CN104793662B - 高效节能万能逆变电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效节能万能逆变电源，包括PMW万能硬件系统及软件系统、逆变单元和人机对话界面操作系统和拓扑绕组高频输出变压器，所述的PMW万能硬件系统包括接通的三相电源，设置在三相电源电路上的三相整流单元、滤波、直流抗电器、霍尔传感器、IGBT逆变单元、谐振单元、反馈信号采集单元、高频输出变压器、逆变电源输出端子、所述的PMW万能硬件系统上同时设置有万向硬件电源系统、开关总成、测温探头热电偶、外接端口总成。本发明的万能逆变电源的控制核心是采用万能硬件控制单元，CPU采用意法半导体公司最新推出的32位MCU，双面无铅PCB板体积小、重量轻、节省设备内部空间、抗干扰能力强、运行稳定可靠、故障率极低而且作绝缘、防尘、防潮、防水处理。

Description

高效节能万能逆变电源

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体为一种应用于节能介质加热、烘干、金属淬火、金属熔炼、金属焊接、金属焊割、等离子数控切割用配套高效节能万能逆变电源。

背景技术

传统的金属淬火电源、金属熔炼电源、逆变焊接电源、超大功率电磁炉电源等，都用到了逆变技术，是行业应用的初级产品，而且是功能单一型专用产品，对逆变相关应用领域缺乏系统完整深层次的研究与认识，造成行业应用分化，节能效率与理论值相差甚远。

由于功能单一，不能一机多功能多用，不能提高设备利用率，造成用户投资大及能源型原材料的浪费，智能程度低造成生产效率低下，一个生产厂家是一种方案，而且对用户技术保密，造成用户维修困难等诸多不便，多数产品是极度商业化思维下的产物。

因此，提供一种智能化程度高，且节能效果高的同时适用于多个领域的逆变电源，已经是一个值得研究的问题。

发明内容

为了客服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种智能化程度高，节能效果好，应用领域广的高效节能万能逆变电源。

本发明的目的是这样实现的：

高效节能万能逆变电源，包括PMW万能硬件系统及软件系统、逆变单元和人机对话界面操作系统和拓扑绕组高频输出变压器，其特征在于：所述的PMW万能硬件系统包括接通的三相电源，设置在三相电源电路上的三相整流单元1、滤波2、直流抗电器3、霍尔传感器4、IGBT逆变单元5、谐振单元6、反馈信号采集单元7、高频输出变压器8和逆变电源输出端子9；所述的PMW万能硬件系统上同时设置有万能硬件电源系统、开关总成、测温探头热电偶19和外接端口总成；

所述的万能硬件电源系统包括并联设置的COM1J1、逆变模块PTCJ2、第一外置气体电磁阀J3、第二外置气体电磁阀J4、自动送丝机J5和电源指示及报警指示单元10；

所述的开关总成包括与PMW万能硬件系统连接的工作总开关11、COM+端12、平板淬火手柄开关13、柱形淬火手柄开关14、手工焊手柄开关15、二保焊手柄开关16、氩弧焊手柄开关17和等离子七个手柄开关18；

所述的COM+端12、平板淬火手柄开关13、柱形淬火手柄开关14、手工焊手柄开关15、二保焊手柄开关16、氩弧焊手柄开关17和等离子七个手柄开关18为并联关系；

所述的外接端口总成包括外接本机显示通讯232接口端20、接PC上位机的USB接口端21和接企业现场总线的485接口端22。

积极有效果：本发明的万能逆变电源的控制核心是采用万能硬件控制单元，CPU采用意法半导体公司最新推出的32位MCU，此款芯片对C/C++语言支持较好，软件指令执行速度达US级，整块万能硬件板尺寸205mmx105mm双面无铅PCB板体积小、重量轻、节省设备内部空间、抗干扰能力强、运行稳定可靠、故障率极低而且作绝缘、 防尘、防潮、防水处理。万能硬件整体布局设计科学，百分之九十电子元器件采用贴片器件，此万能硬件系信号采集、高速运算、PWM脉宽调制、人机对话、智能通讯于一身，同时与强大的软件系统功能完美结合，实现了软、硬件一体化万能控制策略，故称万能硬件。逆变单元采用英飞凌大功率IGBT模块搭建的全桥逆变结构，IGBT输出采用串联谐振电容模块，在满负荷状态下长期稳定运行而且功率在5 – 60KW范围可调。可调范围宽，适应范围广。人机对话显示屏操作系统操作简单直观，界面友好，通俗易懂。 本发明提供了一种智能化程度高，节能效果好，运行稳定，且应用领域广的高效节能万能逆变电源。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明的显示界面示意图；

图3为本发明的万能逆变电源面板仪表布局图；

图4为实施例1感应线圈结构示意图；

图5为实施例2线圈结构示意图；

图6为实施例3低温熔炼炉结构示意图；

图7为实施例5加温烘干装置结构示意图；

图8为实施例10结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的说明：

如图1所示，高效节能万能逆变电源，包括PMW万能硬件系统及软件系统、逆变单元和人机对话界面操作系统和拓扑绕组高频输出变压器，所述的PMW万能硬件系统包括接通的三相电源，设置在三相电源电路上的三相整流单元1、滤波2、直流抗电器3、霍尔传感器4、IGBT逆变单元5、谐振单元6、反馈信号采集单元7、高频输出变压器8、逆变电源输出端子9，所述的PMW万能硬件系统上同时设置有万能硬件电源系统、开关总成、测温探头热电偶19和外接端口总成；

所述的万能硬件电源系统包括并联设置的COM1J1、逆变模块PTCJ2、第一外置气体电磁阀J3、第二外置气体电磁阀J4、自动送丝机J5和电源指示及报警指示单元10；

所述的开关总成包括与PMW万能硬件系统连接的工作总开关11、COM+端12、平板淬火手柄开关13、柱形淬火手柄开关14、手工焊手柄开关15、二保焊手柄开关16、氩弧焊手柄开关17和等离子七个手柄开关18；

所述的COM+端12、平板淬火手柄开关13、柱形淬火手柄开关14、手工焊手柄开关15、二保焊手柄开关16、氩弧焊手柄开关17、等离子七个手柄开关18为并联关系；

所述的外接端口总成包括外接本机显示端的232接口端20、接PC上位机的USB接口端21和接企业工作组的485接口端22。

实施例1

棒状、柱状金属淬火功能：在金属淬火行业，被加热淬火的金属工件中，柱状金属淬火比较多见，柱状、棒状金属淬火是万能逆变电源的十二大功能之一，本万能逆变电源外置可移动手持式感应线圈，操作方便，工作效率高。由于淬火工件尺寸各异并配套了各种尺寸的柱状淬火感应线圈，用户可根据实际工作需要选配感应线圈，柱状感应线圈如图4所示；

操作流程：首先在万能逆变电源没有供电之前，先把手持式柱状感应线圈两根电源线接入万能逆变电源h和i号高频交流输出端子，把柱状感应线圈手柄上的两根工作信号线插入万能逆变电源面板上标号g的航空插头内，确认无误后合上万能逆变电源上位空气开关供电，这时万能逆变电源面板上的电源指示灯点亮，同时面板上的显示屏也进入待机界面，这时在图2中的显示屏上选择柱状金属淬火功能1号键并按一下此键系统自动进入柱状金属淬火工作模式，此时在相临标号13的LED指示灯点亮，说明系统已进入柱状金属淬火功能待机。打开面板上标号10的开关，手持感应线圈p套入柱状金属棒，按下手柄工作开关即可进行淬火作业，手持式柱状金属淬火感应线圈如图4所示，图中P1为感应线圈输出端一、P2为感应线圈输出端二。

实施例2

平板型金属淬火：平板型金属淬火功能是万能逆变电源十二大功能之二，在工业机械生产中平板型金属淬火应用广泛，由于平板型淬火工件大小尺寸不同，配备了多型号可移动手持式平板金属淬火感应线圈用户可根据自己实际需要选配感应线圈，此线圈型状象羽毛球拍如图5所示，图中为铜质感应线盘q、接高频交流输出端子一h的第一引出线r和接高频交流输出端子二i的第二引出线s；

操作流程：在万能逆变电源没有供电之前，先把手持式平板金属淬火感应线圈电源线接入万能逆变电源高频交流输出h和i号高频交流输出端子，把柱状感应线圈手柄上的两根工作信号线插入万能逆变电源面板上标号g航空插头内，确认无误后合上万能逆变电源上位空气开关供电，此时面板上电源指示灯点亮，显示屏进入待机界面，在显示屏上选择2号平板金属淬火功能键并按一下此键，此时相临标号14的LED灯点亮，说明系统已切换到平板淬火功能下待机，此时，万能逆变电源仪表面板上标号10的工作信号总开关，把手持式平板金属淬火感应线圈靠近平板金属按下手柄工作信号按钮此时已进入平板金属淬火工作状态。

实施例3

低温金属熔炼：低温金属熔炼是万能逆变电源十二大功能之三，在工业应用中低温金属熔炼应用十分广泛如：铅、铝、锡等金属熔炼；此功能感应线圈是缠绕在圆形金属熔炼炉，采用耐高温锅炉钢材料制成，由于一次性熔低温量不同，由多种不同容量的锅炉供用户选配，低温熔炼炉如图6所示，图中为感应加热线圈t、钳锅u、分别接高频交流输出端子一h的第三引出线v和接高频交流输出端子二i的第四引出线w；

操作流程：在万能逆变电源没有供电之前，先把此熔炉感应线圈的两根引出电缆接入万能逆变电源输出h和i号端子合上万能逆变电源上位空气开关供电，逆变电源电源指示灯点亮，显示屏进入出始化待机界面，在显示屏上选择3号低温熔炼功能键并按下此键，如图2所示的相临标号15的指示灯点亮，表示逆变电源系统已进入低温熔炼状态下待机，这时打开仪表面板上的工作信号总开关即进入低温金属熔炼工作状态，如果把万能逆变电源面板标号n 的航空插头外接测温热电耦插入低温金属熔炼测温孔内即可实现闭环工作在显示屏上可输入熔炼温度上限、下限及多组温度与时间的工作曲线，比传统中频熔炼炉节能40%以上，值得推广应用。

实施例4

高温金属熔炼：高温金属熔炼功能是万能逆变电源十二大功能之四，此功能与地位金属熔炼功能类同，操作流程见低温熔炼操作流程即可，不同的是高温金属熔炼炉采用碳化硅坩埚，适合熔炼高温金属如：铁、钢、铜等，如高温熔炼炉图6所示。

实施例5

加热烘干：加热烘干功能是万能逆变电源十二大功能之五，无论是在工业、商用、民用、物品烘干应用十分普遍，此功能是将万能逆变电源输出感应线圈缠绕在一个普通碳化钢容器容器型管道外周，容器内装导热油与散热片和管路、循环泵等组成一个闭合循环系统，由金属容器上的感应线圈给金属壁施加磁场加热，然后容器热传导给导热油在循环泵的作用下容器内被加热的导热油被输送到车间进入换热器，经换热后的导热油带着余温又回到感应加热金属容器内再进行加热，如此循环。加热烘干功能装置如图7所示，图中为单向阀30、导热油31、阀门32、循环泵33、散热片34、散热风机35、循环管道36、、第五引出线37、第六引出线38和测温孔39；

操作流程：在万能逆变电源没有供电之前，把烘干金属容器上的感应线圈引出电缆接入万能逆变电源h、i号输出端子，把万能逆变电源面板标号14的航空插头引出测温热电耦探头插入烘干用导热容器标号39的测温孔里，确认无误后合上万能逆变电源上位空气开关供电，这时万能逆变电源面板指示灯点亮，显示屏显示初始待机界面，然后在显示屏上选择5号烘干功能键并按一下此键相临的17号LED指示灯点亮，说明系统已进入烘干功能待机，此时可在屏幕上设置需要的目标温度，温度上、下限确认后即可打开面板上10号总开关，这时已进入烘干加热工作。注：此万能逆变电源工作之前先把管道系统设备运行起来。

实施例6

逆变手工焊：逆变手工焊是万能逆变电源的十二大功能之六，此功能意义重大，也是传统逆变焊机一大革新，无论在节能和一机多用方面万能逆变电源都有十分出色的表现，是传统逆变焊机所无法相提并论的在焊接质量和节能方面也是传统逆变焊接电源望尘莫及的，在未来焊接行业万能逆变电源有着不可低估的巨大优势和潜力并被国外多家同行青睐，并有合作意向；

操作流程：在万能逆变电源没有供电之前，先把手工逆变焊把、电源和接地搭铁线接入万能逆变电源输出j、k端子，j号端子为正极，k号端子为负极，确认无误后合上万能逆变电源上位空气开关供电，这时万能逆变电源面板电源指示灯点亮，说明系统已进入手工焊功能状态下待机，然后打开万能逆变电源面板上标号4的工作信号总开关此时手持手工焊把即可进行焊接。

实施例7

逆变氩弧焊：逆变氩弧焊是万能逆变电源十二大功能之七，氩弧焊主要是以氩气为保护气体，借助钨极枪与焊件之间产生高温高压电弧从而使焊材熔化焊接焊件，氩弧焊主要在不锈钢行业焊接应用非常广泛；

操作流程：万能逆变电源没有供电之前，先把钨极枪电源线接入逆变电源输出j号端子，把万能逆变电源k号端子引出线与被焊物件搭铁，接通钨极焊枪氩气管路合上万能逆变电源上位空气开关供电，这时万能逆变电源面板电源指示灯点亮，显示屏进入初始化待机界面，在显示屏上选择7号氩弧焊功能键，并按一下此键同时相临的19号LED灯指示灯点亮，说明系统已进入氩弧焊功能待机状态，这时打开万能逆变电源面板上标号10的工作信号总开关，此时即可进行氩弧焊焊接操作。

实施例8

逆变半自动二氧化碳气体保护焊，以下简称二保焊：二保焊是万能逆变电源十二大功能之八，此功能是用氩气、二氧化碳或混合气体作为焊接保护气体，防止焊接熔点氧化。用自动送丝机输送焊丝作为电极实现半自动焊接，效率高、焊接质量好，在大型装备制造业应用相当普遍。

操作流程：在万能逆变电源没有供电之前，先把二保焊焊枪电缆接入万能逆变电源标号j的输出端子，万能逆变电源标号k的输出端子与焊件搭铁回路线连接，焊枪工作信号线插入万能逆变电源面板标号7的航空插头内，自动送丝机工作控制线插入万能逆变电源面板标号m 的航空插头，然后把气瓶电磁阀控制线接入面板标号L的航空插头内 ，确认无误后，合上万能逆变电源上位空气开关供电，这时万能逆变电源面板电源指示灯点亮，显示屏进入初始化待机界面，在显示屏上选择8号二保焊功能键并按一下此键，相临的20号LED灯点亮，说明系统已进入二保焊功能待机状态，打开万能逆变电源面板标号10的工作信号总开关，此时二保焊焊接准备就绪，按下二保焊焊枪手柄开关就可以进行二保焊焊接操作。

实施例9

逆变等离子切割：逆变等离子切割时万能逆变电源十二大功能之九，等离子切割功能是利用高速压缩气体和高能等离子气流加热并熔化工件，具有切割速度快，割面光滑，热变形小，切割成本低等优点，也可切割非金属，因此市场应用十分广泛。

操作流程：在万能逆变电源没有供电之前，先把等离子切割枪电源连接到万能逆变电源j号输出端子，万能逆变电源k号输出端子连接到被焊工件，等离子切割枪管路与气瓶连接好确认无误后，合上万能逆变电源上位空气开关供电，这时万能逆变电源指示灯点亮，显示屏进入初始化界面，在显示屏上选择9号等离子切割功能键并按一下此键，同时相临的21号LED 灯点亮，说明系统已进入等离子切割功能下待机，这时打开万能逆变电源面板标号10 的工作信号总开关即可进行等离子切割操作。

实施例10

大功率电磁炉：超大功率三相电磁炉是万能逆变电源的十二功能之十，超大功能电磁炉近几年在宾馆、酒店和集体型食堂等得到广泛应用而且市场需求成井喷式增长前景相当看好，此功能是在一个大的普通锥形铁锅，锥面上绕制一个铜质锥形感应线圈，如图8所示，图中为第七引出线40、第八引出线41、铁锅电磁线圈42、铁锅43、被加热介质44；

操作流程：将锥形锅底感应线圈两根引出线与万能逆变电源h、i号输出端子连接好确认无误后合上万能逆变电源上位空气开关供电，此时万能逆变电源指示灯点亮，显示屏进入初始化待机界面，在显示屏上选择10号电磁炉功能键并按一下，此键相临的22号LED灯点亮，说明系统已进入电磁 炉功能下待机，此时打开万能逆变电源面板上标号10的工作信号总开关，此时万能逆变电源已进入工作状态。此功能可实现做饭、烧水、蒸、煮炖、炒等功能，非常快速、方便、实用。如果把万能逆变电源面板上标号n 的航空插头引出测温热电耦接入被加热介质内，在显示屏上设置被加热介质目标温度和时间工作曲线组，可实现闭环工作。

实施例11

离子数控切割逆变电源：能逆变电源给数控等离子切割作配套电源是万能逆变电源的第十一大功能，通过万能逆变电源USB上位机通讯接口与等离子切割数控中心高速通讯，实现和等离子数控切割电源完美配套，通讯无缝链接，兼容性强，性能稳定。

操作流程：在万能逆变电源没有供电状态下，把等离子数控切割枪电源线接入万能逆变电源标号j的输出端子，万能逆变电源标号k的输出端子与被切割金属连接，确认无误后合上万能逆变电源上位空气开关供电，此时万能逆变电源面板指示灯点亮，显示屏进入初始化待机界面，在显示屏上选择11号数控等离子切割功能键并按一下此键相临的23号LED指示灯点亮，说明系统已进入等离子数控切割功能下待机，在此功能待机状态下万能逆变电源工作与停机都有等离子切割数控中心发出指令。

实施例12

机器人焊接电源： 万能逆变电源作焊接机器人的配套焊接电源是万能逆变电源第十二大功能。通过万能逆变电源USB上位机接口与焊件机器人控制中心通讯，实现与焊件机器人作焊接电源配套，已尝试与国内几家焊接机器人配套合作，经近几个月的使用证明万能逆变电源各项功能指标均高于国外几家知名品牌的焊接电源，并且几家用户有扩大万能逆变电源在焊接项目的配套量。万能逆变电源有望打破国内高端逆变电源长期依赖进口的局面。

操作流程：万能逆变电源在没有供电的情况下，把焊接机器人焊枪电源进入万能逆变电源标号j的输出端子相连接，万能逆变电源标号k的输出端子与被机器人焊接的相连接，确认无误后合上万能逆变电源上位空气开关供电，此时万能逆变电源面板上电源指示灯点亮，显示屏进入初始化界面，在 显示屏上选择12号机器人焊接功能键 并按一下此键相临的24号LED灯点亮，说明系统已进入机器人焊接功能下待机，此时万能逆变工作与停止由焊接机器人中心发出指令。

本发明的万能逆变电源的控制核心是采用万能硬件控制单元（以下简称万能硬件），此万能硬件采用硬件无关化技术思路设计，CPU采用意法半导体公司最新推出的32位MCU，此款芯片对C/C++语言支持较好，软件指令执行速度达US级，整块万能硬件板尺寸205mmx105mm双面无铅PCB板体积小、重量轻、节省设备内部空间、抗干扰能力强、运行稳定可靠、故障率极低而且作绝缘、 防尘、防潮、防水处理。万能硬件整体布局设计科学，百分之九十电子元器件采用贴片器件，此万能硬件系信号采集、高速运算、PWM脉宽调制、人机对话、智能通讯于一身，同时与强大的软件系统功能完美结合，实现了软、硬件一体化万能控制策略，故称万能硬件。

逆变单元采用英飞凌大功率IGBT模块搭建的全桥逆变结构，IGBT输出采用串联谐振电容模块，散热采用PTC半导体高效制冷散热，免去水冷散热易造成漏水、漏电、管路堵塞，冬天管路结冰，停水及水在管路中结垢造成的散热不好等影响生产的不利因素。由于散热部分采用PTC制冷故本逆变单元可在满负荷状态下长期稳定运行而且功率在5 – 60KW范围可调。可调范围宽，适应范围广。人机对话显示屏操作系统操作简单直观，界面友好，通俗易懂。此屏为七寸彩屏与万能硬件控制单元232串行通讯接口端22连接，所有功能参数修改、设置、故障清单、历史查询均可对显示屏操作实现这些功能，本屏还实现了一键启动功能，无需复杂的操作。通过本屏上的左、右、上、下翻页查找键可根据现场工作需要随时可编写优化参数组输入，如果要对此系统进行深度操作输入一级菜单操作密码即可对CPU内核进行访问监控，如图2所示，图分别柱形金属淬火功能键1、平板形金属淬火功能键2、低温金属熔炼功能键3、高温金属熔炼功能键4、烘干加热功能键5、逆变手工焊功能键6、逆变氩弧焊功能键7、逆变气体保护焊功能键8、逆变等离子切割功能键9、大功率电磁炉功能键10、数控等离子切割电源键11、机器人焊接电源功能键12、一号功能键指示灯13、二号功能键指示灯14、三号功能键指示灯15、四号功能键指示灯16、五号功能键指示灯17、六号功能键指示灯18、七号功能键指示灯19、八号功能键指示灯20、九号功能键指示灯21、十号功能键指示灯22、十一号功能键指示灯23、十二号功能键指示灯24、上翻查找及修改参数按键25、下翻查找及修改参数按键26、左翻查找及修改参数按键27、右翻查找及修改参数按键28、功能及数据按键确认键29；

如图3所示，高频变压器采用高导磁高频磁芯、多绕组、多抽头拓扑结构，导磁率高，功率密度大，源边 绕组和副边绕组匝数很少，电压、电流比值系数高，输出特性较好，比传统工频变压器节能70%以上，比普通逆变高频变压器节能20%以上，由于采用特殊绕法和特殊绝缘材料，漏磁小绝缘系数高。由于设计科学合理无需散热，体积小，重量轻，使用无寿命限制，图中为直流电压表a、直流电流表b、逆变器频率表c、工作总开关10、七寸彩色显示屏e、声控报警指示灯f、工作信号手柄开关连接g、高频交流输出端子一h、高频交流输出端子二i、直流输出端子正j、直流输出端子负k、控制外置领路气体电磁阀l、控制自动送丝机m、外接测温电偶n。

以上实施案例仅用于说明，本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。

Claims (2)

1.高效节能万能逆变电源，包括PMW万能硬件系统及软件系统、逆变单元和人机对话界面操作系统和拓扑绕组高频输出变压器，其特征在于：所述的PMW万能硬件系统包括接通的三相电源，设置在三相电源电路上的三相整流单元（1）、滤波（2）、直流抗电器（3）、霍尔传感器（4）、IGBT逆变单元（5）、谐振单元（6）、反馈信号采集单元（7）、高频输出变压器（8）、逆变电源输出端子（9），所述的PMW万能硬件系统上同时设置有万向硬件电源系统、开关总成、测温探头热电偶（19）、外接端口总成；所述的万向硬件电源系统包括并联设置的COM1J1、逆变模块PTCJ2、第一外置气体电磁阀J3、第二外置气体电磁阀J4、自动送丝机J5和电源指示及报警指示单元（10）；所述的开关总成包括与PMW万能硬件系统连接的工作总开关（11）、COM+端（12）、平板淬火手柄开关（13）、柱形淬火手柄开关（14）、手工焊手柄开关（15）、二保焊手柄开关（16）、氩弧焊手柄开关（17）、等离子手柄开关（18），所述的COM+端（12）、平板淬火手柄开关（13）、柱形淬火手柄开关（14）、手工焊手柄开关（15）、二保焊手柄开关（16）、氩弧焊手柄开关（17）、等离子手柄开关（18）为并联设置。

2.根据权利要求1所述的高效节能万能逆变电源，其特征在于：所述的外接端口总成包括外接本机显示端的232接口端（20）、接PC上位机的USB接口端（21）和接企业工作组的485接口端（22）。