CN215647454U - 数字化工频电磁感应轴承加热控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及控制系统技术领域，尤其涉及一种数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，包括微控制器、总电源、子电源、可控硅开关电路、LCD串口屏、K型热电偶轴承温度采集电路及蜂鸣器，所述总电源分别与子电源、K型热电偶轴承温度采集电路及蜂鸣器电性连接，所述子电源分别与可控硅、开关电路、LCD串口屏及微控制器电性连接，所述可控硅开关电路、LCD串口屏、K型热电偶轴承温度采集电路、蜂鸣器分别与微控制器电性连接。本实用新型的数字化工频电磁感应轴承加热控制系统有利于提升产品的使用寿命。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及控制系统技术领域，尤其涉及一种数字化工频电磁感应轴承加热控制系统。
【背景技术】
市面上的一些工频电磁感应轴承加热器多采用继电器开关方式，有动作噪音、产生电磁干扰、触点寿命有限、触点跳动等问题，同时一些工频电磁感应轴承加热器的电路存在设计耗能高，成本高的问题，对工作安全和产品使用寿命会造成不良影响。
因此，现有技术存在不足，需要改进。
【实用新型内容】
为至少克服上述一部分的技术问题，本实用新型提供了一种数字化工频电磁感应轴承加热控制系统。
本实用新型解决技术问题的方案是提供一种数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，包括微控制器、总电源、子电源、可控硅开关电路、LCD串口屏、K型热电偶轴承温度采集电路及蜂鸣器，所述总电源分别与子电源、K型热电偶轴承温度采集电路及蜂鸣器电性连接，所述子电源分别与可控硅、开关电路、LCD串口屏及微控制器电性连接，所述可控硅开关电路、LCD串口屏、K型热电偶轴承温度采集电路、蜂鸣器分别与微控制器电性连接。
优选地，所述微控制器的型号为STM32F 103。
优选地，所述数字化工频电磁感应轴承加热控制系统还包括基于热敏电阻的机箱温度监测电路，所述基于热敏电阻的机箱温度监测电路分别与总电源及微控制器电性连接。
优选地，所述数字化工频电磁感应轴承加热控制系统还包括过零检测电路，所述过零检测电路分别与与总电源及微控制器电性连接。
优选地，所述数字化工频电磁感应轴承加热控制系统还包括过流检测电路，所述过流检测电路分别与与总电源及微控制器电性连接。
优选地，所述过零检测电路包括正半周过零电路、负半周过零电路、单与门芯片U7，所述单与门芯片U7包括5个外接端口，所述正半周过零电路分别与市电的零线、火线及单与门芯片U7的1端连接，所述负半周过零电路分别与市电的零线、火线及单与门芯片U7的2端连接，所述单与门芯片U7的3端接地，所述单与门芯片U7的4端为过零检测端，所述单与门芯片U7的5端与总电源连接。
优选地，所述正半周过零电路包括电阻R12、R13、R14、二极管D4及光耦U8，光耦U8包括4个外接端口，电阻R12一端与市电的火线及光耦U8的1端连接，另一端与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极分别与零线及光耦U8的2端连接，光耦U8的3端接地，光耦U8的4端分别与电阻R13及电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与单与门芯片U7的1端连接，电阻R13的另一端与总电源连接。
优选地，所述负半周过零电路包括电阻R18、R19、R20、二极管D5及光耦U10，光耦U10包括4个外接端口，电阻R18一端与市电的零线及光耦U10的1端连接，另一端与二极管D5的负极连接，二极管D5的正极分别与火线及光耦U10的2端连接，光耦U10的3端接地，光耦U10的4端分别与电阻R19及电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与单与门芯片U7的2端连接，电阻R19的另一端与总电源连接。
优选地，所述二极管D4的型号为IN4148，所述光耦U8的型号为PC817，所述单与门芯片U7的型号为74AHC1G08。
优选地，所述过流检测电路包括电阻R50、R51、R52、R53、R54、二极管D3、放大器U32B及电容C20，所述电阻R50的一端与二极管D3的正极连接，另一端分别与电阻R51的一端及电容C20的一端连接，二极管D3的负极分别与电阻R51的另一端及电阻R52的一端连接，放大器U32B包括3个外界端口，电阻R52的另一端分别与电容C20的另一端及放大器U32B的5端连接，放大器U32B的6端与电阻R54的一端连接，电阻R54的另一端与总电源连接，放大器U32B的7端为过流检测端。
相对于现有技术，本实用新型的数字化工频电磁感应轴承加热控制系统具有如下优点：
通过采用电磁感应加热原理，利用三端双向可控硅和基于软件的逻辑控制实现加热电源的软开、软关控制，使得加热器对电网产生较小的冲击，有利于提升产品的使用寿命；通过过流检测电路提供可靠的过零检测，有助于加热器的软启动以及消磁，提升安全系数。
【附图说明】
图1是本实用新型数字化工频电磁感应轴承加热控制系统的电路连接示意图。
图2是本实用新型数字化工频电磁感应轴承加热控制系统的可控硅开关电路的具体电路示意图。
图3是本实用新型数字化工频电磁感应轴承加热控制系统的过零检测电路的具体电路示意图。
图4是本实用新型数字化工频电磁感应轴承加热控制系统的K型热电偶轴承温度采集电路的具体电路示意图。
图5是本实用新型数字化工频电磁感应轴承加热控制系统的基于热敏电阻的机箱温度监测电路的具体电路示意图。
图6是本实用新型数字化工频电磁感应轴承加热控制系统的过流检测电路的具体电路示意图。
附图标记说明：
1、微控制器；2、总电源；3、子电源；4、可控硅开关电路；5、LCD串口屏；6、K型热电偶轴承温度采集电路；7、蜂鸣器；8、基于热敏电阻的机箱温度监测电路；9、过零检测电路；10、过流检测电路。
【具体实施方式】
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参阅图1,本实用新型提供一种数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，包括微控制器1、总电源2、子电源3、可控硅开关电路4、LCD串口屏5、K型热电偶轴承温度采集电路6、蜂鸣器7、基于热敏电阻的机箱温度监测电路8、过零检测电路9及过流检测电路10，总电源2分别与子电源3、K型热电偶轴承温度采集电路6、蜂鸣器7、基于热敏电阻的机箱温度监测电路8、过零检测电路9及过流检测电路10电性连接，微控制器1分别与子电源3、可控硅开关电路4、LCD串口屏5、K型热电偶轴承温度采集电路6、蜂鸣器7、基于热敏电阻的机箱温度监测电路8、过零检测电路9及过流检测电路10电性连接，子电源3分别与可控硅开关电路4、LCD串口屏5电性连接。其中，总电源2提供5V的电源，子电源3提供3.3V的电源。微控制器1通过对可控硅开关电路4进行控制实现电路的软开启及软关闭，在软关闭的过程中同时完成消磁，在加热过程中，通过K型热电偶轴承温度采集电路6检测被加热轴承温度的变化并转为数字信号给微控制器1，微控制器1对数字信号进行处理后通过LCD串口屏5实时显示以供工作人员监测，在加热完成后，停止加热并消磁，以完成轴承加热过程，蜂鸣器7用于在机箱温度过高时报警以降低安全隐患。
优选地，微控制器1的型号为STM32F103，为一款基于ARMCortex-M内核STM32系列的32位的微控制器1，具有较佳的精确度及可靠性。
请参阅图2，本实用新型的可控硅开关电路4采用RD91封装的BTA41-600双向可控硅，并通过光耦MOC3021进行可控硅的开关驱动及在弱电压与市电之间起到隔离保护作用。外界加热线圈与可控硅开关电路4为串联结构。当START端为低电平时，光耦MOC3021的4、6端导通，此时G端存在电压，电路导通；当START端为高电平时，则4、6端不导通。本实用新型的可控硅开关电路4为过零关断型，即并非即时关闭而在市电的电流过零时关闭。
请参阅图3，过零检测电路9包括正半周过零电路、负半周过零电路、单与门芯片U7，单与门芯片U7包括5个外接端口，正半周过零电路分别与市电的零线、火线及单与门芯片U7的1端连接，负半周过零电路分别与市电的零线、火线及单与门芯片U7的2端连接，单与门芯片U7的3端接地，单与门芯片U7的4端为过零检测端，单与门芯片U7的5端与总电源2连接。其中，正半周过零电路包括电阻R12、R13、R14、二极管D4及光耦U8，负半周过零电路包括电阻R18、R19、R20、二极管D5及光耦U10。光耦U8包括4个外接端口，电阻R12一端与市电的火线及光耦U8的1端连接，另一端与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极分别与零线及光耦U8的2端连接，光耦U8的3端接地，光耦U8的4端分别与电阻R13及电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与单与门芯片U7的1端连接，电阻R13的另一端与总电源2连接。光耦U10包括4个外接端口，电阻R18一端与市电的零线及光耦U10的1端连接，另一端与二极管D5的负极连接，二极管D5的正极分别与火线及光耦U10的2端连接，光耦U10的3端接地，光耦U10的4端分别与电阻R19及电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与单与门芯片U7的2端连接，电阻R19的另一端与总电源2连接。可通过对电阻R12及电阻R18的参数进行调节实现检测波占空比的调节以进行正半周与负半周的对称性进行调节，有利于确保系统的稳定性。优选地，电阻R12与电阻R18的阻值大于220kΩ，为大电阻，使得本实用新型的过零检测电路9具有低功耗的优点，同时光耦U8及U10具有较高的抗干扰能力，有利于提高系统电路的稳定性。
优选地，二极管D4、D5的型号为IN4148，光耦U8、U10的型号为PC817，单与门芯片U7的型号为74AHC1G08。
请参阅图4，本实用新型的K型热电偶轴承温度采集电路6的最大温度检测值为1000℃，由于轴承一般加热的温度范围为200-500℃，因此K型热电偶轴承温度采集电路6符合实际需求。优选地，K型热电偶轴承温度采集电路6的模数转换器U4的型号为MAX6675，其带有冷端温度补偿功能，并将检测信号转换为数字信号，同时还具有开路检测功能。电容C15及电容C17的设置起到滤波作用，使得模数转换器U4接收的电压信号更稳定，有效避免出现干扰而导致温度显示数值出现跳动的可能性。
请参阅图5，基于热敏电阻的机箱温度监测电路8根据热敏电阻器的阻值在不同温度下为不同数值的特性进行温度监测。具体为将热敏电阻与定值电阻R15进行串联并在两端施加固定值的电压，通过对热敏电阻及定值电阻R15之间电压的采集，即图4中电压跟随器的3端的电压，采集输出电压根据温度分度表算出温度的编号。其中电压跟随器起到了保护微控制器1的AD输入通道的作用；电容C19用于进行滤波，有利于电压跟随器的3端获取稳定的电压信号；电容C22与电容C26用于稳定输入电源的电压，有利于提高系统的稳定性。
请参阅图6，过流检测电路10包括电阻R50、R51、R52、R53、R54、二极管D3、放大器U32B及电容C20，电阻R50的一端与二极管D3的正极连接，另一端分别与电阻R51的一端及电容C20的一端连接，二极管D3的负极分别与电阻R51的另一端及电阻R52的一端连接，放大器U32B包括3个外界端口，电阻R52的另一端分别与电容C20的另一端及放大器U32B的5端连接，放大器U32B的6端与电阻R54的一端连接，电阻R54的另一端与总电源2连接，放大器U32B的7端为过流检测端。具体地，CT+与CT-端与电流检测线圈相连接。通过电流值的不同导致放大器U32B的5端口处的电压不同来检测电流的状态，当电流过高时，流过电阻R50的电流会抬升二极管D3的正极的电压，使得二极管D3导通，给电容C20充电，进而抬升放大器U32B的5端处的电压，其与6端处的电压进行比较、放大后输出，根据分压原理，6端处的电压为1.96V，即当5端处的电压从低于1.96V过渡到高于1.96V，7端的输出的电平由低电平过渡到高电平，通过对7端处的电平进行检测即可实现对电流大小的监控。优选地，电阻R51起到对电容C20放电的作用，有利于提升系统的稳定性及安全系数。
相对于现有技术，本实用新型的数字化工频电磁感应轴承加热控制系统具有如下优点：
通过采用电磁感应加热原理，利用三端双向可控硅和基于软件的逻辑控制实现加热电源的软开、软关控制，使得加热器对电网产生较小的冲击，有利于提升产品的使用寿命；通过过流检测电路提供可靠的过零检测，有助于加热器的软启动以及消磁，提升安全系数。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，其特征在于：所述数字化工频电磁感应轴承加热控制系统包括微控制器、总电源、子电源、可控硅开关电路、LCD串口屏、K型热电偶轴承温度采集电路及蜂鸣器，所述总电源分别与子电源、K型热电偶轴承温度采集电路及蜂鸣器电性连接，所述子电源分别与可控硅、开关电路、LCD串口屏及微控制器电性连接，所述可控硅开关电路、LCD串口屏、K型热电偶轴承温度采集电路、蜂鸣器分别与微控制器电性连接。
2.如权利要求1所述的数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，其特征在于：所述微控制器的型号为STM32F103。
3.如权利要求1所述的数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，其特征在于：所述数字化工频电磁感应轴承加热控制系统还包括基于热敏电阻的机箱温度监测电路，所述基于热敏电阻的机箱温度监测电路分别与总电源及微控制器电性连接。
4.如权利要求1所述的数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，其特征在于：所述数字化工频电磁感应轴承加热控制系统还包括过零检测电路，所述过零检测电路分别与总电源及微控制器电性连接。
5.如权利要求1所述的数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，其特征在于：所述数字化工频电磁感应轴承加热控制系统还包括过流检测电路，所述过流检测电路分别与总电源及微控制器电性连接。
6.如权利要求4所述的数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，其特征在于：所述过零检测电路包括正半周过零电路、负半周过零电路、单与门芯片U7，所述单与门芯片U7包括5个外接端口，所述正半周过零电路分别与市电的零线、火线及单与门芯片U7的1端连接，所述负半周过零电路分别与市电的零线、火线及单与门芯片U7的2端连接，所述单与门芯片U7的3端接地，所述单与门芯片U7的4端为过零检测端，所述单与门芯片U7的5端与总电源连接。
7.如权利要求6所述的数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，其特征在于：所述正半周过零电路包括电阻R12、R13、R14、二极管D4及光耦U8，光耦U8包括4个外接端口，电阻R12一端与市电的火线及光耦U8的1端连接，另一端与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极分别与零线及光耦U8的2端连接，光耦U8的3端接地，光耦U8的4端分别与电阻R13及电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与单与门芯片U7的1端连接，电阻R13的另一端与总电源连接。
8.如权利要求6所述的数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，其特征在于：所述负半周过零电路包括电阻R18、R19、R20、二极管D5及光耦U10，光耦U10包括4个外接端口，电阻R18一端与市电的零线及光耦U10的1端连接，另一端与二极管D5的负极连接，二极管D5的正极分别与火线及光耦U10的2端连接，光耦U10的3端接地，光耦U10的4端分别与电阻R19及电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与单与门芯片U7的2端连接，电阻R19的另一端与总电源连接。
9.如权利要求7所述的数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，其特征在于：所述二极管D4的型号为IN4148，所述光耦U8的型号为PC817，所述单与门芯片U7的型号为74AHC1G08。
10.如权利要求5所述的数字化工频电磁感应轴承加热控制系统，其特征在于：所述过流检测电路包括电阻R50、R51、R52、R53、R54、二极管D3、放大器U32B及电容C20，所述电阻R50的一端与二极管D3的正极连接，另一端分别与电阻R51的一端及电容C20的一端连接，二极管D3的负极分别与电阻R51的另一端及电阻R52的一端连接，放大器U32B包括3个外界端口，电阻R52的另一端分别与电容C20的另一端及放大器U32B的5端连接，放大器U32B的6端与电阻R54的一端连接，电阻R54的另一端与总电源连接，放大器U32B的7端为过流检测端。
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