CN103944408A - 用于淬火加热设备中的双频电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提出用于淬火加热设备中的双频电源，由电源主回路、电源控制电路组成，本发明对电源控制电路的结构进行改进：逻辑控制电路控制直流电源、同步信号电路、整流脉冲电路、逆变脉冲电路、逆变驱动电路、第一锁相环电路；检波采样电路接入在逆变桥的负载连接端子处，输送来的电压信号传递给第一扫频电路，第一扫频电路与第一锁相环电路连接构成第一扫频单元，第二扫频电路与第二锁相环电路连接构成第二扫频单元，第二锁相环电路也由逻辑控制电路控制，检波采样电路输送来的电压信号也传递给第二扫频电路，通过双频切换电路选择两个扫频单元与逆变脉冲电路是否单独连接。本发明实现了分时双频，并保证起振成功率100%。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于淬火加热设备中的双频电源，属于感应加热领域。
背景技术
目前，公知的感应加热电源均只有一种频率（中频2～10KHz、超音频20～50KHz或高频200～300KHz）。
当对大型齿轮或齿圈进行整体感应淬火时，若选用单频电源的中频段往往会造成齿根部淬硬层过厚而齿顶部淬硬层过薄，使齿轮齿部强度低脆性大，运行过程中易断齿；若选用单频电源的超音频段会造成齿顶部淬硬层过厚齿根部淬不上火，使齿轮运行过程中磨损较快。后来，行业内出现了将两台电源分别采用中频和超音频分时对同一个工件进行加热的方案，虽然能克服单频淬火的缺陷，但需在同一淬火机床同一个工位上配置两台电源，这就大大增加了设备成本。
发明内容
为了实现一台电源能够工作在两个频率段，本发明提出一种用于淬火加热设备中的双频电源，特别是在逆变脉冲电路部分进行改进，能分时地在两个频率段扫频成功，并保证起振成功率100%。
为此，本发明的技术方案为：用于淬火加热设备中的双频电源，由电源主回路、电源控制电路组成；
电源主回路的结构：由电源进线、整流电路、平波电抗器、逆变桥依次连接构成，逆变桥引出负载连接端子；
其特征在于电源控制电路的结构：包括直流电源、逻辑控制电路、同步信号电路、整流脉冲电路、逆变脉冲电路、逆变驱动电路、第一扫频电路、第一锁相环电路、检波采样电路；
直流电源把三相电转换为低压直流电，给其他控制电路提供电源；
逻辑控制电路控制直流电源、同步信号电路、整流脉冲电路、逆变脉冲电路、逆变驱动电路、第一锁相环电路；
同步信号电路提供低压三相电压信号，以便整流脉冲电路根据检测到三相电压交叉点作为整流移相角的起点；
整流脉冲电路控制整流电路，负责给整流电路发出触发脉冲；
逆变脉冲电路与逆变驱动电路连接，用于控制逆变桥；
检波采样电路接入在逆变桥的负载连接端子处，输送来的电压信号传递给第一扫频电路，第一扫频电路与第一锁相环电路连接构成第一扫频单元；
电源控制电路还设有第二扫频单元，双频切换电路，第二扫频单元由第二扫频电路与第二锁相环电路连接构成，检波采样电路输送来的电压信号也传递给第二扫频电路，双频切换电路输出端与逆变脉冲电路连接，双频切换电路两个输入端分别与第一扫频单元、第二扫频单元连接，选择第一扫频单元、第二扫频单元与逆变脉冲电路是否单独连接；第二锁相环电路也由逻辑控制电路控制。
对上述技术方案的进一步限定：电源控制电路中还设有过温保护电路、过压保护电路、缺相保护电路， 过温保护电路、过压保护电路及缺相保护电路也由逻辑控制电路控制。
有益效果：本发明通过对电源控制电路改进，通过两个扫频扫频单元实现分时双频，能分时地在两个频率段扫频成功，并保证起振成功率100%。以此降低设备成本，同时使工艺性得到保障。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
图2为本发明的运用原理图。
图3是扫频电路的结构原理图。
图中标号为：1、电源进线；2、整流电路；3、平波电抗器；4、逆变桥；5、负载；6、用于淬火加热设备中的双频电源；7、切换器；8、第一负载；9、感应器；10、第二负载。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，用于淬火加热设备中的双频电源，由电源主回路、电源控制电路组成；
电源主回路的结构：由电源进线1、整流电路2、平波电抗器3、逆变桥4依次连接构成，逆变桥4引出负载连接端子，负载连接端子与负载5连接；
电源控制电路的结构：包括直流电源、逻辑控制电路、同步信号电路、整流脉冲电路、逆变脉冲电路、逆变驱动电路、第一扫频电路、第一锁相环电路、检波采样电路；
直流电源把三相电转换为低压直流电，给其他控制电路提供电源；
逻辑控制电路控制直流电源、同步信号电路、整流脉冲电路、逆变脉冲电路、逆变驱动电路、第一锁相环电路；逻辑控制电路具有的功能是控制电源开启、停止、故障、远/近控制、功率通/断，指示；
同步信号电路提供低压三相电压信号，以便整流脉冲电路根据检测到三相电压交叉点作为整流移相角的起点；
整流脉冲电路控制整流电路，负责给整流电路发出触发脉冲；
逆变脉冲电路与逆变驱动电路连接，用于控制逆变桥；
检波采样电路接入在逆变桥的负载连接端子处，输送来的电压信号传递给第一扫频电路，第一扫频电路与第一锁相环电路连接构成第一扫频单元；
如图1所示的虚线框部分，为双频电电源控制电路还设有第二扫频单元，双频切换电路，第二扫频单元由第二扫频电路与第二锁相环电路连接构成，检波采样电路输送来的电压信号也传递给第二扫频电路，双频切换电路输出端与逆变脉冲电路连接，双频切换电路两个输入端分别与第一扫频单元、第二扫频单元连接，选择第一扫频单元、第二扫频单元与逆变脉冲电路是否单独连接，第二锁相环电路也由逻辑控制电路控制。
如图1所示，电源控制电路中还设有过温保护电路、过压保护电路、缺相保护电路，过温保护电路、过压保护电路及缺相保护电路也由逻辑控制电路控制。过温保护电路、过压保护电路及缺相保护电路是电路常规设计。
如图1所示， 逻辑控制电路通常采用可编程逻辑控制器（PLC），进一步可采用单片机可编程控制器。
本发明的工作原理：扫频电路的扫频范围是由外围电阻和电容决定的，要么是（第一种）中频扫频，要么是（第二种）超音频扫描；为了实现双频电源，在该电源的逆变电路与两个扫频电路之间设有扫频切换电路，该双频切换电路主要由小型固态继电器构成，当中频工作状态其负责把中频（第一）锁相环电路和中频（第一）扫频电路切入，使电路中产生中频电流；当超音频工作状态，其负责把超音频（第二）锁相环电路和超音频（第二）扫频电路切入，使电路中产生超音频电流，即实现同一电源分时双频。
如图2所示，本发明在淬火加热机床上运用时，第一负载8和第二负载10的两端分别连接有一个切换器7，用于淬火加热设备中的双频电源6的逆变桥连接在第一负载8和第二负载10前面的切换器7上，两个切换器7互相配合把两种具有不同参数的负载选择性接入主回路，第一负载8和第二负载10后面的再与感应器9连接，从而为感应器分时输送两种不同频率的交流电。
所述第一负载8为中频负载，由电容器A1和变压器A2串联而成，谐振回路频率在2 KHz～10KHz；所述第二负载为超音频负载，由电容器B1和变压器B2串联而成，谐振回路频率在20 KHz～50KHz。
如图1所示，本发明采用零压扫频起动的方法， 下面就此方法做出介绍。
1、零压扫频起动工作原理
零压扫频软起动是在负载回路无任何外加起动能量的情况下，靠整流回路的直流电压逐步合理地升高及整流电路输入负载的能量逐渐增加，使负载回路产生谐振，逆变桥得以正常换流，从而完成起动；所谓零压，是指整流电路直流输出电压从零开始逐渐升高到某一较低值，起动成功后才允许直流电压按外部调节给定而增大；这样一方面保证在起动失败、逆变部分直通时，不会引起大的冲击电流，不会损坏元器件;另一方面电压是从零逐渐升高，减小了电源起动对电网的冲击，故称为软起动；所谓扫频，是指起动过程中触发逆变电路的他激信号频率按照设定的范围从高向低变化，当他激信号频率接近负载的谐振频率时，负载起振，起动成功；该方法解决了他激信号频率与负载谐振频率相匹配的问题，使对于不同谐振频率的负载，电源的起动成功率都接近100%。
2、零压扫频软起动电路分为：锁相环电路、扫频电路；
2.1 锁相环电路是一个相位自动调节系统，一般由相位比较器、压控振荡器和低通滤波器3个基本单元构成。本发明可以采用CD4046锁相环电路；
2.2扫频电路
扫频电路（本发明中第一扫频电路与第二扫频电路的结构相同），如图3所示，电源起动时，起动信号电压升高，比较器输出高电平，二极管截止，电容充电；这一增大的电压送至调节器，与逆变角的平均值相减后，再经比例积分（PI）运算输出一减小的电压，送至锁相环电路，控制逆变脉冲频率从高到低变化，即“扫频”；调节电容及其充电电阻的值，可设定电容的充电时间，即设定一次扫频的时间。
Claims (2)
1.用于淬火加热设备中的双频电源，由电源主回路、电源控制电路组成；
电源主回路的结构：由电源进线、整流电路、平波电抗器、逆变桥依次连接构成，逆变桥引出负载连接端子；
其特征在于电源控制电路的结构：包括直流电源、逻辑控制电路、同步信号电路、整流脉冲电路、逆变脉冲电路、逆变驱动电路、第一扫频电路、第一锁相环电路、检波采样电路；
直流电源把三相电转换为低压直流电，给其他控制电路提供电源；
逻辑控制电路控制直流电源、同步信号电路、整流脉冲电路、逆变脉冲电路、逆变驱动电路、第一锁相环电路；
同步信号电路提供低压三相电压信号，以便整流脉冲电路根据检测到三相电压交叉点作为整流移相角的起点；
整流脉冲电路控制整流电路，负责给整流电路发出触发脉冲；
逆变脉冲电路与逆变驱动电路连接，用于控制逆变桥；
检波采样电路接入在逆变桥的负载连接端子处，输送来的电压信号传递给第一扫频电路，第一扫频电路与第一锁相环电路连接构成第一扫频单元；
电源控制电路还设有第二扫频单元，双频切换电路，第二扫频单元由第二扫频电路与第二锁相环电路连接构成，检波采样电路输送来的电压信号也传递给第二扫频电路，双频切换电路输出端与逆变脉冲电路连接，双频切换电路两个输入端分别与第一扫频单元、第二扫频单元连接，选择第一扫频单元、第二扫频单元与逆变脉冲电路是否单独连接，第二锁相环电路也由逻辑控制电路控制。
2.根据权利要求1所述的用于淬火加热设备中的双频电源，其特征在于：电源控制电路中还设有过温保护电路、过压保护电路、缺相保护电路， 过温保护电路、过压保护电路及缺相保护电路也由逻辑控制电路控制。
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| CN105450037A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-03-30 | 无锡应达工业有限公司 | 一种中频电源加热系统 |
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| 杨连弟: "汽车零部件感应加热淬火设备知识讲座(九)大功率场效应晶体管(MOSFET)淬火设备", 《汽车工艺与材料》, no. 9, 30 September 2007 (2007-09-30), pages 53 - 56 * |
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