为电能并回馈到电网，实现了能源的重复利用。故大大节约在电磁炉老化时引起的能源浪费，该系统在老化过程中不再有水蒸气产生，更不需要加水，因此不存在上述老化房环境恶劣与人力浪费等问题。

一般的电磁炉在设计上采用了下面两个保护功能：

(一)、由于电磁炉在开机时，其“铁锅”也会将相应的参数(电感、电容或电阻，或者是将其组合参数)反射回电磁炉内部的谐振槽路参与谐振，这样就会影响谐振槽路的谐振频率，其谐振频率必须满足一定的范围(每个厂家要求对谐振槽路的谐振频率的要求都不一样，目前而言，绝大部分电磁炉厂家的谐振频率范围在20KHz～40KHz)，如反射回谐振槽路的参数不匹配，使谐振频率偏离了正常范围，电磁炉将会保护关机。

(二)、电磁炉内部电路都设有检锅电路(目前大部分厂家采用的脉冲检锅或电流检锅两种方式，其中更常用的是脉冲检锅)，检锅电路的目的是保证电磁炉上面没有放锅或放置的不是铁锅(如铝锅，铜锅等)，电磁炉也会保护关机。

故基于阻抗匹配的电磁炉老化能源回收系统需要解决下面两个问题：

(一)、保证电磁炉在无锅的条件下(即在电磁炉上面放置本老化系统)能够开机，并能长时间运行。即保证电磁炉在无锅状态下老化不保护关机。

(二)、即电磁炉在无锅的条件下老化所发生的能量，即传统老化浪费的能源回收到电网，使能源重复循环利用，从而达到节能的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够将老化能量回馈到电网重复利用的节能式电磁炉老化系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种节能式电磁炉老化系统，包括与电网连接的待老化电磁炉，所述电磁炉上设有铁锅模拟单元，所述铁锅模拟单元的输出端连接有并网逆变单元，所述并网逆变单元的输出端与所述电网连接，所述铁锅模拟单元或所述并网逆变单元连接有逆变延迟保护负载。

作为一种优选的技术方案，所述铁锅模拟单元包括设置在所述电磁炉上的感应线圈，所述感应线圈的输出端连接有阻抗匹配单元。

作为一种优选的技术方案，所述感应线圈的背面镶有导磁磁芯。

作为一种优选的技术方案，所述阻抗匹配单元包括与所述感应线圈的输出端电连接的整流模块，所述整流模块的输出端连接有滤波模块。

作为一种优选的技术方案，所述并网逆变单元包括与所述铁锅模拟单元的输出端电连接PFC升压模块，所述PFC升压模块的输出端电连接有并网逆变模块，所述并网逆变模块的电压输出端通过回馈电路与所述电网连接；还包括分别与所述PFC升压模块和所述并网逆变模块连接的DSP控制单元。

作为一种优选的技术方案，所述并网逆变模块包括全桥逆变电路、半桥逆变电路、三相逆变电路或者隔离式逆变电路。

作为一种优选的技术方案，所述逆变延迟保护负载连接于所述感应线圈的输出端或者所述滤波模块的输出端。

作为一种优选的技术方案，所述逆变延迟保护负载连接于所述阻抗匹配单元的输出端或者所述PFC升压模块的输出端。

作为一种优选的技术方案，所述逆变延迟保护负载包括若干并联的电阻，每个所述电阻均串联有控制开关。

由于采用了上述技术方案，节能式电磁炉老化系统，包括与电网连接的待老化电磁炉，所述电磁炉上设有铁锅模拟单元，所述铁锅模拟单元的输出端连接有并网逆变单元，所述并网逆变单元的输出端与所述电网连接，所述铁锅模拟单元或所述并网逆变单元连接有逆变延迟保护负载；电磁炉老化时，铁锅模拟单元替代传统老化方法中的铁锅，老化过程中产生的能量通过并网逆变单元回馈到电网中被重复利用，节约了电能；整个老化过程不用水，节约了水资源；从开始老化到不良品分析的整个老化过程可以全自动实现，不需要作业员在老化过程中进行干预，适合无人值守，大大的降低了作业成本。

附图说明

图1是本发明实施例的原理框图；

图2是本发明实施例的阻抗匹配单元方案一的电路图；

图3是本发明实施例的阻抗匹配单元方案二的电路图；

图4是本发明实施例的阻抗匹配单元方案三的电路图；

图5是本发明实施例的阻抗匹配单元方案四的电路图；

图6是本发明实施例的阻抗匹配单元方案五的电路图；

图7是本发明实施例的阻抗匹配单元一种高阶滤波的电路图；

图8是本发明实施例的阻抗匹配单元另一种高阶滤波的电路图；

图9是本发明实施例的并网逆变单元的原理框图；

图10是本发明实施例的PFC升压模块的电路图；

图11是本发明实施例的单相全桥逆变电路图；

图12是本发明实施例的DSP控制单元电路原理框图；

图13是本发明实施例的逆变延迟保护负载的电路图；

图14是本发明实施例的逆变延迟保护负载第一种使用连接关系电路图；

图15是本发明实施例的逆变延迟保护负载第二种使用连接关系电路图；

图16是本发明实施例的逆变延迟保护负载第三种使用连接关系电路图；

图17是本发明实施例的逆变延迟保护负载第四种使用连接关系电路图；

图18是传统电磁炉老化装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，一种节能式电磁炉老化系统，包括与电网连接的待老化电磁炉，所述电磁炉上设有铁锅模拟单元，所述铁锅模拟单元包括设置在所述电磁炉上的感应线圈，感应线圈由一匝或多匝铜线绕成，所述感应线圈的尺寸大于或等于所述电磁炉的诱导线圈尺寸；感应线圈可以是带中心抽头，如图4和图5所示，也可以不带中心抽头，如图2、图3和图6所示。为了以增强感应线圈与诱导线圈之间的耦合能力，并减少杂散电感或漏电感，所述感应线圈的背面镶有导磁磁芯或者磁条，磁条可采用一跟或多根，磁条均匀的镶在感应线圈背面，其主要作用是当由电磁炉的诱导线圈产生交变磁力线穿过感应线圈时，保证磁力线尽量多的穿过感应线圈的匝数。感应线圈感应出的是高频电交流电压，其高频交流电压频率范围每一个电磁炉厂家都不一样，但是其总的频率为20KHz～40KHz之间，同时其高频成分也包含一个低频包络线，其频率为50Hz左右。

所述感应线圈的输出端连接有阻抗匹配单元，阻抗匹配单元使反射回电磁炉谐振槽路的参数满足要求，保证电磁炉不保护关机，即老化过程的顺利进行；所述阻抗匹配单元包括与所述感应线圈的输出端电连接的整流模块，所述整流模块感应线圈感应出来的交流电压整流成直流；所述整流模块的输出端连接有滤波模块，滤波模块是由电感与电容构成的LC滤波模块。所述阻抗匹配单元有很多种实现方式，图2至图6列出了五种阻抗匹配单元的电路图。为了更好的滤除高频成分，也可采用更高阶的阻抗匹配单元，如图7和图8所示，将高频成分滤掉，保留100Hz的低频成分(50Hz的低频成分经过整流之后为100Hz的低频成分)。注意：电感电容需严格计算，需兼顾下面两个方面，一方面保证将高频成分滤除，保留100Hz的低频成分，另一方面保证其参数经过感应线圈反射回电磁炉谐振槽路的参数满足要求。感应线圈经过阻抗匹配单元后，其输出电压是含有100Hz的低频成分的直流馒头波。

所述铁锅模拟单元的输出端连接有并网逆变单元，如图9所示，所述并网逆变单元包括与所述阻抗匹配单元的输出端电连接PFC升压模块，所述PFC升压模块的输出端电连接有并网逆变模块，所述并网逆变模块的电压输出端通过回馈电路与所述电网连接；PFC升压模块实现两个功能，①将100Hz的低频成分的直流馒头波升压为400V左右的直流电压，保证后级并网逆变模块能够并网回馈电能；②保证输入电压与电流基本同相，即功率因数校正(PFC)功能，保证整个并网逆变单元输入侧基本呈纯电阻性特性，即保证并网逆变单元不影响电磁炉的谐振槽路的谐振频率与谐振峰值。该部分的功能与实现与传统PFC电路基本相似。PFC升压模块也可采用非隔离的PFC升压模块，包括但不限于BOOST型PFC升压模块，所示PFC升压模块的一种实现电路如图10所示，也可采用隔离的PFC升压模块。

所述并网逆变模块的主要作用是将PFC升压模块升压后的400V直流电压并网逆变回电网，实现能源的重复利用；所述并网逆变模块可以采用全桥逆变电路、半桥逆变电路、三相逆变电路或者隔离式逆变电路，如图11所示为一种单相全桥逆变电路，开关功率管Q1、Q2、Q3和Q4构成一个全桥逆变电路，用于将400V直流电转变成交流电；L用于滤除并网电流中的高次谐波；K用于将逆变电路和电网隔开，当电网电压或者频率不正常时断开K，以保护并网逆变模块内部电路。

所述并网逆变单元还包括分别与所述PFC升压模块和所述并网逆变模块连接的DSP控制单元；如图12所示，DSP控制单元一方面保证并网逆变单元向电网回馈的功率与电磁炉输出功率匹配；另一方面保证逆变模块的并网电流为正弦波，且与电网电压同频同相。控制环包括一个外环和一个内环。外环是400V左右母线电压环，通过保持母线电压的稳定来保证电磁炉的输出功率和并网回馈功率匹配，当电磁炉输出功率大，则母线电压会增高，这时，增大并网电流，则母线电压会降低。同样，当输入功率比输出功率小，则母线电压会降低，这时，减小并网电流，则母线电压会升高。母线电压实际值和反馈值的差经过PI调节器后得到并网电流基波幅值的给定，其加上被老化电源的谐波电流即得到并网电流的给定。内环是并网电流环，该环保证并网电流和给定电流一致。

并网逆变单元从建立到正常回馈能量需要一定的时间，这段时间，电磁炉会保护关机，为了这段时间内，电磁炉不保护关机，所述铁锅模拟单元或所述并网逆变单元连接有逆变延迟保护负载，在并网逆变单元正常工作的时候再关掉逆变延迟保护负载。逆变延迟保护负载可以采用如图13所示的电路实现，其主要作用是，在电磁炉开机到并网逆变单元正常工作这段时间内，由逆变延迟保护负载给电磁炉提供部分或全部的负载，保证电磁炉这段时间内能正常工作，而不会出现保护关机。当并网逆变单元正常工作后，根据电磁炉与并网逆变单元的特性，逐步断开K1～KN，以保证感应线圈感应出的能量全部经过并网逆变单元逆变回电网。逆变延迟保护负载可以加在下面的一个位置或几个位置：①感应线圈的输出部分，即阻抗匹配单元的输入端，如图14所示；②阻抗匹配单元的整流单元与滤波单元之间，如图15所示；③阻抗匹配单元输出部分，即阻抗匹配单元与并网逆变单元之间，如图16所示；④并网逆变单元的PFC升压模块的输出部分，如图17所示。

相较于传统的电磁炉老化方式，本发明所述的节能式电磁炉老化系统克服了以下缺点：

①电能与水资源的大量浪费；

②同时由于老化房环境的恶化还将对电磁炉的可靠性与安全性构成威胁；

③人力或成本的浪费；

④电磁炉大批量同时老化对老化房的配电要求极高。

所以本发明具有以下优点：

①节能。通过感应线圈将电磁炉的输出电能感应出来后，经过并网逆变单元反馈回电网。节能式电磁炉老化系统的能源回收效率为80％以上，故采用本发明所述电磁炉老化系统用电只有传统老化方法用电量的20％，大大降低了生产成本。

②高效。从开始老化到不良品分析的整个老化过程可以全自动实现，不需要作业员在老化过程中进行干预，适合无人值守，大大的降低了作业成本。

③配电设计简便。采用该节能式电磁炉老化系统后，电磁炉老化时80％左右的能量实现回馈，故简化了配电系统设计与配电成本。

④水资源的节约。由于在老化过程中无需加水，故老化过程中水资源的花费为零，实现了水资源100％的节约，同时也克服了烧水老化的诸多问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种节能式电磁炉老化系统，包括与电网连接的待老化电磁炉，其特征在于：所述电磁炉上设有铁锅模拟单元，所述铁锅模拟单元的输出端连接有并网逆变单元，所述并网逆变单元的输出端与所述电网连接，所述铁锅模拟单元或所述并网逆变单元连接有逆变延迟保护负载。

2.如权利要求1所述的节能式电磁炉老化系统，其特征在于：所述铁锅模拟单元包括设置在所述电磁炉上的感应线圈，所述感应线圈的输出端连接有阻抗匹配单元。

3.如权利要求2所述的节能式电磁炉老化系统，其特征在于：所述感应线圈的背面镶有导磁磁芯。

4.如权利要求2所述的节能式电磁炉老化系统，其特征在于：所述阻抗匹配单元包括与所述感应线圈的输出端电连接的整流模块，所述整流模块的输出端连接有滤波模块。

5.如权利要求1所述的节能式电磁炉老化系统，其特征在于：所述并网逆变单元包括与所述铁锅模拟单元的输出端电连接PFC升压模块，所述PFC升压模块的输出端电连接有并网逆变模块，所述并网逆变模块的电压输出端通过回馈电路与所述电网连接；还包括分别与所述PFC升压模块和所述并网逆变模块连接的DSP控制单元。

6.如权利要求5所述的节能式电磁炉老化系统，其特征在于：所述并网逆变模块包括全桥逆变电路、半桥逆变电路、三相逆变电路或者隔离式逆变电路。

7.如权利要求4所述的节能式电磁炉老化系统，其特征在于：所述逆变延迟保护负载连接于所述感应线圈的输出端或者所述滤波模块的输出端。

8.如权利要求5所述的节能式电磁炉老化系统，其特征在于：所述逆变延迟保护负载连接于所述阻抗匹配单元的输出端或者所述PFC升压模块的输出端。

9.如权利要求1至8任一权利要求所述的节能式电磁炉老化系统，其特征在于：所述逆变延迟保护负载包括若干并联的电阻，每个所述电阻均串联有控制开关。

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