CN2414577Y - 中频感应加热装置 - Google Patents

Abstract

一种具有退磁电路而特别适于加热轴承的中频感应加热装置,以该退磁电路中的退磁触发电路控制串联在主回路中交流电源与整流电路之间的双向晶闸管的导通角,可使感应线圈内流通的中频感应电流逐渐减小为零,从而实现对诸如轴承等被加热金属件的退磁。由于是以中频实施感应加热,故特别适于加热小轴承。

Description

中频感应加热装置

本发明属于利用电磁感应原理对金属件加热的中频感应加热装置，特别是适于对轴承加热的中频感应加热装置。

在诸如机械、铁路车辆等领域大量使用轴承，为便于进行轴承的装配与拆卸，通常要先对轴承加热。

现有的一种对轴承加热的感应加热装置是以工频频率进行加热的工频感应加热装置。该工频感应加热装置如图4所示，其主回路ZH′这样构成，即工频电源经双向晶闸管SCR′直接与感应线圈L′连接，向感应线圈L′提供工频电流从而对放置在感应线圈L′内的轴承加热。以该感应加热装置加热轴承时，若感应线圈L′内流通的工频电流突然消失，轴承内将残留剩磁；而按照标准要求，轴承不允许有剩磁存在。为此，上述现有的工频感应加热装置还具有退磁电路。

如图4所示，该退磁电路由与主回路ZH′同电源的同步变压器T、对该同步变压器T的交流输出进行整流并具有起斩波作用的稳压管V6′的整流稳压电源WY、以及退磁触发电路TCF′等构成。所说退磁触发电路TCF′由接成共发射极电路的晶体三极管BG3′、储能电容C4′、电容C6′、单结晶体管BG4′、以及控制退磁触发电路TCF′的退磁开关K′等构成，该退磁触发电路TCF′的输出端A′B′与所说主回路ZH′中的双向晶闸管SCR′的控制极G′和第1电极T1′连接，即以该退磁触发电路TCF′触发主回路ZH′中的双向晶闸管SCR′。

该退磁触发电路TCF′的工作原理是，当退磁开关K′处于闭合状态且稳压管V6′斩波形成的梯形波出现上升沿时，晶体三极管BG3′即进入放大工作状态，其集电极电流向电容C6′充电，当电容C6′上的电压达到单结晶体管BG4′的峰点电压时，单结晶体管BG4′导通，在电阻R9′上产生触发脉冲；由于此时晶体三极管BG3′处于放大工作状态，可不断向电容C6′充电，单结晶体管BG4′交替处于导通与截至状态，从而在电阻R9′上不断产生同步触发脉冲，触发主回路ZH′中的双向晶闸管SCR′，因而在感应线圈L′中流通有效值大小不变的交流电流，对放置在感应线圈L′内的轴承加热。而当开关K′断开时，晶体三极管BG3′的基极电流向电容C4′充电，随着电容C4′电压的升高，基极电流逐渐减小直至晶体三极管BG3′截止，电容C6′充电至单结晶体管BG4′峰点电压的时间逐渐滞后，电阻R9′上产生的触发脉冲的相位随之逐渐后移并最终不再产生触发信号，即主回路ZH′中的双向晶闸管SCR′的导通角逐渐后移直至关断，因而使得流通的工频电流逐渐减小，从而达到对该感应线圈L′内的轴承进行退磁的目的。

以上述现有工频感应加热装置加热轴承，具有效率高、节能、升温迅速、无明火、安全等优点。但是，由于如下理由，上述现有工频感应加热装置仅适用于大直径轴承。由下式 $\mathrm{\δ}=503\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\μf}}}$ 式中：δ    透入深度(mm)

  ρ    电阻系数(Ωm)

  μ    相对磁道率

  f  感应电流频率(Hz)可知，

感应电流频率越低，透入深度越深，适于加热壁较厚的轴承。一般来说，轴承越小壁越薄。根据经验，内径在100mm以上的轴承适合用工频加热。再小一些的轴承若仍用工频加热，则由于透入深度大，热量将通过壁较薄的轴承圈迅速传递到与轴承配合的轴上，而当轴承圈薄到一定程度时，感应电流甚至会透入到轴上直接将轴加热，因而轴与轴承同时受热膨胀而达不到拆卸的目的。因此，对于小轴承，应以例如500～10000Hz的中频实施感应加热。

如上所述，小直径轴承的加热宜使用中频感应加热装置。现有的一种中频感应加热装置具有中频发生电路、脉冲触发电路和主回路，其中的主回路具有向逆变电路提供直流的、与交流电源连接的整流电路。其工作原理是，中频发生电路产生的中频信号经脉冲触发电路形成触发脉冲，以触发构成逆变电路的相应开关器件，从而向感应线圈提供中频电流而达到对放置在该感应线圈L″内的金属或金属件进行加热的目的。

但是，上述现有的中频感应加热装置通常是专门用来对金属或金属件进行熔化、熔炼或诸如淬火等表面处理的，由于例如不具有退磁电路而不适于加热轴承。如前所述，轴承本身不允许有剩磁存在，而上述现有的中频感应加热装置，在加热结束切断电源时，感应线圈内流通的中频电流将瞬间变为零，导致放置于该感应线圈内的轴承中残留剩磁。因此，要使上述现有的中频感应加热装置适于对轴承进行加热，还必须具有例如上述现有工频感应加热装置所具有的、能够逐渐减小该感应线圈内流通的中频电流以对加热后的轴承进行退磁的退磁电路。

本实用新型的目的是提供一种适于对轴承特别是对小直径轴承加热的中频感应加热装置。

为实现上述目的，本实用新型中频感应加热装置基于现有工频感应加热装置和现有中频感应加热装置作了如下改进。

本实用新型权利要求1提供的中频感应加热装置，具有主回路，该主回路具有向逆变电路提供直流的、与交流电源连接的整流电路，其特征是，

还包括公知的、具有同步变压器、整流稳压电路、退磁开关和退磁触发电路的退磁电路，

并且，整流电路经双向晶闸管与所说交流电源连接，退磁触发电路的输出端分别与所说双向晶闸管的控制极和第1电极连接。

按照这种构成，由于具有退磁电路，以该退磁电路的退磁触发电路控制串联在交流电源与整流电路之间的双向晶闸管的导通角，因此，可使得感应线圈内流通的中频感应电流逐渐减小直至为零，因此，在被加热的轴承等金属件内产生衰减振荡直至为零的磁场，从而达到退磁的目的。

本实用新型权利要求2提供如权利要求1所说的中频感应加热装置，其特征是，所说退磁触发电路中的晶体三极管接成共基极电路。

按照这种构成，由于晶体三极管接成共基极形式，退磁触发电路更为简洁，减少了元件数量，故不仅能够降低成本、简化调试过程，而且能够提高装置退磁功能的可靠性。

本实用新型权利要求3提供如权利要求2所说的中频感应加热装置，其特征是，所说退磁开关是继电器的常开接点或常闭接点。

按照这种构成，可通过由继电器常开接点或常闭接点构成的退磁开关实现退磁自动化。

本实用新型权利要求4提供如权利要求2或3所说的中频感应加热装置，其特征是，节点P2经开关与电阻R16的另一端间接连接。

按照这种结构，可通过所说串联在整流稳压电路正输出端与单结晶体管之间的开关控制单结晶体管的工作，从而间接控制对主回路中的双向晶闸管进行触发而最终对主回路的通断进行控制，即该开关可作为保护控制元件发挥作用。

本实用新型权利要求5提供如权利要求4所说的中频感应加热装置，其特征是，所说开关是光电耦合器。

按照这种结构，采用具有光电隔离效果的光电耦合器作为开关使用，可使保护电路与退磁电路隔离、既能够实现保护功能又不会对退磁触发电路产生不良影响，有利于退磁触发电路工作稳定。

图1是本实用新型中频感应加热装置主回路的电路原理简图。

图2是本实用新型中频感应加热装置一个退磁触发电路实施例的电路原理简图。

图3是本实用新型中频感应加热装置另一个退磁触发电路实施例的的电路原理简图。

图4是现有工频加热装置的主回路与退磁电路的电路原理简图。

下面，结合附图对本实用新型中频感应加热装置作详细的说明。

图1是本实用新型中频感应加热装置主回路的电路原理简图。

本实用新型中频感应加热装置具有与现有中频感应加热装置类似的主回路。如图1所示，该主回路包括向逆变电路提供直流的、与交流电源连接的整流电路ZL。而作为本实用新型中频感应加热装置，在主回路ZH中的交流电源与所说整流电路ZL之间串联有双向晶闸管SCR；并且，具有可触发该双向晶闸管SCR的退磁电路。所说退磁电路可以是现有工频感应加热装置所具有的公知的退磁电路，即如图4所示，具有与主回路ZH同电源的同步变压器T、整流稳压电路WY、退磁触发电路TCF′，该退磁触发电路TCF′的输出端A′和B′分别与所说主回路ZH中的双向晶闸管SCR的控制极G和第1电极T1连接。其工作原理与前述现有工频感应加热装置的工作原理相同。

为进一步简化退磁触发电路的构成，提高电路可靠性、减少元器件数量、降低成本，本实用新型中频感应加热装置另一个实施例中的所说退磁触发电路采用的是图2所示的退磁触发电路TCF。

图2是本实用新型中频感应加热装置另一个退磁触发电路实施例的的电路原理简图。

如图2所示，该实施例的退磁触发电路TCF如下构成，整流稳压电路WY的正输出端与二极管V7的阳极以及电阻R14的一端相连接而构成节点P2，该节点P2与一端与单结晶体管V9的第2基极连接的电阻R16的另一端直接连接。

所说整流稳压电路WY的负输出端与电解电容C4的负极、电容C5的一端以及电阻R17的一端连接而构成节点P3，所说电解电容C4的正极与所说晶体三极管V8的集电极和退磁开关K1的一端连接，所说电容C5的另一端与电阻R15的一端和所说单结晶体管V9的发射极连接，所说电阻R17的另一端与所说单结晶体管V9的第1基极连接，

所说二极管V7的阴极与所说退磁开关K1的另一端连接，

所说晶体三极管V8的发射极与所说电阻R15的另一端连接，

所说电阻R17的两端P1和P3分别与所说双向晶闸管SCR的控制极G和第1电极T1连接。

该退磁触发电路TCF的工作原理是，退磁开关K1闭合时，当稳压管V6斩波形成的梯形波出现上升沿时，向电解电容C4充电，同时，晶体管V8导通，经电阻R15向电容C6充电，由于电阻R15较小，充电时间常数小，故瞬间就使得单结晶体管V9导通放电，触发图1中的双向晶闸管SCR，使得主回路开通。此时，逆变电路NB将整流电路ZL提供的直流变为中频交流向感应线圈L供给中频电流而对放置在感应线圈L内的诸如轴承等金属件进行加热，即装置处于正常加热工作状态。当退磁开关K1断开时，单结晶体管V9继续工作，与正常加热工作状态不同的是，晶体三极管V8的集电极脱离了直流电源而改由电容C4供电。随着电容C4放电，其上的电压逐渐降低，并且，由于发射极电阻R15的电压负反馈作用，使得向电容C5充电的速率逐渐降低，触发角随之逐渐后移直至180度。因此，经逆变电路NB在感应线圈L内得到衰减振荡直至为零的电流，同时，在被加热的轴承等金属件内产生衰减振荡直至为零的磁场，从而达到退磁的目的。

由上述工作原理可知，所说退磁开关K1可以是手动开关，但若以继电器的接点作为退磁开关K1，无论是常开接点还是常闭接点均可使装置在正常加热工作状态和退磁工作状态之间自动进行转换。当然，退磁开关K1也可以采用半导体开关器件。

在实际应用中，现有的中频感应加热装置通常具有针对诸如逆变桥臂短路故障、过流故障等设计的故障检测电路，以便根据相应的故障信号实施断开主回路等保护动作。为便于实现这种保护功能，作为本实用新型中频感应加热装置，最好在退磁触发电路TCF中向单结晶体管V9提供直流电源的通路上串接一个可以实现自动控制的开关K3。例如，图3所示实施例是串接在节点P2与电阻R16之间。当然，所说开关K3也可以串接在整流稳压电路WY的负输出端即节点P3至单结晶体管V9之间的通路上，以及单结晶体管V9的发射极电路等其他能够控制单结晶体管V9停止工作的通路上。

所说可以实现自动控制的开关K3可以是继电器等开关元件的接点，也可以是具有开关特性的晶体三极管等开关器件，还可以是光电耦合器等集成开关器件。本实用新型中频感应加热装置的一个实施例中，作为K3使用了光电耦合器。如图3所示，光电耦合器的输出端的一端与节点P2连接，另一端与电阻R16连接，而光电耦合器的输入端可以与故障信号发生电路连接。这样，例如在出现故障而产生故障信号时，可通过作为开关K3的光电耦合器切断直流电源向单结晶体管V9的供电通路，从而禁止向主回路ZH中的双向晶闸管SCR提供触发脉冲，从而关断主回路ZH。

如上所述，本实用新型中频感应加热装置由于以退磁触发电路控制串联在交流电源与整流电路之间的双向晶闸管的导通角，可使感应线圈内流通的中频感应电流逐渐减小直至为零，即具有退磁功能，因而，能够用于加热轴承，特别是适于加热小轴承。

利用本实用新型中频感应加热装置的退磁功能，不仅可以加热轴承，而且也适于对其它不允许残留剩磁的金属件进行加热。

Claims (5)

1 一种中频感应加热装置，具有主回路，该主回路具有向逆变电路提供直流的、与交流电源连接的整流电路，其特征是，

还包括公知的、具有同步变压器(T)、整流稳压电路(WY)和退磁触发电路(TCF’)的退磁电路，

并且，所说整流电路(ZL)经双向晶闸管(SCR)与所说交流电源连接，所说退磁触发电路(TCF’)的输出端(P1’)和(P3’)分别与所说双向晶闸管(SCR)的控制极(G)和第1电极(T1)连接。

2 如权利要求1所说的中频感应加热装置，其特征是，所说退磁触发电路是退磁触发电路(TCF)，该该退磁触发电路(TCF)如下构成：

所说整流稳压电路(WY)的正输出端与稳压二极管(V6)的阴极、二极管(V7)的阳极以及电阻(R14)的一端相连接而构成节点(P2)，该节点(P2)与一端与单结晶体管(V9)的第1基极连接的电阻(R16)的另一端直接连接，

所说整流稳压电路(WY)的负输出端与所说稳压二极管(V6)的阳极、电解电容(C4)的负极、电容(C5)的一端以及电阻(R17)的一端连接而构成节点(P3)，所说电解电容(C4)的正极与所说晶体三极管(V8)的集电极和退磁开关(K1)的一端连接，所说电容(C5)的另一端与电阻(R15)的一端和所说单结晶体管(V9)的发射极连接，所说电阻(R17)的另一端与所说单结晶体管(V9)的第2基极连接，

所说二极管(V7)的阴极与所说退磁开关(K1)的另一端连接，

所说晶体三极管(V8)的发射极与所说电阻(R15)的另一端连接，

所说电阻(R17)的两端(P1)和(P3)分别与所说双向晶闸管(SCR)的控制极(G)和第1电极(T1)连接。

3 如权利要求2所说的中频感应加热装置，其特征是，所说退磁开关(K1)是继电器的常开接点或常闭接点。

4 如权利要求2或3所说的中频感应加热装置，其特征是，所说节点(P2)经开关(K3)与所说电阻(R16)的另一端间接连接。

5 如权利要求4所说的中频感应加热装置，其特征是，所说开关(K3)是光电耦合器。

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