CN104955188B - 一种感应加热系统及感应加热系统中能量的线性调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了感应加热系统，包括整流电路模块、逆变电路模块、触发电路模块、控制模块、运动机构和传感器模块；所述控制模块根据传感器模块检测到的负载温度实时控制触发电路模块的整流导通角和负载的移动速度v。整流导通角与感应加热电源输出功率是非线性的关系，仅仅通过调节整流导通角来调节感应加热电源输出能量这一方法是非线性的。本发明通过调节负载移动速度对上述非线性进行补偿，使得调整整流导通角与电源输出能量呈线性调节模式。同时，在复杂负载条件下负载端的接收功率控制主要由电源加热功率和负载移动速度两个因素决定，因而本发明实现了在整个加热过程中负载端接收功率的准确控制，保证了功率输出的一致性，大大提高产品加热控制的质量。

Description

一种感应加热系统及感应加热系统中能量的线性调节方法

技术领域

本发明属于感应加热领域，具体涉及一种采用整流导通角和负载移动速度相匹配的双因素联动法线性调节能量输出的感应加热系统。

背景技术

目前，感应加热设备在金属加工行业已经得到了广泛的应用，比如需要增加硬度的金属或者是需要高温熔炼、成型的产品，该类产品被加热的温度跟它在加热设备中吸收的热量有关。因此，有效控制感应加热设备的输出功率以及产品在加热设备中停留的时间都能够调节产品吸收的热量，从而控制产品被加热的温度。

在现有的感应加热设备中，通过调节整流电路模块的整流导通角来调节整流输出电压，从而调节感应加热的功率。在负载端，被加热的物料一般按照固定的速度从感应加热线圈中通过，这样，被加热物料所要达到的温度要求只能通过改变整流导通角，从而改变加热输出功率来调节。虽然，通过调节整流导通角可以达到加热功率连续可调的目的，但是，因为整流输出功率和整流导通角之间是一个正弦函数关系，所以并不能保证调节的过程是线性的，尤其对于需要精细控制加热的物料来说，能够保证加热能量的线性调节，无疑可以大大提高产品的加热控制质量。

发明内容

鉴于此，本发明的目的之一是提供一种感应加热系统，该系统采用整流导通角和负载移动速度相匹配的双因素联动法线性调节感应加热系统的输出能量，与此时同本发明还提供一种感应加热系统中能量的线性调节方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的，一种感应加热系统，包括整流电路模块、逆变电路模块、触发电路模块、控制模块、运动机构和传感器模块；所述触发电路模块连接于整流电路模块与控制模块之间，用于控制整流电路模块的工作状态；所述逆变电路模块连接于整流电路模块与控制模块之间，控制模块用于控制逆变电路模块的工作状态；所述运动机构连接于控制模块与负载之间，用于根据控制模块的命令控制负载的移动速度；所述控制模块用于检测整流电路模块的参数，所述控制模块用于检测逆变电路模块输出的中频电压；所述控制模块根据传感器模块检测到的负载温度实时控制触发电路模块的整流导通角和负载的移动速度v。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：一种感应加热系统中能量的线性调节方法，所述控制模块根据传感器模块检测到的负载温度实时控制触发电路模块的整流导通角和负载的移动速度v，且所述整流导通角和负载的移动速度v满足以下关系：其中k为系数。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1、本发明在调节通角来调节感应加热电源输出能量这种非线性调节方法基础上，提出控制负载移动速度，对上述非线性调节方法进行补偿，使得调节方法变成线性调节。

2、本发明实现了在整个加热过程中负载端接收功率的准确控制，保证了功率输出的一致性，大大提高产品加热控制的质量。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为感应加热系统原理图；

图2为感应加热系统的结构图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

传统的感应加热系统采用调节整流导通角的方式对输出功率进行控制，但由于整流导通角与感应加热电源输出功率之间是一个非线性的关系，所以，仅仅通过调节整流导通角来调节感应加热电源输出能量这一单一调节方法是非线性的。对针上述问题，本发明在通过调节来调节感应加热电源输出能量这种非线性调节方法基础上，提出控制负载移动速度，对上述非线性调节方法进行补偿，使得调节方法变成线性调节。

如图1、2所示，一种感应加热系统，其特征在于：包括整流电路模块、逆变电路模块、触发电路模块、控制模块、运动机构和传感器模块；所述触发电路模块连接于整流电路模块与控制模块之间，用于控制整流电路模块的工作状态；所述逆变电路模块连接于整流电路模块与控制模块之间，控制模块用于控制逆变电路模块的工作状态；所述运动机构连接于控制模块与负载之间，用于根据控制模块的命令控制负载的移动速度；所述控制模块用于检测整流电路模块的参数，所述控制模块用于检测逆变电路模块输出的中频电压；所述控制模块根据传感器模块检测到的负载温度实时控制触发电路模块的整流导通角和负载的移动速度v。

在本实施例中，所述的控制模块为单片机。

在本实施例中，所述的整流电路模块的工作状态是指整流电路模块输出电流的大小、方向、时间等。

在本实施例中，所述的逆变电路模块的工作状态是指其中各桥臂功率器件导通的时间。

所述整流导通角和负载的移动速度V满足以下关系：其中k为系数。

在本实施例中，整流电路模块为三相桥式整流电路，当然本领域技术人员也可以选择其他供电模块。

当整流电路模块为三相桥式整流模块，如图1所示，六个晶闸管构成了三相桥式全控整流电路，该电路整流输出电压U_d的波形在一个周期内脉动6次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波进行计算即可。此外，以线电压的过零点为时间坐标的零点，于是可得到带阻感负载时，整流输出电压的平均值U_d为：

$\begin{array}{c}{U}_d=\frac{1}{\frac{\mathrm{\π}}{3}}\underset{\frac{\mathrm{\π}}{3}+\∂}{\overset{\frac{2\mathrm{\π}}{3}+\∂}{\∫}}\sqrt{6}U\sin \mathrm{\ω}td\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ =2.34U\cos \∂\end{array}---\left(1\right)$

(1)式中，U为整流电路模块相电压有效值，为整流导通角。物料的等效电阻为R，则物料的加热功率可表示为

P＝U_d ²/R (2)

物料在加热设备中停留的时间Δt可由下式得到：

$\mathrm{\Δ}t=\frac{L}{v}=\frac{L\∂}{{\mathrm{kcos}}^2\∂}---\left(4\right)$

其中L表示物料的移动距离；

最终，感应加热系统的输出能量Q为

$Q=P\mathrm{\Δ}t=\frac{{\left(2.34Ucos\right(\∂\left)\right)}^2}{R}\frac{L\∂}{cos{(\∂)}^{2}k}=\frac{{\left(2.34U\right)}^{2}L\∂}{Rk}---\left(5\right)$

令 $\frac{{\left(2.34U\right)}^{2}L}{Rk}=A,$ 则 $Q=A\∂---\left(6\right).$ 由(6)式可以看出，感应加热设备的输出能量与整流导通角之间是一个线性的关系，斜率系数为A。

综上所述，只要保证负载移动速度V与整流导通角按照(3)式所述规律变化，那么，就可以保证最终感应加热设备的输出能量与整流导通角之间是一个线性的变化关系。

本发明通过调节负载移动速度对上述非线性进行补偿，使得调整整流导通角与电源输出能量呈现线性调节模式。同时，在复杂负载条件下负载端的接收功率控制主要由电源加热功率和负载移动速度两个因素决定，因而本发明实现了在整个加热过程中负载端接收功率的准确控制，保证了功率输出的一致性，大大提高产品加热控制的质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种感应加热系统中能量的线性调节方法，所述感应系统包括：包括整流电路模块、逆变电路模块、触发电路模块、控制模块、运动机构和传感器模块；所述触发电路模块连接于整流电路模块与控制模块之间，用于控制整流电路模块的工作状态；所述逆变电路模块连接于整流电路模块与控制模块之间，控制模块用于控制逆变电路模块的工作状态；所述运动机构连接于控制模块与负载之间，用于根据控制模块的命令控制负载的移动速度；所述控制模块用于检测整流电路模块的参数，所述控制模块用于检测逆变电路模块输出的中频电压；所述控制模块根据传感器模块检测到的负载温度实时控制触发电路模块的整流导通角和负载的移动速度v，其特征在于：所述整流导通角和负载的移动速度v满足以下关系：(3)，其中k为系数。

2.根据权利要求1所述的感应加热系统中能量的线性调节方法，其特征在于：整流电路模块为三相桥式整流模块，整流输出电压的平均值U_d为：

$\begin{array}{c}{U}_d=\frac{1}{\frac{\mathrm{\π}}{3}}\underset{\frac{\mathrm{\π}}{3}+\∂}{\overset{\frac{2\mathrm{\π}}{3}+\∂}{\∫}}\sqrt{6}Usin\mathrm{\ω}td\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ =2.34U\cos \∂\end{array}---\left(1\right)$

式中，U为三相桥式整流模块相电压有效值，为整流导通角，则感应加热系统的加热功率P为：

P＝U_d ²/R (2)

式中，R为物料的等效电阻，物料在加热设备中停留的时间Δt可由下式得到：

$\mathrm{\Δ}t=\frac{L}{v}=\frac{L\∂}{k{\cos }^2\∂}---\left(4\right)$

其中L表示物料的移动距离，

最终，感应加热系统的输出能量Q为

$Q=P\mathrm{\Δ}t=\frac{{\left(2.34Ucos\right(\∂\left)\right)}^2}{R}\frac{L\∂}{cos{(\∂)}^{2}k}=\frac{{\left(2.34U\right)}^{2}L\∂}{Rk}---\left(5\right)$

令则