[发明专利]一种大功率并联、串联谐振中频电源监控系统

说明书

技术领域

 本发明涉及一种大功率并联、串联谐振中频电源监控系统。

背景技术

大功率感应加热电源有加热速度快、工件受加均匀、采用非接触式加热、容易实现自动控制等诸多优点，在工业中有着广泛的应用，如在制造业和冶金业用于淬火、透热、熔炼、保温、钎焊以及烧结等。随着感应加热理论和感应加热装置的不断发展，其应用领域也随之扩大，应用范围越来越广。但现有的技术，因系统操作不方便，性能不稳定，自动化水平低，对金属的熔炼质量无法保障。

发明内容

为解决上述现有的缺点，本发明的主要目的在于提供一种实用的大功率并联、串联谐振中频电源监控系统，系统操作简单，减轻了工人劳动强度，提高了熔炼加工的自动化水平，实现了对熔炉负载功率的控制，对炉体的寿命和金属的熔炼质量有显著的提高，增强了熔炼过程的动态和稳态性能。

为达成以上所述的目的，本发明的一种大功率并联、串联谐振中频电源监控系统采取如下技术方案：

一种大功率并联、串联谐振中频电源监控系统，包括感应炉体A、感应炉体B、中频电源、PLC控制柜和触摸屏HMI，其特征在于，所述PLC控制柜与触摸屏HMI连接，PLC控制柜通过I/O模块与中频电源连接，PLC控制柜将信号通过D/A模块转换后经过放大驱动电路输入中频电源，所述中频电源与感应炉体A和感应炉体B连接，中频电源与电流传感器、电压传感器、频率传感器、温度传感器和压力传感器连接，并通过A/D模块将信号转换后输入PLC控制柜。

所述感应炉体A和感应炉体B为坩埚，采用耐火材料筑成，外面套一层螺旋形的感应线圈。

所述中频电源通过“交-直-交”的方式为感应炉体供电，其输出的中频电流频率在300Hz~20KHz之间。

    采用如上技术方案的本发明，具有如下有益效果：

 系统操作简单，减轻了工人劳动强度，提高了熔炼加工的自动化水平，实现了对熔炉负载功率的控制，对炉体的寿命和金属的熔炼质量有显著的提高，增强了熔炼过程的动态和稳态性能。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：

    如图1所示，本发明的一种大功率并联、串联谐振中频电源监控系统，包括感应炉体A、感应炉体B、中频电源、PLC控制柜和触摸屏HMI，触摸屏HMI与PLC控制柜连接，PLC控制柜通过I/O模块与中频电源连接，PLC控制柜将信号通过D/A模块转换后经过放大驱动电路输入中频电源，中频电源与感应炉体A和感应炉体B连接，中频电源与电流传感器、电压传感器、频率传感器、温度传感器和压力传感器连接，并通过A/D模块将信号转换后输入PLC控制柜。感应炉体A和感应炉体B为坩埚，采用耐火材料筑成，外面套一层螺旋形的感应线圈，将待熔的金属炉料置于坩埚内，当线圈通上交流电时，金属炉料的内部在交变磁场的作用下产生涡流效应和磁滞损失而引起热效应，从而达到加热熔炼的目的。中频电源通过“交-直-交”的方式为感应炉体供电，其输出的中频电流频率在300Hz~20KHz之间，它是感应加热系统主要的主要组成部分，是主要的监控对象。PLC是整个系统的核心单元，其功能是采集并完成所有模拟量和数字量的处理，负责炉体的温度采集、中频电源的功率和加热工艺控制，实现与上位机触摸屏HMI的通信。触摸屏HMI是系统人机交互的监控终端，既可以实时准确地显示系统的运行状态，又可以通过触摸式按钮修改系统的工作参数以及对设备下达动作指令，还可以自动将系统的报警信息、历史记录和趋势信息存入自定义的数据库中。感应加热电源一般由主电路、控制电路及其保护电路组成。其中主电路包括整流电路、滤波电路、逆变电路、负载电路组成。三相工频电流经整流器整流，滤波器滤波后，变成平直的直流电流送给逆变器，再由逆变器转换为负载电路所需要的中频电流。 逆变电路的输出为负载直接提供能源。中频电流通过感应线圈对工件加热时，可等效为一个电感和电阻，负载呈感性，为了提高功率因数和逆变器的输出频率，一般采用加补偿电容的方法，使补偿后负载工作在谐振频率上。根据补偿电容和感应加热线圈连接方式的不同，电源逆变电路可分为并联谐振式和串联谐振式两种形式。串联谐振逆变电路，它将补偿电容和感应圈（等值电阻和电感）串联后作为逆变桥的负载。由于补偿电容值较大，可以近似认为逆变器输入端电压固定不变。交替开通和关断逆变器上的可控器件就可以在逆变器的输出端得到交变的方波电压。由于当串联逆变器采用适当的工作方式时开关损耗较小，因而可以有较宽范围的工作频率。正因为这一原因，目前在半导体高频感应加热电源中，串联逆变器方案受到更多的重视。在加热和熔化金属炉料过程中，因温度变化和炉料溶化等因素，使负载等效参数和固有谐振频率发生变化。为了提高电源效率应使串联逆变器始终工作在功率因数接近于或等于1的准谐振状态，这就要求逆变器的输出频率能跟随负载固有频率变化，以实现逆变器件的零电流开关或零电压开关。本发明采用的PWM频率跟踪方法对负载的电压电流波形进行采样，根据过零点的位置取得电压和电流之间的相位差，得到系统实时的功率因数，以此来调节逆变器的工作频率，提升感应炉的功率因数。