CN203015159U - 一种全数字电磁感应加热器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种全数字电磁感应加热器，包括依次电连接的三相电源、电源开关、接触器，还包括一感应电源加热控制器，所述感应电源加热控制器的输入端与所述接触器的输出端连接，所述感应电源加热控制器还分别与PC上位机和PLC控制器相连接，所述感应电源加热控制器的输出端与一感应加热线圈相连接。本实用新型公开的熔炼炉及其感应加热器，具有功耗低、成本低、省电效果，具有跟踪速度快、精度高、可调性强及捕获频带宽等优点。

Description

一种全数字电磁感应加热器
技术领域
本实用新型涉及一种熔炼设备，尤其涉及一种全数字电磁感应加热器。
背景技术
感应加热是利用电磁感应原理，电源往线圈输入工频、中频或高频交流电，线圈产生交变磁场，把工件放在该交变磁场中，工件产生同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于零，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热。感应加热已广泛用于工业金属零件表面淬火、金属熔炼、棒料透热等多个领域。
感应加热器通常包括感应加热电源和线圈，感应加热电源为线圈提供需要频率的交流电。线圈大部分为管状，该管状线圈产生的交变磁场在线圈的内部和外部强度比较大，而在线圈的两端部就比较小，因此，通常把需要加热的工件放置在线圈的内部或外部。
目前在国内通常采用电热管加热，由于电热管加热比较慢，加热设备就做得很大很长，占地面积大且结构复杂。在日本有采用电磁感应来对发电机转子、定子加热，为了把工件放在管状线圈的内部，设计了专用的机械手，而且线圈需要做得很大，整个设备结构很复杂，成本很高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种功耗低、成本低、省电效果，具有跟踪速度快、精度高、可调性强及捕获频带宽的全数字电磁感应加热器。
为了克服背景技术中存在的缺陷，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种全数字电磁感应加热器，包括依次电连接的三相电源、电源开关、接触器，还包括一感应电源加热控制器，所述感应电源加热控制器的输入端与所述接触器的输出端连接，所述感应电源加热控制器还分别与PC上位机和PLC控制器相连接，所述感应电源加热控制器的输出端与一感应加热线圈相连接。
所述感应电源加热控制器包括依次相连的用于使逆变器输出交变驱动波形的全桥逆变电路、由所述感应加热线圈和加热材料构成等效电路的串联谐振电路、用于实现跟踪所述串联谐振电路的谐振频率的全数字锁相环电路、用于向所述全桥逆变电路提供驱动信号的IGBT驱动电路。
所述全桥逆变电路通过一电流互感器与所述串联谐振电路连接，所述电流互感器的次级端与所述全数字锁相环电路相连接。
所述交变驱动波形为方波。
所述感应加热线圈缠绕在隔热保温层的外表面。
所述隔热保温层的外表面设置有用于放置所述感应加热线圈的线槽。
所述隔热保温层为纳米绝热材料。
所述全桥逆变电路包括第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管，所述IGBT驱动电路的输出端分别与所述的第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管相连接。
本实用新型所公开的感应加热器有如下优点：
(1).频率跟踪范围较大、灵活性好：当处理方法和参数发生变化时，只需通过改变软件设计以适应相应的变化。
(2).动态响应较高、精度高：信号处理系统可以通过A/D变换的位数、处理器的字长和适当的算法满足精度要求。
(3).可靠性好：处理系统受环境温度、湿度、噪声及电磁场的干扰所造成的影响较小。
(4).可大规模集成：随着半导体集成电路技术的发展，数字电路的集成度可以做得很高，具有体积小、功耗小、产品一致性好等优点。
附图说明
图1是本实用新型中的感应电源加热控制器结构原理图；
图2是本实用新型中的全数字电磁感应加热器结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种全数字电磁感应加热器，包括依次电连接的三相电源、电源开关、接触器，还包括一感应电源加热控制器，所述感应电源加热控制器的输入端与所述接触器的输出端连接，所述感应电源加热控制器还分别与PC上位机和PLC控制器相连接，所述感应电源加热控制器的输出端与一感应加热线圈相连接。
所述感应电源加热控制器包括依次相连的用于使逆变器输出交变驱动波形的全桥逆变电路1、由所述感应加热线圈和加热材料构成等效电路的串联谐振电路2、用于实现跟踪所述串联谐振电路的谐振频率的全数字锁相环电路3、用于向所述全桥逆变电路提供驱动信号的IGBT驱动电路4。
所述全桥逆变电路通过一电流互感器与所述串联谐振电路连接，所述电流互感器的次级端与所述全数字锁相环电路相连接。
所述交变驱动波形为方波。
所述感应加热线圈缠绕在隔热保温层的外表面。
所述隔热保温层的外表面设置有用于放置所述感应加热线圈的线槽。
所述隔热保温层为纳米绝热材料。
所述全桥逆变电路包括第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第三IGBT管Q3、第四IGBT管Q4，所述IGBT驱动电路的输出端分别与所述的第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管相连接。
所述的电磁感应加热控制器是通过如下原理实现的：
全桥逆变电路，电路由固定直流电源VCC供电，通过交替开通和关断IGBT管，使逆变器输出交变的驱动波形，该驱动波形为方波。
串联谐振电路，该电路是感应加热线圈和加热材料的等效电路，任何材料放入加热线圈中都有它固定的谐振频率，该谐振频率就是数字控制电路初始时设定的频率；当材料加热后使负载的谐振频率发生变化，电压控制信号的频率与负载的谐振频率之差体现在电压控制信号与环路电流的卡位差上，两者的频率却始终相等.当环路电流的相位超前于电压控制信号的相位时，负载呈容性，电压控制信号的频率小于负载的谐振频率；当环路电流的相位滞后于电压控制信号的相位时，负载呈感性，电压控制信号的频率大于负载的谐振频率；而当环路电流的相位等于电压控制信号的相位时，电压控制信号的频率等于负载的谐振频率，此时，电源的效率最高，驱动波形为正弦波。
全数字锁相环电路，该电路主要实现频率跟踪功能，其中电流反馈信号是环路电流，该电流反馈信号是通过高频电流变换器，再经光耦隔离、模数变化后得到的；数字控制电路输出电压控制信号，控制信号通过一个驱动电路反馈控制串联谐振逆变电路。
所述全桥逆变电路中的第一IGBT管Q1的栅极VT1、第二IGBT管Q2的栅极VT2、第三IGBT管Q3的栅极VT3、第四IGBT管Q4的栅极VT4分别与所述IGBT驱动电路的输出端VT11、VT22、VT33、VT44相连接，实现由所述IGBT驱动电路经输出端、IGBT管的栅极控制IGBT管的开通和关断。
本实用新型提供的熔炼炉在投入工作时，由电源VCC供电，通过交替开通和关断IGBT管，使逆变器输出交变的驱动波形，其中第一IGBT管与第三IGBT管一组，第二IGBT管与第四IGBT管一组，如开通第一IGBT管与第三IGBT管，就要关闭第二IGBT管与第四IGBT管；通过电流互感作用，并结合串联谐振电路，由串联谐振电路中的负载电感即感应加热线圈以及加热材料做功，同时反馈电流信号给全数字锁相环电路，再经高频电流变换器、光耦隔离、模数变化实现频率跟踪，最后经全桥IGBT驱动电路交替驱动并开通和关断IGBT管。
本实用新型所公开的一种熔炼炉采用变频技术，将电网50-60HZ频率变换至我们所需最佳频率，然后大电流通过特质线圈，使熔铝保温炉坩埚内物质进行直接对铝感应切割，并快速转换为热量，石墨坩埚发热无需热传导过程。彻底解决传统电热丝电炉传热效果不佳，热效率不高的弊病。本电炉热效率利用率可达90％以上，省电效果十分明显。
通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种全数字电磁感应加热器，包括依次电连接的三相电源、电源开关、接触器，其特征在于：还包括一感应电源加热控制器，所述感应电源加热控制器的输入端与所述接触器的输出端连接，所述感应电源加热控制器还分别与PC上位机和PLC控制器相连接，所述感应电源加热控制器的输出端与一感应加热线圈相连接。
2.根据权利要求1所述的全数字电磁感应加热器，其特征在于：所述感应电源加热控制器包括依次相连的用于使逆变器输出交变驱动波形的全桥逆变电路、由所述感应加热线圈和加热材料构成等效电路的串联谐振电路、用于实现跟踪所述串联谐振电路的谐振频率的全数字锁相环电路、用于向所述全桥逆变电路提供驱动信号的IGBT驱动电路。
3.根据权利要求2所述的全数字电磁感应加热器，其特征在于：所述全桥逆变电路通过一电流互感器与所述串联谐振电路连接，所述电流互感器的次级端与所述全数字锁相环电路相连接。
4.根据权利要求2所述的全数字电磁感应加热器，其特征在于：所述交变驱动波形为方波。
5.根据权利要求1-3中任一所述的全数字电磁感应加热器，其特征在于：所述感应加热线圈缠绕在隔热保温层的外表面。
6.根据权利要求5所述的全数字电磁感应加热器，其特征在于：所述隔热保温层的外表面设置有用于放置所述感应加热线圈的线槽。
7.根据权利要求5所述的全数字电磁感应加热器，其特征在于：所述隔热保温层为纳米绝热材料。
8.根据权利要求2所述的全数字电磁感应加热器，其特征在于：所述全桥逆变电路包括第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管，所述IGBT驱动电路的输出端分别与所述的第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管相连接。
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