一種有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源，包括主回路和主控單元，主回路包括整流器、濾波器、逆變器及感應(yīng)線(xiàn)圈。逆變器由四個(gè)逆變可控硅SCR1～SCR4和一個(gè)逆變電熱電容C2構(gòu)成全橋串聯(lián)諧振電路，四個(gè)逆變可控硅SCR1～SCR4以逆變可控硅SCR1與逆變可控硅SCR3串聯(lián)、逆變可控硅SCR2與逆變可控硅SCR4串聯(lián)再并聯(lián)的方式與濾波器的濾波電容C1并聯(lián)，逆變電熱電容C2的一端接在逆變可控硅SCR1與逆變可控硅SCR3的節(jié)點(diǎn)上，逆變電熱電容C2的另一端與感應(yīng)線(xiàn)圈串聯(lián)后接接在逆變可控硅SCR2與逆變可控硅SCR4的節(jié)點(diǎn)上。本發(fā)明的感應(yīng)加熱電源能輸出平滑連續(xù)的功率，避免感應(yīng)器輸出突變的功率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種感應(yīng)加熱電源，具體涉及一種有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的有芯鍍鋅鍋采用的感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)為工頻RCL電路。為了滿(mǎn)足電源系統(tǒng)的電路參數(shù)，電路中就需要配置平衡電容器和平衡電抗器，以使得電源系統(tǒng)中的感性電流和容性電流在數(shù)量上相等，在相位上相差180°，從而提高電路的功率因數(shù)C0S<2。在電路設(shè)計(jì)時(shí)既要計(jì)算補(bǔ)償諧振電容值，又要計(jì)算平衡電容量和平衡電抗電量。同時(shí)在電源輸入前必須核對(duì)相序，要滿(mǎn)足輸入為正相序接入不正確將引起電源的嚴(yán)重不平衡。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，由于電抗的變化比較大，還需及時(shí)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容的容景，以達(dá)到電路的功率因數(shù)
COS C = 0.955?I的要求，并通過(guò)檢測(cè)三相電流7 A、7 B、1C的數(shù)值進(jìn)行電路調(diào)節(jié)來(lái)保
持電網(wǎng)的平衡，調(diào)節(jié)操作過(guò)程復(fù)雜。
[0003]另一種采用工頻SCOTT饋電電路，雖然此電路沒(méi)有RCL電路復(fù)雜，電路由補(bǔ)償電容器和感應(yīng)線(xiàn)圈并聯(lián)組成，由電路自身電參數(shù)來(lái)跟蹤完成功率因數(shù)C0S<2的補(bǔ)償工作。但該電源輸入要求是單相電源，在實(shí)際使用中需要兩個(gè)感應(yīng)器同步運(yùn)行來(lái)滿(mǎn)足輸入側(cè)電流的平衡，一旦出現(xiàn)不同步，比如:兩側(cè)功率不相同、特殊情況時(shí)需要停止一側(cè)感應(yīng)器來(lái)滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)行等情況均會(huì)出現(xiàn)電源輸入側(cè)電流不平衡的情況，而此恰恰是電網(wǎng)系統(tǒng)所不允許的。
[0004]以上兩種電源是目前常規(guī)的電源，除了以上所列的因素外，其主要還存在一個(gè)缺陷，就是當(dāng)鋅鍋的材質(zhì)為非均勻介質(zhì)GL或壓鑄鋁合金AlSi時(shí)，相同的感應(yīng)器在需要滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)的工藝要求時(shí)，感應(yīng)器需要輸出很大的功率，然而:
[0005]a)根據(jù)輸出功率計(jì)算公式P=UI C0S<2得知，常規(guī)的工頻電源為了滿(mǎn)足輸出功率P的要求，必須提高感應(yīng)器的輸入電壓U來(lái)提升輸出功率P ;
[0006]b)在提供工頻電源電壓U的同時(shí)，由感應(yīng)電勢(shì)計(jì)算公式u=4.44 XfX wX B X At (B為鐵心的磁密，電力變壓器鐵心的磁密通常在1.7-1.75之間;At為鐵心的有效截面積；w為匝數(shù)，f為輸入電源頻率)得知，如輸入電源頻率f保持不變，電壓u的升高，鐵心的磁密B就會(huì)同步提高，磁密的增加一旦達(dá)到臨界值，感應(yīng)器線(xiàn)圈就會(huì)運(yùn)行在不安全的區(qū)間，一旦外界出現(xiàn)不利因素，感應(yīng)器線(xiàn)圈很容易因過(guò)熱而損壞，從而產(chǎn)生安全事故；
[0007]c)由于輸出功率大，傳統(tǒng)的工頻電源系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在高功率加熱和低功率保溫之間切換，在切換過(guò)程中，感應(yīng)器的熔溝內(nèi)壁經(jīng)常受到突變電動(dòng)力的沖擊，對(duì)鋅鍋的耐熱材料的損傷很大，從而縮短了感應(yīng)器的使用壽命；
[0008]d)傳統(tǒng)的工頻電源隨著生產(chǎn)工藝的變化，常常需要人工去切換功率輸入檔位，以滿(mǎn)足實(shí)際的功率輸出。功率輸出控制方式為有極控制方式，并且是屬于開(kāi)環(huán)控制，溫控精度低，僅處于0.3級(jí)?0.5級(jí)，對(duì)溫度精度要求高的產(chǎn)品就無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源，它能在輸出大功率的同時(shí)不但可以降低鐵芯的磁密，而且可以輸出一平滑連續(xù)的功率，避免感應(yīng)器輸出突變的功率。
[0010]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源，包括主回路和主控單元，所述主回路包括整流器、濾波器、逆變器及感應(yīng)線(xiàn)圈，所述整流器由六個(gè)整流可控硅ZDl?ZD6構(gòu)成三相全橋整流電路，所述濾波器由串聯(lián)的濾波電感LI和濾波電容Cl構(gòu)成，其中，
[0011]所述逆變器由四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4和一個(gè)諧振電容C2構(gòu)成全橋串聯(lián)諧振電路，所述四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4以逆變可控硅SCRl與逆變可控硅SCR3串聯(lián)、逆變可控硅SCR2與逆變可控硅SCR4串聯(lián)再并聯(lián)的方式與所述濾波器的濾波電容Cl并聯(lián)，所述諧振電容C2的一端接在逆變可控硅SCRl與逆變可控硅SCR3的連接節(jié)點(diǎn)A上，諧振電容C2的另一端與所述感應(yīng)線(xiàn)圈串聯(lián)后接接在逆變可控硅SCR2與逆變可控硅SCR4的連接節(jié)點(diǎn)B上；
[0012]所述逆變器還包括保護(hù)電路，該保護(hù)電路由四個(gè)一一對(duì)應(yīng)地與四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4并聯(lián)的逆變續(xù)流二極管D2、D3、D4、D5和四個(gè)——對(duì)應(yīng)地與四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4串聯(lián)的扼流線(xiàn)圈L2、L3、L4、L5 ;
[0013]所述感應(yīng)線(xiàn)圈套在所述有芯鍍鋅鍋的爐體上；
[0014]所述主控單元的輸出端分別與所述四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4的控制極信號(hào)連接，所述主控單元的輸入端與設(shè)在所述有芯鍍鋅鍋的爐體內(nèi)的溫度傳感器信號(hào)連接，所述主控單元的輸入端還與連接在所述感應(yīng)線(xiàn)圈上的電流電壓傳感器信號(hào)連接。
[0015]上述的有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源，其中，所述主回路還包括一個(gè)并聯(lián)在整流器的輸出端的整流續(xù)流二極管Dl。
[0016]本發(fā)明的有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源，具有以下優(yōu)勢(shì):
[0017]1.電源的功率因數(shù)滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求COSC >0.92 ;
[0018]2.電源功率輸出在5%?100%平滑連續(xù)輸出，避免感應(yīng)器輸出突變的功率；
[0019]3.能根據(jù)輸出電流控制電源頻率的輸出以防止鐵芯磁飽和；
[0020]4.溫控精度能提高至0.1級(jí)；
[0021]5.能提高有芯鍍鋅鍋的使用壽命。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源的原理圖；
[0023]圖2是本發(fā)明的有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源的主回路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]請(qǐng)參閱圖1和圖2，本發(fā)明的一種有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源，包括主回路和主控單元20。
[0026]主回路包括整流器1、整流續(xù)流二極管D、濾波器2、逆變器3及感應(yīng)線(xiàn)圈4，其中:
[0027]整流器I由六個(gè)整流可控硅ZDl?ZD6構(gòu)成；
[0028]整流續(xù)流二極管Dl并聯(lián)在整流器2的輸出端，并與整流器2形成回路，使整流器2產(chǎn)生的高電動(dòng)勢(shì)在回路以續(xù)電流方式消耗，從而起到保護(hù)整流器2電路中的元件不被損壞的作用；
[0029]濾波器2由串聯(lián)的濾波電感LI和濾波電容Cl構(gòu)成；
[0030]整流器3為三相全橋整流電路，由電網(wǎng)輸入的三相交流電經(jīng)整流器3整流并通過(guò)濾波器2濾波后輸出一穩(wěn)定的直流電源；
[0031]逆變器3由四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4和一個(gè)諧振電容C2構(gòu)成全橋串聯(lián)諧振電路；四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4以逆變可控硅SCRl與逆變可控硅SCR3串聯(lián)后與濾波器的濾波電容Cl并聯(lián)，逆變可控硅SCR2與逆變可控硅SCR4串聯(lián)后與濾波器的濾波電容Cl并聯(lián)，諧振電容C2的一端接在逆變可控硅SCRl與逆變可控硅SCR3的連接節(jié)點(diǎn)A上，諧振電容C2的另一端與感應(yīng)線(xiàn)圈4串聯(lián)后接接在逆變可控硅SCR2與逆變可控硅SCR4的連接節(jié)點(diǎn)B上；
[0032]逆變器3還包括保護(hù)電路，該保護(hù)電路由四個(gè)一一對(duì)應(yīng)地與四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4并聯(lián)的逆變續(xù)流二極管D2、D3、D4、D5和四個(gè)——對(duì)應(yīng)地與四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4串聯(lián)的扼流線(xiàn)圈L2、L3、L4、L5 ;由于逆變續(xù)流二極管逆變可控硅并聯(lián)并與逆變可控硅形成回路，使逆變器3產(chǎn)生的高電動(dòng)勢(shì)在回路以續(xù)電流方式消耗，為逆變器3的換流提供一個(gè)旁路通道，大大降低了逆變器3的功率控制元件的損壞幾率；另外利用扼流線(xiàn)圈電抗與頻率成正比關(guān)系，可扼制高頻交流電流，讓低頻和直流通過(guò)。
[0033]感應(yīng)線(xiàn)圈4套在有芯鍍鋅鍋的爐體上；
[0034]主控單元20的輸出端分別與四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4的控制極信號(hào)連接，該主控單元20的輸入端與設(shè)在有芯鍍鋅鍋的爐體內(nèi)的溫度傳感器信號(hào)連接，主控單元20的輸入端還與連接在感應(yīng)線(xiàn)圈4上的電流、電壓傳感器信號(hào)連接。
[0035]本發(fā)明的有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源的工作原理是:
[0036]A.整流器I采用可控硅整流，三相整流可控硅導(dǎo)通角均為0°觸發(fā)，即直流始終在全電壓狀態(tài)下運(yùn)行，所以電路的功率因素可在任何功率情況下均為0.95以上；另外，整流后采用電抗器和電容構(gòu)成的濾波器進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存，使設(shè)備停止和起動(dòng)時(shí)消耗能量少；
[0037]B.主控單元20通過(guò)溫度傳感器采集鋅鍋內(nèi)的金屬溶液的溫度反饋信號(hào)，并將該信號(hào)和設(shè)定信號(hào)進(jìn)行計(jì)算后經(jīng)比例積分微分調(diào)節(jié)器(PID)調(diào)節(jié)輸出一頻率的觸發(fā)脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)控制逆變器3的SCR1/SCR4和SCR2/SCR3(在a:t0時(shí)刻，脈沖信號(hào)觸發(fā)逆變可控硅SCRl和逆變可控硅SCR4，則電流方向?yàn)槎罅骶€(xiàn)圈L2 —逆變可控硅SCRl —諧振電容C2 —感應(yīng)線(xiàn)圈4 —逆變可控硅SCR4 —扼流線(xiàn)圈L5，電源通過(guò)感應(yīng)線(xiàn)圈4向諧振電容C2正向充電，直至當(dāng)正向充電電流為零并且諧振電容器C2上的電壓大于電源電壓，此時(shí)諧振電容器C2通過(guò)逆變續(xù)流二極管D2 —扼流線(xiàn)圈L2 —濾波電感LI —電源一扼流線(xiàn)圈L5 —逆變續(xù)流二極管D5 —感應(yīng)線(xiàn)圈4進(jìn)行放電，逆變可控硅SCRl和逆變可控硅SCR4自動(dòng)關(guān)閉；在b:tl時(shí)刻，脈沖信號(hào)觸發(fā)逆變可控硅SCR2和逆變可控硅SCR3，則電流方向?yàn)槎罅骶€(xiàn)圈L3 —逆變可控硅SCR2 —感應(yīng)線(xiàn)圈4 —諧振電容C2 —逆變可控硅SCR3 — L4，電源通過(guò)感應(yīng)線(xiàn)圈4向諧振電容C2反向充電，直至當(dāng)反向充電電流為零并且諧振電容C2上的電壓大于電源電壓，此時(shí)諧振電容C2通過(guò)逆變續(xù)流二極管D3 —扼流線(xiàn)圈L3 —濾波電感LI —電源一扼流線(xiàn)圈L4 —逆變續(xù)流二極管D4 —感應(yīng)線(xiàn)圈4進(jìn)行放電，逆變可控硅SCR2和逆變可控硅SCR4自動(dòng)關(guān)閉。如此周而復(fù)始的交替觸發(fā)逆變器3的逆變可控硅SCR1/SCR4和逆變可控硅SCR2/SCR3);逆變器3輸出一個(gè)交變電流至感應(yīng)線(xiàn)圈4，使整個(gè)設(shè)備的溫控系統(tǒng)形成閉環(huán)控制模式，溫控精度大大提高，即使溫控精度由傳統(tǒng)的0.3級(jí)提高至0.1級(jí)；
[0038]C.主控單元20通過(guò)電流、電壓傳感器檢測(cè)感應(yīng)線(xiàn)圈4的電壓和電流信號(hào)，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，主控單元20及時(shí)計(jì)算跟蹤并限制電壓輸出；當(dāng)電流達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，主控單元20及時(shí)計(jì)算跟蹤并限制電流輸出；
[0039]D.由于有芯鍍鋅鍋的鐵心(爐體)截面積為恒定值，由感應(yīng)電勢(shì)計(jì)算公式u=4.44Xf XwXBXAt (B為鐵心的磁密，電力變壓器鐵心的磁密通常在1.7-1.75之間；At為鐵心的有效截面積；w為匝數(shù)，f為輸入電源頻率)得知，電壓過(guò)高將會(huì)損壞設(shè)備；當(dāng)設(shè)備需要提高輸出電壓來(lái)滿(mǎn)足功率要求時(shí)，主控單元20會(huì)在輸出電壓的同時(shí)及時(shí)調(diào)整電源的輸出頻率來(lái)降低感應(yīng)線(xiàn)圈4的磁密，確保設(shè)備的安全運(yùn)行；
[0040]E.由于逆變器3處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，改變逆變器3觸發(fā)頻率即可調(diào)節(jié)輸出功率，使得輸出功率在5%?100%之間平滑調(diào)節(jié)輸出，無(wú)需人工選擇功率檔位；
[0041]F.由于感應(yīng)線(xiàn)圈4的電壓為平滑輸入，避免了傳統(tǒng)的由于有極輸入電壓造成突變的電動(dòng)力對(duì)鋅鍋的耐熱材料的沖擊，大大降低了鋅鍋出現(xiàn)漏鋅的故障，并減輕了對(duì)耐熱材料的損傷，從而大大提聞了感應(yīng)器的使用壽命。
[0042]以上實(shí)施例僅供說(shuō)明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源，包括主回路和主控單元，所述主回路包括整流器、濾波器、逆變器及感應(yīng)線(xiàn)圈，所述整流器由六個(gè)整流可控硅ZDl?ZD6構(gòu)成三相全橋整流電路，所述濾波器由串聯(lián)的濾波電感LI和濾波電容Cl構(gòu)成，其特征在于， 所述逆變器由四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4和一個(gè)諧振電容C2構(gòu)成全橋串聯(lián)諧振電路，所述四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4以逆變可控硅SCRl與逆變可控硅SCR3串聯(lián)、逆變可控硅SCR2與逆變可控硅SCR4串聯(lián)再并聯(lián)的方式與所述濾波器的濾波電容Cl并聯(lián)，所述諧振電容C2的一端接在逆變可控硅SCRl與逆變可控硅SCR3的連接節(jié)點(diǎn)A上，諧振電容C2的另一端與所述感應(yīng)線(xiàn)圈串聯(lián)后接接在逆變可控硅SCR2與逆變可控硅SCR4的連接節(jié)點(diǎn)B上； 所述逆變器還包括保護(hù)電路，該保護(hù)電路由四個(gè)一一對(duì)應(yīng)地與四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4并聯(lián)的逆變續(xù)流二極管D2、D3、D4、D5和四個(gè)——對(duì)應(yīng)地與四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4串聯(lián)的扼流線(xiàn)圈L2、L3、L4、L5 ; 所述感應(yīng)線(xiàn)圈套在所述有芯鍍鋅鍋的爐體上； 所述主控單元的輸出端分別與所述四個(gè)逆變可控硅SCRl?SCR4的控制極信號(hào)連接，所述主控單元的輸入端與設(shè)在所述有芯鍍鋅鍋的爐體內(nèi)的溫度傳感器信號(hào)連接，所述主控單元的輸入端還與連接在所述感應(yīng)線(xiàn)圈上的電流電壓傳感器信號(hào)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有芯鍍鋅鍋的感應(yīng)加熱電源，其特征在于，所述主回路還包括一個(gè)并聯(lián)在整流器的輸出端的整流續(xù)流二極管Dl。
【文檔編號(hào)】H05B6/06GK103687119SQ201310750695
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】陳鷹, 虞雄偉 申請(qǐng)人:無(wú)錫應(yīng)達(dá)工業(yè)有限公司, 應(yīng)達(dá)工業(yè)（上海）有限公司