一種感應加熱系統及感應加熱系統中能量的線性調節方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于感應加熱領域，具體涉及一種采用整流導通角和負載移動速度相匹配 的雙因素聯動法線性調節能量輸出的感應加熱系統。
【背景技術】
[0002] 目前，感應加熱設備在金屬加工行業已經得到了廣泛的應用，比如需要增加硬度 的金屬或者是需要高溫熔煉、成型的產品，該類產品被加熱的溫度跟它在加熱設備中吸收 的熱量有關。因此，有效控制感應加熱設備的輸出功率以及產品在加熱設備中停留的時間 都能夠調節產品吸收的熱量，從而控制產品被加熱的溫度。
[0003] 在現有的感應加熱設備中，通過調節整流電路模塊的整流導通角來調節整流輸出 電壓，從而調節感應加熱的功率。在負載端，被加熱的物料一般按照固定的速度從感應加熱 線圈中通過，這樣，被加熱物料所要達到的溫度要求只能通過改變整流導通角，從而改變加 熱輸出功率來調節。雖然，通過調節整流導通角可以達到加熱功率連續可調的目的，但是， 因為整流輸出功率和整流導通角之間是一個正弦函數關系，所以并不能保證調節的過程是 線性的，尤其對于需要精細控制加熱的物料來說，能夠保證加熱能量的線性調節，無疑可以 大大提高產品的加熱控制質量。
【發明內容】
[0004] 鑒于此，本發明的目的之一是提供一種感應加熱系統，該系統采用整流導通角和 負載移動速度相匹配的雙因素聯動法線性調節感應加熱系統的輸出能量，與此時同本發明 還提供一種感應加熱系統中能量的線性調節方法。
[0005] 本發明的目的之一是通過以下技術方案實現的，一種感應加熱系統，包括整流電 路模塊、逆變電路模塊、觸發電路模塊、控制模塊、運動機構和傳感器模塊；所述觸發電路 模塊連接于整流電路模塊與控制模塊之間，用于控制整流電路模塊的工作狀態；所述逆變 電路模塊連接于整流電路模塊與控制模塊之間，控制模塊用于控制逆變電路模塊的工作狀 態；所述運動機構連接于控制模塊與負載之間，用于根據控制模塊的命令控制負載的移動 速度；所述控制模塊用于檢測整流電路模塊的參數，所述控制模塊用于檢測逆變電路模塊 輸出的中頻電壓；所述控制模塊根據傳感器模塊檢測到的負載溫度實時控制觸發電路模塊 的整流導通角e和負載的移動速度v。
[0006] 本發明的目的之二是通過以下技術方案實現的：一種感應加熱系統中能量的線 性調節方法，所述控制模塊根據傳感器模塊檢測到的負載溫度實時控制觸發電路模塊的整 流導通角5和負載的移動速度V，且所述整流導通角5和負載的移動速度v滿足以下關系： v= ^-S(3)，其中k為系數。
[0007] 由于采用了上述技術方案，本發明具有如下的優點：
[0008] 1、本發明在調節通角來調節感應加熱電源輸出能量這種非線性調節方法基礎上， 提出控制負載移動速度，對上述非線性調節方法進行補償，使得調節方法變成線性調節。
[0009] 2、本發明實現了在整個加熱過程中負載端接收功率的準確控制，保證了功率輸出 的一致性，大大提高產品加熱控制的質量。
【附圖說明】
[0010] 為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進 一步的詳細描述，其中：
[0011] 圖1為感應加熱系統原理圖；
[0012] 圖2為感應加熱系統的結構圖。
【具體實施方式】
[0013] 以下將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例 僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護范圍。
[0014] 傳統的感應加熱系統采用調節整流導通角的方式對輸出功率進行控制，但由于整 流導通角與感應加熱電源輸出功率之間是一個非線性的關系，所以，僅僅通過調節整流導 通角來調節感應加熱電源輸出能量這一單一調節方法是非線性的。對針上述問題，本發明 在通過調節來調節感應加熱電源輸出能量這種非線性調節方法基礎上，提出控制負載移動 速度，對上述非線性調節方法進行補償，使得調節方法變成線性調節。
[0015] 如圖1、2所示，一種感應加熱系統，其特征在于：包括整流電路模塊、逆變電路模 塊、觸發電路模塊、控制模塊、運動機構和傳感器模塊；所述觸發電路模塊連接于整流電路 模塊與控制模塊之間，用于控制整流電路模塊的工作狀態；所述逆變電路模塊連接于整流 電路模塊與控制模塊之間，控制模塊用于控制逆變電路模塊的工作狀態；所述運動機構連 接于控制模塊與負載之間，用于根據控制模塊的命令控制負載的移動速度；所述控制模塊 用于檢測整流電路模塊的參數，所述控制模塊用于檢測逆變電路模塊輸出的中頻電壓；所 述控制模塊根據傳感器模塊檢測到的負載溫度實時控制觸發電路模塊的整流導通角e和 負載的移動速度V。
[0016] 在本實施例中，所述的控制模塊為單片機。
[0017] 在本實施例中，所述的整流電路模塊的工作狀態是指整流電路模塊輸出電流的大 小、方向、時間等。
[0018] 在本實施例中，所述的逆變電路模塊的工作狀態是指其中各橋臂功率器件導通的 時間。
[0019] 所述整流導通角0和負載的移動速度V滿足以下關系
（3)，其中 k為系數。
[0020] 在本實施例中，整流電路模塊為三相橋式整流電路，當然本領域技術人員也可以 選擇其他供電模塊。
[0021] 當整流電路模塊為三相橋式整流模塊，如圖1所示，六個晶閘管構成了三相橋式 全控整流電路，該電路整流輸出電壓ud的波形在一個周期內脈動6次，且每次脈動的波形 相同，因此在計算其平均值時，只需對一個脈波進行計算即可。此外，以線電壓的過零點為 時間坐標的零點，于是可得到帶阻感負載時，整流輸出電壓的平均值ud為：
[0022]
[0023] (1)式中，U為整流電路模塊相電壓有效值，S為整流導通角。物料的等效電阻為 R，則物料的加熱功率可表示為
[0024]P=U//R(2)
[0025] 物料在加熱設備中停留的時間At可由下式得到：
[0026]
(4)
[0027] 其中L表示物料的移動距離；
[0028] 最終，感應加熱系統的輸出能量Q為
[0029]
出，感應加熱設備的輸出能量與整流導通角之間是一個線性的關系，斜率系數為A。
[0031] 綜上所述，只要保證負載移動速度V與整流導通角0按照（3)式所述規律變化，那 么，就可以保證最終感應加熱設備的輸出能量與整流導通角之間是一個線性的變化關系。
[0032] 本發明通過調節負載移動速度對上述非線性進行補償，使得調整整流導通角與電 源輸出能量呈現線性調節模式。同時，在復雜負載條件下負載端的接收功率控制主要由電 源加熱功率和負載移動速度兩個因素決定，因而本發明實現了在整個加熱過程中負載端接 收功率的準確控制，保證了功率輸出的一致性，大大提高產品加熱控制的質量。
[0033] 以上所述僅為本發明的優選實施例，并不用于限制本發明，顯然，本領域的技術人 員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的 這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些 改動和變型在內。
【主權項】
1. 一種感應加熱系統，其特征在于：包括整流電路模塊、逆變電路模塊、觸發電路模 塊、控制模塊、運動機構和傳感器模塊； 所述觸發電路模塊連接于整流電路模塊與控制模塊之間，用于控制整流電路模塊的工 作狀態； 所述逆變電路模塊連接于整流電路模塊與控制模塊之間，控制模塊用于控制逆變電路 模塊的工作狀態； 所述運動機構連接于控制模塊與負載之間，用于根據控制模塊的命令控制負載的移動 速度；所述控制模塊用于檢測整流電路模塊的參數，所述控制模塊用于檢測逆變電路模塊 輸出的中頻電壓； 所述控制模塊根據傳感器模塊檢測到的負載溫度實時控制觸發電路模塊的整流導通 角5和負載的移動速度v。2. -種如權利要求2所述的感應加熱系統中能量的線性調節方法，其特征在 于：所述控制模塊根據傳感器模塊檢測到的負載溫度實時控制觸發電路模塊的整流 導通角3;和負載的移動速度V，所述整流導通角3.和負載的移動速度v滿足以下關系： v=kc^J(3)，其中 系數。3. 根據權利要求3所述的感應加熱系統中能量的線性調節方法，其特征在于：整流電 路模塊為三相橋式整流模塊，整流輸出電壓的平均值U d為：式中，U為三相橋式整流模塊相電壓有效值，5為整流導通角，則感應加熱系統的加熱 功率P為： P = U//R (2) 式中，R為物料的等效電阻，物料在加熱設備中停留的時間At可由下式得到：(4) V KCUNU 其中L表示物料的移動距離， 最終，感應加熱系統的輸出能量Q為
【專利摘要】本發明公開了感應加熱系統，包括整流電路模塊、逆變電路模塊、觸發電路模塊、控制模塊、運動機構和傳感器模塊；所述控制模塊根據傳感器模塊檢測到的負載溫度實時控制觸發電路模塊的整流導通角和負載的移動速度v。整流導通角與感應加熱電源輸出功率是非線性的關系，僅僅通過調節整流導通角來調節感應加熱電源輸出能量這一方法是非線性的。本發明通過調節負載移動速度對上述非線性進行補償，使得調整整流導通角與電源輸出能量呈線性調節模式。同時，在復雜負載條件下負載端的接收功率控制主要由電源加熱功率和負載移動速度兩個因素決定，因而本發明實現了在整個加熱過程中負載端接收功率的準確控制，保證了功率輸出的一致性，大大提高產品加熱控制的質量。
【IPC分類】H05B6/06
【公開號】CN104955188
【申請號】CN201510256396
【發明人】程森林, 王川, 何強志, 許虎, 王燕
【申請人】重慶大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月19日