CN204705213U - 一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉，包括炉架和炉体，炉体前端设有推料气缸，炉体另一侧设有快速出料机构，炉架内设有电气控制箱，电气控制箱内部设有晶闸管串联半桥逆变谐振装置，晶闸管串联半桥逆变谐振装置包括主回路控制系统和控制回路控制系统，主回路控制系统包括三相断路器组、整流组、平波电抗器组、滤波电容组、谐振电容组、逆变组、逆变电感组，三相断路器组为一个万能断路器，进线电感组包括3个进线电感，整流组包括若干只KP型晶闸管和2只ZP二极管。本实用新型能提高自身的功率因素，降低逆变器换流时的损耗，降低了槽路电流，节约能耗和原材料，而且故障率低，稳定性高，维护成本低。

Description

一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉

技术领域

本实用新型涉及一种中频透热炉，尤其是一种一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉。

背景技术

传统煤气炉加热的氧化烧损为2％，燃煤炉达到3％，钢材原材料损耗严重；为了节约钢材原材料，中频感应加热炉应运而生：中频感应加热炉是指金属热变形或热处理前的整体穿透式，是一种将工频50HZ交流电转变为中频(300HZ以上至20K HZ)的电源装置，把三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。它广泛用于汽配、五金、钢管、齿轮等行业。分别可用于十字节、轮毂单元、齿轮齿坯、球笼、阀门阀体热锻成型前的加热、轴承锻件成型前的加热、五金件、标准件热锻成型前的加热等。

然而，现有的中频感应加热炉电气原理为并联逆变谐振线路或者IGBT(模块化原件)串联逆变谐振线路；

并联谐振线路的中频感应加热炉，其加热方式虽然升温速度快，氧化极少，中频加热锻件的氧化烧损仅为0.5％，中频加热工艺节材，每吨锻件和烧煤炉相比至少节约钢材原材料20-50千克；但是它依然存在着一些不足之处；并联谐振加热炉在运行过程中自然功率因素很低，需要配电室的无功补偿柜进行补偿功率因素，配电室到设备的电缆自身损耗大；并联谐振加热炉的逆变器在换流时，晶闸管是强迫关断的，关断时 间长，损耗较大；并联谐振加热炉加热到热锻工艺温度：1150℃，所需电耗为400度电/吨，能耗很高；

而IGBT串联线路的中频感应加热炉所采用的元器件成本高，而且故障率相对较高，导致其稳定性不理想，导致了设备的后期维护成本很高。同时节能效果不明显。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种能提高自身的功率因素，一直保持在0.95以上，完全达到并高于国家供电部门的要求，降低逆变器换流时的损耗，降低了槽路电流，节约能耗和原材料，而且故障率低，稳定性高，维护成本低的一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉。

为达到上述目的，实用新型采用了下列技术方案：

一种一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉，包括炉架和设置在炉架上的炉体，炉体前端设有用于将料坯推入炉体内部的推料气缸以及气缸接料机构，所述炉体后端设有快速出料机构，所述炉架上设有电气控制箱，所述电气控制箱内部设有晶闸管串联半桥逆变谐振变频装置，所述晶闸管串联半桥逆变谐振变频装置包括主回路控制系统和控制回路控制系统，所述主回路控制系统包括三相断路器组、进线电感组、整流组、平波电抗器组、滤波电容组、谐振电容组、逆变组、逆变电感组，所述三相断路器组为一个万能断路器，所述进线电感组包括3个进线电感，所述整流组包括6只KP型晶闸管和2只ZP二极管，6只KP晶闸管与主控控制板的整流触发线路形成一个整流控制系统，将三相交流市电整流后转换为单相直流电；所述平波电抗器组、滤波电容组共同形成LC滤波电路，给逆变提供了一个稳定的电压源，所述谐振电容组包含若干只谐振电容器，所述逆变组包含若干只KK晶闸管和若干只ZK快速恢复二极管以及若干只逆变电感，逆变组的上桥臂给谐振电容充电形成正半波，逆变组 的下桥臂给谐振电容充电形成负半波，上桥臂和下桥臂轮流导通形成正弦波交流电。

本实用新型中加入谐振电容组比单纯电容滤波要好，平波电抗器可以使电网的谐波更小，降低干扰。所述KK晶闸管起到调压作用，通过调节KK晶闸管导通角度，调节输出电压，从而实现调节输出功率，可调节范围为1％-100％；本实用新型的逆变线路属于半桥逆变回路，比全桥逆变回路更稳定。与KK晶闸管并联的ZK快速恢复二极管起到了在上桥导通之后下桥还没有导通之前或则在下桥导通之后上桥还没有导通之前给谐振回路提供一个电流通路。与若干只KK晶闸管串联的若干只逆变电感，起到了缓冲逆变硅的电流上升率，不至于KK晶闸管因电流上升率过大而烧毁。

本实用新型谐振电容器组和逆变组、炉体组采用了串联连接的方式，实现了晶闸管串联逆变。

优选地，所述KK晶闸管、ZK快速恢复二极管和逆变电感的数量均为2-10个。

优选地，所述2只ZP二极管的其中一只为ZP续流二极管，另一为ZP隔离二极管。

ZP续流二极管与整流输出两端并联，起到保证电流的连续性以及减少对电网的冲击的作用。ZP隔离二极管与整流输出串联，起到隔离作用，避免了KP管烧毁而造成三相主回路严重短路。

本实用新型中ZP续流二极管的设置可以保证每只整流晶闸管的导通角度120度。优选地，所述逆变电感组包括两组电感，该两组电感相互平行，所述上桥臂和下桥臂的数量均为1-5个。

本实用新型的三相电源整流输出后选用平波电抗器组、滤波电容组共同形成LC滤波，给逆变提供了一个稳定的电压源。比单纯电容滤波要好，平波电抗器可以使电网的谐波更小，降低干扰。

优选地，指谐振电容组的正极与逆变组的上桥臂、下桥臂分别连接，谐振电容组 的负极和炉体感应器线圈的一头连接，逆变组的输出端和炉体感应器线圈的另一头连接。谐振电容组、逆变组、炉体组形成了一个串联逆变回路，这里我们称之为串联逆变。所述谐振电容组包含若干只谐振电容器，所述逆变组相包含若干只KK晶闸管和若干只ZK快速恢复二极管以及若干只逆变电感。所述KK晶闸管起到调压作用，通过调节KK晶闸管导通角度，调节输出电压，从而实现调节输出功率，可调节范围为1％-100％。逆变组的上桥臂给谐振电容充电形成正半波，逆变组的下桥臂给谐振电容充电形成负半波，上桥臂和下桥臂轮流导通形成正弦波交流电。本逆变线路属于半桥逆变回路，比全桥逆变回路更稳定。与KK晶闸管并联的ZK快速恢复二极管起到了在上桥导通之后下桥还没有导通之前或则在下桥导通之后上桥还没有导通之前给谐振回路提供一个电流通路。与若干只KK晶闸管串联的若干只逆变电感，起到了缓冲逆变硅的电流上升率，不至于KK晶闸管因电流上升率过大而烧毁。

优选地，所述的炉架一端设有测温探头，所述快速机构机构后侧设有三路分选机构，所述三路分选机构分别与测温探头连接。

三路分选机构分别与测温探头共同控制，实现超温、低温、合格工件的分选。

本实用新型中的三路分选机构即为由控制器控制启闭的三个出料口，分别为温度偏低料出口、温度适中料出口和温度偏高料出口，每个出口的启闭通过测温探头的温度信号传递到控制器上来控制；当测温探头探测到出料的温度适中时，控制器控制温度适中料出口打开，棒料通过温度适中料出口出料；当测温探头探测到出料的温度偏低时，控制器控制温度偏低料出口打开，棒料通过温度偏低料出口出料；当测温探头探测到出料的温度偏高时，控制器控制温度偏高料出口打开，棒料通过温度偏高料出口出料。

优选地，所述快速出料机构包括减速机、链条、链轮、轴承、通水旋转接头、方 钢偏心提料轴，所述链条一端衔接炉体的出料端，另一头衔接于三路分选机构入口。

本实用新型设计了快速出料机构，是为了防止炉体内的棒料出料时由于温度较高而损坏炉体侧壁或者炉架侧壁，还可以提高安全性，同时降低了加热后的工件的空冷损耗。

优选地，所述推料气缸与炉体之间设有进料台，所述进料台衔接推料气缸和炉体，进料台一侧设有提供料坯的储料架，所述推料气缸通过一丝杠传动结构连接在炉架顶部。

可以整体调节气缸的前后位置，用于调整不同坯料始终处于出料后后退一定距离，保证了工件出炉之前不被空气直接快速接触而氧化。

该种结构方便推料气缸平稳可靠的将料坯推入炉体内加热，可以防止料坯错乱；提高传送效率，同时推料气缸还可以在炉架上移动调整气缸与炉体之间的距离以适应不同规格和型号的料坯。

优选地，所述炉架一侧还设有报警灯，所述报警灯位于测温探头旁边，报警灯和测温探头分别与电气控制箱电连接。

报警灯是配合测温探头和三路分选机构设计的，当出料的料坯温度不符合要求时，报警灯也会报警。实现了超温件、低温件、合格件的可视化报警系统。

与现有技术相比，本实用新型将电源系统组合在炉架内部的电气控制箱内，使其结构紧凑，避免了通水电缆的损耗；选用晶闸管元件控制，与模块化元件相比制造费用低，而且故障率低，稳定性高，从而带来了客户后期的元件更换费用低，维护成本低；控制整套电源系统的整流、逆变系统以及接收反馈信号为整套电源建立一个保护系统。整流部分选用6只KP型晶闸管，与电气控制箱形成一个整流系统，将三相交流市电转换为直流电。整流部分装有2只ZP二极管。可以保证电流的连续性以及减少对电 网的冲击，可以使电网的谐波更小，降低干扰，同时可以起到隔离作用，整流输出后选用平波电抗器进行平波。

附图说明

为了更清楚地说明实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实用新型的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图2中C-C的剖视图；

图4为图2中B-B的剖视图；

图5为图1中A-A的剖视图；

图6为本实用新型的原理框图；

图中1.炉体，2.炉架，3.推料气缸，4.快速出料机构，5.电气控制箱，6.三路分选机构，7.逆变组，8.整流组，9.滤波电容组，91.谐振电容组，10.平波电抗器组，11.三相断路器组，12.测温探头，13.逆变电感组，14.KP型晶闸管，15.ZP续流、隔离二极管，16.逆变电感，22.铜排，18.报警灯，19.V型进料槽，20.丝杠传动结构，21.储料台，22.进线电感组，41.方钢偏心提料轴，42.减速机，43.链条，44.链轮，45.轴承。

具体实施方式

下面将结合实用新型实施例中的附图，对实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护的范围。

如图1-6所示，一种一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉，包括炉架2和设置在炉架2上的炉体1，炉体1前端设有用于将料坯推入炉体1内部的推料气缸3以及气缸接料机构，炉体1后端设有快速出料机构4，炉架2上设有电气控制箱5，电气控制箱5内部设有控制板、变压器、继电器等控制回路，炉架2内部设有晶闸管串联半桥逆变谐振装置，串联逆变谐振装置包括主回路控制系统和控制回路控制系统，主回路控制系统包括三相断路器组11、进线电感组22、整流组8、平波电抗器组10、滤波电容组9、谐振电容组91、逆变组7、逆变电感组16，三相断路器11组为一个万能断路器，进线电感组22包括3个进线电感，整流组8包括6只KP型晶闸管14和2只ZP二极管15，2只ZP二极管的其中一只ZP二极管与整流输出两端并联，称之为ZP续流二极管，另一只ZP二极管与整流输出串联，称之为ZP隔离二极管。6只KP晶闸管14与主控控制板的整流触发线路形成一个整流控制系统，将三相交流市电整流后转换为单相直流电；平波电抗器组10、滤波电容组9共同形成LC滤波，给逆变提供了一个稳定的电压源，谐振电容组91包含若干只谐振电容器，逆变组7包含若干只KK晶闸管和若干只ZK快速恢复二极管以及6只逆变电感，逆变组7的上桥臂给谐振电容充电形成正半波，逆变组7的下桥臂给谐振电容充电形成负半波，上桥臂和下桥臂轮流导通形成正弦波交流电。逆变电感组16包括两组电感，上桥臂3个，下桥臂3个，该两组电感相互平行。谐振电容组91的正极与逆变组7的上桥臂、下桥臂分别连接，谐振电容组91的负极和炉体1的感应器线圈的一头连接，逆变组7的输出端和炉体1的感应器线圈的另一头连接，谐振电容组91、逆 变组7、炉体1组形成了一个串联逆变回路。炉架2一端设有测温探头12，快速出料机构4后侧设有三路分选机构6，三路分选机构6分别与测温探头12连接。快速出料机构4包括减速机42、链条43、链轮44、轴承45、通水旋转接头、方钢偏心提料轴41，链条43一端衔接炉体1的出料端，另一头衔接于三路分选机构6入口。推料气缸3与炉体1之间设有V形进料槽19，V型进料槽19衔接推料气缸3和炉体1入口，V形进料槽19一侧设有储存料坯的储料台21，推料气缸3通过一丝杠传动结构20连接在炉架顶部。炉架2一侧还设有报警灯18，报警灯18位于测温探头12旁边，报警灯18和测温探头12分别与电气控制箱电5连接。

本实用新型工作时，打开开关，机械动作部分：料坯从储料架滚动到进料台上，推料气缸推动料坯缓慢的进入炉体内，等炉体内慢慢填满料坯后，推料气缸推进去一个料坯，炉体出料端即会推出一个加热完毕的料坯，此时快速出料机构动作，减速机开启，通过链轮和链条将前进到出料台上的料坯快速传出；当料坯经过测温探头探测后，测温探头将料坯温度信号传递给电气控制箱5，电气控制箱5控制三路分选机构开始工作，迅速合理将料坯从合格、不合格的出料口送出。

电气动作部分：三相交流电源经过断路器后进入整流组整流后在分成两路进入平波电抗器平波，然后再经过滤波电容组滤波，最后经过谐振电容组、逆变组和炉体串联成谐振回路。

Claims (9)

1.一种一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉，包括炉架和设置在炉架上的炉体，炉体前端设有用于将料坯推入炉体内部的推料气缸以及气缸接料机构，所述炉体后端设有快速出料机构，所述炉架内部设有电气控制箱，所述电气控制箱内部设有晶闸管串联半桥逆变谐振变频装置，其特征在于：所述晶闸管串联半桥逆变谐振变频装置包括主回路控制系统和控制回路控制系统，所述主回路控制系统包括三相断路器组、进线电感组、整流组、平波电抗器组、滤波电容组、谐振电容组、逆变组、逆变电感组，所述三相断路器组为一个万能断路器，所述进线电感组包括3个进线电感，所述整流组包括6只KP型晶闸管和2只ZP二极管，6只KP晶闸管与主控控制板的整流触发线路形成一个整流控制系统，将三相交流市电整流后转换为单相直流电；其中一只ZP二极管与整流输出两端并联，另一只ZP二极管与整流输出串联，所述平波电抗器组、滤波电容组共同形成LC滤波电路，给逆变提供了一个稳定的电压源，所述谐振电容组包含若干只谐振电容器，所述逆变组包含若干只KK晶闸管和若干只ZK快速恢复二极管以及若干只逆变电感，逆变组的上桥臂给谐振电容充电形成正半波，逆变组的下桥臂给谐振电容充电形成负半波，上桥臂和下桥臂轮流导通形成正弦波交流电。

2.根据权利要求1所述的一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉，其特征在于：所述KK晶闸管、ZK快速恢复二极管和逆变电感的数量均为2-10个。

3.根据权利要求2所述的一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉，其特征在于：2只ZP二极管的其中一只为ZP续流二极管，另一只为ZP隔离二极管。

4.根据权利要求3所述的一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉，其特征在于：所述逆变电感组包括两组电感，该两组电感相互平行，所述上桥臂和下桥臂的数量均为1-5个。

5.根据权利要求4所述的一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉，其特征 在于：谐振电容组的正极与逆变组的上桥臂、下桥臂分别连接，谐振电容组的负极和炉体的感应器线圈的一头连接，逆变组的输出端和炉体的感应器线圈的另一头连接，谐振电容组、逆变组、炉体组形成了一个串联逆变回路。

6.根据权利要求5所述的一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉，其特征在于：所述的炉架一端设有测温探头，所述快速出料机构后侧设有三路分选机构，所述三路分选机构分别与测温探头连接。

7.根据权利要求6所述的一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉，其特征在于：所述快速出料机构包括减速机、链条、链轮、轴承、通水旋转接头、方钢偏心提料轴，所述链条一端衔接炉体的出料端，另一头衔接于三路分选机构入口。

8.根据权利要求7所述的一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉，其特征在于：所述推料气缸与炉体之间设有V形进料槽，所述进料槽衔接推料气缸和炉体入口，V形进料槽一侧设有储存料坯的储料台，所述推料气缸通过一丝杠传动结构连接在炉架顶部，可以调节。

9.根据权利要求8所述的一体式晶闸管串联半桥逆变谐振节能中频感应透热炉，其特征在于：所述炉架一侧还设有报警灯，所述报警灯位于测温探头旁边，报警灯和测温探头分别与电气控制箱电连接。