專利名稱：一種全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熔煉設(shè)備，尤其涉及一種全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器。
背景技術(shù)：
感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理，電源往線圈輸入工頻、中頻或高頻交流電，線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，把工件放在該交變磁場(chǎng)中，工件產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流在工件的分布是不均勻的，在表面強(qiáng)，而在內(nèi)部很弱，到心部接近于零，利用這個(gè)集膚效應(yīng)，可使工件表面迅速加熱。感應(yīng)加熱已廣泛用于工業(yè)金屬零件表面淬火、金屬熔煉、棒料透熱等多個(gè)領(lǐng)域。感應(yīng)加熱器通常包括感應(yīng)加熱電源和線圈，感應(yīng)加熱電源為線圈提供需要頻率的交流電。線圈大部分為管狀，該管狀線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在線圈的內(nèi)部和外部強(qiáng)度比較大，而在線圈的兩端部就比較小，因此，通常把需要加熱的工件放置在線圈的內(nèi)部或外部。目前在國(guó)內(nèi)通常采用電熱管加熱，由于電熱管加熱比較慢，加熱設(shè)備就做得很大很長(zhǎng)，占地面積大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在日本有采用電磁感應(yīng)來(lái)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子加熱，為了把工件放在管狀線圈的內(nèi)部，設(shè)計(jì)了專用的機(jī)械手，而且線圈需要做得很大，整個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種功耗低、成本低、省電效果，具有跟蹤速度快、精度高、可調(diào)性強(qiáng)及捕獲頻帶寬的全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器。為了克服背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是—種全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器，包括依次電連接的三相電源、電源開關(guān)、接觸器，還包括一感應(yīng)電源加熱控制器，所述感應(yīng)電源加熱控制器的輸入端與所述接觸器的輸出端連接，所述感應(yīng)電源加熱控制器還分別與PC上位機(jī)和PLC控制器相連接，所述感應(yīng)電源加熱控制器的輸出端與一感應(yīng)加熱線圈相連接。所述感應(yīng)電源加熱控制器包括依次相連的用于使逆變器輸出交變驅(qū)動(dòng)波形的全橋逆變電路、由所述感應(yīng)加熱線圈和加熱材料構(gòu)成等效電路的串聯(lián)諧振電路、用于實(shí)現(xiàn)跟蹤所述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率的全數(shù)字鎖相環(huán)電路、用于向所述全橋逆變電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的IGBT驅(qū)動(dòng)電路。所述全橋逆變電路通過(guò)一電流互感器與所述串聯(lián)諧振電路連接，所述電流互感器的次級(jí)端與所述全數(shù)字鎖相環(huán)電路相連接。所述交變驅(qū)動(dòng)波形為方波。所述感應(yīng)加熱線圈纏繞在隔熱保溫層的外表面。所述隔熱保溫層的外表面設(shè)置有用于放置所述感應(yīng)加熱線圈的線槽。所述隔熱保溫層為納米絕熱材料。所述全橋逆變電路包括第一 IGBT管、第二 IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管，所述IGBT驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別與所述的第一 IGBT管、第二 IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管相連接。本發(fā)明所公開的感應(yīng)加熱器有如下優(yōu)點(diǎn)(I).頻率跟蹤范圍較大、靈活性好當(dāng)處理方法和參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，只需通過(guò)改變軟件設(shè)計(jì)以適應(yīng)相應(yīng)的變化。(2).動(dòng)態(tài)響應(yīng)較高、精度高信號(hào)處理系統(tǒng)可以通過(guò)A/D變換的位數(shù)、處理器的字長(zhǎng)和適當(dāng)?shù)乃惴M足精度要求。(3).可靠性好處理系統(tǒng)受環(huán)境溫度、濕度、噪聲及電磁場(chǎng)的干擾所造成的影響較小。(4).可大規(guī)模集成隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路的集成度可以做得很高，具有體積小、功耗小、產(chǎn)品一致性好等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明中的感應(yīng)電源加熱控制器結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是本發(fā)明中的全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2所示，一種全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器，包括依次電連接的三相電源、電源開關(guān)、接觸器，還包括一感應(yīng)電源加熱控制器，所述感應(yīng)電源加熱控制器的輸入端與所述接觸器的輸出端連接，所述感應(yīng)電源加熱控制器還分別與PC上位機(jī)和PLC控制器相連接，所述感應(yīng)電源加熱控制器的輸出端與一感應(yīng)加熱線圈相連接。所述感應(yīng)電源加熱控制器包括依次相連的用于使逆變器輸出交變驅(qū)動(dòng)波形的全橋逆變電路1、由所述感應(yīng)加熱線圈和加熱材料構(gòu)成等效電路的串聯(lián)諧振電路2、用于實(shí)現(xiàn)跟蹤所述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率的全數(shù)字鎖相環(huán)電路3、用于向所述全橋逆變電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的IGBT驅(qū)動(dòng)電路4。所述全橋逆變電路通過(guò)一電流互感器與所述串聯(lián)諧振電路連接，所述電流互感器的次級(jí)端與所述全數(shù)字鎖相環(huán)電路相連接。所述交變驅(qū)動(dòng)波形為方波。所述感應(yīng)加熱線圈纏繞在隔熱保溫層的外表面。所述隔熱保溫層的外表面設(shè)置有用于放置所述感應(yīng)加熱線圈的線槽。所述隔熱保溫層為納米絕熱材料。所述全橋逆變電路包括第一 IGBT管Q1、第二 IGBT管Q2、第三IGBT管Q3、第四IGBT管Q4，所述IGBT驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別與所述的第一 IGBT管、第二 IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管相連接。所述的電磁感應(yīng)加熱控制器是通過(guò)如下原理實(shí)現(xiàn)的全橋逆變電路，電路由固定直流電源VCC供電，通過(guò)交替開通和關(guān)斷IGBT管，使逆變器輸出交變的驅(qū)動(dòng)波形，該驅(qū)動(dòng)波形為方波。串聯(lián)諧振電路，該電路是感應(yīng)加熱線圈和加熱材料的等效電路，任何材料放入加熱線圈中都有它固定的諧振頻率，該諧振頻率就是數(shù)字控制電路初始時(shí)設(shè)定的頻率；當(dāng)材料加熱后使負(fù)載的諧振頻率發(fā)生變化，電壓控制信號(hào)的頻率與負(fù)載的諧振頻率之差體現(xiàn)在電壓控制信號(hào)與環(huán)路電流的卡位差上，兩者的頻率卻始終相等.當(dāng)環(huán)路電流的相位超前于電壓控制信號(hào)的相位時(shí)，負(fù)載呈容性，電壓控制信號(hào)的頻率小于負(fù)載的諧振頻率；當(dāng)環(huán)路電流的相位滯后于電壓控制信號(hào)的相位時(shí)，負(fù)載呈感性，電壓控制信號(hào)的頻率大于負(fù)載的諧振頻率；而當(dāng)環(huán)路電流的相位等于電壓控制信號(hào)的相位時(shí)，電壓控制信號(hào)的頻率等于負(fù)載的諧振頻率，此時(shí)，電源的效率最高，驅(qū)動(dòng)波形為正弦波。全數(shù)字鎖相環(huán)電路，該電路主要實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤功能，其中電流反饋信號(hào)是環(huán)路電流，該電流反饋信號(hào)是通過(guò)高頻電流變換器，再經(jīng)光耦隔離、模數(shù)變化后得到的；數(shù)字控制電路輸出電壓控制信號(hào)，控制信號(hào)通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路反饋控制串聯(lián)諧振逆變電路。所述全橋逆變電路中的第一 IGBT管Ql的柵極VT1、第二 IGBT管Q2的柵極VT2、第三IGBT管Q3的柵極VT3、第四IGBT管Q4的柵極VT4分別與所述IGBT驅(qū)動(dòng)電路的輸出端VT11、VT22、VT33、VT44相連接，實(shí)現(xiàn)由所述IGBT驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)輸出端、IGBT管的柵極控制IGBT管的開通和關(guān)斷。本發(fā)明提供的熔煉爐在投入工作時(shí)，由電源VCC供電，通過(guò)交替開通和關(guān)斷IGBT管，使逆變器輸出交變的驅(qū)動(dòng)波形，其中第一 IGBT管與第三IGBT管一組，第二 IGBT管與第四IGBT管一組，如開通第一 IGBT管與第三IGBT管，就要關(guān)閉第二 IGBT管與第四IGBT管；通過(guò)電流互感作用，并結(jié)合串聯(lián)諧振電路，由串聯(lián)諧振電路中的負(fù)載電感即感應(yīng)加熱線圈以及加熱材料做功，同時(shí)反饋電流信號(hào)給全數(shù)字鎖相環(huán)電路，再經(jīng)高頻電流變換器、光耦隔離、模數(shù)變化實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤，最后經(jīng)全橋IGBT驅(qū)動(dòng)電路交替驅(qū)動(dòng)并開通和關(guān)斷IGBT管。本發(fā)明所公開的一種熔煉爐采用變頻技術(shù)，將電網(wǎng)50-60HZ頻率變換至我們所需最佳頻率，然后大電流通過(guò)特質(zhì)線圈，使熔鋁保溫爐坩堝內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行直接對(duì)鋁感應(yīng)切割，并快速轉(zhuǎn)換為熱量，石墨坩堝發(fā)熱無(wú)需熱傳導(dǎo)過(guò)程。徹底解決傳統(tǒng)電熱絲電爐傳熱效果不佳，熱效率不高的弊病。本電爐熱效率利用率可達(dá)90%以上，省電效果十分明顯。通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。
權(quán)利要求
1.一種全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器，包括依次電連接的三相電源、電源開關(guān)、接觸器，其特征在于還包括一感應(yīng)電源加熱控制器，所述感應(yīng)電源加熱控制器的輸入端與所述接觸器的輸出端連接，所述感應(yīng)電源加熱控制器還分別與PC上位機(jī)和PLC控制器相連接，所述感應(yīng)電源加熱控制器的輸出端與一感應(yīng)加熱線圈相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器，其特征在于所述感應(yīng)電源加熱控制器包括依次相連的用于使逆變器輸出交變驅(qū)動(dòng)波形的全橋逆變電路、由所述感應(yīng)加熱線圈和加熱材料構(gòu)成等效電路的串聯(lián)諧振電路、用于實(shí)現(xiàn)跟蹤所述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率的全數(shù)字鎖相環(huán)電路、用于向所述全橋逆變電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的IGBT驅(qū)動(dòng)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器，其特征在于所述全橋逆變電路通過(guò)一電流互感器與所述串聯(lián)諧振電路連接，所述電流互感器的次級(jí)端與所述全數(shù)字鎖相環(huán)電路相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器，其特征在于所述交變驅(qū)動(dòng)波形為方波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器，其特征在于所述感應(yīng)加熱線圈纏繞在隔熱保溫層的外表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器，其特征在于所述隔熱保溫層的外表面設(shè)置有用于放置所述感應(yīng)加熱線圈的線槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器，其特征在于所述隔熱保溫層為納米絕熱材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器，其特征在于所述全橋逆變電路包括第一 IGBT管、第二 IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管，所述IGBT驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別與所述的第一 IGBT管、第二 IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全數(shù)字電磁感應(yīng)加熱器，包括依次電連接的三相電源、電源開關(guān)、接觸器，還包括一感應(yīng)電源加熱控制器，所述感應(yīng)電源加熱控制器的輸入端與所述接觸器的輸出端連接，所述感應(yīng)電源加熱控制器還分別與PC上位機(jī)和PLC控制器相連接，所述感應(yīng)電源加熱控制器的輸出端與一感應(yīng)加熱線圈相連接。本發(fā)明公開的熔煉爐及其感應(yīng)加熱器，具有功耗低、成本低、省電效果，具有跟蹤速度快、精度高、可調(diào)性強(qiáng)及捕獲頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H05B6/06GK103068087SQ20121055642
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者曾明祥 申請(qǐng)人:曾明祥