一種用于電磁加熱的串聯(lián)諧振裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于電磁加熱的串聯(lián)諧振裝置，包括供電電源、驅(qū)動電路、控制電路、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、一個諧振電容C和一個感應(yīng)線圈L，還包括頻率捕獲模塊。第一開關(guān)管和第二開關(guān)管串聯(lián)后接供電電源的正負(fù)極；感應(yīng)線圈L纏繞在被加熱金屬體上，感應(yīng)線圈L與諧振電容C串聯(lián)后組成負(fù)載電路接第二開關(guān)管的集電極和發(fā)射極；驅(qū)動電路連接第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的柵極；控制電路連接驅(qū)動電路和頻率捕獲模塊。該方案外加頻率捕獲模塊，在負(fù)載電路工作在其固有頻率下時，捕獲負(fù)載電路的固有頻率，并把此頻率反饋給控制電路，控制電路根據(jù)反饋實時改變系統(tǒng)的給定頻率使之與負(fù)載電路的固有頻率相等，即可使負(fù)載電路工作在最高的熱轉(zhuǎn)換效率狀態(tài)。
【專利說明】—種用于電磁加熱的串聯(lián)諧振裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電磁加熱技術(shù)，特別涉及一種用于電磁加熱的串聯(lián)諧振裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁加熱是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象對金屬對象進(jìn)行加熱的方式。其工作原理是利用感應(yīng)線圈中通過交變的電流產(chǎn)生交變磁場，再由交變的磁場在被加熱的金屬對象上產(chǎn)生感應(yīng)電流(即渦流)，從而達(dá)到加熱的目的。
[0003]圖1為現(xiàn)有實現(xiàn)電磁加熱裝置的電路圖。如圖1所示，當(dāng)IGBTl導(dǎo)通時，電流從供電電源出發(fā)流經(jīng)IGBT1、L、C1回到供電電源，當(dāng)IGBT2導(dǎo)通時，電流從供電電源出發(fā)流經(jīng)C2、L> IGBT2回到供電電源。
[0004]由串聯(lián)諧振的基本原理可知，當(dāng)負(fù)載電路以其自身的固有頻率工作時產(chǎn)生串聯(lián)諧振，負(fù)載電路阻抗最小，負(fù)載電路可獲得最大的電流，在負(fù)載電路上損耗的熱量最少，從而獲得最高的熱轉(zhuǎn)換率。然而，對于圖1示出的現(xiàn)有電磁加熱裝置，LC組成的負(fù)載電路在整個工作過程中供電電源部分都是電流回路的一部分，因此負(fù)載電路只能在系統(tǒng)給定的頻率下工作，不能發(fā)揮最高的熱轉(zhuǎn)換率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于電磁加熱的串聯(lián)諧振裝置，通過外加頻率捕獲模塊獲得負(fù)載電路的固有頻率，從而使控制電路給出與負(fù)載電路固有頻率相同的頻率，使負(fù)載電路工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)下，從而獲得最聞的熱轉(zhuǎn)換率。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0007]一種用于電磁加熱的串聯(lián)諧振裝置，包括供電電源、驅(qū)動電路、控制電路、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、一個諧振電容C和一個感應(yīng)線圈L ;還包括:頻率捕獲模塊；
[0008]第一開關(guān)管和第二開關(guān)管串聯(lián)后接供電電源的正負(fù)極；感應(yīng)線圈L纏繞在被加熱金屬體上，感應(yīng)線圈L與諧振電容C串聯(lián)后組成負(fù)載電路接第二開關(guān)管的集電極和發(fā)射極；驅(qū)動電路連接第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的柵極，分別為兩個開關(guān)管提供通斷控制信號PWMU PWM2 ；
[0009]控制電路在捕獲階段，控制驅(qū)動電路產(chǎn)生PWMl和PWM2滿足如下條件，即PWM2在一個周期內(nèi)的有效時間大于負(fù)載電路的固有周期，使得負(fù)載電路在P WM 2有效時工作在固
有頻率；
[0010]在負(fù)載電路工作在其固有頻率下時，頻率捕獲|吳塊從負(fù)載電路上捕獲負(fù)載電路的固有頻率并反饋給控制電路，控制電路通過控制驅(qū)動電路改變PWMl和PWM2的切換頻率，使之與捕獲到的負(fù)載電路的固有頻率相等。
[0011]進(jìn)一步地，控制電路周期性進(jìn)入捕獲階段，以重新捕獲負(fù)載電路的固有頻率。
[0012]其中，所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管采用IGBT或大功率MOSFET管。
[0013]有益效果:[0014]本發(fā)明涉及的電磁加熱串聯(lián)諧振裝置在第二開關(guān)管導(dǎo)通時，電流的回路不經(jīng)過供電電源部分，串聯(lián)諧振裝置本身就可以組成完整的電流回路，因此可以按負(fù)載電路的固有頻率工作。由串聯(lián)諧振的基本原理可知，當(dāng)負(fù)載電路以其自身的固有頻率工作時產(chǎn)生串聯(lián)諧振，負(fù)載電路阻抗最小，負(fù)載電路可獲得最大的電流，在負(fù)載電路上損耗的熱量最少，從而獲得最聞的熱轉(zhuǎn)換率。
[0015]在實際加熱過程中，溫度的變化等原因會引起被加熱系統(tǒng)的固有頻率的變化。本發(fā)明能夠用非常簡單的電路使負(fù)載電路按自己的固有頻率振蕩，通過外加電流互感器和頻率捕獲電路對該固有頻率進(jìn)行捕獲，并把此頻率反饋給控制系統(tǒng)，實時改變系統(tǒng)的給定頻率使之與負(fù)載電路的固有頻率相等，從而使負(fù)載電路獲得最大的效率。
[0016]本發(fā)明可用于注塑機(jī)、民用供暖裝置及其它可纏繞線圈的被加熱金屬上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有實現(xiàn)電磁加熱裝置的電路圖。
[0018]圖2為本發(fā)明用于電磁加熱的串聯(lián)諧振裝置。
[0019]圖3為本發(fā)明IGBTl導(dǎo)通時的電流流向示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明IGBT2導(dǎo)通時的電流流向示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0022]本發(fā)明提供了一種用于電磁加熱的串聯(lián)諧振裝置，如圖2所示，該裝置包括兩個開關(guān)管IGBT1、IGBT2 (本實施例以IGBT為例，也可以用大功率MOSFET管)、一個感應(yīng)線圈L和一個諧振電容C，加上供電電源、驅(qū)動電路、控制電路、頻率捕獲模塊即可構(gòu)成一個完整的電磁加熱系統(tǒng)。感應(yīng)線圈L和諧振電容C組成負(fù)載電路。
[0023]上述各組成部分的連接關(guān)系為:
[0024]供電電源為兩相電或三相電的整流輸出，驅(qū)動電路為IGBT通斷控制信號PWMl和PWM2的產(chǎn)生電路。如附圖2中所示，IN+點為整流橋輸出正，IN-點為整流橋輸出負(fù)，C點為IGBTl發(fā)射極與IGBT2集電極的連接點。PWMl與PWM2為互補(bǔ)信號，即PWMl為高時，PWM2為低，PWMl為低時，PWM2為高。
[0025]電磁加熱串聯(lián)諧振電路的輸入正，即IN+與IGBTl的集電極相連，IGBTl的發(fā)射極與感應(yīng)線圈L的一端相連，感應(yīng)線圈L的另一端與諧振電容C相連，諧振電容C的另一端連接IGBT2的發(fā)射極，IGBTl的發(fā)射極與IGBT2的集電極相連。IGBTl的柵極接PWMl信號，IGBT2的柵極接PWM2信號，PWMl為IGBTl通斷控制信號，PWM2為IGBT2通斷控制信號。其中感應(yīng)線圈L纏繞在被加熱的金屬體(如注塑機(jī)的金屬料筒)上。
[0026]頻率捕獲模塊用于捕獲負(fù)載電路的諧振頻率即固有頻率，并將其反饋給控制電路。頻率捕獲模塊可以采用電流互感器和頻率捕獲電路組成。電流互感器用于采集感應(yīng)線圈L的電流并發(fā)送給頻率捕獲電路，頻率捕獲電路對電流信號進(jìn)行分析，得到電流信號的周期，電流信號的周期的倒數(shù)，即為負(fù)載電路的固有頻率?？刂齐娐放c驅(qū)動電路相連，用于控制驅(qū)動電路產(chǎn)生IGBT的通斷控制信號。
[0027]電路原理:當(dāng)PWMl為高時，IGBTl導(dǎo)通，電流由供電電源IN+點流經(jīng)IGBTl、感應(yīng)線圈L、諧振電容C，流回供電電源IN-點，電流回路如圖3所示，此階段為負(fù)載電路注入電能，負(fù)載電路的工作頻率為PWMl的頻率。當(dāng)PWM2為高時，電流由C點流經(jīng)感應(yīng)線圈L、諧振電容C、IGBT2，流回C點；電流也可以由C點流經(jīng)IGBT2、諧振電容C、感應(yīng)線圈L，流回C點，電流回路如圖4所示，此階段負(fù)載電路工作于串聯(lián)諧振狀態(tài)，可以發(fā)揮最大的熱轉(zhuǎn)換率。為了使負(fù)載電路按其固有頻率工作，控制時注意PWM2在一個周期內(nèi)的有效時間應(yīng)大于負(fù)載電路的固有周期。
[0028]根據(jù)以上分析，本用于電磁加熱的串聯(lián)諧振裝置的工作分為兩個階段:
[0029]其一是捕獲階段:控制電路控制驅(qū)動電路產(chǎn)生PWMl和PWM2滿足如下條件，即PWM2在一個周期內(nèi)的有效時間大于負(fù)載電路的固有周期。負(fù)載電路的固有周期即其固有頻
率的倒數(shù)，負(fù)載電路的固有頻率可以按照公式/ = 計算，由于負(fù)載電路工作過程中，
感應(yīng)線圈L的電感值I隨被加熱金屬體溫度的變化會不斷變化，而諧振電容C的電容值C基本不變，可以在負(fù)載電路的極限工作條件下測得電感線圈L的電感值I和諧振電容C的電容值C，計算出負(fù)載電路固有頻率的范圍，只要PWM2的有效時間比固有周期大即可。此時，當(dāng)PWMl有效時，為負(fù)載電路注入電能，負(fù)載電路的工作頻率由供電電源決定；當(dāng)PWM2有效時，負(fù)載電路工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)，其工作頻率為其固有頻率。
[0030]其二是高效轉(zhuǎn)換階段:捕獲階段執(zhí)行后，負(fù)載電路在PWM2有效時工作在固有頻率，此時，頻率捕獲模塊從負(fù)載電路上捕獲負(fù)載電路的工作頻率并反饋給控制電路，該工作頻率的值就是固有頻率。控制電路通過控制驅(qū)動電路，以實時改變PWMl和PWM2的切換頻率使之與捕獲得到的負(fù)載電路的固有頻率相等。這樣，負(fù)載電路就可以一直工作在固有頻率下，從而保持高轉(zhuǎn)換率。
[0031]在實際加熱過程中，溫度的變化等原因會引起被加熱系統(tǒng)的固有頻率的變化。因此可以定期執(zhí)行捕獲階段的流程，從而重新確定負(fù)載電路的固有頻率，以保證通斷控制信號能夠跟隨固有頻率的變化而變化。
[0032]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電磁加熱的串聯(lián)諧振裝置，包括供電電源、驅(qū)動電路、控制電路、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、一個諧振電容C和一個感應(yīng)線圈L ;其特征在于，還包括:頻率捕獲模塊； 第一開關(guān)管和第二開關(guān)管串聯(lián)后接供電電源的正負(fù)極；感應(yīng)線圈L纏繞在被加熱金屬體上，感應(yīng)線圈L與諧振電容C串聯(lián)后組成負(fù)載電路接第二開關(guān)管的集電極和發(fā)射極；驅(qū)動電路連接第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的柵極，分別為兩個開關(guān)管提供通斷控制信號PWM1、PWM2 ； 控制電路在捕獲階段，控制驅(qū)動電路產(chǎn)生PWMl和PWM2滿足如下條件，即PWM2在一個周期內(nèi)的有效時間大于負(fù)載電路的固有周期，使得負(fù)載電路在PWM2有效時工作在固有頻率； 在負(fù)載電路工作在其固有頻率下時，頻率捕獲模塊從負(fù)載電路上捕獲負(fù)載電路的固有頻率并反饋給控制電路，控制電路通過控制驅(qū)動電路改變PWMl和PWM2的切換頻率，使之與捕獲到的負(fù)載電路的固有頻率相等。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，控制電路周期性進(jìn)入捕獲階段，以重新捕獲負(fù)載電路的固有頻率。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管采用IGBT或大功率MOSFET管。
【文檔編號】H05B6/06GK103596308SQ201310576909
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】權(quán)威, 常歡 申請人:億夫曼（北京）科技有限公司